硅酸盐材料(精品课件)

丝光沸石
玻璃
传统无机非金属
（硅酸盐材料）
陶瓷 水泥
无机非金属材料
非传统无机非金属
（高温结构陶瓷、生物陶瓷、 光导纤维 等）
t
一、玻璃
1、原料： 纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)和石英(SiO2) 2、反应原理： 复杂的物理、化学变化，主要反应： 高温 Na2CO3+SiO2=== Na2SiO3+CO2↑ 高温 CaCO3+SiO2=== CaSiO3+CO2↑ 3、主要成分：
高温
图3-27 陶器制造过程示意图
一般烧制的陶瓷制品，表面比较粗糙，而且有不同程度的 渗透性。但日常生活中的许多陶瓷制品，表面光滑、不渗水， 而且色彩丰富，非常漂亮。这是因为烧制前在坯体表面涂上一 层彩釉的缘故。 在普通釉料中加入一些重金属离子即可制得彩釉。加入的重金属离 子不同，空气用量不同，彩釉的颜色不同。
用强度等级来表示水泥的不同性能。常用的硅酸盐水泥分为42.5、52.5、 62.5三个等级。等级越高，性能越好。
原料中的石膏的作用是什么？
延缓水泥的硬化
谢谢
硅酸盐结构的特点
a.结构中 Si4+间没有直接的键, 它们是通过O2-连接起来的; b.结构是以硅氧四面体为结构 基础； c.每一个O2-只能连接2个硅氧 四面体; d.硅氧四面体只能共顶连接， 而不能共棱和共面连接。
单聚硅酸根
单个的硅氧四面体，其中Si： O=1:4。 例如自然界中存在的橄榄石 Mg2SiO4就是这种正硅酸盐。
水泥回转 窑
高温
石膏（辅料）
硅酸三钙 3CaO•SiO2 硅酸二钙 2CaO•SiO2 铝酸三钙 3CaO•Al2O3
水泥用途： ①水泥砂浆：水泥、沙子和水的混合物。是建筑黏合剂。
②混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物。
混凝土常用钢筋做结构，这就是常说的钢筋混凝土结构。
水 泥 回 转 窑
水泥的性能是如何表示的？
二、陶瓷
陶器的发明是人类早期科学技术发展史上的一个重要的里程碑， 是人类第一次学会用黏土等天然物为原料，通过物理方法和化学反应 制造出来的一种有用的人造材料。
我们在日常生活中接触西景德镇的 瓷器，在世界上都享有 声誉。瓷器（英文名 china）成为中华民族 文化的象征之一。
Na2SiO3的水溶液俗称“水玻璃”，常 用作粘合剂。
花岗岩猫头鹰
墨绿色花岗岩
硅酸盐的表示方法
几种天然硅酸盐的化学式如下：
高岭土
Al2O3·2SiO2·2H2O
白云母 K2O·3Al2O3·6SiO2
石棉 CaO·3MgO·4SiO2
正长石 K2O·Al2O3·6SiO2
硅酸盐的成分大多比较复 杂，通常写成氧化物的形式。 氧化物的顺序：活泼金属 氧化物→较活泼金属氧化物 →二氧化硅→水 氧化物前系数的确定：除 氧元素外，其他的元素按配 置前后原子个数守恒原则配 置系数。
石棉
石棉又称“石绵”，指具有高抗 张强度、高挠性、耐化学和热侵蚀、 电绝缘和具有可纺性的硅酸盐类矿物 产品。它是天然的纤维状的硅酸盐类 类矿物质的总称。石棉由纤维束组成， 而纤维束又由很长很细的能相互分离 的纤维组成。石棉具有高度耐火性、 电绝缘性和绝热性，是重要的防火、 绝缘和保温材料。 不同种类的石棉，物理机械性质 和化学性质也都不同。石棉纤维长度 一般为3～50毫米，也有较长的。中国 发现最长的石棉纤维达2.18米，是目 前世界上最长的。
异极矿
焦硅酸根 Si2O76－
[ Si n O 3n + 1 ] ( 2n + 2 ) －
链聚硅酸根
常见有单链和双链两种，具有纤维状结构 单链由硅氧四面体连结成无限长的链，相邻两个硅氧四面体共用 1 个氧原子。 在无限长的链聚硅酸根中Si：O=1:3。通式为SinO3n+1,带2n+2个负电荷。
双链犹如两个单链相互联结而成。其中Si： O=4:11. 阴离子硅酸根链之间分布着带正电的金 属离子，靠静电引力使链结合在一起。
加入釉料的金属 元素 Fe Cu Mn Cr Co
烧制时的空气用量与彩釉颜色 空气过量 空气不足 黄、红、褐、黑 蓝、绿 蓝绿 红 紫、褐 紫、黑褐 黄、绿、褐 蓝绿 蓝、淡蓝 蓝
学与问
在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时的空气用量不同，都会 影响彩釉的颜色，这对你有什么启示？
1、在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时生成不同的金属氧化物，不同金 属氧化物的颜色不同； 2、烧制时空气用量不同，得到金属离子的氧化态不同，颜色也不同
分子筛——合成铝硅酸盐
自然界中存在的某些硅酸盐和铝硅酸盐具有笼形三维结构，可 以有选择地吸附一定大小的分子，这种作用叫做分子筛作用。通常把 这样的天然硅酸盐和硅铝酸盐叫做沸石分子筛称为沸石分子筛。例如 八面沸石、丝光沸石等。 分子筛具有筛分不同大小分子的功能。与普通筛子不同，普 通筛子是小于孔径的物资可以通过筛子，大于筛孔的物质筛不过去。 分子筛却相反，小于分子筛筛孔的分子进入分子筛后易被吸附于孔穴 中，大于分子筛孔径的分子则难以进入孔穴中而从分子筛小晶粒空隙 之间通过。 优点：分子筛是一种新型的高效能、高选择性、机械强度大、 热稳定性好、成本低廉的吸附剂、干燥剂、分离剂和催化剂，在化工、 冶金、石油、电子、医药等工业中得到广泛的应用。分子筛的选择性 远远高于活性炭等吸附剂。
硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)
玻璃为什么可以被人工吹制成形状不同的 制品？ 玻璃没有一定的熔点，而是在某个 范围内逐渐软化，在软化状态时， 可以被吹成任何形状的制品． 玻 璃 态 物 质
定义
特性
实例
没有一定的熔点而在某一温度范围内逐渐 没有固定的熔 软化的物质。（介于晶体与非晶体之间。 点。 ）
陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。 一些耐高温、耐高压的新型陶瓷被用来代替钢材使用。生活餐具、 电器绝缘瓷、实验室坩埚和蒸发皿。
享 有 盛 誉 的 中 国 古 代 陶 瓷
三、水泥
原料
主要原料 粘土 石灰石
研磨 混合
主要设备
煅烧 (回转窑)
反应条件
加入 石膏
主要成分
水泥
主要性能 水硬性 （水泥与水掺和、搅拌并 经静置后很容易凝固变硬 ，这就叫做水泥的 水硬性）
玻璃
特殊玻璃：在生产过程中加入不同的物质，调整玻璃的化学组成，可
以制得具有不同性能和用途的玻璃。
⑴硼硅酸盐玻璃： 过量的SiO2或加入B2O3
性能：膨胀系数小、化学稳定性好，更 耐高温和耐化学腐蚀． 用途: 高级化学仪器
⑵光学玻璃： 加入PbO
性能：透光性能好、折光率高 用途：眼镜片、照相机、望远镜和 显微镜中的透镜等光学仪器
硅酸盐的溶解性
在硅酸盐中，仅碱金属盐能溶于水。将 Na2CO3与SiO2共熔可制得硅酸钠，其透明 的浆状溶液称作“水玻璃”，俗称“泡花 碱”。 与硅酸是多种多种多硅酸的混合物相似， 硅酸钠也是多种多硅酸钠的混合物。因而在 水玻璃中Na2CO3和SiO2的物质的量不是固 定的，它可在一定范围内变动。工业上把水 玻璃中SiO2和Na2O的摩尔比称作水玻璃的 “模数”。水玻璃是纺织，造纸，制皂，铸 造等行业。 除碱金属硅酸盐外，其他的硅酸盐均不 溶于水。
大都在1200℃以上，甚至有 的达到1400℃左右 瓷器的烧成温度高，胎体基 本烧结
高岭土 半透明 ①在高温下与胎体一次烧成 ；②在高温素烧胎上再挂低 温釉，第二次低温烧成
主要原料 黏土、 高岭土
生产过程 混合、成型干燥 、烧结冷却
反应条件
种类 土器、陶器炻 器、瓷器
性能 抗氧化、抗酸碱耐腐 蚀、耐高温绝缘、易 成型
⑶彩色玻璃： 蓝色(Co2O3) 红色 (Cu2O)
金属氧化物均匀地分散到 玻璃态物质里，使玻璃呈 现特征颜色。 用途: 工艺玻璃制品
淡绿色 (FeO)
⑷钢化玻璃（工艺处理）
方法：普通玻璃在钢化炉里加 热软化，取出后再急速冷却。 性能: 机械强度大、抗震烈、 不易破碎；碎块无棱角 用途: 汽车或火车车窗
图3-25 秦兵马俑是陶制品 图3-26 景德镇瓷器闻名世界
比较：
器别比较 项 温度 质地 原料 透明度 釉料
陶器、瓷器的区别
陶器 瓷器
最低甚至达到800℃以下，最高可达 1100℃左右 陶器烧成温度低，坯体并未完全烧结 ，胎体硬度较差
黏土 不具备半透明特性 陶器有不挂釉和挂釉的两种，挂釉的 陶器釉料在较低的温度下烧成
目录
硅酸盐的定义、分布及表示方法 硅酸盐的结构 硅酸盐产品
硅酸盐的定义及分布
定义：硅酸盐指的是 硅、氧与其它化学元素 （主要是铝、铁、钙、镁、 钾、钠等）结合而成的化 合物的总称。 分布：它在地壳中分布 极广，是构成多数岩石 （如花岗岩）和土壤的主 要成分。自然界存在的各 种天然硅酸盐矿物约占地 壳质量的90%以上。 硅酸钠（Na2SiO3）
O Si O O O 橄榄石是镁橄榄石（Mg2SiO4）和 铁橄榄石（Fe2SiO4）系列的中品 种。
正硅酸根 SiO44－
二聚硅酸根
两个硅氧四面体通过共用一 个氧原子连结起来，其中Si： O=2:7（1:3.5）。 例如自然界中的钪硅石Sc2Si2O7， 异极矿Zn4Si2O7(OH)2·H2O
蓝石棉 温石棉
片状聚硅酸根
每一个硅氧四面体通过共用 3 个氧原子分别与邻近 3 个硅 氧四面体连结，形成片层状结构，片层之间靠金属离子的静电引 力结合在一起，如云母。
云母 KMg3(OH)2Si3AlO10
网络状聚硅酸根
网络状聚硅酸根：硅氧四 面休间通过共用 4 个氧原子而组成 各种三维网络结构。如果在某个硅 氧四面体中有铝原子代替了硅原子， 形成的铝硅酸根网络骨架中就带了 负电荷，因此在骨架的空隙中必须 有平衡骨架负电荷的阳离子存在。 如用作催化剂或催化剂载体的沸石 分子筛。