无机非金属材料教学设计.doc

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1、3-1无机非金属材料一、传统的硅酸盐材料概述：1、常见的材料：陶瓷、玻璃、水泥2、主要成分：硅酸盐3、生产硅酸盐材料的常见原料粘土：Al2O3.SiO2.2H2O石英：SiO2钾长石：K2O.Al2O3.6SiO2钠长石：Na2O.Al2O3.6SiO2还有石棉、云母、高岭石等4、传统硅酸盐材料的特点：稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀。5、传统非金属材料的产生过程偶然发现到有意的创造，再到经验的加工到科学的设计和创造。（一）、陶瓷1、生产年代：新石器时期2、实例：唐三彩；宋代的钧瓷等3、主要产地：宜兴紫砂、景德镇瓷器等4、原料：粘土和

2、水4、制作流程：混合成型干燥上釉烧结冷却6、变化形式：物理和复杂的化学变化7、陶瓷分类：土器、炻器、瓷器8、关键技术：烧结的温度控制和时间。9陶瓷的优点：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型缺点：易碎、可能含重金属元素，餐具慎用。（二）、玻璃1、原料：石灰石、纯碱、石英2、反应：CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO23、玻璃的成分：硅酸钠、硅酸钙、石英4、特点：混合物、加热成玻璃态物质，无固定熔沸点5、特种玻璃：光学玻璃：含钾钠的原料加B2O3的玻璃：耐高温、抗酸碱腐蚀、耐骤冷热变化（试管）钢化玻璃：

3、普通玻璃加热软化急剧冷却（破碎无尖锐棱角）石英玻璃：折光率低玻璃纤维：品质高，硬度大，有韧性（三）、水泥1、原料：石灰石、粘土、辅料（石膏、矿渣、煤灰）2、设备变化：水泥窑复杂的化学变化3、水泥成分：3CaO.SiO22CaO.SiO23CaO.Al2O3铁铝酸钙：4CaO.Al2O3.Fe2O34、水泥的特性：水硬性遇空气和水可以硬化5、水泥的用途：建筑材料（1）、水泥砂浆：水泥、沙子、水（砖石的粘合剂）（2）、混凝土：水泥、沙子、碎石（预制板，加钢筋就是钢筋混凝土）二、新型无机非金属材料（一）、新型陶瓷1、功能：赋予陶瓷在光、点、磁、化学方面的功

4、能、半导体材料、高温材料、透明陶瓷、生物陶瓷等功能陶瓷2、与传统陶瓷组成差别：用碳或氮代替氧元素3、常见的新型陶瓷：SiCSi3N4名称：生成反应：SiO2+3C=SiC+2CO（大于1900度）3Si+2N2=Si3N4（1300度）3SiCl4+2N2+6H2===Si3N4+12HCl特点：耐2000度高温、硬度大熔点高、硬度大、化学稳定性高用途：航天器涂层材料1200度保持强度硬度，轴承、汽轮机叶片、发动机受热面。知识简介：碳化硅SiC,俗称金刚砂。熔点高(2450℃),硬度大(9.2),是重要的工业磨料。如其中掺入某些杂质,会使之出现半导体

5、,作为高温半导体,用于电热元件。作为高温结构陶瓷,日益受到人们的重视。它最适宜的应用领域是高温、耐磨和耐蚀的环境，现已用作火箭喷嘴,热电偶保护管,热交换器和耐磨、耐蚀的零件。氮化硅陶瓷（Si3N4）是灰白色固体，硬度为9，是最硬的材料之一。它的导热性好且膨胀系数小，可经受低温、高温、骤冷骤热反复上千次的变化而不破坏，因此是十分理想的高温结构材料。科技人员发现，如果用耐高温的陶瓷，如氮化硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温度可达1300℃～1500℃。美国军方曾做过一次有趣的实验：在演习场200米跑道的起跑线上，停放着两辆坦克，一辆装有500马力

6、的钢质发动机，而另一辆装有同样马力的陶瓷发动机。陶瓷发动机果然身手不凡，那辆坦克仅用了19秒钟就首先到达终点，而钢质发动机坦克在充分预热运转后，用了26秒才跑完全程。其奥秘就在于陶瓷发动机的热效率高，不仅可节省30％的热能，而且工作功率比钢质发动机提高45％以上。另外，陶瓷发动机无需水冷系统，其密度也只有钢的一半左右，这对减小发动机自身重量也有重要意义。（二）、现代信息基础材料---单晶硅1、硅的特点：半导体，应用与电子工业。2、硅元素的存在：石英3、提取硅：高纯度硅的炼制：高温条件下粗硅的制备：又称工业硅，纯度在95％~99％的硅（要点:高温160

7、0℃~1800℃）SiO2+2CSi(粗)+2CO↑SiHCl3的制备　多用粗硅与干燥氯化氢在200℃以上反应Si(粗)+3HClSiHCl3+H2↑精馏提纯后的SiHCl3用高纯氢气还原得到多晶硅SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl99.9999999%（三）、金刚石、石墨和C60-----新材料诞生新科技1、C60：贮氢材料，纳米元器件，复合材料。C70、C240、C540、C9602、金刚石：天然物质，硬度大，耐磨，绝缘体，不易导热1300~1400度催化剂人造金刚石：石墨金刚石（20世纪的炼金术）6×106Kpa~7×106Kpa3、石墨：

8、质软，润滑材料，导电体，电极材料。