硅酸盐材料

硅酸盐材料、高分子材料

主讲：黄冈中学优秀化学教师汪响林

知识讲解

一、硅酸盐材料——传统无机非金属材料

1、硅酸盐材料简介

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、玻璃

（1）原料：纯碱、石灰石、石英砂

（2）设备：玻璃窑

（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）玻璃态物质

玻璃态物质是一种特殊的混合物，是介于结晶态和无定形态之间的一种物质状态。玻璃态物质的结构特点是：它的粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但又不像无定形体那样无规则排列，人们把玻璃态的这种结构特征称为“短程有序，远程无序”，就是说，从小范围来看，它有一定的晶型排列，从整体来看，却像无定形物质那样无晶形的排列规律。所以玻璃态物质没有一定熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化变为液态。

（6）种类及特性

种类组成或制造方法特性用途

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

硼酸玻璃

在制造玻璃的过

程中添加了提高玻璃的化学稳定性和

降低它的热膨胀系数，耐

高温和抗化学腐蚀

高级的化学反

应容器

光学玻璃

在制造玻璃的过

程中添加了PbO 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

玻璃纤维以玻璃为原料经高

温熔制、拉丝、络

纱等工艺制造成

耐腐蚀、耐高温、绝缘、

隔热、防虫蛀

复合材料中的

增强材料如玻

璃钢；绝热保温

材料如宇航服；

光导通信材料

钢化玻璃普通玻璃在电炉里加热软化

后急速冷却而成的

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

在制造玻璃的过程中

加入金属氧化物制成蓝色（含）、红色

（含）、紫色（含

艺术玻璃、装饰

材料

）、绿色（含

）、普通玻璃的淡绿色（含二价铁）

变色玻璃在制玻璃过程中掺进了对光

敏感的物质如卤化银和少量

CuO催化剂

光线强时，卤化银见光分

解生成的银微粒吸光而使

玻璃变暗；光线弱时，在

氧化铜的催化下，银和卤

素又化合成卤化银，玻璃

又变透明

变色眼镜等

3、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。

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。

（5）成分：硅酸三钙（）、硅酸二钙（）、铝酸三钙（）、铁铝酸钙（）等。

（6）特性：水硬性（石膏的作用是调节水泥硬化速度）。

5、对比小结

水泥玻璃陶瓷主要设

备

水泥回转窑玻璃窑窑炉主要原

料

石灰石和黏土纯碱、石灰石、石英黏土

反应原理复杂的物理化学变化略

复杂的

物理化

学变化

反应条

件

高温高温高温

生产工序磨→烧→磨原料→熔体→玻璃

混合→

成型→

干燥→

凝结→

冷却→

陶器

主要成

分

硅酸盐

种类不同等级普通玻璃、特种玻璃土器、瓷器、炻器等

特性水硬性无固定熔沸点，在一定温

度范围内软化可制成各种

形状

抗氧化、

抗酸碱

腐蚀、耐

高温、绝

缘体

6、玻璃和陶瓷的新发展——新型无机非金属材料

（1）光导纤维

光导纤维简称光纤，是用来传递光信号和图象信号的纤维。制造光导纤维用的光学材料，必须高度纯净、成分均匀。一般无水石

英（）是常用的光导纤维材料。近年来，光导纤维用于光通

信的技术迅速发展。此外，在农业、国防、医疗、电视、传真、电

话、科研等方面都有广泛的用途。

（2）高温结构陶瓷

①碳化硅陶瓷

碳化硅（SiC，俗称金刚砂），熔点高（2450℃），硬度大（9.2），化学性质稳定。重要的工业磨料、模具、特种耐火材料制品。最适

宜的应用领域是高温、耐磨和耐蚀的环境。作为高温结构陶瓷，日

益受到人们的重视。工业制取：

②氮化硅陶瓷

氮化硅（Si3N4），熔点高、硬度大，化学性质稳定。有自润滑作用，所以是优良的耐磨材料。热强度和化学稳定性高，热膨胀系

数小，是优良的高温结构材料。耐腐蚀，可作高温轴承、转子、叶

片、燃烧室喷嘴等高温零件以及高温下使用的模具等。工业制取：

或

二、高分子材料

高分子材料与其他材料相比，具有密度小、比强度高、耐腐蚀、绝缘性好、易于加工成型等特点。但也普遍存在四个弱点，即强度