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1、化学竞赛辅导讲座化学竞赛辅导讲座2022/10/251【主要内容主要内容】一、材料一、材料二、材料的分类二、材料的分类三、生活中的无机非金属材料三、生活中的无机非金属材料四、新型无机非金属材料的特征四、新型无机非金属材料的特征五、高温结构陶瓷五、高温结构陶瓷六、光导纤维六、光导纤维七、人造宝石七、人造宝石第三节 新型无机非金属材料*2用树枝、泥巴盖起来的房子用树枝、泥巴盖起来的房子*3用石头建造的古罗马斗兽场用石头建造的古罗马斗兽场*4用砖、石头等建的古代城墙用砖、石头等建的古代城墙*5用砖盖起来的城堡用砖盖起来的城堡*6巴巴黎黎埃埃菲菲尔尔铁铁塔塔*7用各种金属材料用各种金属材料建造的高楼大
2、厦建造的高楼大厦*8用多种复合材料用多种复合材料装饰的现代居室装饰的现代居室*9用多种高科技材料制造的波音用多种高科技材料制造的波音777777飞机飞机*10高高科科技技耐耐高高温温隔隔热热材材料料*11全塑料汽车全塑料汽车*12F-117隐形战斗轰炸机隐形战斗轰炸机*13神舟七号神舟七号*14一、材料一、材料 材材料料是是人人类类赖赖以以生生存存和和发发展展的的物物质质基基础础，一直是人类进步的一个重要里程碑。一直是人类进步的一个重要里程碑。例例如如，历历史史上上的的石石器器时时代代、青青铜铜器器时时代代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。一一种种新
3、新型型材材料料的的研研制制成成功功，可可以以引引起起人人类文化和生活的新的变化。类文化和生活的新的变化。石石器器、陶陶瓷瓷、铁铁、铜铜、玻玻璃璃、水水泥泥、有有机机高高分分子子(如如塑塑料料等等)、单单晶晶材材料料等等的的发发明明，为为人类进步提供重要的物质基础。人类进步提供重要的物质基础。*15一、材料一、材料可可以以说说没没有有半半导导体体材材料料，便便不不可可能能有有目目前前的的计计算算机机技技术术；没没有有耐耐高高温温、高高强强度度的的特特殊殊结结构构材材料料，便便没没有有今今天天的的宇宇航航工工业业；没没有有低低损损耗耗的的光光导导纤纤维维，也也就就没没有有现现代代的的光光通通讯讯；
4、没没有有有有机机高高分分子子材材料料，人人们们的的生生活活也也不不可可能能像今天这样丰富多彩。像今天这样丰富多彩。材材料料是是人人类类用用于于制制造造物物品品、器器件件、构构件件、机器或其他产品的那些物质。机器或其他产品的那些物质。材材料料是是物物质质，但但不不是是所所有有物物质质都都可可以以称称为为材材料料。如如燃燃料料和和化化学学原原料料、工工业业化化学学品品、食物和药物，一般都不算是材料。食物和药物，一般都不算是材料。*16二、材料的分类二、材料的分类 材材料料除除了了具具有有重重要要性性和和普普遍遍性性以以外外，还还具具有多样性。有多样性。由由于于多多种种多多样样，分分类类方方法法也也
5、就就没没有有一一个个统统一标准。一标准。1、从物理化学属性来分从物理化学属性来分 金属材料金属材料-金属及其合金金属及其合金 无机非金属材料无机非金属材料-传统和新型传统和新型 有机高分子材料有机高分子材料-合成塑料、橡胶、纤维合成塑料、橡胶、纤维 复合材料复合材料-不同类型材料所组成的不同类型材料所组成的*17二、材料的分类二、材料的分类1、从物理化学属性来分从物理化学属性来分2、从用途来分、从用途来分电子材料电子材料 航空航天材料航空航天材料 核材料核材料 建筑材料建筑材料 能源材料能源材料 生物材料生物材料 通信材料通信材料 日用材料日用材料 化工材料化工材料 *18二、材料的分类二、材
6、料的分类1、从物理化学属性来分从物理化学属性来分2、从用途来分、从用途来分3、从存在历史来分从存在历史来分-传统材料与新型材料传统材料与新型材料传传统统材材料料是是指指那那些些已已经经成成熟熟且且在在工工业业中中已已批批量量生生产产并并大大量量应应用用的的材材料料，如如钢钢铁铁、水水泥泥、塑塑料料等等。这这类类材材料料由由于于其其量量大大、产产值值高高、涉涉及及面面广广泛泛，又又是是很很多多支支柱柱产产业业的的基基础础，所所以以又又称称为基础材料。为基础材料。新新型型材材料料(先先进进材材料料)是是指指那那些些正正在在发发展展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。且具有优异性能和应用前景的一类
7、材料。*19二、材料的分类二、材料的分类3、从存在历史来分从存在历史来分-传统材料与新型材料传统材料与新型材料新新型型材材料料与与传传统统材材料料之之间间并并没没有有明明显显的的界界限。限。传传统统材材料料通通过过采采用用新新技技术术，提提高高技技术术含含量量，提提高高性性能能，大大幅幅度度增增加加附附加加值值而而成成为为新新型型材材料料；新新材材料料在在经经过过长长期期生生产产与与应应用用之之后后也也就就成成为为传传统材料。统材料。传传统统材材料料是是发发展展新新材材料料和和高高技技术术的的基基础础，而而新新型型材材料料又又往往往往能能推推动动传传统统材材料料的的进进一一步步发发展。展。*2
8、0二、材料的分类二、材料的分类1、从物理化学属性来分从物理化学属性来分2、从用途来分、从用途来分3、从存在历史来分从存在历史来分-传统材料与新型材料传统材料与新型材料4、从结构性能来分、从结构性能来分-结构材料与功能材料结构材料与功能材料结结构构材材料料是是以以力力学学性性能能为为基基础础，以以制制造造受受力力构构件件所所用用材材料料，当当然然，结结构构材材料料对对物物理理或或化化学学性性能能也也有有一一定定要要求求，如如光光泽泽、热热导导率率、抗抗辐辐照、抗腐蚀、抗氧化等。照、抗腐蚀、抗氧化等。功功能能材材料料则则主主要要是是利利用用物物质质的的独独特特物物理理、化学性质或生物功能等而形成的
9、一类材料。化学性质或生物功能等而形成的一类材料。一一种种材材料料往往往往既既是是结结构构材材料料又又是是功功能能材材料料，如铁、铜、铝等。如铁、铜、铝等。*21三、生活中的无机非金属材料三、生活中的无机非金属材料玻璃、水泥、陶瓷玻璃、水泥、陶瓷石英钟表石英钟表手表上的手表上的“19钻钻”(人造红宝石轴承的数目人造红宝石轴承的数目)玻璃刀玻璃刀金刚石钻头金刚石钻头彩电彩电(荧光材料荧光材料)煤气炉中的电子打火煤气炉中的电子打火(压电陶瓷压电陶瓷)海底电缆海底电缆(光导纤维光导纤维)电脑的电脑的CPU(单晶硅单晶硅)隐形飞机隐形飞机(特殊光学材料特殊光学材料)*22四、新型无机非金属材料的特征四、
10、新型无机非金属材料的特征*23四、新型无机非金属材料的特征四、新型无机非金属材料的特征1、耐高温、强度高、耐高温、强度高2、具有电学性质、具有电学性质3、具有光学性质、具有光学性质4、具有生物功能、具有生物功能破碎机厂家破碎机厂家提供提供厂家电话：*24五、高温结构陶瓷五、高温结构陶瓷结构材料结构材料 主主要要指指利利用用其其强强度度、硬硬度度、韧韧性性等等机机械械性性能制成的各种材料。能制成的各种材料。高温结构材料与金属材料的性能比较高温结构材料与金属材料的性能比较 金属材料：金属材料：易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用。易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用。高温结构材料：高温结构材料：耐
11、耐高高温温、耐耐腐腐蚀蚀、硬硬度度大大、耐耐磨磨损损、不不怕怕氧化。氧化。*25五、高温结构陶瓷五、高温结构陶瓷1、氧化铝陶瓷、氧化铝陶瓷-人造刚玉人造刚玉性性能：能：熔点高、硬度大、透明、耐高温。熔点高、硬度大、透明、耐高温。用用途途：可可用用作作高高级级耐耐火火材材料料如如坩坩埚埚、高高温温炉炉管管等等，制制造造刚刚玉玉球球磨磨机机，高高纯纯氧氧化化铝铝透透明明陶陶瓷瓷管可用作高压钠灯的灯管等。管可用作高压钠灯的灯管等。备备注注：钠钠蒸蒸气气放放电电发发光光问问题题早早在在1950年年就就得得以以解解决决，由由于于没没有有一一种种能能抵抵御御高高温温钠钠蒸蒸气气(1400)强强烈烈腐腐蚀蚀
12、的的特特殊殊材材料料，所所以以，直直到到1965年才制取第一支高压钠灯。年才制取第一支高压钠灯。*26五、高温结构陶瓷五、高温结构陶瓷高压钠灯的灯管高压钠灯的灯管*27五、高温结构陶瓷五、高温结构陶瓷1、氧化铝陶瓷、氧化铝陶瓷-人造刚玉人造刚玉2、氮化硅陶瓷、氮化硅陶瓷性性能能：具具有有密密度度小小、高高强强、高高硬硬、高高韧韧性性、耐耐磨磨损损、耐耐腐腐蚀蚀、抗抗氧氧化化、抗抗热热震震、自自润润滑滑、隔热、电绝缘等一系列优良性能。隔热、电绝缘等一系列优良性能。用用途途：可可制制成成Si3N4陶陶瓷瓷球球轴轴承承、氮氮化化硅硅陶陶瓷瓷部部件件等等用用于于制制造造发发动动机机部部位位的的受受热热
13、面面，提提高高柴柴油油机机的的质质量量，节节省省燃燃料料(不不用用水水冷冷却却，减减少少热热散失散失)等。等。*28六、光导纤维六、光导纤维功功能能材材料料光光导导纤纤维维(光光纤纤)是是高高质质量量传传导导光光的的玻玻璃璃纤纤维维，信信息息高高速速公公路路的的“基基石石”，信信息息容容量量非非常常大大，抗抗电电磁磁干干扰扰、保保密密性性强强、能能防防窃窃听听、不不发发生生电电辐辐射射、不不怕怕腐腐蚀蚀、铺铺设设方方便便等优点，是非常好的通讯材料。等优点，是非常好的通讯材料。光光纤纤除除了了可可以以用用于于通通讯讯外外，还还用用于于医医疗疗、信信息息处处理理、传传能能传传像像、遥遥测测遥遥控控
14、、照照明明等等许许多多方面。方面。*29六、光导纤维六、光导纤维*30七、人造宝石七、人造宝石红红宝宝石石和和蓝蓝宝宝石石的的主主要要成成分分都都是是Al2O3(刚刚玉玉)。红红宝宝石石呈呈现现红红色色是是由由于于其其中中混混有有少少量量含含铬铬化合物；化合物；而而蓝蓝宝宝石石呈呈蓝蓝色色则则是是由由于于其其中中混混有有少少量量含含钛化合物。钛化合物。1900年年，科科学学家家曾曾用用氧氧化化铝铝熔熔融融后后加加入入少少量量氧氧化化铬铬的的方方法法，制制出出了了质质量量为为2g4g的的红红宝宝石石。现现在在，已已经经能能制制造造出出大大到到10g的的红红宝宝石石和和蓝宝石。蓝宝石。*31七、人
15、造宝石七、人造宝石金金刚刚石石是是目目前前已已知知的的最最硬硬的的材材料料，用用来来切切削和刻划其他物质，被用于钻探、磨削等行业。削和刻划其他物质，被用于钻探、磨削等行业。但但是是，由由于于天天然然金金刚刚石石非非常常少少，远远远远不不能能满满足足生生产产和和科科研研的的需需要要。科科学学家家们们通通过过对对石石墨墨和和金金刚刚石石同同素素异异形形体体结结构构的的研研究究，指指出出了了在在一一定条件下使石墨转化为金刚石的可能性。定条件下使石墨转化为金刚石的可能性。1955年年，美美国国首首先先用用石石墨墨合合成成出出金金刚刚石石，这是材料合成领域的一项重大成就。这是材料合成领域的一项重大成就。
16、目目前前，世世界界上上用用石石墨墨合合成成金金刚刚石石的的研研究究发发展展很很快快，我我国国在在这这方方面面的的研研究究也也在在飞飞速速发发展展，许许多多城城市市都都建建有有人人造造金金刚刚石石的的工工厂厂和和研研究究所所，以满足生产发展的需要。以满足生产发展的需要。*32展望展望21世纪，材料科学的前景是美好的：世纪，材料科学的前景是美好的：1、光光电电转转换换材材料料，分分解解水水的的催催化化材材料料和和储氢材料等能源材料将实现高效化；储氢材料等能源材料将实现高效化；2、集集多多种种功功能能于于一一身身的的复复合合材材料料可可使使我我们们的的生生活活质质量量得得到到进进一一步步改改善善(如如“白白色色污污染染”将被消除将被消除)；3、高温超导材料进入实用阶段；、高温超导材料进入实用阶段；4、智能材料和机敏材料将得到广泛应用；、智能材料和机敏材料将得到广泛应用；5、纳纳米米材材料料将将在在治治疗疗癌癌症症、存存储储信信息息等等领域大显神通领域大显神通社会需要材料，材料离不开化学。社会需要材料，材料离不开化学。*33