1、无机非金属材料,第三单元 课题一,同学们，以下工业建筑及生活用品都是有那些材料构成的？,水泥,玻璃,中国陶瓷珍品之清彩瓷,中国陶瓷珍品之清青花,唐三彩,思考与交流,通过，以上幻灯片提示，谁能说出什么是硅酸盐材料？自然界中那些物质是硅酸盐或硅的氧化物？传统硅酸盐产品以什么物质为原料生产？原料又有什么结构特殊性？,陶瓷、水泥、玻璃等是硅酸盐材料； 沙石、黏土、石英、石棉、高龄石等许多矿物是硅酸盐或硅的氧化物； 传统硅酸盐产品以黏土、钾长石和钠长石为原料。,结构中都含有硅氧四面体,特点：稳定性高、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等,1. 陶瓷(China),主要原料：黏土,传统生产过程：混和、
2、成型、干燥、烧结、冷却,反应原理：复杂的物理、化学变化,主要成分：硅酸盐,主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点。,一、传统硅酸盐材料,陶瓷器制造过程示意图,你能说出陶釉的成分吗？,金属及金属氧化物，如红色Cu2O。,我国古代人民真伟大，向他们学习！,二、玻璃,1. 原 料：纯碱、石灰石和石英,2. 主要设备：玻璃熔炉,3. 生产过程：原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成型冷却,4. 反应原理：复杂的物理、化学变化，主要反应,5. 主要成分：Na2SiO3 CaSiO3 SiO2,6. 主要性能：玻璃态物质，没有固定的熔点，在一定温度范围内逐渐软化。,（Na2OCaO6SiO2）,普
3、通玻璃,光学玻璃,石英玻璃,钢化玻璃,光学玻璃,钢化玻璃,2. 水泥：,主要原料：黏土和石灰石,主要设备：水泥回转窑,生产过程：生料研磨，高温煅烧得熟料，再加石膏研成粉末得普通硅酸盐水泥,辅助原料：石膏作用是调节水泥硬化速度,水泥回转窑,主要成分：硅酸三钙(3CaOSiO2)、 硅酸二钙(2CaOSiO2)、铝酸三钙(3CaOAl2O3)等,主要性能：水硬性,主要用途：建筑、修路。 如：水泥 砂浆、混凝土、钢筋混凝土 。,反应原理：复杂的物理、化学变化,学与问,你听说过豆腐渣工程吗，产生现象的原因很多，但都与水泥标号有关，查阅资料了解水泥标号有关问题。,定 义：,特 性：,种 类：,具有特殊结
4、构和特殊功能（性质）的新材料。,能承受高温、强度大：氮化硅陶瓷（耐1200OC) 具有光学特性：光导纤维 具有电学特性：K3C60超导体 具有生物功能：如Ca3(PO4)2系陶瓷,用 途：,氮化硅陶瓷,光导纤维,医学、日常生活、交通、通讯、机械、建筑 航空、航天等,二、新型无机非金属材料,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,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。,碳化硅制成的涡轮
5、叶片,1、新型陶瓷,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13001500。 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
6、，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。,交流,1、新兴陶瓷材料具有那些优良的性能？ 2、碳化硅结构同硅相似，分析其可能的性质。 3、写出制取碳化硅、氮化硅的化学反应方程式。,SiO2+3C=SiC+2CO 3Si+2N2=Si3N4 3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl,原子晶体,单晶硅在日常生活中是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。电视、电脑、冰箱、电话、手表、汽车，处处都离不开单晶硅材料，单晶硅作为科技应用普及材料之一，已经渗透到人们
7、生活中的各个角落。 单晶硅在火星上是火星探测器中太阳能转换器的制成材料。火星探测器在火星上的能量全部来自太阳光，探测器白天休息-利用太阳能电池板把光能转化为电能存储起来，晚上则进行科学研究活动。也就是说，只要有了单晶硅，在太阳光照到的地方，就有了能量来源。 单晶硅在太空中是航天飞机、宇宙飞船、人造卫星必不可少的原材料。人类在征服宇宙的征途上，所取得的每一步进步，都有着单晶硅的身影。航天器材大部分的零部件都要以单晶硅为基础。离开单晶硅，卫星会没有能源，没有单晶硅，航天飞机和宇航员不会和地球取得联系，单晶硅作为人类科技进步的基石，为人类征服太空作出了不可磨灭的贡献。 单晶硅在太阳能电池中的应用高纯
8、的单晶硅是重要的半导体材料。在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。,由硅石粗硅高纯多晶硅（纯度在9个“9”以上(99.9999999以上)单晶硅 （1） 粗硅的制备：又称工业硅，纯度在9599的硅（反应要点 高温16001800）,（2）SiHCl3的制备 多用粗硅与干燥氯化氢在200以上反应：Si十3HCl=SiHCl3+H2,（3）精馏提纯后的SiHCl3用高纯氢气还原得到多晶硅 SiHCl3十H2=Si十3HCl,2、现代信息技术材料-单晶硅,SiO2(s)十2C(s)Si(s)十2CO(g
9、),阅读：科学视野太阳能电池,讨论,1.高压合成金刚石的局限性？ 2.化学气相沉积法制造金刚石薄膜的原理是什么？,3.石墨、金刚石、C60新材料诞生新技术,注 意：,金刚石 石墨 C60 之间的关系？,碳的三种物质形态,C60及其应用前景 C60的发现 1985年，美国科学家克罗托（H.W.K.kroto)等用质谱仪,严格控制实验条件,得到以C60为主的质谱图。由于受建筑学家布克米尼斯持富勒（BuckminsterFuller）设计的球形薄壳建筑结构的启发，克罗托（kroto)等提出 C60是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边形和20个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六边形
10、相连。随后将 C60分子命名为布克米尼斯持富勒烯（BuckminsterFuller）。由于C60分子的结构酷似足球，所以又称为足球烯（Footballene）除C60外，具有封闭笼状结构的还可能有 C28、C32、C50、C70、C84、C240、C540等，统称为Fullerenes，中文译名为富勒烯。,C60的超导性 1991年，赫巴德（Hebard）等首先提出掺钾C60具有超导性，超导起始温度为18K，打破了有机超导体（Et）2CuN（CN）2Cl超导起始温度为12.8K的纪录。不久又制备出Rb3C60的超导体，超导起始温度为29K。表1-1列出了已合成的各种掺杂C60的超导体和超导起
11、始温度，说明掺杂C60的超导体已进入高温超导体的行列。我国在这方面的研究也很有成就，北京大学和中国科学院物理所合作，成功地合成了K3C60和Rb3C60的超导体，超导起始温度分别为8K和28K。有科学工作者预言，如果掺杂C240和掺杂C540，有可能合成出具有更高超导起始温度的超导体。,人们对C60的研究还在继续，希望同学们加油，将来的某一天你也会在这方面获得巨大成功。,1. 普通玻璃是 , 玻璃可在一定温度范围内软化，制成工艺品等。这是因为玻璃不是 ，而是一种 物质，没有固定 。,混合物,混合物,纯净物,溶沸点,2. 制水泥和玻璃时都需要用的原料是（ ） （A）黏土 （B）石英 （C）石灰石 （D）纯碱,C,3. 下列说法正确的是（ ） （A）SiO2是酸性氧化物，它不溶于水也不溶于任何酸 （B）SiO2是制造玻璃的主要原料之一，它在常温下与NaOH溶液不反应 （C）因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，所以H2SiO3酸性比H2CO3强 （D）CO2通入水玻璃中可得原硅酸,D,