无机非金属材料的光学性质
无机非金属材料简介
目
录
一、材料的地位及分类 二、无机非金属材料 三、无机非材料的分类 四、传统无机非材料简介 五、新型无机非材料简介 六、我国无机非金属现状 七、无机非金属材料展望
什么是材料？
材料：指为人类社会所需要并能
用于制造有用器物的质。 材料是人类赖以生存和发展的 物质基础，是人类进步的一个重要里 程碑。
（3） 环境污染严重 水泥工业每年排放 温室气体 CO2 约 5.55 亿吨、SO2 68.6 万吨、 NOx 约 206 万吨；目前其他先进 国家平均吨熟料的粉尘排放1Kg，而 我国 高达 13Kg，全国水泥生产年排放的粉尘 竟高达 1000 万吨以上
（4） 单线生产规模小，落后工艺 大量存在 以悬浮预热和预分解技 术为核心技术的“新型干法”工艺， 是目 前世界水泥工业普遍采用的 最先进的现代化水泥生产技术。
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
材 料
金属材料 高分子材料
1.无机非金属材料 是以某些元素的 、 、 、 、 以及 、 、 、 等物质组成的材料。 2.无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后， 随着现代科学技术的发展从 演变 而来的，是与有机高分子材料和金属材料并列的 。
新型无机非材料：
新型的无机非金属材料主要指 用氧化物、氮化物、碳化物、 硼化物、硫化物、硅化物以及 各种无机非金属化合物经特殊 的先进工艺制成的具有特殊性 质和用途的材料。例如铁电、 压电陶瓷、微晶玻璃、光导纤 维等。
其他分类方法：
按照材料中的主要成分分类，有硅酸盐、铝酸盐、钛酸盐、磷
酸盐、氧化物、氮化物、碳化物材料等； 根据材料的用途分，有日用、建筑、化工、电子、航天、通信、 生物、医学材料等； 根据材料的性质分，有胶凝、耐火、隔热、耐磨、导电、绝缘、 耐腐蚀、半导体材料等 ；根据材料的物质状态分，有晶体(单晶体、多晶体、微晶体)、 非晶体及复合材料等, 材料的外观形态分,有块状、多孔、纤维、晶须、薄膜材料等。
石英玻璃应力双折射
石英玻璃应力双折射简介石英玻璃是一种无机非金属材料，具有优异的光学性能和机械性能。
它的特点之一是应力双折射现象，即在应力作用下，光线在材料内部的传播速度和方向发生改变。
本文将详细介绍石英玻璃的应力双折射现象，包括原理、测量方法以及应用领域。
应力双折射原理应力双折射是指在材料内部存在应力时，光线在材料内部的传播速度和方向发生改变的现象。
石英玻璃是一种各向同性材料，即其物理性质在各个方向上都是相同的。
然而，当材料受到外界应力的作用时，其内部结构会发生改变，从而导致光线的传播性质发生变化。
具体来说，当石英玻璃受到拉伸应力时，其结构会发生畸变，导致光线的传播速度在不同方向上发生差异。
这种差异会导致光线的折射角度发生变化，从而使光线的传播方向发生改变。
这就是应力双折射现象的基本原理。
应力双折射测量方法为了测量石英玻璃的应力双折射现象，科学家们发展了多种方法。
以下是常用的两种方法：1. 传统方法传统方法是通过测量光线的折射角度来确定材料的应力双折射程度。
具体步骤如下：•准备一束平行光束，并将其照射到石英玻璃样品上。
•测量光线经过样品后的折射角度。
•根据折射角度的变化，计算出应力双折射的程度。
传统方法的优点是简单易行，但存在一些局限性。
首先，它只能测量到与光束平行的方向上的应力双折射。
其次，由于测量的是折射角度的变化，所以无法直接获得应力的具体数值。
2. 全息干涉法全息干涉法是一种基于全息干涉原理的测量方法，可以直接测量材料中的应力分布。
具体步骤如下：•将石英玻璃样品放置在全息干涉仪的工作台上。
•通过激光器发出一束平行光束，并将其照射到样品上。
•根据光的干涉现象，观察样品表面的干涉条纹。
•根据干涉条纹的形态和间距，推导出样品中的应力分布情况。
全息干涉法的优点是可以直接测量应力的分布情况，并且对于不同方向上的应力双折射也能得到准确的测量结果。
然而，该方法需要专门的设备和技术支持，成本较高。
应力双折射的应用领域石英玻璃的应力双折射现象在许多领域都有重要应用，以下是其中的几个示例：1. 光学器件制造石英玻璃是一种常用的光学器件材料，如透镜、棱镜等。
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。
无机非金属类功能材料简介
*
当光入射到由大量粒子所组成的系统时，光的吸 收、自发辐射和受激辐射三个基本过程是同时存在的。 在热平衡状态，高能级上的粒子数总是小于低能级上 的粒子数，产生激光作用的必要条件是使原子或分子 系统的两个能级之间实现粒子数反转。
★ 固体激光器材料
1．激活离子
固体激光工作物质要在基质晶体中掺入适量的 激活离子。激活离子的作用是在固体中提供亚稳态 能级，由光泵作用激发振荡出一定波长的激光。目 前激活离子来自三价和二价的铁系、镧系和锕系元 素。激光的波长是由激活离子的种类决定的。
照相底片中的agbr经曝光后分解出ag和br经显影定影后ag被固定下来而br却溶于定影液中不能再结合?而光色玻璃种的卤素不能逸出ag也不能自由运动无光照时二者可再结合光色材料一个重要用途是作为光存储材料由于光色材料的颜色在光照下发生可逆变化所以产生两种型式的光学存储即写入型与消除型写入型是用适当的紫光或紫外线辐射来转换最初处于热稳定或非转换态的材料
3.1.4 红外材料
在红外线应用技术中，要使用能够透过红外线 的材料，这些材料应具有对不同波长红外线的透过 率、折射率及色散，一定的机械强度及物理、化学 稳定性。
在红外技术中作为光学材料使用的晶体主要有 碱卤化合物晶体、碱土—卤族化合物晶体、氧化物 晶体、无机盐晶体及半导体晶体。
应用于滤光片、基板等方面。在火箭、导弹、 人造卫星、通讯、遥测等使用的红外装置中被广泛 地用作窗口和整流罩等。
★ 光学介质材料可以以折射、反射和透射的方式 改变光线的方向、强度和位相，使光线按预定的要 求传输；也可以吸收或透过一定波长范围的光线而 改变光线的光谱成分。其主要性能参数有两个：光 谱通过率和光学色散，即不同波长下的透过率和折 射率。光学介质材料从形态及组成上可分为5类： 光学玻璃、光学晶体、光学塑料、光学薄膜和光学 纤维。
无机非金属材料工学知识点总结
1. 为什么北方常采用烧氧化焰而南方烧还原焰？答：我国北方制瓷原料大多采用二次高岭土与耐火粘土，含铁较少而含氧化钛、有机物较多，坯体粘性和吸附性较强，适宜用氧化气氛烧成。
南方制瓷原料大多采用原生高岭土和瓷石，含铁量较多而含氧化钛、有机物较少，粘性和吸附性较小，适宜用还原气氛烧成。
2. 与金属材料相比，无机非金属材料在性能上有那些特点？原因是什么？答：无机非金属材料的化学组分主要由元素的氧化物、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、硼酸盐和非氧化物等物质，其化学键主要为离子键或离子一共价混合键。
因此，无机非金属材料的基本属性主要体现为高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高抗压良好的抗氧化性、隔热性，优良的介电、压电、光学、电磁性能及其功能转换特性等。
但大多数无机非金属材料具有抗拉强度低、韧性差等缺点。
3. 玻璃浮法成型的原理？答：玻璃液从池窑连续流入并浮在有还原气氛保护的锡液上，由于各物相界面张力和重力的综合作用，摊成厚度均匀，上下两平面平行，平整和火抛光的玻璃带，经冷却硬化后脱离锡液，再经退火、切割而得到浮法玻璃。
4. 采用陶瓷注浆成型时坯料应满足哪些要求？为什么？答：1）流动性好。
保证泥浆浇注成形时要能充满模型的各个部位。
2）悬浮性好。
浆料中各种固体颗粒能在较长的一段时间悬浮而不沉淀的性质称为泥浆的悬浮性。
它是保证坯体组分均匀和泥浆正常输送、贮放的重要性能之一。
3）触变性适当。
受到振动和搅拌时，泥浆粘度会降低而流动性增加，静置后又恢复原状，此外，泥浆放置一段时间后，在维持原有水分的情况下也会变稠，这种性质称为触变性。
泥浆触变性过大，容易堵塞泥浆管道，且坯体脱模后易塌落变形；触变性过小，生坯强度较低，影响脱模和修坯。
4）滤过性好。
滤过性也称渗模性，是指泥浆能够在石膏模中滤水成坯的性能。
滤过性好，则成坯速率较快。
当细颗粒过多时，易堵塞石膏模表面的微孔脱水通道，不利于成坯。
熟料和瘠性原料较多时有利于泥浆的脱水成坯。
硅-无机非金属材料
新型无机非金属材料-几种新陶瓷
高温结构陶瓷：Si3N4. SiC陶瓷发动机） 生物陶瓷：Al2O3陶瓷假牙、氧化锆、 压电陶瓷：钛酸钡、钛酸铅。
硅（Si）
4.工业制法 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
SiO2 + 4HF = SiF4↑ + 2H2O
3工业生产玻璃的两个反应原理:
SiO2 + Na2CO3 高温 Na2SiO3 + CO2↑ SiO2 + CaCO3 高温 CaSiO3 + CO2↑
硅酸盐和无机非金属材料玻璃
生产原料: 黏土、长石、 Na2SiO3的水溶液（水玻璃） 硅酸盐多用氧化物表示。 山水牌、东岳牌“水泥”、杜村的玻璃、 淄博的陶瓷、 景德镇的瓷器、砖瓦
硅酸盐和无机非金属材料玻璃
生产原料：纯碱、石灰石、石英 （Na2CO3.CaCO3.SiO2）
生产设备：玻璃熔炉 强热 反应原理：
SiO2 + Na2CO3 高温 Na2SiO3 + CO2↑
2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 主要特性：水泥具有水硬性——建材、特种水泥 混凝土、钢筋混凝土。
硅酸盐和无机非金属材料陶瓷-最早
生产原料: 黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O ） 生产设备: 陶瓷窑、高温烧制 生产过程: 混合-成型-干燥-烧结-冷却 主要性质: 抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、
高纯硅的一般纯度要求达到99.9999%, 甚至达到 99.9999999%以上。
硅（Si）
5.用途（性质稳定、半导体） 制造晶体管、集成电路、（芯片）硅整流器 太阳能电池 硅合金钢： 含硅4％ -- 变压器铁芯 含硅15％-- 耐酸钢
新型无机非金属材料
新型无机非金属材料新型无机非金属材料是指一类不含金属元素的材料，通常由非金属元素或化合物组成。
这些材料具有独特的物理和化学性质，广泛应用于电子、光电、能源、环境保护等领域。
本文将介绍几种常见的新型无机非金属材料及其应用。
1. 碳纳米管碳纳米管是由碳原子以特定的结构排列而成的纳米级管状结构材料。
它具有极高的强度和导电性能，被广泛应用于电子器件、传感器、储能材料等领域。
碳纳米管还具有良好的导热性能，可用于制备高性能的导热材料。
2. 石墨烯石墨烯是一种由碳原子以二维晶格排列而成的材料，具有极高的导电性和导热性，同时具有优异的机械性能。
石墨烯被广泛应用于电子器件、柔性显示器、传感器等领域，同时也被用于制备高强度的复合材料。
3. 二氧化硅纳米颗粒二氧化硅纳米颗粒是一种由二氧化硅组成的纳米级颗粒材料，具有较大的比表面积和优异的光学性能。
它被广泛应用于光学涂料、生物传感器、纳米药物载体等领域，同时也被用于制备高性能的隔热材料。
4. 氧化锌纳米颗粒氧化锌纳米颗粒是一种由氧化锌组成的纳米级颗粒材料，具有优异的光电性能和光催化性能。
它被广泛应用于太阳能电池、光催化材料、柔性电子器件等领域，同时也被用于制备高性能的抗菌材料。
5. 硼氮化物硼氮化物是一种由硼和氮元素组成的化合物材料，具有极高的硬度和热导率，同时具有优异的化学稳定性。
硼氮化物被广泛应用于超硬刀具、高温陶瓷、热导材料等领域，同时也被用于制备高性能的电子器件。
总的来说，新型无机非金属材料具有独特的物理和化学性质，广泛应用于电子、光电、能源、环境保护等领域。
随着纳米技术和材料科学的发展，新型无机非金属材料的研究和应用将会得到进一步的推动，为各个领域的发展带来新的机遇和挑战。
无机非金属材料
无机非金属材料（1）主讲：黄冈中学优秀化学教师汪响林一、传统硅酸盐材料1、传统硅酸盐材料简介(1）含义：在材料家族里，有一类非常重要的材料叫做无机非金属材料。
最初无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，所以硅酸盐材料也称为传统无机非金属材料.像陶瓷、玻璃、水泥等材料及它们的制品在我们日常生活中随处可见.由于这些材料的化学组成多属硅酸盐类，所以一般称为硅酸盐材料。
（2）原料:传统硅酸盐材料一般是以黏土（主要成分为）、石英（主要成分为SiO2）、钾长石（主要成分为）和钠长石（主要成分为）等为原料生产的。
(3)结构和性质特点:这些原料中一般都含有硅氧四面体——结构单元。
由于硅氧四面体结构的特殊性，决定了挂酸盐材料大多具有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点。
2、陶瓷(1)原料：黏土（2)设备：窑炉（3)工序:混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶瓷器（4）原理：高温下，复杂的物理化学变化。
（5)种类:土器、瓷器、炻器等.(6）彩釉：烧制前，在陶瓷制品胚体表面涂一些含金属及其化合物的釉料，在烧结过程中因窑内空气含量的变化而发生不同的氧化还原反应，即产生表面光滑、不渗水且色彩丰富的一层彩釉。
彩釉中的金属元素烧制时空气用量与彩釉颜色空气过量空气不足黄、红、褐、黑蓝、绿黄绿红紫、褐褐、黑褐黄、绿、褐蓝绿蓝、淡蓝蓝（7）特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。
3、玻璃(1）原料：纯碱、石灰石、石英砂(2）设备：玻璃熔炉（3）工序：原料粉碎→加热熔融→澄清→成型→缓冷→玻璃（4)原理:高温下，复杂的物理化学变化。
主要反应:(5）种类及特性：种类特性用途普通玻璃在较高温度下易软化窗玻璃、玻璃器皿等石英玻璃膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光化学仪器、高压水银灯、紫外灯罩等光学玻璃透光性好、有折光性和色散性眼镜、照相机、显微镜和望远用透镜等玻璃纤维耐腐蚀、耐高温、不导电、隔热、防虫蛀玻璃钢、宇航服、光导、通信材料钢化玻璃耐高温、耐腐蚀、高强度、抗震裂运动器材、汽车、火车用窗玻璃等有色玻璃蓝色（含）、红色（含）、紫色(含）、绿色（含）、普通玻璃的淡绿色（含二价铁)4、水泥(1)原料:黏土、石灰石、辅助原料(2）设备：水泥回转窑（3)工序：原料研磨得生料→生料煅烧得熟料→再配以适量辅料(石膏、高炉矿渣、粉煤灰等）→研磨成细粉→水泥(4)原理:复杂的物理化学变化。
高三化学 新型无机非金属材料的特性和用途
新型无机非金属材料的品种氧化铝陶瓷(人造刚玉)特性：①高熔点②高硬度③可制成透明陶瓷用途：高级耐火材料，刚玉球磨机，高压钠灯的灯管等氮化硅陶瓷特性：①高硬度，耐磨损②抗腐蚀。
高温时抗氧化③抗冷热冲击④耐高温且不易传热⑤本身具有润滑性用途：制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件，用于制造发动机部件的受热面等新型无机非金属材料的特性：①能承受高温、强度高②具有光学特性③具有电学特性④具有生物功能新型陶瓷:①碳化硅陶瓷：将二氧化硅与碳在电炉中加热至1900℃以上可制得碳化硅：碳化硅陶瓷具有像金刚石一样的内部结构，晶体属于原子晶体。
碳化硅陶瓷硬度高，可耐℃的高温，有较高的高温强度，化学性质稳定，耐腐蚀性强。
碳化硅陶瓷可用于制造高温耐蚀部件、研磨盘、密封环、防弹板，用作研磨介质、航天器的涂层材料等。
②氮化硅陶瓷：将高纯硅与纯氮气加热至1300℃可制得氮化硅：氮化硅陶瓷是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损：除氢氟酸外，不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强，高温时也能抗氧化。
而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。
氮化硅陶瓷可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件以及发动机受热面等。
③氧化铝陶瓷：氧化铝陶瓷(人造刚玉)是一种极有前途的高温结构材料。
它的熔点很高，可用作高级耐火材料，如坩埚、高温炉管等。
利用氧化铝陶瓷硬度高的优点，可以制造在实验室中使用的刚玉球磨机，用来研磨比它硬度小的材料。
用高纯度的原料，使用先进工艺，还可使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。
现代信息基础材料——单晶硅:硅是目前半导体工业最重要的基础材料，其导电特性对杂质等十分敏感，因此必须首先制备高纯度的硅，然后精确控制掺杂元素的量和种类，并使它们均匀分布于材料之中。
粗硅制取：高纯硅制取：。
无机非金属材料
无机非金属材料无机非金属材料是一类广泛应用于工业生产和日常生活中的材料，它们具有许多独特的性质和用途。
本文将对无机非金属材料的特点、分类及应用进行介绍。
无机非金属材料是指不含金属元素的材料，主要包括陶瓷、玻璃、塑料、橡胶等。
这些材料通常具有硬度大、导热性能差、化学稳定性好等特点。
首先，陶瓷是一种硬度高、耐磨损的材料，常用于制作陶瓷器、建筑材料等。
其次，玻璃是一种无定形的无机非金属材料，具有透明、硬度高、化学稳定等特点，广泛应用于建筑、家具、餐具等领域。
此外，塑料是一种轻质、耐腐蚀的材料，可用于制作包装材料、日用品、工程塑料等。
橡胶是一种具有弹性的无机非金属材料，常用于制作轮胎、密封制品、橡胶制品等。
根据其性质和用途的不同，无机非金属材料可以分为结构陶瓷、功能陶瓷、玻璃、塑料和橡胶等几大类。
结构陶瓷主要用于制作陶瓷器、建筑材料等，具有硬度高、耐磨损的特点。
功能陶瓷则包括电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷等，具有绝缘、导电、磁性等特殊功能。
玻璃可以分为硅酸盐玻璃、含氟玻璃、特种玻璃等，应用于建筑、光学、电子等领域。
塑料根据其性能可分为热塑性塑料和热固性塑料，广泛应用于包装、建筑、医疗等领域。
橡胶则可分为天然橡胶和合成橡胶，用途涵盖轮胎、密封制品、橡胶制品等。
无机非金属材料在工业生产和日常生活中有着广泛的应用。
陶瓷被广泛应用于建筑、电子、化工等领域，如陶瓷砖、陶瓷管道、陶瓷电子元件等。
玻璃则被应用于建筑、家具、餐具、光学仪器等领域。
塑料是一种轻质、耐腐蚀的材料，广泛应用于包装、建筑、医疗等领域。
橡胶作为一种具有弹性的材料，被广泛应用于汽车、机械、电子等领域。
综上所述，无机非金属材料具有独特的性质和广泛的应用领域，对于推动工业生产和改善人们的生活水平起着重要作用。
随着科技的发展和人们对材料性能要求的不断提高，无机非金属材料的研究和应用前景将更加广阔。
希望本文的介绍能够增进大家对无机非金属材料的了解，促进相关领域的发展和创新。
无机非金属材料ppt课件
热解法制备的无机非金属材料有炭黑、石墨、碳纤维等。
热解法制备无机非金属材料的缺点是制备出的无机非金属材料结构不够致密，性能不够优异。
烧结法是一种将粉末状的物质加热到高温状态，使其发生物理和化学变化，最终形成致密化块状无机非金属材料的方法。
热膨胀系数
无机非金属材料的热膨胀系数差异较大，有些材料在加热时膨胀较小，适用于高温或温度变化较大的环境。
电导率与绝缘性：大多数无机非金属材料具有较高的绝缘性能，是良好的电绝缘材料。例如，陶瓷、玻璃和某些特种水泥可用于高压电器和电子设备的绝缘结构。
折射率与光学常数
无机非金属材料的折射率较高，决定了它们在光学仪器、光纤通讯和照明系统等领域的应用价值。不同材料的光学常数（如折射率、消光系数和色散等）决定了它们在特定波长范围内的光学行为。
烧结法制备无机非金属材料的优点是制备出的无机非金属材料结构致密，性能优异。
烧结法制备无机非金属材料的缺点是制备过程需要高温条件，能耗较高，同时制备出的无机非金属材料尺寸较小。
烧结法制备的无机非金属材料有陶瓷、玻璃、耐火材料等。
无机非金属材料的性能特点
硬度
韧性
强度与断裂韧性
疲劳性能
无机非金属材料的硬度通常较高，具有较好的耐磨性和耐压性能。例如，陶瓷材料具有极高的硬度，广泛用于切割工具、磨料和轴承等领域。
A
B
D
C
化学气相沉积法
利用化学反应产生气体，在气体的扩散和迁移过程中，通过化学反应生成无机非金属材料。
溶胶-凝胶法
将无机盐或金属醇盐溶解在合适的溶剂中，经过水解、缩聚等化学反应，形成稳定的溶胶，再经干燥、烧结固化制备无机非金属材料。
材料科学第四章无机非金属材料分析解析
普通陶瓷材料
2）卫生陶瓷
以高岭土为主要原料而制得的用于卫生设施的带釉陶 瓷制品，有陶质、炻瓷质和瓷质等。
3）电器绝缘陶瓷 又称电瓷，是作为隔电、机械支撑及连接用的瓷质绝 缘器件。分为低压电瓷、高压电瓷和超高压电瓷等。 4）化工陶瓷 要求耐酸、耐高温、具有一定强度。主要用于化学、 化工、制药、食品等工业。
3、性质：特种陶瓷具有特殊性质和功能。
结构陶瓷材料
结构陶瓷的种类
氧化物结构陶瓷 碳化物结构陶瓷 氮化物结构陶瓷
结构陶瓷材料
氧化物结构陶瓷
特点：化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温 度高、高温强度高。
Al2O3陶瓷 ZrO2陶瓷
BeO陶瓷
MgO陶瓷
结构陶瓷材料
Al2O3陶瓷
Al2O3陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是Al2O3和SiO2。 主晶相为刚玉（α－Al2O3），随着SiO2质量百分数 的增加，还出现莫来石和玻璃相。根据陶瓷坯中主晶 相的不同，分为刚玉瓷、刚玉－莫来石瓷和莫来石瓷。 Al2O3有三中结晶形态，即α、β、γ型。α型是高 温型，而γ型是低温型。
晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，主要是某些固溶 体或化合物。 晶体相又分为主晶相、次晶相和第三相。 陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐等）、 氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。 晶体相的结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料 的特性和应用。
硅氧四面体是硅酸盐陶瓷中最基本的结构单元
结构陶瓷材料
MgO陶瓷
耐高温，抗金属及碱性熔渣腐蚀。 可以用作冶炼高纯度Fe、Mo、Cu、Mg等金属 的坩埚及浇注金属的铸模，也可用作高温热电偶 保护套及炉衬材料等。
结构陶瓷材料
碳化物结构陶瓷
从化学角度谈无机非金属材料
从化学角度谈无机非金属材料从化学角度谈无机非金属材料摘要世界是由物质组成的，对人类有用的物质即材料，按其组成和化学键性质可将材料分为四大类：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。
无机非金属材料是材料科学与工程领域中的重要组成部分，它在工业、农业、人们日常生活、国防及现代科技中都有着非常重要的作用，用途极为广泛，为人类文明做出了重要贡献。
无机非金属材料是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；也即指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物、碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料等。
正文无机非金属材料的名目繁多，用途各异，目前尚没有统一而完善的分类方法。
传统（普通）无机非金属材料：硅酸盐为主要成分的材料并包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材料，如碳化硅、氧化铝陶瓷、硼酸盐、硫化物玻璃、镁质或铬质耐火材料和碳素材料等。
这一类材料通常生产历史较长、产量较高、用途也很广。
新型（特种）无机非金属材料：20世纪以来发展起来的、具有特殊性质和用途的材料，如压电、导体、半导体、磁性、超硬、高强度、超高温、生物工程材料以及无机复合材料等。
陶瓷材料：以无机非金属化合物（硅酸盐等）构成的多相固体材料。
用天然或人工的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成的材料以及各种制品。
这些制品刚性、硬度、脆性大，抗压强度大，抗拉强度、塑韧性低，熔点高、高温下不易氧化，但不耐温度的急剧变化，耐蚀性、绝缘性好。
玻璃材料：指一种熔融的无机产物，冷却时固化为刚性的非晶态。
玻璃是一种具有无规则结构的非晶固态，其原子不像晶体那样在空间中作长程有序排列，而近似于液体那样具有短程有序性，但它又像固体保持一定的外形，而不像液体那样能在重力的作用下流动。
主要种类有钠钙玻璃、石英玻璃、铅玻璃、硼硅酸盐玻璃、钢化玻璃、变色玻璃、微晶玻璃、彩色玻璃、磨光玻璃、夹层玻璃、磨砂玻璃、压花玻璃。
《材料科学与工程概论》复习思考题1剖析
《材料科学与工程概论》复习思考题一、名词解释1.磁化曲线：磁感应强度或磁化强度与外加磁场强度的关系曲线称为磁化曲线。
2.磁滞效应及磁化曲线：磁感应强度的变化总是落后于磁场强度的变化，这种效应称为磁滞效应。
由于磁滞效应的存在，磁化一周得到一个闭合回线，称为磁滞回线。
3.磁致伸缩：铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。
4. 硅酸盐材料：化学组成为硅酸盐类的材料称为硅酸盐材料，也称为无机非金属材料。
5. 水泥：水泥是一种粉末状的谁硬性胶凝材料，加入适量水拌合后成为塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并可将砂、石、纤维和钢筋等材料牢固地念接起来，成为有较高强度的石状体，是建造高楼大厦、桥梁隧道、港口码头等工程的主要材料。
6. 复合材料：将两种或两种以上的单一材料复合可获得新的材料，这些新的材料保留了原有材料的优点，克服和弥补了各自的缺点，并显示出一些新的特性，这就是复合材料。
7. 合金：由一种金属跟另一种或几种金属或非金属所组成的具有金属特性的物质叫合金。
8. 晶体：由结晶物质构成的、其内部的构造质点(如原子、分子)呈平移周期性规律排列的固体。
长程有序，各向异性。
9. 晶粒：结晶物质在生长过程中，由于受到外界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体，而只是结晶成颗粒状称晶粒。
10.晶界：结构相同而取向不同晶粒之间的界面。
在晶界面上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。
晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界。
11.高分子材料：由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等。
12.二、填空题材料分为天然材料和人工材料两大类。
材料的电学性能包括电阻率和电导率以及超导电性等。
材料的磁学性能中按照物质对磁场反应的大小可分为顺磁性、抗磁性、铁磁性。
材料的热学性能包括热容、热导率、熔化热、热膨胀、熔沸点等性质。
高中化学传统无机非金属材料
高中化学传统无机非金属材料无机非金属材料是指由非金属元素或其化合物制成的材料，常见的有氧化物、硫化物、氮化物、碳化物等。
在化学中，无机非金属材料是一个重要的研究领域，因为它们不仅应用广泛，而且对于理解元素之间的化学反应和化学键的本质也具有重要的作用。
氧化物是最常见的无机非金属材料之一。
它们由氧和其他元素形成，例如二氧化硅、三氧化二铝和四氧化三铁等。
二氧化硅是一个重要的氧化物，广泛应用于制造玻璃、陶瓷和半导体器件等领域。
三氧化二铝是一种高温陶瓷材料，具有优异的机械、电学和热学性能，被广泛应用于航空航天、电子和化工等领域。
四氧化三铁是一种重要的磁性材料，广泛应用于电子、信息和磁性材料等领域。
硫化物是另一类常见的无机非金属材料。
它们由硫和其他元素形成，例如硫化铁、硫化锌和硫化镉等。
硫化铁是一种黑色的矿物，也称为辉铁矿，是铁的重要矿石之一。
硫化锌是一种白色的固体，广泛应用于制造橡胶、涂料、塑料和医药等领域。
硫化镉是一种黄色的固体，具有优异的光学性质，广泛应用于制造光电器件、半导体材料和液晶显示器等领域。
氮化物是一类重要的无机非金属材料。
它们由氮和其他元素形成，例如氮化硅、氮化铝和氮化镓等。
氮化硅是一种高硬度、高强度和高热稳定性的陶瓷材料，广泛应用于制造切削工具、轴承和热散尽材料等领域。
氮化铝是一种高温陶瓷材料，具有优异的机械、电学和热学性能，广泛应用于航空航天、电子和化工等领域。
氮化镓是一种重要的半导体材料，广泛应用于制造激光器、LED和太阳能电池等领域。
碳化物是一类重要的无机非金属材料。
它们由碳和其他元素形成，例如碳化硅、碳化钨和碳化钛等。
碳化硅是一种高硬度、高强度和高耐磨性的陶瓷材料，广泛应用于制造切削工具、轴承和热散尽材料等领域。
碳化钨是一种高硬度和高熔点的金属材料，广泛应用于制造切削工具、电极和高温加热器等领域。
碳化钛是一种重要的金属陶瓷材料，具有优异的机械、耐腐蚀和生物相容性，广泛应用于制造人工骨、牙齿种植物和医疗器械等领域。
光学功能材料
光学功能材料光学功能材料是一类具有特殊光学性质的材料，广泛应用于光学器件、光电子器件、光通信、光储存等领域。
它们通过调控光的传播、吸收、发射、散射等光学过程，实现对光的控制和操控，具有重要的科学研究价值和实际应用价值。
一种常见的光学功能材料是光学玻璃。
光学玻璃具有高透明度、低散射、高折射率等特点，可用于制造光学透镜、光学窗口等光学器件。
另外，光学玻璃还可以根据需要掺入特定的元素，如锗、硅等，以调节其折射率、色散性质，实现对光的聚焦、分离等功能。
除了光学玻璃，光学功能材料还包括光学陶瓷、光学薄膜、光学涂层等。
光学陶瓷是一种由粉末状原料制备而成的无机非金属材料，具有高熔点、高硬度、低热膨胀系数等特点。
它可以通过烧结、热处理等工艺制备成各种形状的光学器件，如光学棱镜、光学滤波片等。
光学薄膜是一种将具有特定光学功能的材料沉积在基底上的薄膜结构。
光学薄膜可以通过物理气相沉积、化学气相沉积等方法制备而成，具有高透过率、低反射率、高抗腐蚀性等特点。
它广泛应用于光学器件的镀膜、光学仪器的镀膜等领域，可以提高光学器件的性能。
光学涂层是一种将具有特定光学功能的材料均匀涂覆在基底上的涂层结构。
光学涂层可以通过溶液法、蒸发法等方法制备而成，具有高透过率、低反射率、高耐磨性等特点。
它常用于光学器件的表面保护、光学仪器的表面增强等领域，可以改善光学器件的性能。
光学功能材料还包括光子晶体、非线性光学材料、光学纤维等。
光子晶体是一种具有周期性介质结构的材料，具有光子禁带、光子导波等特点，可用于光学滤波、光学调制、光学传感等领域。
非线性光学材料是一种在强光作用下具有非线性光学效应的材料，如二次谐波发生、光学开关等，可用于光学信息处理、光学通信等领域。
光学纤维是一种具有高折射率的细长光导体，可用于光信号的传输和分配。
光学功能材料在光学领域具有重要的应用价值。
它们通过调控光的传播、吸收、发射、散射等光学过程，实现对光的控制和操控，为光学器件、光电子器件、光通信、光储存等领域的发展提供了重要支撑。
无机非金属材料知识点总结
无机非金属材料知识点总结无机非金属材料是指除了金属和有机材料之外的一类材料，它们主要由无机化合物组成。
无机非金属材料具有很多特殊的性质和应用，以下是对无机非金属材料的一些重要知识点的总结。
一、无机非金属材料的分类无机非金属材料可以分为陶瓷材料、玻璃材料和复合材料三大类。
1. 陶瓷材料：陶瓷材料是由氧化物、硫化物、氮化物、碳化物等无机化合物构成的。
陶瓷材料具有高硬度、高抗磨损性、高耐高温性等特点，广泛应用于制陶、建筑、电子、化工等领域。
2. 玻璃材料：玻璃材料是由二氧化硅、碳酸盐等无机化合物构成的非晶态材料。
玻璃材料具有透明、硬度高、耐腐蚀等特点，广泛应用于建筑、光学、电子等领域。
3. 复合材料：复合材料是由两种或两种以上不同性质的无机非金属材料组成的。
复合材料具有优异的力学性能、热性能和化学性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。
二、无机非金属材料的性质和应用无机非金属材料具有多种特殊的性质和应用，下面列举其中几个重要的方面。
1. 物理性质：无机非金属材料具有高熔点、高硬度、低导电性、低热膨胀系数等特点。
这些性质使得无机非金属材料在高温环境下具有优异的性能，适用于高温设备、耐磨材料等领域。
2. 化学性质：无机非金属材料具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性。
例如，陶瓷材料可以在强酸、强碱等腐蚀性介质中长期稳定使用，玻璃材料也具有较好的耐酸碱性能。
3. 光学性质：无机非金属材料具有良好的光学性能。
玻璃材料具有优异的透明性，可以用于制造光学仪器、光纤等产品。
此外，无机非金属材料还具有较好的折射率、反射率等光学性质，广泛应用于光学镜片、光学纤维等领域。
4. 热性质：无机非金属材料具有较好的耐热性能。
陶瓷材料能够在高温下保持稳定性能，广泛应用于高温炉窑、耐火材料等领域。
5. 电性质：无机非金属材料具有较好的绝缘性能。
陶瓷材料、玻璃材料等在电子器件中被广泛应用，可以用作绝缘基材、电介质等。
三、无机非金属材料的制备方法无机非金属材料的制备方法多种多样，下面介绍几种常见的制备方法。
无机非金属材料
•
在晶体结构上,无机非金属材料的元素 结合力主要为离子键、共价键或离子-共价 混合键。这些化学键所特有的高键能、高键 强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐 腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等 基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透 光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。
2.分类
无 机 非 金 属 材 料
但是，由于天然金刚石非常少，远远不能满 足生产和科研的需要。科学家们通过对石墨和金 金 刚石同素异形体结构的研究，指出了在一定条件 刚 下使石墨转化为金刚石的可能性。 石 1955年，美国首先用石墨合成出金刚石，这 锯 片 是材料合成领域的一项重大成就。 目前，世界上用石墨合成金刚石的研究发展 很快，我国在这方面的研究也在飞速发展，许多 城市都建有人造金刚石的工厂和研究所，以满足 生产发展的需要。
(3)人造宝石
红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3（刚 玉）。 红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化 合物；
而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛 化合物。
1900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量 氧化铬的方法，制出了质量为2g-4g的红宝石。 现在，已经能制造出大到10g的红宝石和蓝宝石。
（6）超导材料
超导材料是一类在低温下（ 23.2K 或更低温度下） 电阻可以完全消失的材料。用超导材料做成导线，电阻几乎 为零，可以实现远距离无损耗输电；超导材料可以产生极强 的磁场，用于制造磁悬浮列车；用超导材料制成的发电机将 会比现有的发动机输出功率高 100 倍以上。由于超导现象发 生在很低的温度下，使其应用受到很大的限制，因此寻找研 制在较高临界温度下具有超导特性的材料成为近30年来科学 家研究的重要课题。 1986 年 ， 瑞 士 的 IBM 公 司 实 验 室 的 JGBendnorz 和 KAMtiller首先在高温氧化物超导体的研究中取得了决定性 的突破。在通式为AxByCuzOw（A＝La，Y„„；B＝Ba，Sr„„ 等）的钙钛矿结构的体系中，获得了临界温度Tc达35K的超导 体，因此他们获得了1987年诺贝尔物理奖。1987年，美国休 斯敦大学的朱经武小组、中科院物理研究所赵忠贤等发现了 临界温度Tc为90K的Y－Ba－Cu－O材料，实现了在液氧（77K） 中的超导性。
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3、光子能量 energy E of a photon E＝hc／λ＝hν
FIGURE 19.2
4、固体材料的光学性质，取决于电磁辐射与材料表
面、近表面以及材料内部的电子、原子、缺陷之间 的相互作用
4-5-2 吸收、反射和透射
物质 n（折射率） 物质 n（折射率）
空气 Al2O3 CaF2 Cl2（气体） Cl2（液体） 金刚石 H2O（水） H2O（冰） 聚四氟乙烯 醋酸纤维素 聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯 酚醛树脂 环氧树脂 低密度聚乙烯 聚碳酸酯
1.000277 1.63-1.68 1.43 1.000768 1.385 2.417 1.33 1.30 1.35 1.48-1.50 1.49 1.49 1.50-1.70 1.5-1.6 1.51 1.59
7、高分子材料的光学性质 聚合物多数无色,包括高透明(transparent)到不透 明。透明度的损失起源于材料内部折射指数 (refraction index)不均匀性产生的光散射 聚合物透明带色，选择性吸收 结晶聚合物通常是半透明(translucent)或不透明 (opaque)的
在电磁波谱的可见光区：金属和半导体的吸收系数很大； 电介质材料吸收系数小。 在紫外吸收端：禁带宽度大的材料，紫外吸收端的波长较小 在红外区：离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致
选择吸收 均匀吸收
λ = hc/Eg
2、光的反射 (reflection) 镜反射、漫反射 吸收----发射 折射 (refraction index)
4-5 材料的光学性能 optical properties of materials
• Basic principles and concepts relating to interactions of electromagnetic radiation (visible light) with solid materials(atoms). • Refraction, reflection, absorption, and transmission of incident light,and their relationship. • mechanism of absorption and emission of electromagnetic radiation in materials • transparency ,translucency and opacity of materials • index of refraction and its application • luminescence, photoconductivity,and light amplification (lasers)
玻璃（重燧石） 玻璃（锌牌） KCl KF NaCl 石英 熔融石英 SrO 聚丙烯腈 天然橡胶 聚酰胺 高密度聚乙烯 聚氯乙烯 氯丁橡胶 聚苯乙烯
1.65 1.52 1.49 1.36 1.54 1.54 1.47 1.87 1.51 1.52 1.53-1.55 1.54 1.54-1.56 1.55 1.59
R=(n-1)2/(n+1)2
FIGURE 19.8
4、折射指数 Refraction Index 折射来源于光线通过透明材料时，由于介质的电子极化
使得光速降低，光线在界面弯曲的现象。 折射指数的大小与介质的性质（原子或离子的尺寸、介电 常数、磁导率等）和波长相关
表4-5-2 各种材料在室温对可见光的折射率
n21=sini/sinr
W n21 1 m W n21 1
m :反射系数 R:反射率
2
（1-m）：透射系数
FIGURE 19.4
FIGURE 19.5
Figure19.6.
3、光的透射(transmission) I＝I0e－αx 透射率：T＝（1－R）2e－αl 透射率T(transmissivity)、反射率R(reflectivity)、吸 收率1 The transmissivity T of a transparent material 20 mm thick to normally incident light is 0.85. If the index of refraction of this material is 1.6, compute the thickness of material that will yield a transmissivity of 0.75. All reflection losses should be considered. Solution
5、金属材料的光学性质 （1）各种入射辐射被吸收
金属导带中已填充的能级上方有许多空的电子能态—— 频率分布范围很宽的各种入射辐射都可以激发电子到能量较 高的未填充态从而被吸收；
（2）金属的反射，是由吸收再反射综合造成的
反射率具有频率依赖性
对于红外辐射则透明
6、无机非金属材料的光学性质
（1）对红外线有一定程度的吸收 （2）吸收可见辐射，且不透明（半导体） （3）绝缘体倾向于对可见辐射透明 Eg大 （4）漫透射——由多次内反射造成 （5）加工过程中留下孔洞而不透明 1% 陶瓷
1、光的吸收( photon absorption) （1）光吸收的一般规律朗伯特定律
I＝I0e－αx
Absorbed intensity
---吸收系数 Absorption coefficient
空气: ≈10-5cm-1
玻璃: ＝10-2cm-1
金属: 则达几万到 几十万
（2）光吸收与光波长radiation absorption and wave length
4-5 材料的光学性能(optical properties)
4-5-1 电磁辐射及其与原子的相互作用 Interactions of electromagnetic radiation and atoms 1、光和物质的相互作用——取决于物质电磁性质的 基本参数。电导率、介电常数和磁导率
2、相互作用是由电子跃迁和极化效应实现的