传统无机非金属材料简介 ppt课件
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无机非金属材料 课件-高一化学人教版(2019)必修第二册
Si + 2Cl2 === SiCl4 高温
Si + C === SiC
1.晶体硅
用途
高纯硅广泛应用于信息技术和新能源 技术领域。
利用其半导体性能可以制成计算机、 通讯设备和家用电器等的芯片，以及光伏 电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能 电池。
2. 二氧化硅
沙子
石英砂
SiO2
玛 瑙
水
晶
2. 二氧化硅
高纯硅
① SiO2 + 2C 1800 0C ~ 2000 0C Si(粗) + 2CO↑ ② Si + 3HCl 300 0C SiHCl3 + H2
③ SiHCl3 + H2 1100 0C Si + 3HCl
1.晶体硅 2、晶体硅的物理性质
带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高（1410℃）、硬度大 、有脆性。
用器皿、卫生洁具等 于高强度复合材料等
制混凝土，大量用于建 筑和水利工程
(1)硅酸盐结构较为复杂，大多难溶于水，化学性质稳定(√) (2)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合(√ ) (3)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土(√ ) (4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行(√ ) (5)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化(√) (6)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物( × )
1.下列关于二氧化硅的叙述不正确的是 ( B )
①光导纤维主要成分是SiO2,故SiO2可以导电 ②能跟强碱反应, 但不能与水反应 ③SiO2的熔、沸点较低 ④既不是酸性氧化物, 又不是碱性氧化物 A.②和③ B.①③④ C.②和④ D.只有④
一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料
Si + C === SiC
1.晶体硅
用途
高纯硅广泛应用于信息技术和新能源 技术领域。
利用其半导体性能可以制成计算机、 通讯设备和家用电器等的芯片，以及光伏 电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能 电池。
2. 二氧化硅
沙子
石英砂
SiO2
玛 瑙
水
晶
2. 二氧化硅
高纯硅
① SiO2 + 2C 1800 0C ~ 2000 0C Si(粗) + 2CO↑ ② Si + 3HCl 300 0C SiHCl3 + H2
③ SiHCl3 + H2 1100 0C Si + 3HCl
1.晶体硅 2、晶体硅的物理性质
带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高（1410℃）、硬度大 、有脆性。
用器皿、卫生洁具等 于高强度复合材料等
制混凝土，大量用于建 筑和水利工程
(1)硅酸盐结构较为复杂，大多难溶于水，化学性质稳定(√) (2)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合(√ ) (3)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土(√ ) (4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行(√ ) (5)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化(√) (6)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物( × )
1.下列关于二氧化硅的叙述不正确的是 ( B )
①光导纤维主要成分是SiO2,故SiO2可以导电 ②能跟强碱反应, 但不能与水反应 ③SiO2的熔、沸点较低 ④既不是酸性氧化物, 又不是碱性氧化物 A.②和③ B.①③④ C.②和④ D.只有④
一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料
无机非金属材料ppt课件
05
CATALOGUE
无机非金属材料的未来发展趋 势与挑战
发展趋势
01
高性能陶瓷材料
由于其优异的性能，陶瓷材料在许多领域都有广泛的应用，如航空航天
、汽车、医疗等。未来，陶瓷材料的研究将更加深入，应用领域更加广
泛。
02
纳米无机非金属材料
纳米无机非金属材料由于其尺寸效应和量子效应，具有许多优异的性能
THANKS
感谢观看
。随着纳米科技的不断发展，纳米无机非金属材料的研究和应用也将得
到更广泛的推广。
03
绿色无机非金属材料
随着环保意识的不断提高，绿色无机非金属材料将成为未来研究的热点
。这类材料具有低能耗、低污染、高循环利用的特点，符合可持续发展
的要求。
挑战与问题
材料性能的提升
尽管陶瓷等无机非金属材料的性能已经有所提升，但是与金属材料相比，仍然存在一定的 差距。因此，提高无机非金属材料的性能是当前面临的一个重要挑战。
02
CATALOGUE
无机非金属材料的性质与用途
性质
01
02
03
04
一般性质
无机非金属材料具有较高的熔 点、硬度，良好的化学稳定性
，但脆性较大。
力学性质
无机非金属材料具有较高的抗 压强度、抗拉强度，耐磨性较
好，但韧性较差。
电学性质
无机非金属材料具有较好的绝 缘性能和导热性能。
光学性质
无机非金属材料具有较好的光 学性能，如透光性、反射性等
根据性质和用途，无机非金属材料可 分为陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等 几大类。
无机非金属材料的重要性
无机非金属材料在国民经济发展中扮演着重要角色，特别是 在高技术领域，如航空航天、电子、新能源等领域具有不可 替代的作用。
无机非金属材料PPT课件
2021/4/8
43
2021/4/8
氧化铝陶瓷
结 构 陶 瓷
二氧化锆
44
几种典型的新型无机非金属材料
高温结构陶瓷 特点：耐高温、耐腐蚀、硬度大、 耐磨损、不怕氧化、密度小等
(1)氧化铝陶瓷
性能 熔点高
2021/4/8
硬度大 透明、耐高温
用途 坩埚、高温炉管
刚玉球磨机
高压钠灯灯管 45
高纯氧化铝透明陶瓷管
▪ 瓷器：需要纯净的粘土做原料，
温度也更高，瓷器比陶器磁体
白净质地致密。
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29
主要种类：
土器：砖瓦
红瓦 (自然冷却，Fe2O3含量较多) 青瓦 (淋水冷却，Fe3O4、FeO较多)
陶器： 彩陶 江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑
瓷器： 碗盘茶具
收藏珍品
景德镇陶瓷
炻器： 水缸、砂锅
2021/4/8
模具和夹具。
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48
（3）碳化硅陶瓷
碳化硅（SiC--金刚砂）和氮化硅一样，是
稳定的原子晶体。具有高的热传导能力、硬度
大、熔点高、比重小，有较高的强度和较好的
热稳定性，与各种酸都不起作用，其抗氧化性
能在高达1550OC时仍很优良。
用途：制造磨料、模
具、特种耐火材料制品；
用于制造电阻发热元件。
27
3、陶瓷
主原料要 生产过程 反应条件 种类
黏土
①混合 ②成型 ③干燥 ④烧结 ⑤冷却
高温
2021/4/8
土器 陶器 炻器 瓷器
性能
抗氧化、 抗酸碱腐 蚀、耐高 温、绝缘 、易成型
28
▪ 陶瓷是由黏土在高温下烧制而成，根据
无机非金属材料ppt课件
类型：陶瓷、玻璃、水泥 （1）陶瓷 ·主要原料：黏土 ·主要成分：含水的铝硅酸盐，成分复杂
（2）玻璃 ·主要原料：纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2) ·主要成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
高温
Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑
高温
CaCO3 +SiO2===CaSiO3 + CO2↑
二、新型无机非金属材料
1、硅和二氧化硅
根据元素周期表中硅的位置，思考： 为什么硅能成为应用最为广泛的半导体材料？
第三周期、第IV A族
①硅的存在与性质：
硅在自然界以硅酸盐和氧化物的形式存在
硅酸盐矿石
玛瑙（ SiO2 ）
水晶（ SiO2 ）
高温下，硅能与氧气反应生成SiO2，与氯气反应生成 SiCl4 。
（3）碳纳米材料
碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属 材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、 医药等领域有着广阔的应用前景。
注：碳纳米材料、金刚石、石墨都是碳的同素异形体， 它们因结构不同(碳原子排列方式不同)而具有不同性质。
——富勒烯
富勒烯是由碳原子构成的 一系列笼形分子的总称，其中 的C60是富勒烯的代表物。C60的 发现为纳米科学提供了重要的 研究对象，开启了碳纳米材料 研究和应用的新时代。
③
。
②二氧化硅的性质：
（1）物理性质: 二氧化硅硬度大、熔点高，不溶于水
（2）化学性质:
酸性氧化物：SiO2＋2NaOH=== Na2SiO3＋H2O ；
具有氧化性：SiO2＋2C
Si＋2CO↑；
特 性 ：SiO2＋4HF=== SiF4↑＋2H2O。
无机非金属材料工学-完整-全ppt课件
（一）流动曲线
由流动曲线可知在 某应力下某种材料流动 速度的快慢，粘度、表 观粘度的大小。
无机非金属 材料工学
精选编辑ppt
1
课程内容
第一篇 无机非金属材料成型
第二篇 水泥工艺学
第三篇 玻璃工艺学
第四篇 陶瓷工艺学
第五篇 水泥概述及其生产
精选编辑ppt
2
材料分类：
① 金属材料；
② 无机非金属材料：⑴ 矿物岩石材 料；⑵ 水泥、玻璃；⑶ 陶瓷、耐火 材料；
③ 高分子材料；
氧化铝、石英等的悬浮液具有胀流性；一般陶瓷泥浆为假塑
性。
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15
三、流变模型与本构方程
又称流变状态方程，是联系应力、应变、应力速率和应变速
率的方程的总称。
同时具有两种或三种变形，流变模型可以通过各种基本元件 串联及并联方式组成。
油漆、水泥浆等：粘性液体，不致流下，具有固体的性质。
称宾汉体模型。 当剪切力τ<f时，塑性元件不发生变形， 与之并联的粘性元件也只能保持不变。这时， 弹性元件的变形，就是整个系统的变形，因 此：
体，经适当的手段和设备变成一定形状制品的过程。
成型一般由两个步骤组成：
（1）使可流动变形的物料成为所需要的形状
研究在外力作用下物料流动与变形的规律，流变学研究的
内容；
（2）通过不同的机制使其定形。
精选编辑ppt
8
几种体系：
1.无机胶凝材料浆体（如水泥、石灰、石膏等）：水化
产物使浆体固化。
2. 陶瓷泥料的可塑成型：可塑性、定形、干燥后强度提
其流变方程为：
•
τ 剪切应力
η 粘度系数
*
剪切应变精速选编率辑ppt
由流动曲线可知在 某应力下某种材料流动 速度的快慢，粘度、表 观粘度的大小。
无机非金属 材料工学
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1
课程内容
第一篇 无机非金属材料成型
第二篇 水泥工艺学
第三篇 玻璃工艺学
第四篇 陶瓷工艺学
第五篇 水泥概述及其生产
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2
材料分类：
① 金属材料；
② 无机非金属材料：⑴ 矿物岩石材 料；⑵ 水泥、玻璃；⑶ 陶瓷、耐火 材料；
③ 高分子材料；
氧化铝、石英等的悬浮液具有胀流性；一般陶瓷泥浆为假塑
性。
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15
三、流变模型与本构方程
又称流变状态方程，是联系应力、应变、应力速率和应变速
率的方程的总称。
同时具有两种或三种变形，流变模型可以通过各种基本元件 串联及并联方式组成。
油漆、水泥浆等：粘性液体，不致流下，具有固体的性质。
称宾汉体模型。 当剪切力τ<f时，塑性元件不发生变形， 与之并联的粘性元件也只能保持不变。这时， 弹性元件的变形，就是整个系统的变形，因 此：
体，经适当的手段和设备变成一定形状制品的过程。
成型一般由两个步骤组成：
（1）使可流动变形的物料成为所需要的形状
研究在外力作用下物料流动与变形的规律，流变学研究的
内容；
（2）通过不同的机制使其定形。
精选编辑ppt
8
几种体系：
1.无机胶凝材料浆体（如水泥、石灰、石膏等）：水化
产物使浆体固化。
2. 陶瓷泥料的可塑成型：可塑性、定形、干燥后强度提
其流变方程为：
•
τ 剪切应力
η 粘度系数
*
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玻璃
玻璃由二氧化硅和其他化学物质熔融在一起形成的 （主要生产原料为：纯碱、石灰石、石英）。有石英 玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟化物玻璃、高温玻 璃、耐高压玻璃、防紫外线玻璃、防爆玻璃等。通常 指硅酸盐玻璃。
普通玻璃的化学组成是Na2O·CaO·6SiO2。
玻璃特性
玻璃是一种无规则结构的非晶态固体，具有：
浮法玻璃生产中 原料粒度对质量影响
1、SiO2
引入SiO2的原料 主要有石英砂和砂岩，约占配合料总量的70%～
72%左右。
粒度要求
最合适的颗粒直径为0.106~0.5mm。 最合适的沙粒形状为棱角形，因为棱角形的面积大，
与助熔剂的接触机会多，在混合、运输过程中不易分 层。 硅质原料颗粒度的下降有利于玻璃的熔制； 但过细，除了飞料、易分层外，细粉会过早与配合料 中含钠、钙、镁的物质反应，生成密度大、黏度小的 初生熔体； 颗粒表面积增大，产生颗粒间的静电吸附效应，造成 配合料的团聚； 熔化过程中，反应速度快，发泡激烈，产生的微小气 泡部易排除，难于澄清。
钠长石特点（与钾长石比较） 1、在高温时对石英、粘土、莫来石的熔解快，
溶解度大。 2、熔融温度低，透明度好。 3、熔融温度范围较钾长石窄，熔体高温粘度
较小，随温度的变化较快。
4、石英
由二氧化硅组成的矿物，化学式SiO2。纯净 的石英无色透明，因含各种杂质，颜色各异， 有以下异种：
水晶（rock crystal):无色透明 紫水晶（amethyst): 紫色透明或半透明，加
传统硅酸盐材料通常以黏土、钾长石、钠长石、石英 为原料。
黏土矿物 高岭石：Al2O3.2SiO2.2H2O …… 钾长石 K2O·Al2O3·6SiO2 钠长石 Na2O·Al2O3·6SiO2 石英 SiO2
1、黏土
黏土是一类层状硅酸盐，层片由硅氧四面体和铝氧八 面体组成。
黏土分类
热可脱色。 蔷薇石英（rose quartz):浅玫瑰色，致密半
透明。 烟水晶（smoky quartz）：颜色或褐色透明
异种。成色原因是在辐射线作用下，Si被Al 代替，是四面体产生顺磁中心缺失引起。颜
石英相变
石英(quartz)- α
α石英是天然界最常见的低温石英，其晶体结构为 正六面体
正六面体结构
石英(quartz)- β
β石英为斜六面体结构，在花岗岩中的石英颗粒为β石 英
β石英斜六面体结构
方石英(Cristobalite)
三、传统无机非金属材料
水泥 玻璃 陶瓷 搪瓷 研磨材料 铸 石 辉绿岩、玄武岩、铸石等； 多孔材料：硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸盐和
硅酸铝等 ； 碳素材料：石墨、焦炭和各种碳素制品等； 非金属矿：石膏、云母、大理石、金刚石等
二、常见硅酸盐材料的原料
无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮 化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷 酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。
硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一。。
无机非金属材料的主角——硅
日加常见含硅产品
陶粒砂 莫来石 漂珠 云母 石英 沸石
常见硅酸盐材料 原料
较粗的石灰石颗粒在硅酸盐反应初期不被初生相 所润湿，在1200℃以上则急速分解，CaO和 MgO能很快参加反应，使生成物的黏度迅速下 降，加之分解气体的搅拌作用，有利于玻璃的澄 清和均化；
各向同性
无固定熔点
介稳性
玻璃是一种亚稳态固体材料。
渐变性可逆性
熔融状态
固体状态，没有新相产生。
浮法玻璃的制造过程示意图
玻璃中各成分的作用
玻璃的组成是指其化学成分组成，反映了构成玻璃的各 种氧化物的含量，通常用质量分数表示。
SiO2 ：硅砂，硅石粉 降低玻璃热膨胀系数，提高热稳定性、化学稳定性、软
2、钾长石
钾长石（K2O·Al2O3·6SiO2）通常也称正长石。它 具有熔点低（1150±20℃），熔融间隔时间长，熔 融粘度高等特点，广泛应用于陶瓷坯料、陶瓷釉料、 玻璃、电瓷、研磨材料等工业部门及制钾肥用。
莫氏硬度
3、钠长石
钠长石主要用于制造陶瓷、肥皂、瓷砖、地 板砖、玻璃、磨料磨具等，在陶瓷上主要用 于釉料。
按其构成黏土的主要矿物分类 ①高岭石类。属于这一类的有高岭石、珍珠陶土、地开石和多水高岭 石。 ②蒙脱石（微晶高岭石）类。属于这一类的有蒙脱石、拜来石等。 ③伊利石（水云母）类。属于这一类的有水云母、绢云母等。 ④叶腊石类。它并不属于粘土矿物，因其某些性质近于黏土，而划归 黏土之列。如福建寿山石、浙江青田等。 ⑤水铝英石类。它不是常见的粘土矿物，而包含在其他黏土中，呈无 定形状态存在。
传统无机非金属材料简介
目录
材料分类 常见的硅酸盐材料的原料 传统无机非金属材料简介 玻璃 陶瓷
一、 材料的分类
无机非金属材料 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
金属材料 —— 金属、合金
高分子材料 —— 塑料、合成橡胶、合成纤维
2、CaO和MgO
引入CaO和MgO的原料 引入的CaO原料主要有白云石（CaCO3·MgCO3）、
石灰石和方解石、白垩(CaCOБайду номын сангаас)等； 由于需要引入MgO，所以，又以用白云石为主，
CaO不足部分用石灰石或方解石补充。
粒度的要求
过细的白云石颗粒会吸附在较大的硅质颗粒周围， 阻碍砂粒参与反应；
MgO： 白云石 可以改善玻璃的成型性能，降低结晶倾向和结晶速度， 增加玻璃的高温粘度，提高玻璃的化学稳定性和机械强度
Na2O：纯碱，芒硝 可以降低玻璃的粘度，使玻璃易于融化，有利于降低溶质 温度，节约能源的作用，是最好的助熔剂。
碎玻璃 可以节约原料，加速玻璃熔制过程，节约能耗，提高融 化率，有利于澄清和均化，改善成型性能，而且保管简便
化温度、硬性机械强度
Al2O3： 硅砂，白云石 降低玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性和热稳定
性、机械强度、硬度和折射率
Fe2O3： 硅砂，石灰石 属于杂质，少量可以引起玻璃着色
CaO： 石灰石，白云石 能增加的化学稳定性，在高温时能够降低玻璃的粘度， 有利于玻璃的澄清和融化，在温度降低时，玻璃的粘度增 加，成型后必须立刻进行退火，否则易炸裂