第四章 无机非金属
材料科学概论第四章无机非金属材料.
2. 玻璃相 玻璃相是陶瓷材料中原子不规则的组成部分，其 结构如同玻璃。 (1) 玻璃相作用 ① 粘连晶体相，填充晶体相间空隙，提高材料 致密度； ② 降低烧成温度，加快烧结； ③ 阻止晶体转变，抑制其长大； ④ 获得透光性等玻璃特性； 但是，对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热耐 火性等不利。因此，不能成为陶瓷的主导组成部分， 一般含量在20%-40%。
总结
陶瓷材料具有高耐热性、高化学稳定性、高
的硬度和良好的抗压能力。 但脆性很高，温度急变抗力很低，抗拉性能 差。
4.2 普通陶瓷材料
生 产 工 艺 过 程
烧结过程：目的是通过一系列物理化学变化，
去除坯内所含有溶剂、黏结剂、塑化剂等，减少 坯体中的气孔，增强颗粒间的结合强度。
蒸发阶段（室温-300℃）：脱水 氧化物分解和晶型转化阶段（300-950℃）：发 生物理化学反应，包括黏土脱水；有机物、无 机物氧化；碳酸盐等分解；石英的晶型转变。 玻化成瓷期（950℃-烧成温度）：烧成阶段 冷却阶段（烧成温度-室温）
三、陶瓷材料的相组成及其结构
陶瓷包括三种相： 晶体相、玻璃、气相
1. 晶体相 是陶瓷的主要组成相。有硅酸盐、氧化物和 非氧化合物等。其结构、形态。数量及分布决定 陶瓷的主要性能和应用。 (1) 硅酸盐 陶瓷常为多晶，可分为主晶相、次晶相及第 是普通陶瓷的主要原料，结合键为离子键与 三相，陶瓷的性能主要取决于主晶相。 共价键的混合键。 构成硅酸盐的基本单元是硅氧四面体。
陶器
陶器
陶器
元代
一、陶瓷材料的分类
唐山骨质瓷茶器
建筑卫生陶瓷
电瓷
二、陶瓷材料的结合键
离子键特点：结合力是正、负离子间的 静电作用力，没有方向性。离子晶体强度高、 硬度高、熔点高，但是脆性大、无延展性， 受热膨胀小，且完整晶体多为透明。 共价键特点：结合力很大，具有方向性 和饱和性。共价晶体强度高、硬度高、熔点 高、但是脆性大、无延展性，受热膨胀小。
高中化学第四章 非金属及其化合物知识点总结
第四章 非金属及其化合物第一讲 碳、硅及无机非金属材料考点1 碳、硅单质及其重要化合物的性质一、碳、硅的单质1．存在：自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。
碳单质主要有金刚石、石墨、C 60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
碳⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧与O 2反应⎩⎪⎨⎪⎧O 2（足量）：C ＋O 2=====点燃CO 2O 2（不足）：2C ＋O 2=====点燃2CO 与氧化物反应⎩⎪⎨⎪⎧CuO ：2CuO ＋C=====△2Cu ＋CO 2↑（冶炼金属）SiO 2：SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑（制取粗硅）H 2O ：C ＋H 2O （g ）=====高温CO ＋H 2（制取水煤气）与强氧化性酸反应⎩⎪⎨⎪⎧浓H 2SO 4：C ＋2H 2SO 4（浓）=====△CO 2↑＋2SO 2↑＋2H 2O 浓HNO 3：C ＋4HNO 3（浓）=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O 二、碳、硅的氧化物 1．CO 的性质(1)物理性质：无色无味的气体，难溶于水。
能使人中毒的原因是其与人体中血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。
(2)化学性质①可燃性：2CO ＋O 2=====点燃2CO 2。
②还原性：CO 还原Fe 2O 3的反应为Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe ＋3CO 2。
2．二氧化碳与二氧化硅的比较 (1)物理性质①熔、沸点：CO 2的熔、沸点比SiO 2的熔、沸点低。
②溶解性：CO 2可溶于水，SiO 2不溶于水。
(2)化学性质CO 2＋H 2OH 2CO 3CO 2：化工原料、灭火剂。
干冰用作制冷剂，人工降雨。
SiO 2：制光学仪器、石英玻璃。
水晶可制作饰品，常用来制造通讯材料光导纤维。
考点2 硅酸盐及无机非金属材料一、硅酸和硅酸钠 1．硅酸(H 2SiO 3)硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊试液变红色。
第四章第一节无机非金属材料的主角配餐
第四章第一节无机非金属材料的主角——硅第一课时【学习目标】1.了解硅的原子结构，认识硅在自然界中的含量、存在2.了解二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质3.了解硅酸的性质及制法4.通过硅与碳、SiO2与CO2的比较，培养学生的归纳能力、比较能力【重点难点】二氧化硅的化学性质；通过资料探究，学生自主学习硅的化合物知识【学习过程】找出碳和硅在元素周期表中的位置，并结合课本P74第1、2、3自然段完成表格，并思考：硅在地壳中的含量为多少？碳和硅在自然界中的存在形式有什么不同？硅与碳一样，其原子既失去也得到电子，主要形成的化合物。
碳是构成的主要元素，而硅是构成的基本元素一、硅的存在硅在地壳中的含量为，主要以和的形式存在;硅是一种元素，在自然界中它总是与相互化合。
碳在自然界有稳定的单质存在，它在地壳中主要形成等矿物，碳的氧化物CO2通常以形式存在于二、二氧化硅（SiO2）（1）阅读教材P74第4自然段找出二氧化硅的存在形态（2）阅读教材P74：科学视野内容，认识SiO2的结构（3）观察教材P74～P75上的图4—3、图4—4和图4—5，了解SiO2用途，并了解用途与性质间的关系。
1.存在硅的最重要化合物是，地球上存在的天然SiO2约占地壳质量的。
其存在形态有和两大类，统称。
请用树状分类法对其分类：硅石2.结构:3.用途：4.性质【思考与交流】根据SiO2的存在与应用，分析：SiO2具有哪些物理性质？化学性质如何？你的判断根据？SiO2的这些性质是由什么决定的？（提示：结构决定性质，性质决定存在、用途）①物理性质②化学性质【交流与探讨】①从物质的分类的角度来看，二氧化硅属于哪类氧化物？②SiO2可能具有的化学性质？（对照CO2分析）【自读课本】阅读教材P76有关内容，思考并讨论：SiO2实际具有的性质与资料：Na2SiO3是白色晶体，能溶于水，少数可溶性硅酸盐之一，水溶液俗称水玻璃，是一种无色粘稠液体，是一种矿物胶，既不能燃烧又不受腐蚀，在建筑工业可用作粘合剂。
高一必修一第四章-无机非金属主角资料
想一想
１．为什么在实验室中盛放NaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？
答：玻璃中的SiO2 与NaOH 反应生成有粘胶 性的硅酸钠
2.实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？
答：HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用 玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。
3.某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟 酸反应,推断SiO2为两性氧化物.是否正确?
Si无游离态 化合态：硅的氧化物和硅酸盐
SiO2结构: 四面体
每1个Si原子周围结合4个O 原子，Si在中心,O在四个顶角.
同时每1个O原子周围结合2 个Si原子相结合。
二氧化硅中氧原子与硅原子
个数比为2：1,通常用SiO2来表 示二氧化硅的组成.
水晶
玛瑙
由图片思考:二氧化硅具有哪些物理 性质?化学稳定性如何?你的根据是 什么?SiO2的这些性质是由什么决定 的？
Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3↓
SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3↓
不稳定，受热易分解 H2SiO3 ∆= H2O + SiO2
【阅读·小结】硅的工业制法与用途
制粗硅：
高温
SiO2 +2C == Si + 2CO↑
提 纯：
高温
Si+2Cl2==SiCl4
高温
SiCl4+2H2==Si+4HCl
（高纯硅）
硅铁 硅锰合金
美丽的珊瑚
国芝高图 最加达中 完哥五的 美世百钻 的界万石 钻博美重 石览元约 。会在五
上一十 被九克 评三拉 为四价 美年值
高一化学第四章第一课时无机非金属材料主角-硅全解
雕花玻璃
13
在玻璃表面涂上一层石蜡
14
在石蜡上雕刻出花纹，向挖 空部分加少量氢氟酸
15
洗掉酸并去掉石蜡
16
5. 二氧化硅与二氧化碳的比较
二氧化碳CO2
二氧化硅SiO2
物质分类
均属于酸性氧化物
与酸反应
与碱性氧化 物反应
不反应
CO2 ＋ CaO＝CaCO3
SiO2 + 4HF = SiF4↑ + 2H2O
无机非金属材料的主角--硅 第一课时 二氧化硅和硅酸
硅的概况：在地壳中含量第二
钙
2
.钠7 42
钾 %. 4 7
%2
镁 氢其他 . 000.%716.%2 0 %
3.45%
铁
4.75%
铝 7.73%
硅 26.30%
氧
硅
铝
氧
铁
48.60%
钙
钠
钾
镁
氢
其他
含量：O＞Si ＞Al ＞Fe
硅的存在与分布
含量——仅次于氧，居第二位
②石英晶体中不存在单个的SiO2分子，所有的Si、O原子 连在一起， SiO2只是石英晶体的化学式，而不是分子式。 ③SiO2网状结构决定了SiO2是不溶于水的固体，其熔、 沸点高，硬度大。
④[SiO4]四面体不仅存在于SiO2晶体中，也存在于硅酸盐 中。
3. 二氧化硅的物理性质
根据SiO2的存在，请你分析以下问题： SiO2具有哪些物理性质？化学稳定性如何？ 你的根据是什么？ SiO2这些性质是由什 么决定的？
高温 CaO＋SiO2 CaSiO3
与碱反应 与水反应
CO2 ＋2NaOH＝
第四章第一节 硅酸盐和无机非金属材料
Al2O3·2SiO2·2H2O
练习：把下列式子改写成氧化物的形式 1、蛇纹石：H4Mg3Si2O9 2、钙长石：CaAl2SiO6 3、石棉：CaMg3Si4O12 4、长石：KAlSi3O8 5、普通玻璃： CaNa2Si6O14 3MgO· 2SiO2 · 2H2O CaO· Al2O3· SiO2
●压电陶瓷----钛酸钡、 钛酸铅
●生物陶瓷----氧化铝 、氧化锆
当堂训练
１.水玻璃不具备的用途是 （ Ｃ ） A.耐酸水泥掺料； B.木材防腐剂； C.食品添加剂； D.建筑材料黏合剂。 ２.下列工业生产，用石灰石作为原料的（ Ａ ） ①用海水为原料生产镁，②制硅酸盐水泥，③制普 通玻璃，④冶炼生铁，⑤制漂白粉
Na2SiO3 + CO2+H2O= H2SiO3↓+ Na2CO3
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl
结论：硅酸是弱酸，酸性比碳酸弱
“水玻璃”是无色粘稠液体，是一种矿物 胶,它既不能燃烧又不易受腐蚀,在建筑工业上可 用作粘合剂等。木材浸过水玻璃后,具有防腐性 能且不易着火。水玻璃还可用作耐火材料。
⑵水泥：
原料：石灰石 黏土 （石膏） 主要设备：水泥回转窑
特性：水硬性
成分：2CaO· SiO2 3CaO· SiO2 3CaO· Al2O3
混凝土：水泥、沙子和碎石
⑶ 陶瓷：
如：日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等
原料ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ黏土，经高温烧结而成
————新型陶瓷
人造关节
●高温结构陶瓷----Si3N4 、SiC
水泥、陶瓷等。
（2）新型无机非金属材料：如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压
高中化学第四章 非金属及其化合物知识点总结
第四章 非金属及其化合物第一讲 碳、硅及无机非金属材料考点1 碳、硅单质及其重要化合物的性质一、碳、硅的单质1．存在：自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。
碳单质主要有金刚石、石墨、C 60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
碳⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧与O 2反应⎩⎪⎨⎪⎧O 2（足量）：C ＋O 2=====点燃CO 2O 2（不足）：2C ＋O 2=====点燃2CO 与氧化物反应⎩⎪⎨⎪⎧CuO ：2CuO ＋C=====△2Cu ＋CO 2↑（冶炼金属）SiO 2：SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑（制取粗硅）H 2O ：C ＋H 2O （g ）=====高温CO ＋H 2（制取水煤气）与强氧化性酸反应⎩⎪⎨⎪⎧浓H 2SO 4：C ＋2H 2SO 4（浓）=====△CO 2↑＋2SO 2↑＋2H 2O 浓HNO 3：C ＋4HNO 3（浓）=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O 二、碳、硅的氧化物 1．CO 的性质(1)物理性质：无色无味的气体，难溶于水。
能使人中毒的原因是其与人体中血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。
(2)化学性质①可燃性：2CO ＋O 2=====点燃2CO 2。
②还原性：CO 还原Fe 2O 3的反应为Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe ＋3CO 2。
2．二氧化碳与二氧化硅的比较 (1)物理性质①熔、沸点：CO 2的熔、沸点比SiO 2的熔、沸点低。
②溶解性：CO 2可溶于水，SiO 2不溶于水。
(2)化学性质CO 2＋H 2OH 2CO 3CO 2：化工原料、灭火剂。
干冰用作制冷剂，人工降雨。
SiO 2：制光学仪器、石英玻璃。
水晶可制作饰品，常用来制造通讯材料光导纤维。
考点2 硅酸盐及无机非金属材料一、硅酸和硅酸钠 1．硅酸(H 2SiO 3)硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊试液变红色。
高中化学必修1知识点总结：第四章《非金属及其化合物》
高中化学必修 1 知识点总结：第四章《非金属及其化合物》知识点一、无机非金属材料的主角——硅1、构成有机物的最不可缺少的元素是碳，硅是构成岩石和矿物的基本元素。
2、SiO2 是由 Si 和 O 按 1:2 的比例所组成的立体网状结构的晶体，是光纤的基本原料。
3、凡是立体网状结构的晶体（如金刚石、晶体硅、SiC、SiO2 等）都具有熔点高、硬度大的物理性质，且一般溶剂中都不溶解。
4、SiO2 和强碱、氢氟酸都能反应。
前者解释碱溶液不能盛在玻璃塞试剂瓶中；后者解释雕刻玻璃的原因。
5、硅酸是用水玻璃加盐酸得到的凝胶，离子方程式为 SiO32-+2H+=H2SiO3。
凝胶加热后的多孔状物质叫硅胶，能做干燥剂和催化剂载体。
6、正长石 KAlSi3O8 写成氧化物的形式为K2O•Al2O3•6SiO27、晶体硅是良好的半导体材料，还可以制造光电池和芯片。
二、富集在海水中的元素——氯1、氯气是黄绿色气体，实验室制取的离子方程式为 MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O，这里 MnO2 是氧化剂，Cl2 是氧化产物。
2、实验室制得的氯气一定含有 HCl 和水蒸气，必须先通过饱和食盐水溶液再通过浓硫酸，就可以得到干燥纯净的氯气。
3、铁和 Cl2 反应方程式为 2Fe+3Cl2 2FeCl3，H2 点燃后放入 Cl2 中，现象是:安静燃烧，苍白色火焰，瓶口有白雾，这是工业制盐酸的主反应。
4、Cl2 溶于水发生反应为 Cl2+H2O=HCl+HClO，氯水呈黄绿色是因为含 Cl2，具有漂白杀菌作用是因为含有次氯酸，久置的氯水会变成稀盐酸。
5、氯水通入紫色石蕊试液现象是先变红后褪色，氯气通入 NaOH 溶液中可制漂白液，有效成分为NaClO，通入 Ca(OH)2 中可生成漂白粉或漂粉精。
6、检验溶液中的 Cl-，需用到的试剂是，AgNO3 溶液和稀 HNO3。
三、硫和氮的氧化物1、硫单质俗称硫黄，易溶于 CS2，所以可用于洗去试管内壁上沾的单质硫。
第四章 第1讲 无机非金属材料的主角—硅
通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管 (3)CO2(O2) ：____________________________________________。
通过饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液 (4)CO2(SO2)：_________________________________________。 通过饱和NaHCO3溶液 (5)CO2(HCl)：_________________________________________。 通过CuSO4溶液 (6)CO2(H2S)：_________________________________________。
高温
(2)SiO2＋Na2CO3 =====Na2SiO3＋CO2↑ (4)SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑
高温
高温
D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来
题组二
知识梳理·题型构建
二氧化碳与弱酸盐溶液反应的规律
( 操作及现象 )
3．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对 应关系错误的是 选项
(2)新型无机非金属材料，如 高温结构陶瓷 、 光导纤维 、
生物陶瓷 、 压电陶瓷 等。
知识梳理·题型构建
题组一
无机非金属材料的组成和性质
1．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证 说： “中国至少在距今 3 000 年以前， 就已经使用玻璃了。 ” 下列有关玻璃的说法不正确的是 (
A
)
A．制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土 B．玻璃在加热熔化时没有固定的熔点 C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧 碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
第4章 无机非金属材料
4.2.2 陶瓷的制备工艺 2.坯料成型 •坯料 可塑泥料、粉料或浆料 •成型 可塑成型 注浆成型 压制成型
可塑成型——配料中加入一定量水分(16-25%),调成具有可塑性的 坯料,用机器挤压或手捏成型。传统陶瓷用较多。
注浆成型——浆料浇注到石膏模中成型，用于制造形状复杂、精度 要求不高的日用陶瓷和建筑陶瓷。
热学性能: 热膨胀系数小，导热性比金属差（作绝热材 料）。
其他性能: 导电性变化范围大（大多是良好的绝缘体，有 些可作半导体），耐火性好，化学稳定性高， 耐酸碱腐蚀。
18
4.2.3 陶瓷的结构与性能 总的来说，陶瓷材料的特点是：具有不可燃烧性、高
耐热性、高化学稳定性、高的硬度和良好的抗压能力，但 脆性很高，热稳定性差，抗拉强度较低。
2
§4.1 无机非金属材料概述
无机非金属材料是20世纪40年代以后,随着现代科学技术 的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是 与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。
2.分类 无机非金属材料
传统无机非金属材料 新型无机非金属材料
水泥 玻璃 陶瓷
先进陶瓷 无机纤维 人工晶体 非晶态材料 无机涂层
晶相 -- 陶瓷晶相主要有硅酸盐、氧化物和非氧化物 玻璃相 --原子不规则排列的组成部分。 气相 --陶瓷组织内部残留下来而未排出的气体。
致密陶瓷、无开孔陶瓷、多孔陶瓷
17
§4.2 陶 瓷
4.2.3 陶瓷的结构与性能 2.陶瓷的性能
气相（气孔）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
力学性能: 刚度高、硬度高、强度高、几乎没有塑性，但 是很脆（缺点之一）。
第四章 无机非金属材料
主要内容
4.1 无机非金属材料概述 4.2 陶瓷 4.3 玻璃 4.4 水泥
第四章 无机非金属材料
Ca2+ 位于立方晶胞的各 个角顶及面的中心，形成 面心立方结构， 而F-则 填充在八个四面体空隙.
CaF2型 晶格: 简单立方 配位比 ( Ca2+/F- ) : 8:4 晶胞中离子的个数：
Ca 2： 个 4
F
－
： 1/8 12 1/4 6 1/2 1 8个 8
SrF2, UO2,HgF2等晶体属CaF2型，而Li2O, Na2O, Be2C等 晶体属反萤石型，即正离子占据F-离子位置，负离子占 据Ca2+的位置。
对于较简单的二元离子晶体，负离子只有一种， 通常, 较大的负离子形成等径圆球密堆积, 正离子填在空隙中。
阴离子：大球，密堆积，形成空隙。 阳离子：小球，填充空隙。
1. 几种二元离子晶体的典型结构形式
在离子晶体中，由于阳、阴离子在空间的排列方式 不同，因此离子晶体的空间结构也就不相同,而且有的很 复杂。但复杂离子晶体一般都是几种典型简单结构形式 的变形。对于AB 型离子晶体，常见的有 CsCl 型、 NaCl 型和 ZnS 型结构类型;对于AB2型离子晶体，常见 的有CaF2型和TiO2型结构类型。
+ + + ZnS
+
+ 式晶体结构
NaCl 式晶体结构 CsCl 式晶体结构
若 r + 再增大，可达到 12 配位；r + 再减小，则形成 3 配位。 注意 讨论中将离子视为刚性球体，这与实际情况有出入。 但这些计算结果仍不失为一组重要的参考数据。因而，我们可以 用离子间的半径比值作为判断配位数的参考。
第四章无机非金属材料[1]
![第四章无机非金属材料[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/8c1bb03754270722192e453610661ed9ad51556f.png)
第四章无机非金属材料[1]第四章无机非金属材料无机非金属材料可以是以离子键、共价键或兼有离子键和共价键的方式结合起来的。
许多无机非金属材料是由金属元素和非金属元素形成，在这些结构中，通常为金属原子失去外层电子成为正离子而非金属元素的原子由于得到电子而成为负离子，所以多数无机非金属材料可以看成是由带电的离子而不是由原子组成，而大多数无机非金属材料属离子晶体。
无机非金属材料的组成是多样化的，化合物的形式也是较复杂的，许多无机非金属材料是多元氧化物，它们的晶体结构要比金属材料的晶体结构复杂的多。
若以粒子间结合力来讨论晶体结构，主要有离子晶体、共价晶体、分子晶体以及混合键型晶体等。
4.1 离子晶体离子晶体指由正负离子结合在一起形成的晶体，它一般由电负性较小的金属元素与电负性较大的非金属元素生成。
其中，金属元素将部分价电子转移给非金属元素，形成具有较稳定的电子组态的正负离子，正负离子也可由多原子组成，例如NH+4、NO3-、SO42-等等。
正负离子之间存在的化学键是以静电作用力为基础的离子键。
4.1.1几种二元离子晶体的典型结构型式离子晶体的结构多种多样，而且有的很复杂。
但复杂离子晶体的结构一般都图4.1-1是典型的简单结构型式的变形，故可将离子晶体的结构归结为几种典型的结构型式，以下分别用晶体学中的两种基本方法来介绍二元离子晶体中有代表性的六种。
1. 晶胞与离子分数坐标方法的描述用晶胞参数和晶胞中的原子分数坐标来描述晶体结构，是晶体学中的基本方法，图4.1-1(a)至(f)六个图中示出了二元离子晶体中有代表性的几种典型结构型式，其中正负离子组成比为1：1的AB 型4种，1：2的AB 2型有2种。
表4.1-1列出了它们的晶胞特征及原子分数坐标，对于AB 型晶体，A 、B 的坐标可互换。
2. 离子晶体结构的近似模型结晶化学中常常用另一种描写结构型式的基本方法——离子堆积模型方法来描述具体结构，如同金属晶体的等径圆球密堆积模型。
第四章无机非金属材料
第四章无机非金属材料
在金刚石中，Ｃ原子以sp3杂化轨道与相邻的C 原子一起形成四面体排布的单键，形成无限的三 维结构，因此一颗金刚石晶体就是一个大分子。
在金刚石晶体中，各个方向结合牢固，不易滑 动和解理，是天然界最硬的材料。
金刚石中堆积密度不大(空间占有率：34.01%)， 但因键非常牢固，可压缩性小，熔点高。
第四章无机非金属材料
第四章无机非金属材料
晶体 CaF2立方 TiO2 六方
晶系 立方 四方
点阵形式 cF tP
第四章无机非金属材料
第四章无机非金属材料
2、离子晶体结构的近似模型
（1）离子晶体模型：不等径圆球密堆积 大球（负离子）密堆积，小球（正离子）填空隙 （2）六种典型结构形式
晶体：NaCl 负离子堆积方式：A1 正离子填隙种类：八面体 正负离子配位比：6：6
R0；平衡核间距； N0：Avogadro常数； A：Magelung常数，与晶体结构形式有关； m：Born指数，与离子的电子构型有关。
第四章无机非金属材料
第四章无机非金属材料
第四章无机非金属材料
第四章无机非金属材料
第四章无机非金属材料
第四章无机非金属材料
第四章无机非金属材料
4.1.4 哥希密特结晶化学定律
除强氢键（F、O、N与H生成的氢键）以外，弱的分 子间相互作用也将在未来的晶体工程研究中担当重要的角 色，得到令人兴奋的结果。许多弱氢键（C－O，C－N） 及π键等弱作用力对晶体的堆积也显得愈加重要，并被用 以设计新的晶体。
第四章无机非金属材料
4.3 无机非金属材料的应用
4.3.1 无机非金属材料分类
第四章 无机非金属材料
第一节 第二节 合物
第四章----无机非金属材料【可编辑全文】
可编辑修改精选全文完整版第四章无机非金属材料第一节概述一、无机非金属材料的定义除金属和高分子材料以外的固体材料以金属元素或非金属元素的化合物或非金属元素单质为组元，原子与原子之间通过离子键和共价键而键合，主要组成成分大多为硅酸盐类，因此有时也称为硅酸盐材料。
二、化学键的特点☺化学健主要是离子键、共价健以及它们的混合键；☺硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感；☺熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性；☺一般自由电子数目少、导热性和导电性较小；☺耐化学腐蚀性好；☺耐磨损。
四、无机非金属材料的分类传统无机非金属材料主要包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。
无机非金属材料传统无机非金属材料——硅酸盐材料新型无机非金属材料——半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等1、玻璃态材料－熔融后，在低温下仍保持熔体结构的固态物质2、陶瓷材料－粉末状材料经过成型和烧结形成的多相固体材料3、水泥－能够在水或空气中硬化的水硬性粉体材料4、耐火材料－指能够耐高温（耐受1580度以上温度）的固体材料，包括耐火砖、耐火纤维和耐火水泥等五、无机非金属材料在自然界的分布分布广泛，存在形式多样，有晶体结构和非晶态结构，有人工产品也有天然产物六、无机非金属材料的加工工艺包括热加工工艺和冷加工工艺第二节陶瓷一、陶瓷材料的分类及性能1、普通陶瓷（传统陶瓷）指以天然硅酸盐为原料，经过粉碎、成型、烧结制成的固体材料和器皿。
包括日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。
2、现代陶瓷（特种陶瓷）一般指以高纯度化工原料或人工合成材料为原料烧结成的固体材料。
也称为新型陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷、高性能陶瓷等。
根据功能分类有电子陶瓷、光学陶瓷、高硬度陶瓷等根据化学成分划分有氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等（碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等）。
根据使用性质划分有结构陶瓷（工程陶瓷）和功能陶瓷。
3、陶瓷材料的相组成及结构：陶瓷的组成相主要有晶体相、玻璃相和气相结构。
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原料： 纯碱、石灰石、石英 设备： 玻璃窑或玻璃熔炉 原理： Na2CO3＋SiO2 === Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2===CaSiO3＋CO2↑ 成分：
高温 高温
SiO2 、Na2SiO3 、CaSiO3
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古 代 玻 璃 制 品
古 埃 及 玻 璃 制 品 隋 李 静 训 墓 出 土 的 玻 璃 圆 盒
激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、 环境科学等领域
广泛的应用
40
4.2 陶 瓷 材 料
功能陶瓷
绝 缘 陶 瓷
电 介 质 陶 瓷
压 电 和 热 释 电 陶 瓷
敏 感 陶 瓷
磁 性 陶 瓷
导 电 和 超 导 陶 瓷
生 物 陶 瓷
透 明 和 光 学 陶 瓷
抗 菌 陶 瓷
多 孔 陶 瓷
材料科学与工程学院
陶瓷与中国？
第一阶段：火与土的文明，陶器诞生
10
China的来源？
西晋 第二阶段：瓷器诞生，从此瓷器与中国结缘； 青瓷 羊！
11
瓷器在中国的演变？
白瓷诞生，精纯原料Kaolin的使用； 法门 寺五 瓣花 口瓷 碗！
12
中国瓷器的顶峰，青花及五彩
彩色 瓷器 的诞 生！
13
瓷器文明中心的转移？
18
陶瓷材料的性能—力学性能
19
陶瓷材料的力学性能
强度
理论强度高—离子键和共价键 实际强度要较理论强度低—组织的不均匀性， 内部杂质和各种缺陷 晶粒越细，强度越高。
高温强度、高温抗蠕变能力、抗氧化性优于金 属材料—常用于高温材料
20
陶瓷材料的力学性能
塑性与韧性
陶瓷的塑性和韧性较低，无塑性变形，脆 性断裂——陶瓷最大的弱点。
骨、牙、心脏瓣膜、整形外科、药物传递等
44
45
4.2.4 陶瓷的制备
陶瓷材料的制备工艺
原料配制 → 坯料成型 → 烧结 → 成品
主要原料：黏土、石英、长石
黏土矿物－高岭石
钾长石
石英
46
陶瓷制备的一般工艺过程
原料选取 配方设计 坯料制备 坯体成型
高温处理
？
施釉
釉料制备
47
陶瓷材料的发展前景
陶瓷工业发展迅速，各种新型陶瓷不断 问世
36
37
38
39
功能陶瓷
一般利用其 功能陶瓷: 利用电、磁、声、光、热等直接效应及其耦 非力学性能 合效应所提供的一种或多种性质来实现某种 使用功能的陶瓷材料
特点：品种多、产量大、价格低、应用广、功能全、
技术高、更新快，在材料领域中占有重要的地位。
应用：能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、
Na2Al2(SiO4)2. nH2O
4
正长石
高岭石
石棉片
黄玉
5
水晶
6
白云母
滑石
粘土
7
天然硅酸盐不论组成多么复杂，在其晶体内 部，基本结构单元都是SiO4四面体。硅占据 四面体的中心，4个氧则占据4个顶角。
O Si
8
SiO44-
Si2O76-
Si3O96-
Si6O18129
4.2 陶瓷材料
或共价键结合而成，决定陶瓷的性能： 高熔点、高耐热性、高化学稳定性、 高绝缘性、高脆性。
2.玻璃相：非晶态固体，将晶相粘结
在一起，降低烧结温度，抑制晶相晶 粒长大和填充气孔。
3.气相：气孔（5％－10％）。
对性能的不利影响：增加脆性、降低强度、是造成裂纹的 根源。电击穿强度降低，绝缘性能降低。
对性能的有利影响：提高吸振性，使陶瓷密度减小
材料概论
第4章 无机非金属材料
传统陶瓷、特种陶瓷
水泥
玻璃 耐火材料
1
4.1无机非金属材料概述
什么是无机非金属材料？
金属材料和有机高分子材料以外的固体材料 通称为无机非金属材料。可分为： 硅酸盐材料：陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料 等以天然硅酸盐为原料的制品。 新型无机材料：用人工合成方法制成的不含 硅或很少含SiO2的材料，如一些氧化物、氮化 物、碳化物、硼化物、卤化物、硫化物和碳素 材料等。
断裂过程：裂纹形成和扩展的过程
断裂的原因：陶瓷内部和表面所产生的
微裂纹，在受到外应力时快速扩展。
21
陶瓷材料的热学性能
22
陶瓷材料的电学和光学性能
23
4.2.3 陶瓷的分类
常见陶瓷分类方法？
陶瓷
按性能 划分
传统陶瓷
日用陶瓷 建筑陶瓷 电绝缘瓷 化工陶瓷
特种陶瓷
结构陶瓷 功能陶瓷
区 别
16
4.2.2 陶瓷材料的结构和性能
陶瓷材料的结合键
离子键、共价键以及离子键与共价键的混合键
4.2 陶 瓷 材 料
离子晶体－以离子键结合的晶体。
金属氧化物晶体：MgO、Al2O3
共价晶体－共价键结合的晶体。
金刚石、SiC、Si3N4、BN
Al2O3
金刚石
17
陶瓷的组成
1.结晶相：主要组成相，由离子键
2
无机非金属材料主要特征
熔点高 绝缘性好
耐高温
硬度高
耐磨损
耐氧化
强度高
耐腐蚀
弹性模量大 化学稳定性好
脆性大，韧性差
3
天然硅酸盐(silicate)矿物
天然硅酸盐在自然界中分布很广,是构成地 壳的主要组分。其化学式很复杂，可看成是二 氧化硅和金属氧化物的复合氧化物。
正长石 白云母 高岭土 石 棉 滑 石 泡沸石 K2O.Al2O3.6SiO2 K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O Al2O3.2SiO2.2H2O CaO.3MgO.4SiO2 3MgO.4SiO2.H2O Na2O.Al2O3.2SiO2. nH2O K2Al2Si6O16 K2H4Al6(SiO4)6 Al2H4Si2O9 Mg3Ca(SiO3)4 Mg3H2(SiO3)4
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透明陶瓷：可以透过可见光的陶瓷
透明陶瓷既具有像玻璃一样的透光性又具有 陶瓷本身的耐高温耐腐蚀高强度等优异性能
透明氧化铝：工业最可行
陶瓷光学透镜
高压钠灯灯管
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压电陶瓷
压电陶瓷：一种具有压电效应、能够将机械能和电 能互相转换的功能陶瓷材料。
如：钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅（PZT）等
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生物陶瓷
美国“哥伦比亚”号航天飞机的外壳铺 砌了3.2万块金属陶瓷耐热片
用新型陶瓷材料代替金属材料制发动机 专家们预言：随着新陶瓷技术的发展， 人类将“重返” 石器时代，不过是一个全 新的石器时代。
48
4.3 玻璃材料
什么是玻璃？
凡熔融体通过一定方式冷却，因黏度逐渐增加而具有固体 性质与一定结构特征的非晶态物质，都称为玻璃。
61
常用耐火材料的主要组分是一些高熔点氧化物， 按其化学性质可分为酸性、碱性和中性。酸性耐火 材料的主要组分是SiO2等，如硅砖；碱性耐火材料 的主要组分是MgO、CaO等，如镁砖；中性耐火材料 的主要组分是Al2O3、Cr2O3等，如高铝砖。Fra bibliotek硅砖镁砖
高铝砖
62
63
64
第三阶段，传统工业陶瓷，陶瓷技术+工业革命；
14
瓷器技术的飞跃？
第四阶段：特种陶瓷的诞生，陶瓷理论的推动！
15
4.2 陶瓷材料
4.2.1 概述 “陶瓷”是指所有以粉状粘土为主要原料与其它 天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程 而形成的多晶、多相的聚集体。
性能：耐高温、耐磨、耐腐蚀、高硬度、高强度及其 它特殊性能(压电性、磁性和光学性能)，但脆性大
24
传统陶瓷与特种陶瓷的区别
区别
成型
传统陶瓷
特种陶瓷
人工精致合成原料
原料 天然矿物材料
烧成
性能
注射、轧膜、等静压、流 注浆、可塑成型 延等 结构陶瓷需1600℃，功能 1350℃以下，煤、油、气 陶瓷需精确控制，电、油 、气 内在质量为主，高强、耐 外观效果为主 磨、耐高温、耐腐蚀等 切割、打孔、研磨、抛光
58
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特种水泥
特种水泥指具有某些特殊性能和特种功能的 水泥。 特种水泥 快 硬 高 强 水 泥 低 水 化 热 水 泥 膨 胀 水 泥 耐 高 温 水 泥 耐 腐 蚀 水 泥 油 井 水 泥 装 饰 水 泥 其 它 水 泥
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4.5 耐火材料
耐火材料是指耐火温度不低于1580℃, 并在高温下能耐气体、熔融金属、熔融炉渣 等物质侵蚀，而且有一定机械强度的无机非 金属材料。
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ZrO2陶瓷
所有陶瓷 仅次于氧化铝陶瓷的另外一种重要的结构陶瓷 中最高的
硬度高、强度高、韧性好、耐腐蚀、敏感
冷成型工具 切削工具 耐磨材料 发动机活塞帽、 汽缸内衬、轴 承、连杆 惰性 生物 陶瓷 气敏元件
熔点很高（2667℃），高温抗腐蚀能力非常强，用作特种 耐火材料、浇注口，熔炼铂、钯、铑等金属的坩埚等。
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加工 一半不需要加工
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结构陶瓷
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Al2O3陶瓷
用途最广泛，原料最丰富，价格最低廉
强度较高，绝缘电阻大，硬度大，耐磨、耐蚀 介电损耗低 透光性 耐高温
金属熔炼的坩埚、 炉管、炉芯、热 电偶保护管等各 种耐热部件 化工领域输送酸 的管道内衬、阀 门以及各种耐酸 泵的泵体、叶轮 电工电子：火花 塞绝缘瓷、装置 瓷，大功率电子 管支架、窗口、 管壳，大规模集 成电路的基片及 原件等 各种刀具、 模具、磨料 及耐磨件 透光材料： 钠蒸汽灯管 红外窗口等