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1、5/14/20235/14/2023原料纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英原理原理Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一熔合在一起而形成在玻璃态物质，主要成起而形成在玻璃态物质，主要成分是分是SiO2 2Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高温高温高温高温CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2方程式若有不懂之处，可向飞哥提问，方程式若有不懂之处，可向飞哥提问，方程式若有不懂之处，可向飞哥提问，方程式若有不懂之处，可向飞哥提问，欢迎同学积极提问。欢迎同学积极提问。欢迎同学积极提问。欢迎同学积极提问。高温高温高温高温普通玻璃的组成普通玻璃的组成特种玻璃特种玻璃光学玻璃光学玻
2、璃有色玻璃有色玻璃玻璃纤维玻璃纤维钢化玻璃钢化玻璃玻璃5/14/20235/14/2023玻璃玻璃n古代亦称琉璃琉璃 玻璃最初由火山喷出的酸性岩凝固而得。约公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃装饰品和简单玻璃器皿，当时只有有色玻璃，约公元前1000年前，中国制造出无色玻璃。公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料。18世纪，为适应研制望远镜的需要，制出光学玻璃。1873年，比利时首先制出平板玻璃。1906年，美国制出平板玻璃引上机。此后，随着玻璃生产的工业化和规模化，各种用途和各种性能的玻璃相继问世。现代，玻璃已成为日常生活、生产和科学技术领域的重要材料。5/14/2023n3000
3、多年前，一艘欧洲腓尼基人的商船，满载着晶体矿物“天然苏打”，航行在地中海沿岸的贝鲁斯河上。由于海水落潮，商船搁浅了。n于是船员们纷纷登上沙滩。有的船员还抬来大锅，搬来木柴，并用几块“天然苏打”作为大锅的支架，在沙滩上做起饭来。n船员们吃完饭，潮水开始上涨了。他们正准备收拾一下登船继续航行时，突然有人高喊：“大家快来看啊，锅下面的沙地上有一些晶莹明亮、闪闪发光的东西！”n船员们把这些闪烁光芒的东西，带到船上仔细研究起来。他们发现，这些亮晶晶的东西上粘有一些石英砂和融化的天然苏打。原来，这些闪光的东西，是他们做饭时用来做锅的支架的天然苏打，在火焰的作用下，与沙滩上的石英砂发生化学反应而产生的晶体，
4、这就是最早的玻璃。后来腓尼基人把石英砂和天然苏打和在一起，然后用一种特制的炉子熔化，制成玻璃球，使腓尼基人发了一笔大财。5/14/2023玻璃玻璃苏打（纯碱）苏打（纯碱）Na2CO3沙子（石英）沙子（石英）SiO2石灰石石灰石CaCO3玻璃玻璃5/14/2023 玻璃是否为晶体？玻璃是否为晶体？生活中有许多漂亮的玻璃制品，它生活中有许多漂亮的玻璃制品，它们有的是由人工吹制的，玻璃为什么能被们有的是由人工吹制的，玻璃为什么能被吹制成性状不同的制品？吹制成性状不同的制品？玻璃不是晶体。玻璃不是晶体。玻璃没有一定的熔点，而是玻璃没有一定的熔点，而是在某个温度范围内逐渐软化，在软化在某个温度范围内逐渐
5、软化，在软化状态时可以被吹制成任何形状的制品状态时可以被吹制成任何形状的制品坚固、透明坚固、透明玻璃不是晶体，没有固定熔点，玻璃不是晶体，没有固定熔点，高温时（高温时（650）变软，容易加工制造。）变软，容易加工制造。5/14/2023普通玻璃普通玻璃蓝玻璃蓝玻璃红玻璃红玻璃化学仪器玻璃化学仪器玻璃光学仪器玻璃光学仪器玻璃钢化玻璃钢化玻璃光纤玻璃光纤玻璃因因混有铁的化合物而呈浅绿色混有铁的化合物而呈浅绿色在在原料里加入了氧化钴使玻璃呈现蓝色原料里加入了氧化钴使玻璃呈现蓝色在原料里加入了氧化亚铜使玻璃呈现红色在原料里加入了氧化亚铜使玻璃呈现红色如如试管等试管等如如放大镜放大镜把把普通玻璃放到电炉
6、里加热，使它软化，然后急速冷却，普通玻璃放到电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大46倍。倍。1964年华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被年华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被誉为誉为“纤维光学之父纤维光学之父”，比头发丝还细的光导纤维上同时传送，比头发丝还细的光导纤维上同时传送3万门电话且中继距离长达万门电话且中继距离长达2050Km，保密性能好。保密性能好。5/14/20235/14/2023石英玻璃石英玻璃n成分：纯石英（成分：纯石英（SiO2)n优点优点n硬度大（莫氏硬度硬度大（莫氏硬度7）
7、n熔点高（熔点高（1700）n热稳定性好热稳定性好n透光性能好透光性能好5/14/2023钢化玻璃钢化玻璃n普通玻璃放入钢化炉中加热，接近软化普通玻璃放入钢化炉中加热，接近软化温度，迅速抽出，用冷风急吹即得。温度，迅速抽出，用冷风急吹即得。n优点优点n机械强度大机械强度大n碎块没有棱角，碎块没有棱角，n不伤人不伤人5/14/2023有色玻璃有色玻璃n玻璃制造中添加入金属氧化物玻璃制造中添加入金属氧化物n氧化钴：蓝色氧化钴：蓝色n氧化亚铜：红色氧化亚铜：红色5/14/2023ChinaChina中国中国二、陶瓷二、陶瓷 5/14/2023陶瓷陶瓷5/14/20235/14/20235/14/20
8、23思考：思考：1、我国最为著名的陶器、瓷器产地在什么地方？有什我国最为著名的陶器、瓷器产地在什么地方？有什么之称？么之称？（答案：陶都（答案：陶都江苏宜兴江苏宜兴 瓷都瓷都江西景德镇）江西景德镇）2 2、制造陶瓷器的主要原料是什么？、制造陶瓷器的主要原料是什么？黏土黏土 5/14/2023陶瓷器制造过程：陶瓷器制造过程：5/14/2023思考：思考：对于一般烧制的陶瓷制品，有什么共同的缺陷呢？怎样弥对于一般烧制的陶瓷制品，有什么共同的缺陷呢？怎样弥补？补？表面比较粗糙，而且有不同程度的渗透性。表面比较粗糙，而且有不同程度的渗透性。烧制前在坯体表面涂上一层烧制前在坯体表面涂上一层釉釉，使成品光
9、滑，不渗水。，使成品光滑，不渗水。在普通釉料中加入一些重金属离子，可制成彩釉。在普通釉料中加入一些重金属离子，可制成彩釉。将彩釉涂在坯体上进行烧制即制成绚丽多彩的瓷器将彩釉涂在坯体上进行烧制即制成绚丽多彩的瓷器5/14/2023陶瓷陶瓷陶器陶器瓷器瓷器使用原料使用原料 使用原料使用原料 高岭土高岭土烧制温度烧制温度8001200以上以上坚硬程度坚硬程度 未完全烧结，软未完全烧结，软完全烧结，硬完全烧结，硬透明度透明度不透明不透明半透明半透明5/14/2023其它其它水泥具有水硬性水泥具有水硬性原料原料石灰石、粘土石灰石、粘土生产过程生产过程普通水泥的成分普通水泥的成分硅酸三钙硅酸三钙3CaO
10、SiO2硅酸二钙硅酸二钙2CaO SiO2铝酸三钙铝酸三钙3CaO Al2O3原原原原料料料料研磨研磨研磨研磨混合混合混合混合 煅烧煅烧煅烧煅烧(回转窑回转窑回转窑回转窑)成品成品成品成品加加加加入入入入石石石石膏膏膏膏水泥沙浆、混凝土水泥沙浆、混凝土水泥沙浆、混凝土水泥沙浆、混凝土我国的水泥工业我国的水泥工业我国的水泥工业我国的水泥工业水泥5/14/20235/14/2023水泥水泥n粉末状白色固体粉末状白色固体n水泥与水混合，静置后容易凝固变硬水泥与水混合，静置后容易凝固变硬5/14/2023水泥水泥石灰石石灰石CaCO3黏土黏土石膏石膏CaSO4水泥回转窑水泥回转窑煅烧煅烧研成细粉研成细
11、粉水泥水泥5/14/2023在水泥中加入石膏的作用是在水泥中加入石膏的作用是调节水泥的硬化速度调节水泥的硬化速度将将砂子砂子-、水泥水泥碎石碎石按一定比例混合硬化后称为混凝土。按一定比例混合硬化后称为混凝土。5/14/2023水泥水泥n国家标准：强度等级国家标准：强度等级n32.5 42.5 52.5 62.5n容易吸水容易吸水n硬化硬化n注意保质期！注意保质期！5/14/2023混凝土混凝土n水泥水泥+沙子沙子n混凝土搅拌车混凝土搅拌车n混凝土泵车混凝土泵车5/14/2023光导纤维光导纤维n从高纯度的石英玻璃熔融体中，抽出直从高纯度的石英玻璃熔融体中，抽出直径径100m mm的细丝，得到石
12、英玻璃纤维。的细丝，得到石英玻璃纤维。n石英玻璃纤维可用于传到光信号石英玻璃纤维可用于传到光信号n光纤光纤5/14/2023光导纤维光导纤维5/14/2023光纤传导光纤传导n占全球信息传导占全球信息传导93%以上以上n速度快速度快n100M/sn效率高效率高n1条电缆可容纳条电缆可容纳27个频道个频道n1条光缆可容纳上百万个频道条光缆可容纳上百万个频道n信号损失少信号损失少5/14/2023结构材料结构材料高温结构陶瓷高温结构陶瓷(1)氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷性性能能用用途途熔点高熔点高坩埚、高温炉管坩埚、高温炉管硬度大硬度大刚玉球磨机刚玉球磨机透明、耐高温透明、耐高温高压钠灯灯管高压钠灯灯管高
13、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耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。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纯高纯氧化铝透明陶瓷管氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品氧化铝陶瓷制品5/14/20235/14/2023(2)(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧性、氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧性、氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧性、氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧性、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、耐磨
14、损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、电绝缘等一系列优良性能。电绝缘等一系列优良性能。电绝缘等一系列优良性能。电绝缘等一系列优良性能。(3)(3)人造宝石人造宝石人造宝石人造宝石制造发动机部位的受热面，提高柴油机的质量，制造发动机部位的受热面，提高柴油机的质量，制造发动机部位的受热面，提高柴油机的质量，制造发动机部位的受热面，提高柴油机的质量，节省燃料（不用水冷却，减少热散失）。节省燃料（不用水冷却，减少热散失）。节省燃料（不用水冷却，减少热散失）。节省燃料（不用水冷却，减少热散失）。SiSi3 3
15、N N4 4基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承沙漠车沙漠车沙漠车沙漠车氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷部件5/14/20235/14/2023n温氧化物结构陶瓷指熔点高于1728的氧化物（如氧化硅晶体）或某些复合氧化物（如氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙和氧化钍等）。高温非氧化物结构陶瓷包括氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等。主要特点：高温结构陶瓷，是指用于某种装置、或设备、或结构物中，能在高温条件下承受静态或动态的机械负荷的陶瓷。具有高熔点，较高的高温强度和较小的高温蠕变性能，以及较好的耐热震性、抗腐蚀、抗氧化和结构稳定性等。】5/14/2023陶瓷发动机陶瓷发
16、动机氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅的性质氮化硅的性质。（应该是耐高温、抗氧化、耐腐蚀。）（应该是耐高温、抗氧化、耐腐蚀。）硅陶瓷硬度大，本身具有润滑性，耐磨损，抗腐蚀，抗硅陶瓷硬度大，本身具有润滑性，耐磨损，抗腐蚀，抗氧化，能抵抗冷热冲击，可用来制造轴承、汽轮机叶片、氧化，能抵抗冷热冲击，可用来制造轴承、汽轮机叶片、永久性模具、机械密封环等机械构件，还可以用来制柴永久性模具、机械密封环等机械构件，还可以用来制柴油机。油机。5/14/20235/14/20235/14/2023高温结构陶瓷高温结构陶瓷下面我们就以实例来进行说明。下面我们就以实例来进行说明。思考：思考：1、假如一辆普通的汽车在沙漠里行
17、驶，在汽车零件不坏的假如一辆普通的汽车在沙漠里行驶，在汽车零件不坏的情况下，最怕遇到的问题是什么情况下，最怕遇到的问题是什么?（答案：缺水）（答案：缺水）2、汽车行驶时，为什么经常要加水、汽车行驶时，为什么经常要加水?（答案：为了散热，因为汽车的发动机多是由金属制作，（答案：为了散热，因为汽车的发动机多是由金属制作，它们在高温时容易损坏，必须用水来冷却。）它们在高温时容易损坏，必须用水来冷却。）5/14/20235/14/20235/14/2023压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷5/14/20235/14/2023航天防护片航天防护片n航天飞机在再入时因气流加热，部分区域温度可达1000度以上
18、，热防护要求比火箭和飞船更高。为此，航天飞机的大部分外表面都用99%氧化硅纤维瓦，温度不太高的部位用有硅涂层的聚芳酰胺纤维毡，高温部位用增强的碳/碳帽和碳基防热瓦。从而保护航天飞机和宇航员从而保护航天飞机和宇航员的安全。的安全。5/14/2023 展望展望展望展望21212121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：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：1.1.1.1.光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料等能光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料等能光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料等能光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料等能源材料将
19、实现高效化；源材料将实现高效化；源材料将实现高效化；源材料将实现高效化；2.2.2.2.集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量得到进一步改善（如得到进一步改善（如得到进一步改善（如得到进一步改善（如“白色污染白色污染白色污染白色污染”将被消除）；将被消除）；将被消除）；将被消除）；3.3.3.3.高温超导材料进入实用阶段；高温超导材料进入实用阶段；高温超导材料进入实用阶段；高温超导材料进入实用阶段；4.4.4.4.智能材料和机敏材料将得到广泛应用；智能材料和
20、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；智能材料和机敏材料将得到广泛应用；5 5 5 5、纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神、纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神、纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神、纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神通通通通 社会需要材料社会需要材料社会需要材料社会需要材料,材料离不开化学。材料离不开化学。材料离不开化学。材料离不开化学。5/14/20235/14/20235/14/2023主要反应Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高温CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温普通玻璃：普通玻璃：不能说明硅酸的不能说明硅酸的酸性比碳酸强酸性比碳酸强5/14/2023具有硅酸盐和二氧化硅的性质。具有硅酸盐和二氧化硅的性质。如，如，盛氢氧化钠的玻璃瓶不能用玻璃塞：盛氢氧化钠的玻璃瓶不能用玻璃塞：2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O用氢氟酸刻蚀玻璃：用氢氟酸刻蚀玻璃：4HF+SiO2=SiF4+2H2O5/14/2023