新型无机非金属材料
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1870年，英国科学家丁达尔做了一个有 趣的实验：让一股水流从玻璃容器的侧壁细 口自由流出，以一束细光束沿水平方向从开 口处的正对面射入水中。丁达尔发现，细光 束不是穿出这股水流射向空气，而是顺从地 沿着水流弯弯曲曲地传播。这是光的全反射 造成的结果。
光导原理
新型无机非金属材料
(1)光导纤维的特点和用途：
请举出一些你所熟悉的、现代生 产和生活中常见的新型无机非金属材 料的性能和应用。（若有困难，可上 网查找）
新型无机非金属材料
一般无机非金属材料具有耐高温、高硬度 和抗腐蚀等优良工程性能，其主要缺点是抗拉 强度低、韧性差。
现代科学技术的发展，要求材料具有强度 高、耐腐蚀、耐高温和其他一些特殊性能，这 大大促进了无机非金属材料的发展，使无机非 金属材料领域除使用传统的硅酸盐材料外，出 现了氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷等 许多具有特殊性能的新型材料，广泛应用于建 筑、冶金、机械及尖端科技领域。
第三节 新型无机非金属材料
新型无机非金属材料
一、什么是无机非金属材料
1、材料
材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是 人类进步的里程碑。历史上的石器时代、青铜器 时代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。
石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高 分子（如塑料等）、单晶材料，每一种新型材料 的研制成功，都引起人类文化和生活的新变化。 没有半导体材料，便不可能有目前的计算机技术； 没有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有今 天的宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没 有现代的光通讯；没有有机高分子材料，人们的 生活也不可能像今天这样丰富多彩。
(2)氮化硅陶瓷
主要特性 主要用途
①超硬度，耐磨损；②抗腐蚀，高温 时也抗氧化；③抗冷热冲击而不碎裂； ④耐高温且不易传热；⑤本身具有润 滑性
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 制造柴油机中发动机部件的受热面等
如： Si3N4基陶瓷球轴承 ， 沙漠车
氮化硅陶瓷部件 等
此外，高温结构陶瓷还有：氮化硼陶瓷、碳化 硼陶瓷、氧化锆陶瓷 新、型无碳机非化金属硅材料陶瓷 等。
原料来源广(石英玻璃),节约有 色金属
质量小,每公里27 g,不怕腐蚀, 铺设方便
成本低,每公里1万元左右
普通电缆 8管同轴电缆每 条通话1800路 资源较少
每公里1.6 t
每公里20万元
性能好,抗电磁干扰保密性强,能 防窃听,不发生电辐射
新型无机非金属材料
真正的光通信时代。
目前的光纤通信，是把声音或图象通过电话机或电 视摄像机变成电信号，再通过光调制机对激光光源 进行调制，把电信号变成光信号，由光导纤维传送 到接收端，接收端的激光接收机通过光电转换器， 把光信号还原成电信号，进入电话机或电视机，重 现发送的声音或图象。未来的光纤通信，可以不用 电信号，而是将声音或图象直接转换成光信号用光 纤进行传输，电只是作为能源加以使用。到那时电 话、电报、电视等电通信方式将变成“光话”“光 报”“光视”等光通信方式，人类将进入一个无限 美好的真正的光通信时代。
(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。
新型无机非金属材料
高温结构材料: 耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。
金属材料： 易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用
(1)氧化铝陶瓷 性能
用途
熔点高
坩埚、高温炉管、 氧化铝陶瓷制品
硬度大
刚玉球磨机、 高压钠灯灯管、
透明、耐高温
高纯氧化铝透明陶瓷管
用途示例：钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决，由 于没有一种能抵御高温钠蒸气（1400℃）强烈腐蚀的特殊材料， 所以，直到1965年才制取第新型一无支机非高金属压材料钠灯。
新型无机非金属材料
4、新型无机非金属材料的特征
（1）耐高温、强度高 （2）具有电学性质 （3）具有光学性质 （4）具有生物功能
新型无机非金属材料
二、几种典型的新型无机非金属材料
1、结构材料—— 高温结构陶瓷 2、功能材料——光导纤维（光纤）
新型无机非金属材料
1、结构材料——高温结构陶瓷
高温结构材料与金属材料的性能比较：
光导纤维（二氧化硅） ①抗干扰性能好，不发生辐射；②通 讯质量好； 主要特性 ③质量轻、耐腐蚀
主要用途
除用于通讯外，还用于医疗、信 息处理、传能传像、遥测遥控、照明 等。是高质量传导光的玻璃纤维，信 息高速公路的“基石”
新型无机非金属材料
(2)光纤光缆与普通电缆比较
光纤光缆
信息量大,每根光纤理论上可同 时通过10亿路电话
新型无机非金属材料
3、生活中的无机非金属材料
⑴玻璃、水泥、陶瓷
⑵石英钟表
⑶手表上的“19钻”(人造红宝石轴承的数目)
⑷玻璃刀（金刚砂）
⑸金刚石钻头
⑹彩电（荧光材料）
⑺煤气炉中的电子打火 (压电陶瓷)
⑻海底电缆（光导纤维） ⑼电脑的CPU（单晶硅）
⑽隐形飞机（特殊光学材料）
新型无机非金属材料
想一想
现代通信用光缆 新型无机非金属材料
光导纤维在医学上的应用
光导纤维不但是通信技术中的重要材料，还是医生 的得力助手。目前在医学领域，普遍使用着一种连 接着许多光纤的胃镜，光纤胃镜的光源是在体外由 光纤传进去的，它不产生热辐射，能减轻病人的痛 苦。在光导纤维的一头装着精致小巧的微型镜头， 可将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在屏幕上。
新型无机非金属材料
2、材料的几种分类方法
(1)按化学组成和特性分
无机非金属材料 金属材料
传统无机非金属材料 新型无机非金属材料
高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维
新型无机非金属材料
(2)按用途分
结构材料：利用材料的力学和理、化性质， 广泛应用于机械制造、工程建设、 交通运输等各个工业部门
功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性 能用于电子、激wenku.baidu.com、通讯、能源 和生物工程等许多高新技术领域。
想一想 钻石、宝石、玉石的成分是什
么，它们是同一类物质吗？
钻石就是 金刚石 ，其成分是碳；宝石 的 主要成分是氧化铝，不同颜色的宝石是因为其中 含少量不同的氧化物杂质； 玉石 的主要成分是 硅酸盐。所以，钻石、宝石、玉石都是价格昂贵 的“石头”，但它们不是同一类物质。
新型无机非金属材料
2、功能材料——光导纤维（光纤）
光导原理
新型无机非金属材料
(1)光导纤维的特点和用途：
请举出一些你所熟悉的、现代生 产和生活中常见的新型无机非金属材 料的性能和应用。（若有困难，可上 网查找）
新型无机非金属材料
一般无机非金属材料具有耐高温、高硬度 和抗腐蚀等优良工程性能，其主要缺点是抗拉 强度低、韧性差。
现代科学技术的发展，要求材料具有强度 高、耐腐蚀、耐高温和其他一些特殊性能，这 大大促进了无机非金属材料的发展，使无机非 金属材料领域除使用传统的硅酸盐材料外，出 现了氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷等 许多具有特殊性能的新型材料，广泛应用于建 筑、冶金、机械及尖端科技领域。
第三节 新型无机非金属材料
新型无机非金属材料
一、什么是无机非金属材料
1、材料
材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是 人类进步的里程碑。历史上的石器时代、青铜器 时代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。
石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高 分子（如塑料等）、单晶材料，每一种新型材料 的研制成功，都引起人类文化和生活的新变化。 没有半导体材料，便不可能有目前的计算机技术； 没有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有今 天的宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没 有现代的光通讯；没有有机高分子材料，人们的 生活也不可能像今天这样丰富多彩。
(2)氮化硅陶瓷
主要特性 主要用途
①超硬度，耐磨损；②抗腐蚀，高温 时也抗氧化；③抗冷热冲击而不碎裂； ④耐高温且不易传热；⑤本身具有润 滑性
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 制造柴油机中发动机部件的受热面等
如： Si3N4基陶瓷球轴承 ， 沙漠车
氮化硅陶瓷部件 等
此外，高温结构陶瓷还有：氮化硼陶瓷、碳化 硼陶瓷、氧化锆陶瓷 新、型无碳机非化金属硅材料陶瓷 等。
原料来源广(石英玻璃),节约有 色金属
质量小,每公里27 g,不怕腐蚀, 铺设方便
成本低,每公里1万元左右
普通电缆 8管同轴电缆每 条通话1800路 资源较少
每公里1.6 t
每公里20万元
性能好,抗电磁干扰保密性强,能 防窃听,不发生电辐射
新型无机非金属材料
真正的光通信时代。
目前的光纤通信，是把声音或图象通过电话机或电 视摄像机变成电信号，再通过光调制机对激光光源 进行调制，把电信号变成光信号，由光导纤维传送 到接收端，接收端的激光接收机通过光电转换器， 把光信号还原成电信号，进入电话机或电视机，重 现发送的声音或图象。未来的光纤通信，可以不用 电信号，而是将声音或图象直接转换成光信号用光 纤进行传输，电只是作为能源加以使用。到那时电 话、电报、电视等电通信方式将变成“光话”“光 报”“光视”等光通信方式，人类将进入一个无限 美好的真正的光通信时代。
(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。
新型无机非金属材料
高温结构材料: 耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。
金属材料： 易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用
(1)氧化铝陶瓷 性能
用途
熔点高
坩埚、高温炉管、 氧化铝陶瓷制品
硬度大
刚玉球磨机、 高压钠灯灯管、
透明、耐高温
高纯氧化铝透明陶瓷管
用途示例：钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决，由 于没有一种能抵御高温钠蒸气（1400℃）强烈腐蚀的特殊材料， 所以，直到1965年才制取第新型一无支机非高金属压材料钠灯。
新型无机非金属材料
4、新型无机非金属材料的特征
（1）耐高温、强度高 （2）具有电学性质 （3）具有光学性质 （4）具有生物功能
新型无机非金属材料
二、几种典型的新型无机非金属材料
1、结构材料—— 高温结构陶瓷 2、功能材料——光导纤维（光纤）
新型无机非金属材料
1、结构材料——高温结构陶瓷
高温结构材料与金属材料的性能比较：
光导纤维（二氧化硅） ①抗干扰性能好，不发生辐射；②通 讯质量好； 主要特性 ③质量轻、耐腐蚀
主要用途
除用于通讯外，还用于医疗、信 息处理、传能传像、遥测遥控、照明 等。是高质量传导光的玻璃纤维，信 息高速公路的“基石”
新型无机非金属材料
(2)光纤光缆与普通电缆比较
光纤光缆
信息量大,每根光纤理论上可同 时通过10亿路电话
新型无机非金属材料
3、生活中的无机非金属材料
⑴玻璃、水泥、陶瓷
⑵石英钟表
⑶手表上的“19钻”(人造红宝石轴承的数目)
⑷玻璃刀（金刚砂）
⑸金刚石钻头
⑹彩电（荧光材料）
⑺煤气炉中的电子打火 (压电陶瓷)
⑻海底电缆（光导纤维） ⑼电脑的CPU（单晶硅）
⑽隐形飞机（特殊光学材料）
新型无机非金属材料
想一想
现代通信用光缆 新型无机非金属材料
光导纤维在医学上的应用
光导纤维不但是通信技术中的重要材料，还是医生 的得力助手。目前在医学领域，普遍使用着一种连 接着许多光纤的胃镜，光纤胃镜的光源是在体外由 光纤传进去的，它不产生热辐射，能减轻病人的痛 苦。在光导纤维的一头装着精致小巧的微型镜头， 可将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在屏幕上。
新型无机非金属材料
2、材料的几种分类方法
(1)按化学组成和特性分
无机非金属材料 金属材料
传统无机非金属材料 新型无机非金属材料
高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维
新型无机非金属材料
(2)按用途分
结构材料：利用材料的力学和理、化性质， 广泛应用于机械制造、工程建设、 交通运输等各个工业部门
功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性 能用于电子、激wenku.baidu.com、通讯、能源 和生物工程等许多高新技术领域。
想一想 钻石、宝石、玉石的成分是什
么，它们是同一类物质吗？
钻石就是 金刚石 ，其成分是碳；宝石 的 主要成分是氧化铝，不同颜色的宝石是因为其中 含少量不同的氧化物杂质； 玉石 的主要成分是 硅酸盐。所以，钻石、宝石、玉石都是价格昂贵 的“石头”，但它们不是同一类物质。
新型无机非金属材料
2、功能材料——光导纤维（光纤）