湖南省長沙市望城區(qū)第一中學(xué)高中化學(xué)《硅和硅酸鹽工業(yè)1》課件.ppt

第七章硅和硅酸鹽工業(yè) 第三節(jié)新型無機(jī)非金屬材料 一 什么是無機(jī)非金屬材料 1 材料 2 材料的幾種分類 3 生活中無機(jī)非金屬材料 4 新型無機(jī)非金屬材料的特征 二 幾種典型的新型無機(jī)非金屬材料 1 結(jié)構(gòu)材料 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 2 功能材料 光導(dǎo)纖維 光纖 展望 金剛石 材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ) 一直是人類進(jìn)步的一個(gè)重要里程碑 例如 歷史上的石器時(shí)代 青銅器時(shí)代 鐵器時(shí)代都是以材料作為時(shí)代主要標(biāo)志的 一種新型材料的研制成功 可以引起人類文化和生活的新的變化 石器 陶瓷 鐵 銅 玻璃 水泥 有機(jī)高分子 如塑料等 單晶材料等的發(fā)明 為人類進(jìn)步提供重要的物質(zhì)基礎(chǔ) 沒有半導(dǎo)體材料 便不可能有目前的計(jì)算機(jī)技術(shù) 沒有耐高溫 高強(qiáng)度的特殊結(jié)構(gòu)材料 便沒有今天的宇航工業(yè) 沒有低損耗的光導(dǎo)纖維 也就沒有現(xiàn)代的光通訊 沒有有機(jī)高分子材料 人們的生活也不可能像今天這樣豐富多彩 1 按化學(xué)組成和特性分 無機(jī)非金屬材料 傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料 新型無機(jī)非金屬材料 金屬材料 高分子材料 塑料 合成橡膠 合成纖維 2 按用途分 結(jié)構(gòu)材料 利用材料的力學(xué)和理 化性質(zhì) 廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造 工程建設(shè) 交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)工業(yè)部門 功能材料 利用材料的熱 光 電 磁等性能用于電子 激光 通訊 能源和生物工程等許多高新技術(shù)領(lǐng)域 3 生活中的無機(jī)非金屬材料 玻璃 水泥 陶瓷 金剛石鉆頭 手表上的 19鉆 人造紅寶石軸承的數(shù)目 玻璃刀 石英鐘表 煤氣爐中的電子打火 彩電 熒光材料 海底電纜 光導(dǎo)纖維 電腦的cpu 單晶硅 隱形飛機(jī) 特殊光學(xué)材料 壓電陶瓷 4 新型無機(jī)非金屬材料的特征 1 耐高溫 強(qiáng)度高 2 具有電學(xué)性質(zhì) 3 具有光學(xué)性質(zhì) 4 具有生物功能 1 結(jié)構(gòu)材料 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 1 氧化鋁陶瓷 性能 用途 熔點(diǎn)高 坩堝 高溫爐管 硬度大 剛玉球磨機(jī) 透明 耐高溫 高壓鈉燈燈管 備注 鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在1950年就得以解決 由于沒有一種能抵御高溫鈉蒸氣 1400 強(qiáng)烈腐蝕的特殊材料 所以 直到1965年才制取第一支高壓鈉燈 高溫結(jié)構(gòu)材料與金屬材料的性能比較 耐高溫 耐腐蝕 硬度大 耐磨損 不怕氧化 易受腐蝕 不耐氧化 不適合高溫時(shí)使用 高純氧化鋁透明陶瓷管 氧化鋁陶瓷制品 2 氮化硅陶瓷 氮化硅基陶瓷具有密度小 高強(qiáng) 高硬 高韌性 耐磨損 耐腐蝕 抗氧化 抗熱震 自潤滑 隔熱 電絕緣等一系列優(yōu)良性能 3 氮化硼陶瓷 碳化硼陶瓷 4 人造寶石 請看下頁 制造發(fā)動(dòng)機(jī)部位的受熱面 提高柴油機(jī)的質(zhì)量 節(jié)省燃料 不用水冷卻 減少熱散失 si3n4基陶瓷球軸承 氧化鋯陶瓷 碳化硅陶瓷 沙漠車 氮化硅陶瓷部件 人造寶石 紅寶石和藍(lán)寶石的主要成分都是al2o3 剛玉 紅寶石呈現(xiàn)紅色是由于其中混有少量含鉻化合物 而藍(lán)寶石呈藍(lán)色則是由于其中混有少量含鈦化合物 1900年 科學(xué)家曾用氧化鋁熔融后加入少量氧化鉻的方法 制出了質(zhì)量為2g 4g的紅寶石 現(xiàn)在 已經(jīng)能制造出大到10g的紅寶石和藍(lán)寶石 紅寶石和藍(lán)寶石及人造寶石 3 光導(dǎo)纖維的用途 光纖除了可以用于退通訊外 還用于醫(yī)療 信息處理 傳能傳像 遙測遙控 照明等許多方面 2 光纖光纜與普通電纜比較 見下頁 1 是高質(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維 信息高速公路的 基石 1870年 英國科學(xué)家丁達(dá)爾做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn) 讓一股水流從玻璃容器的側(cè)壁細(xì)口自由流出 以一束細(xì)光束沿水平方向從開口處的正對面射入水中 丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn) 細(xì)光束不是穿出這股水流射向空氣 而是順從地沿著水流彎彎曲曲地傳播 這是光的全反射造成的結(jié)果 2 功能材料 光導(dǎo)纖維 光纖 光導(dǎo)原理 光學(xué)纖維胃鏡 現(xiàn)代通信用光纜 用光導(dǎo)纖維做手術(shù) 不用開刀 金剛石是目前已知的最硬的材料 可以用來切削和刻劃其他物質(zhì) 被用于鉆探 磨削等行業(yè) 但是 由于天然金剛石非常少 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)和科研的需要 科學(xué)家們通過對石墨和金剛石同素異形體結(jié)構(gòu)的研究 指出了在一定條件下使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的可能性 1955年 美國首先用石墨合成出金剛石 這是材料合成領(lǐng)域的一項(xiàng)重大成就 目前 世界上用石墨合成金剛石的研究發(fā)展很快 我國在這方面的研究也在飛速發(fā)展 許多城市都建有人造金剛石的工廠和研究所 以滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要 金剛石 金剛石鉆頭 金剛石鋸片 展望21世紀(jì) 材料科學(xué)的前景是美好的 1 光電轉(zhuǎn)換材料 分解水的催化材料和儲(chǔ)氫材料等能源材料將實(shí)現(xiàn)高效化 2 集多種功能于一身的復(fù)合材料可使我們的生活質(zhì)量得到進(jìn)一步改善 如 白色污染 將被消除 3 高溫超導(dǎo)材料進(jìn)入實(shí)用階段 4 智能材料和機(jī)敏材料將得到廣泛應(yīng)用 5 納米材料將在治療癌癥 存儲(chǔ)信息等領(lǐng)域大顯神通 社會(huì)需要材料 材料離不開化學(xué) si3n4基陶瓷球軸承 高純氧化鋁透明陶瓷管 現(xiàn)代通信用光纜 光學(xué)纖維胃鏡 用光導(dǎo)纖維做手術(shù) 不用開刀 人造金剛石鋸片 金剛石鉆頭 金剛