太囹昂
范文一：无机非金属材料
无机非金属材料
无机非金属材料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、硒化物及碲化物)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。包括陶瓷、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。其中陶瓷一 词,随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现,其概念的外延也不断扩大。最广义的陶 瓷概念几乎与无机非金属材料的含意相同。无机非金属材料是当代材料体系中的一个重要 组成部分。
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。通常把 它们分为传统(普通)无机非金属材料和新型(特种)无机非金属材料两大类(见表 格)。前者指以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。后者主要指 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。
上述这种分类并不是绝对的,由于新型材料是从传统材料逐渐发展起来的,有些材料 的归属很难确定。习惯上无机非金属材料沿用传统生产工艺分为陶瓷、玻璃、水泥、耐火 材料、搪瓷、碳素材料等类,同时,新型材料按其生产工艺、用途和发展状况,又逐步形 成一些新的材料类别,如无机复合材料、无机多孔材料等。有些品种按习惯并入传统分类 中,如压电陶瓷并入陶瓷;微晶玻璃、光导纤维等并入玻璃。有时又可按照材料的主要成 分分类,如硅酸盐、铝酸盐、氧化物、氮化物材料等;也可以根据材料的用途分为日用、 建筑、化工、电子、航天、通信、医学材料等;也有按材料性质分的,如胶凝、耐火、耐 磨、导电、绝缘、半导体材料等;还有根据材料的物质状态分的,如晶体(单晶体、多晶 体、微晶体)、非晶体及复合材料等;或从材料的外观形态分,有块状、多孔、纤维、晶 须、薄膜材料等。
范文二：无机非金属材料
．硅(1
存)形在式
硅地在中壳的量居含第位二，仅次于硅是一种亲氧元，在自素界中然全以部在，且存见的常合化态的硅和有酸盐．硅氧
化．合态
二氧化
硅(2原)结构子
硅的电荷核数是，位元素于周表中第三周期第族期，原子其结示意构图
为在应反既中易不去电子，也失易得不电到子主，形要四成价化合物．
的1
ⅥA4
(3物)理质性
单硅有晶质体两和．种中晶其体硅
、光是、泽而硬的固脆，结体构类似，熔于点，度、有脆性，硬良好的材是料
(．)化4学性质
常①温下，硅的化性质学活泼不，F2、氢除氟和强碱酸外不易，与其他质物反应硅与．NaHO反的应学化程式为方
无
形定灰黑
有金属色有金属
高
大
导体半
S＋i2aOHNH2＋O===a2NSOi3＋2H↑2.
②加热时，硅能与非金属单如质2OC、l2等应反硅与O．2应反的化方程式为学
5)工(制法
①工业上业用焦在炭炉电还中原iOS得到含有2少量质杂粗硅，的发的生化学反应为②将粗硅
提后纯，可到得高硅纯．
(6)主要用途
可用来硅造晶体制管集成、电路太、阳能池、硅电流整等器此外，硅，合的用金更广途，可泛变压作器铁、芯酸耐设等．备
2．二化氧
硅1(存)在态形
天S然Oi存2形在有态结形和无定晶形，称统的
主成分都要是SO2i.
2)结构(
．SaiO2晶体基本结构的单元下如图所示是四，面体构．结
硅．石石、水晶英
．晶b中体每个S原子周围有氧i原，子每氧个原子周有围iS原子化学式为晶体，无中SO2i分.子
个42个
SiO2
(3)
物性理质无色透明
体
晶很大
很大很
高
难溶
(4化学性质)
()5要用主途
a．信高速公路息的架骨—；
b．—英石埚坩、英玻石璃石、钟表等；
英．c子工电业的重要件、光部学仪器；d
工艺．品．
光饰纤维导
3．酸硅(2HiOS3)(
1)理物性
的白质固色体
(2．化)学性质①弱酸性：
性酸碳比酸与N，aOH溶液应反的学化方程式为.②
稳不性：受定易热失水化，学方程为式
难溶
于水弱
H2iSO3＋NaO2H===N2Sai3＋O2HO
2H2SO3Sii2＋H2O
O(3)取制碱
性2
NaClH2＋SiO3↓白
色淀沉
红
结：小H2SiO3通可溶性硅过酸盐其他酸反应制与得．向Na如2iOS3液中溶入通量C少2发生反应O的离方程子式为
4)用途(“：硅”可胶作、化剂催的体．
干载剂
燥4硅．酸盐
1(概念)由组成的化
合物的称总是，构地成岩壳石主的成分．要
(2最简单的)酸硅
Na2SiO盐：3溶于水水溶，液俗，是称制硅胶备木材防火和剂的料原
．、氧硅金属和水玻
璃
3)组成的表示
(常用二氧通化硅和金属氧化的物形式示其表成组，表顺示序：活泼为金的属化氧物较活·泼属金的化物氧二氧·化硅·．水如例
硅：钠(Na酸2iS3O；)
普通玻璃N(2CaaSi6
O14)
Na2O·S.iO2
a2ON·aO·6CSiO2(
)4酸盐硅的途
用①壤保土肥——壤胶体土般带一电，能吸负附H、K＋.
N硅酸②产盐品——瓷陶、璃玻水、等无泥非金属材料．机
硅酸盐制品质性定，耐稳压强度，硬高度大、熔点高，较大都难于水溶．5．无机
非金材属料常
见的硅酸盐品——产陶瓷、玻、璃泥水它，们是用量最使的大无非金机属材．料
(1陶瓷)
主要原为料
()普通玻2
璃要主原为料和、
黏．土
纯
石碱石灰
英石(3
水泥)主要原
为和料
4)特殊(功能的含硅物质①金
砂(化刚学为式iCS)②硅
钢③硅
橡
胶④分筛子黏土
石
灰．石
5()新无型机金非属材料新型无
非机金属材料除有具统无机传金属非料的优材点，外还有一具特些殊结的和特殊功构，如高温能结构陶、瓷物陶生瓷压电和陶等瓷．
1在．①浓酸 ②硝 ③水王水④ 氢酸 氟⑤氢氧化溶液钾中，与二氧能化起化硅学应反有的 ()
A．①② B． ②
C．④⑤D④．④
③解析二：化硅氧是性氧酸化物，能与碱溶液发生应，不与硝反酸盐酸等、发酸反应，但能与氢生酸氟发反应；生氧化硅不溶于二，也不与水水反．
答案：C应2
常温．下二化硅氧是很坚硬固的而体氧化碳二气体的是原因( 是)A
．硅的非属性比碳弱金B
硅．具一有的非定属金而碳是性型典的非金属C
．二氧硅化里硅氧与合的结学键和化氧化二碳碳里氧结与合的学键的种类不化同
．D二化氧硅原子是体晶，二化碳氧是子晶分体解析
化：物在常温下合的在存态状取决于们它的熔、点沸高低SiO2，和C2的O、沸熔不点，同要主原在于二因者体类型晶差的．异答案
：D
．3制造太阳电能池要需高度纯的硅，业上制高纯工硅常用下以应实现反：对上
两个反述应叙的中，述误的是错 (
)A．两个应都反置换反是应
．反应②B吸是热反应C
两个．应互反为逆可应反
．D个反两应都是化还原反应氧
解析①②：逆向进行是反应的①放，反热，应必②然是吸热应反①②进，条行不件一，不样称为可能逆应反．
案：C答
1．
碳硅的和比较
2CO2.SiO与的比较2[例题
]1对于第 Ⅳ族元素，下列叙A述中不确正的( )是A
SiO．2和OC中，S2iO、和CO之间都和共价是
B．键、CiS和G的e外最层子数电都是，次4层外电数子是8都
C．O2C和SOi2都酸是性氧物，在一化条定下都能和氧化件反应钙D
该族．元素主要化的价合是4和＋2
点＋：解答拨题时该先认真分要第析A族元Ⅳ原子素构结CO2、及iS2的成键特点O然，后据依构结决定质性分析来同时，要还注意O2、CSOi2性的质同点共和差异．
析解C的：外层电子数次2，G为e的次层电子数为18，外
所以不正B．CO2和确SiO2是共都价合物、酸化性化物氧因，A、C此确正．第ⅣA元族素的要主合化价＋为4价＋和价，2正确D．
案答：B
1下．关列于碳硅的和述叙中正确，是( )的
A．氧其化物能与Na都OH液反应溶
B其单质在加．时热能跟都2反应
O．C其氧物化能都于溶生成相应的酸水
．碳D硅和种两元素共两种单有质
解：CO析不与Na能OH液溶反；Si应O2不溶于能，也水不成生应的酸相；有碳刚石、金石墨同等素异形，硅体晶体有硅和定无硅，所形有多以单质．种
案：B答
2下．列说法不正中的确(是 )
．AiS2O和C2都是O性酸氧物化均，与可aONH溶液应反B
．SiO2能与不任何酸发生应
反CS．Oi和C2O在一2定件下，均条可Ca与发生反应OD．
Si2不溶O水，于而O2可C与水反应生H成2OC
3
析：SiO解2是一酸性种氧化物但，可与是FH液溶发生反应生成SiF4，和2O.H
答：B案
．硅1及酸盐其它们分
子间水缩后可得种复杂的形多式因此．硅，酸的种类盐，组多成杂复表．它示们组成，的往往以氧物化形的，例式钾云如母2HKAl46iSO264写可K2成·OA32l3·6OSO2·iH22.
O1)(氧化的物顺：序活金泼属化物―→氧较活金泼氧化物―→二氧化属―硅水→
(2)．氧物系化配数原则：置除元素氧，其他元素按配置外后原前子数守恒原个配则置系．数
注意事项①：氧物之间化“以”·隔．开系②数置出现分配应化数整为．
2．硅数酸盐品
产[题例]2 硅单及其化合质物用应范很围广．请答回下问列：题
()制1备半硅导材体料须必得先高纯到硅三氯．甲烷硅Si(HCl3还)法原当是前备制纯高的硅要方法，生产主过示意图如下：
程①出由纯S写HilC制3备高硅的纯化反应方学式程_____________________________________．_
整②个备过制程必严须格制控无无水．S氧iHl3遇C剧水反应生成H2烈SiO3H、l和另C一物种，写质配平的化学反出方应式程________________________；H2还S原HCl3i程中过混若O入，2可能引的后起是__果__________________．(2
)下有列硅材料关说法正的确的是_______(填_字母．
A)．化碳硅学化性质稳，可定于用产生高耐水泥温B
氮化硅硬度大、．熔高点可，用于制作高温陶和瓷承轴
．C纯度高的氧化二硅用于制造高性能通讯材料可——光纤维导D．
通普璃玻由是纯、石灰石碱和石砂制英的，其熔成点高
E．很盐可酸与以硅应，反故采盐用酸为抛光液抛单晶光硅
()3硅钠水酸液俗溶水称璃．玻取量少硅钠水溶酸于液管中试，滴加入饱和氯逐化铵液溶振荡，．写实验现出象给予解释并__________________________________
拨：点解该题时要理解制备高答硅的流程纯中步各应的原理，反同要时注氧化意还反原应盐类的、水解知等的识用应
，还识记要常见材料的硅应及用硅盐酸业工．解
：(1)①Si析HCl3H与2在1375条K下反应生成S件和HCil据，此写可出相反应式．应
②SiHlC和3剧烈反水应成H2生iSO3、Cl和H另物一，分析它质们化价的变化可合，知而C
l化合价的未发生化，变因此另元一素H即化合的价降必低即另一物，质为2HH.2还原SiHCl3程中若混过O2，入可能引会爆起炸，时O同可2会氧能SiH化C3.
(l2碳化硅)、氮化为原子硅体晶，AB、确；正iS2可O用制造于导纤光，维C确；玻璃是正种一璃态玻质物，固无的定点．熔盐酸能与不反应，硅而HCl57在3K以上的度温可下硅发与生反，因此应DE均不正、确．
3)N(2aSi3与ON4Cl水H解相互进，生促H成Si23O淀和NH3.沉
②SiHCl
＋332O=H=H=2iS3O↓＋3CH↑＋l2↑ H氧与气气混氢，合可能起爆炸；氧气引能会可化氧iSHl3C(
)2BC(
)现象3试管中：有白絮色状淀沉生成，且有并激刺性体生气
解释成N：a2iS3O和HNCl4能水解，均者相互促二，N进aSiO32水生解成2HiS3ONH，Cl水4解生NH3产
(1)将上述复杂酸盐改硅写成化物形式氧：
①KlASiO83_________________________________._②
Al2S2Oi5O(H4)_________________.
2()这个应能反发够的原生因___是__．
_解：(析1据硅酸)盐写氧化物改的则原得可：
①KASi3Ol6→K―O·2Al2O·6SiO2
②3A2Sl2O5(OH)i―4Al→2O3·S2O2i2H2·O(2
)反该原应理为较强制酸取弱较的酸．
案：答()1①2OKAl2·3O6·iSO2
②lA2O32S·Oi2·H2O2(
)因为2酸酸性比碳硅酸强由较强，的酸制可得较的弱酸
方归纳：硅法酸盐无论何种以式形表示其，组及成成分是固不定的变即，性质不变的是硅酸；用氧化盐物的式表形示，时须遵必循元素各化合价变的不原.“则制弱强是一”重要个律，可规于用解释复分反应解、氧还原化反等应应反的生原因发.
知已SO2i、S2O和OC都2酸性氧是化物化学性，具有质定的一相似；M性gNa和的化性学也质具一定有相的性似．
.用如上Ⅰ所图装示置进行g和MO2的实验，其S中是制AS备O2的生装置．
(发1)选制取SO择的2适试合剂_______．_填序()号
①10的H2SO%4溶液② 80的%H2SO溶4液
N③aSO3固2 ④C体SaO固体4
2()写出装B中发生置主要反的应的化学程式方________________．装置C中
NOHa溶的液用是作_________________
(3)．在请图中出画备制SO2的发生置并装明主注仪器的名称要，固定仪省略不器画．(4)
你为认该装置足不处是什么？之__________________.
.Ⅱ某究性学研习小进行组了实验“室制i”的S究研，他们以课本基础为查阅，资料到以下可得供参的考信息：①业上在高温工时用还原SiC2O可制得i S②gM点燃的条件在即下与S可iO反应 ③2金硅属物与化H2SO稀反4生应硫酸盐成S与H4i④S 和SiOi2不与均稀HSO24反 应⑤iHS在空4气中自燃．
他们在研究告报记中着载：…“…选合适的用物质适在的宜件条充下反应分，再足用量硫稀溶解固酸产物；体然后过、滤涤、干燥洗，后称最量…在用…硫酸溶稀固解体产物，发时现有鸣声和火花，其爆产率只也预有期值的6%左3右．”
(5该小组)“实室验S制i的化”学方程是式________________________
(6)你．估计用稀硫“酸解固溶产体时，发现物爆有声鸣和火”的花原是___因___________________________．_答案
(1：②③)
(3如图)(
4)在AB之间和没有连接一干装置；C燥装未置大与气相；通镁下在方未一垫锈钢片，镁不与玻璃管应；反设未一防倒计装吸置
1．2(00·四9川综高理)考发新材开料是现科技代发的展方向一．之下有列材料的说关正法确的( 是)A
氮．硅化陶是瓷新无型非金机属材料
BC6．属于0子晶原体用于，造制纳米材料C．
维素乙纤酯属酸天于然高分材料子
D．晶单硅常用于造光导纤维制
解析
：项，C60属B分子晶于体C项，纤；素维酸乙不酯天然高分子是料材；项，D二化氧硅用于常造光导纤维制．答案：
A
2用4．溶液进行实种验，表下中操作“现象及”与“溶”液应关系错对误的是( )
解析向：6H5CNOa溶中液通入O2C，生因成
而`变浊，当高浑65℃时于苯，溶于酚水，以溶液所澄变清，A正确；Na2向iS3O液溶通中入O2C会生H2S成i3白O沉淀，色当O2过C量，沉时淀不消，B失错；误aC(lO)C＋2O2＋H2O=C=C=Ca3↓＋O2ClHO所以，生Ca成C3O沉，淀液变溶浑浊，而HlCO会将品氧红而褪色化，正C；确
D项
发生的学反化应：C有(OHa2＋)O2===CaCC3↓＋OH2，OaCO3CH＋2＋COO===2a(HCC3)2，Ca(HCO3O2)2N＋OaH==CaCO=3↓N＋a2O3＋2C2O，H以所正D．确只有B符合题意．
答项案B：
3素有“．水晶之”乡美称的江东海县盛产苏水晶现存于，国地家博质馆物水的晶大王出就东自海．县水晶较纯是净的透明石英的晶体石英的，主成要分S是i2.下O有关列石的英叙述不正确的是 ( )
．A英不一石定是明透晶的，可以体作饰装品B．
英石以可来用生产玻，璃可也以生产水泥
C石．晶体英硬最高度，以制可金取刚砂
D石英．可用以来制高纯硅取也可，制以导纤光维
解析石英：果如中其有杂质，含不都是透的明晶，体也不可故来制用光学取器；石英仪硬的度不是高最，的C故正确不．
答案C：
4若把．4.2的g硅9和.g的2同钠时入适量投的中，水分充应后反能，集到收气(标准氢况状的体积是) ( )
A2．.42L ．B1.12L
C5．.L6D．28L.
2N＋2aH2O==2NaO=HH2＋
↑m2ol 2oml 1 mlo
范文三：无机非金属材料
无机非金属材料
一、材料的分类
按化学组成，材料可以进行如下分类：
金属材料、高分子合成材料、无机非金属材料与人们的衣、食、住、行关系非常密切。材料是人类生活必不可少的物质基础。没有感光材料，我们就无法留下青春的回忆；没有特殊的荧光材料，就没有彩色电视；没有高纯的单晶硅，就没有今天的“奔腾IV”；没有特殊的新型材料，宇宙飞船就无法上天。随着科学和生产技术的发展以及人们生活的需要，一些具有特殊结构、特殊功能的新材料相继研制出来，如半导体材料、超硬材料、耐高温材料、发光材料等，我们称这些材料为新型无机非金属材料，像玻璃刀上的人造金刚石、作为手表轴承的人造红宝石、煤气炉中用于电子打火的压电陶瓷、传输信息的光导纤维都属于新型无机非金属材料。而水泥、玻璃、陶瓷等都属于传统的无机非金属材料。
二、传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较
三、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 ㈠硅酸盐工业的涵义
以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业，叫做硅酸盐工业。如制造玻璃、水泥、陶瓷等产品的工业。注：
(1)“以含硅物质为原料”，意思是说生产某一种产品，原料可能有多种，但至少有一种原料含硅元素。
(2)“制成硅酸盐产品”，意思是说产品的主要成分是硅酸盐类。
㈡几种常见的传统无机硅酸盐产品 1．水泥
①主要原料：石灰石和黏土。
②主要设备：水泥回转窑。
③反应原理：在高温下，发生复杂的物理化学变化。
④水泥的生产过程：可概括为“磨、烧、磨”三个字。
⑤主要成分：硅酸三钙(3CaO·SiO 2) 、硅酸二钙(2CaO·SiO 2) 、铝酸三钙(3CaO·A12O 3) 。
⑥水泥的主要性质：水硬性，即细粉状水泥遇水后变为坚硬的固体。这种变化即使在水中也能进行，因此，它是水下施工的重要材料。
⑦水泥的主要用途：非常重要的建筑材料。
⑧在生产水泥的过程中，往往会向大气中排放大量的粉尘而造成大气污染。煤和空气以提供热能，煤的燃烧也会排放出烟尘、硫的氧化物、氮的氧化物等而造成大气污染，因此生产水泥要注意保护环境。
2．玻璃
①主要原料：纯碱、石灰石和石英。
②主要设备：玻璃熔炉。
③反应原理；在高温下，发生复杂的物理化学变化。
其中的主要反应是： Na 2CO 3+SiO
2Na 2SiO 3+CO2 CaCO 3+SiO
2CaSiO 3+CO2↑
④主要成分：Na 2SiO 3、CaSiO 3和过量的
⑤重要性质
a ．玻璃不是晶体，属于复杂的混合物，加热时只能慢慢软化，没有固定熔点，在软化状态时，可以制成任何形状的制品。
b ．所有的玻璃均易被氢氟酸腐蚀，所以氢氟酸可用于雕刻玻璃。制备或储存氢氟酸不可用玻璃仪器，而必需用铅制品或塑料制品。
c ．进行磨砂处理的玻璃，在常温下即易被强碱或强碱性物质腐蚀。未进行磨砂处理的玻璃在常温下极耐碱，在高温下不耐碱。因此盛装璃塞；加热熔化NaOH 等强碱时，不能用玻璃试管或瓷坩埚，通常用铁坩埚。
d ．氢气在空气中燃烧时火焰为淡蓝色，但用普通玻璃尖嘴管点燃，则火焰呈黄色，原因是
生产水泥还需要 SiO 2熔化后得到的玻璃态物质 NaOH 等强碱可用玻璃瓶，但此瓶不能用磨砂玻 ↑
普通玻璃中含有钠元素，干扰了氢气燃烧的颜色。
⑥几种特种玻璃：光学玻璃、钢化玻璃、石英玻璃等。
把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，即得钢化玻璃。钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大4—6倍，不易破碎，破碎时没有尖锐的棱角，不易伤人。
3．陶瓷
①主要原料：粘土。
②生产过程：原料混合
③种类：根据原料，烧制温度等的不同，陶瓷器主要分为土器、陶器、瓷器、炻器等。
④重要性质：陶瓷具有抗氧化、耐酸碱、耐高温、绝缘、易加工成型等特点，广泛用于生产和生活中。
四、几种常见的新型元素非金属材料 1、高温结构陶瓷
(1)结构材料：是指利用其强度、硬度、韧性等机械性能制成的各种材料，如金属单质及合金等。
(2)高温结构陶瓷的性能：高温结构陶瓷既具有传统意义上的陶瓷的优点，又弥补了金属材料的缺点，其优点是：能经受高温、耐氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度较小等。
(3)高温结构陶瓷的品种：已得到广泛使用的有氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等。
(4)普通柴油机是用金属制作的，金属制品在高温时容易损坏，必须有一个水箱进行冷却；这样就会使大量的热散失到空气中而浪费掉。磨损、耐腐蚀、不易传热等优点，用它做的柴油机不需水冷却，热效率大大提高。
2、光导纤维
光导纤维即光纤，其工作原理是利用光纤材料具有较大的折射率，耗的性质，从而可用光纤来传送光学信号。应用于通讯，具有容量大，抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，防窃听等诸多优点；另外光纤还用于医疗、信息处理、传输图像、照明等许多方面。
[典型例题]
例1．下列有关材料的说法不正确的是 A ．传统的无机材料虽有不少优点，但质脆，经不起热冲击 B ．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机材料的缺点，但强度比较差 C ．高温结构材料具有能耐高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D ．一些新型无机非金属材料具有电学特性
—烧结—冷却等。 氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷，具有耐高温、耐 光可在其中传导而很少损多条经过处理的光纤绕在一起就成为光缆，光纤主要 ( )
—加工成型—干燥
解析：
传统的无机非金属材料缺点为质地较脆、经不起热冲击，所以A 选项正确；新型无机非金属材料不但克服了传统的无机非金属材料的缺点，同时还具有若干优点，如能承受高温、强度较高，具有电学性能等，所以B 选项错误；高温结构材料具有能受高温，不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，所以C 选项正确；D 选项正确。
答案：B
例2．下列物质不属于新型无机非金属材料的是( ) A ．水泥 B ．氧化铝陶瓷 C ．氮化硅陶瓷 D ．光纤
解析：
题目主要考查学生对新型无机材料的了解情况，以分类、归纳、比较，以加强记忆。
答案：A
例3．下列叙述正确的是( A ．石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同 B ．石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同 C ．玻璃、陶瓷、水泥容器均不能贮存氢氟酸 D ．酸均不能与酸性氧化物反应
解析：
石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分均为＋Ca(OH)2＝CaCO 3↓＋H 2O ，其硬化是由于生成难溶的碳酸钙和水分的蒸发，水泥的硬化过程是水泥配上适当的水后调成浆，经过相当时间，凝固成块，最后变硬，水泥容器均含有SiO 2，可与氢氟酸反应，可以与氢氟酸反应，所以D 项不正确。
答案：A 、C
例4．高岭土又叫瓷土，主要由高岭石的微小晶体组成，因盛产于我国江西景德镇的高岭而得名，是制造瓷器的优良原料，其组成可表示为 A ．7，2 B ．5，4 C ．6，3 D ．3，6
答案：B
学生应在阅读材料的基础上， )
CO 2，A 项正确；石灰抹墙发生的反应为因而不能贮存氢氟酸，C 项正确； Al 2Si 2O x (OH)y ，其中的将教材知识加CO 2B 项不正确；玻璃、陶瓷、因为酸性氧化物SiO 2x 、y 的数值分别是( )
解析：
此题涉及两个未知数x 、y ，但由化合价规则只能列出一个方程，需用代入法验证。 根据化合价规则，Al 为+3价，Si 为+4价，O 为－2价，OH 为－1价，有
化简得2x+y＝14，将(A)—(D)各项中，x 、y 值代入验证，只有选项B 符合。
另解：根据硅酸盐的另一种表示组成的方法——氧化物的形式，可将Al 2Si 2O x (OH)y ，改写成
化简可得2x+y＝14，以下同上。
例5．三硅酸镁被用来治疗胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸镁Mg 2Si 3O 8·nH 2O 改写成氧化物形式为_________，写出它中和胃酸(HCl)的化学方程式______________。
解析：
本题主要考查硅酸盐的书写方式和性质，其氧化物形式的书写关键在从左→右依次为“活泼金属的氧化物→活泼非金属的氧化物→水”并需保持原物质组成中各元素原子的个数比，故三硅酸镁的氧化物形式为：2MgO·3SiO 2·nH 2O ，与盐酸反应的方程式(只有MgO 能反应) 为：2MgO·3SiO 2·nH 2O+4HCl＝2MgC12+3SiO2+(n+2)H2O
答案：
(1)2MgO·3SiO 2·nH 2O
(2)2MgO·3SiO 2·nH 2O ＋4HCl ＝2MgCl 2＋3SiO 2＋(n＋2)H 2O
例6．钇(Y)是激光材料和超导材料中的重要元素。某钇矿石成分是Y x FeBe 2Si 2O 10。该矿石与过量NaOH 共熔后，加水溶解，所得沉淀物有Fe 2O 3和Y(OH)3。上述反应中，Fe 由+2价变为+3价，而Y 的化合价不变，则可推算此钇矿石的化学式中x ＝_________。若用氧化物表示其组成，则化学式可写成_______________。
解析：
依题意在钇矿石中Y 元素的化合价为+3价，铁元素为+2价，Be 元素只有+2价，Si 元素为+4价，氧元素为-2价，由化合物中元素的正价总数与负价总数的绝对值相等，可知x ＝2。 改写成氧化物的形式为：Y 2O 3·FeO·2BeO·2SiO 2
答案：
x ＝2 Y 2O 3·FeO·2BeO·2SiO 2
［练习］
1．石灰石在自然界中储量丰富，它是多种化工产品的主要原料之一。但制取下列物质不需要石灰石的是（ ） A ．制玻璃 B ．制陶瓷 C ．制水泥 D ．制漂白粉
2．磷酸钙系陶瓷也是一种新型无机非金属材料，它可用于制造人造骨骼，这是利用这类材料的（ ）
A ．耐高温的特性 B ．电学特性 C ．光学特性 D ．生物功能
3．从所给的4个词中选出 A ．光导纤维 B ．有机玻璃 C ．人造纤维 D ．砖瓦
4．陶瓷表面有一层绚丽多彩的彩釉，加工方法是在普通釉料中加入一些金属元素，控制烧制时空气的用量(即氧气用量物呈现的颜色分别是（ A ．蓝或绿、红、黑褐 B ．红或黄、蓝、紫褐 C ．蓝或绿、蓝、黑褐 D ．红或黄、红、紫褐
5．我国是世界上研究超导技术比较先进的国家，在高温超导材料中，铊一。已知铊与铝是同主族元素，关于铊的性质的推断可能错误的是（ A ．铊是银白色，质软的金属 B ．铊不能形成气态氢化物 C ．铊与稀H 2SO 4反应先成 D ．Tl(OH)3是两性氢氧化物
6．碳化硼陶瓷硬度大、熔点高，具有化学惰性，据此判断，下列不能作为碳化硼陶瓷用途的是（ ）
A ．作耐磨材料 B ．作润滑材料 C ．作切削工具 D ．制钢化玻璃
1个与陶瓷、玻璃、水泥同类的名词（) ，使其得到不同的颜色。若空气不足，铁、铜、锰元素形成的化合
Tl 2(SO4) 3 (Tl)是重要成分之 ） ） ）
7．可以用来制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环等的新型无机非金属材料是（ ） A ．氧化铝陶瓷 B ．氮化硅陶瓷 C ．碳化硼陶瓷 D ．石英
8．下列属于新型无机非金属材料的是（ ） A ．高强度水泥 B ．钢化玻璃 C ．氧化铝陶瓷 D ．光导纤维
9．下列关于玻璃的叙述正确的是（ ） A ．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英 B ．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 C ．玻璃是几种成分熔化在一起的晶体 D ．玻璃成分是硅酸盐，有一定的熔点
10．下列说法不正确的有（ ）
A ．硅酸盐工业使用的每一种原料中都必须含有硅 B ．水泥、普通玻璃都是混合物 C ．生产水泥和玻璃都需用石灰石
D ．用纯净的石英可制成石英玻璃，它的膨胀系数小，常用来制造耐高温的化学仪器
11．下列不属于普通水泥主要成分的是（ ） A ．碳酸钙 B ．硅酸二钙 C ．硅酸三钙 D ．铝酸三钙
12．下列物质属于纯净物的是（ ） A ．水泥 B ．普通玻璃 C ．天然气 D ．水银
13．下列物质中，没有固定熔点的是（ ） A ．二氧化硅 B ．硅酸钠 C ．玻璃 D ．纯碱
14．(1)将下列硅酸盐改写成氧化物的形式
(Ⅰ) 镁橄榄石(Mg2SiO 4) ：___________。 (Ⅱ) 高岭石[Al2(Si2O 5)(OH)4]：________。
(2)许多含氧酸及其盐类均可以类似地改写为氧化物形式，请改写以下物质：HNO 3___________，HCOOH_________________，KAl(SO4) 2·12H 2O__________。 通过以上改写可知，HNO 3的酸酐为_______，HCOOH 与浓H 2SO 4反应可制_________气体。
(3)已知在一定条件下，Fe 在Cl 2中燃烧可以生成Fe 3Cl 8，它可以看作是FeCl 2·2FeCl 3，类似地，碘与Fe 在一定条件下可得到Fe 3I 8，则它可以看作是_________。
参考答案：
1．B 2．D 3．D 4．A 5．D 6．B 7．B
8．CD 9．AB 10．A 11．A 12．D 13．C
14．(1)(Ⅰ)2MgO·SiO 2 (Ⅱ)Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O
(2)N2O 5·H 2O ，CO·H 2O
，
N 2O 5，CO
(3)3FeI2·I 2 （提示：由于单质碘的氧化性较弱，只能将铁氧化到＋
2价）
范文四：无机非金属材料
无机非金属材料
百科名片 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。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。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传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。
目录
成分结构
应用领域
传统工艺
无机非金属材料的分类
发展历史
材料特性
生产工艺
展望
成分结构 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类
无机非金属材料
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。 硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一，硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。 应用领域
无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的
无机非金属材料分类
分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、
仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。它们产量大,用途广。其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金
属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。主要有先进陶瓷(advanced ceramics)、非晶态材料(noncrystal material〉、人工晶体〈artificial crys-tal〉、无机涂层(inorganic coating)、无机纤维(inorganic fibre〉等。
传统工艺 传统无机非金属材料: 水泥和其他胶凝材料 硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、石膏等
建筑装饰材料——玻璃
陶 瓷 粘土质、长石质、滑石质和骨灰质陶瓷等 耐火材料 硅质、硅酸铝质、
高铝质、镁质、铬镁质等 玻 璃 硅酸盐 搪 瓷 钢片、铸铁、铝和铜胎等 铸 石 辉绿岩、玄武岩、铸石等 研磨材料 氧化硅、氧化铝、碳化硅等 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 粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金刚石等 新型无机非金属材料 绝缘材料 氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等 铁电和压电材料 钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等 磁性材料 锰—锌、镍—锌、锰—镁、锂—锰等铁氧体、磁记录和磁泡材料等 导体陶瓷 钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等
最早的无机非金属材料-天然石材
半导体陶瓷 钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过滤金属元素氧化物系材料等 光学材料 钇铝石榴石激光材料，氧化铝、氧化钇透明材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等 高温结构陶瓷 高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物 超硬材料 碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等 人工晶体 铝酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等 生物陶瓷 长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材
和酶的载体材料等 无机复合材料 陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较传统无机非金属材料新型无机非金属材料具有性质稳定，抗腐蚀耐高温等优点，但质脆，经不起热冲击。除具有传统无机非金属材料的优点外，还有某些特征如：强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。
编辑本段无机非金属材料的分类 (1)传统陶瓷 陶瓷在我国有悠久的历史，是中华民族古老文明的象征。从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势宏伟，形象逼真，被认为是世界文化奇迹，人类的文明宝库。唐代的唐三彩、明清景德镇的瓷器均久负盛名。 传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐，自然界存在大量天然的硅酸盐，如岩石、土壤等，还有许多矿物如云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。此外，人们为了满足生产和生活的需要，生产了大量人造硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。 硅酸盐制品一般都是以黏土（高岭土）、石英和长石为原料经高温烧结而成。黏土的化学组成为Al2O3·2SiO2·2H2O，石英为SiO2，长石为K2O·Al2O3·6SiO2（钾长石）或Na2O·Al2O3·6SiO2（钠长石）。这些原料中都含有SiO2，因此在硅酸盐晶体结构中，硅与氧的结合是最重要也是最基本的。 硅酸盐材料是一种多相结构物质，其中含有晶态部分和非晶态部分，但以晶态为主。硅酸盐晶体中硅氧四面体［SiO4］是硅酸盐结构的基本单元。在硅氧四面体中，硅原子以sp杂化轨道与氧原子成键，Si—O键键长为162 pm，比起Si和O的离子半径之和有所缩短，故Si—O键的结合是比较强的。 (2)精细陶瓷 精细陶瓷的化学组成已远远超出了传统硅酸盐的范围。例如，透明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆（ZrO2）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC）陶瓷等，它们都是无机非金属材料，是传统陶瓷材料的发展。精细陶瓷是适应社会经济和科学技术发展而发展起来的，信息科学、能源技术、宇航技术、生物工程、超导技术、海洋技术等现代科学技术需要大量特殊性能的新材料，促使人们研制精细陶瓷，并在超硬陶瓷、高温结构陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、超导陶瓷和生物陶瓷等方面取得了很好的进展，下面选择一些实例做简要的介绍。 高温结构陶瓷汽车发动机一般用铸铁铸造，耐热性能有一定限度。由于需要用冷却水冷却，热能散失严重，热效率只有30%左右。如果用高温结构陶瓷制造陶瓷发动机，发动机的工作温度能稳定在1 300 ℃左右，由于燃料充分燃烧而又不需要水冷系统，使热效率大幅度提高。用陶瓷材料做发动机，还可减轻汽车的质量，这对航天航空事业更具吸引力，用高温陶瓷取代高温合金来制造飞机上的涡轮发动机效果会更好。 目前已有多个国家的大的汽车公司试制无冷却式陶瓷发动机汽车。我国也在1990年装配了一辆并完成了试车。陶瓷发动机的材料选用氮化硅，它的机械强度高、硬度高、热膨胀系数低、导热性好、化学稳定性高，是很好的高温陶瓷材料。氮化硅可用多种方法合成，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃反应后获得： 3Si+2N2→Si3N4 （1 300 ℃） 高温结构
陶瓷除了氮化硅外，还有碳化硅（SiC）、二氧化锆（ZrO2）、氧化铝等。 透明陶瓷一般陶瓷是不透明的，但光学陶瓷像玻璃一样透明，故称透明陶瓷。一般陶瓷不透明的原因是其内部存在有杂质和气孔，前者能吸收光，后者使光产生散射，所以就不透明了。因此如果选用高纯原料，并通过工艺手段排除气孔就可能获得透明陶瓷。早期就是采用这样的办法得到透明的氧化铝陶瓷，后来陆续研究出如烧结白刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇-二氧化锆等多种氧化物系列透明陶瓷。近期又研制出非氧化物透明陶瓷，如砷化镓（GaAs）、硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnSe）、氟化镁（MgF2）、氟化钙（CaF2）等。这些透明陶瓷不仅有优异的光学性能，而且耐高温，一般它们的熔点都在2 000 ℃以上。如氧化钍-氧化钇透明陶瓷的熔点高达3 100 ℃，比普通硼酸盐玻璃高1 500 ℃。透明陶瓷的重要用途是制造高压钠灯，它的发光效率比高压汞灯提高一倍，使用寿命达2万小时，是使用寿命最长的高效电光源。高压钠灯的工作温度高达1 200 ℃，压力大、腐蚀性强，选用氧化铝透明陶瓷为材料成功地制造出高压钠灯。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃，它们耐磨损、耐划伤，用透明陶瓷可以制造防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器和高级防护眼镜等。 光导纤维从高纯度的二氧化硅或称石英玻璃熔融体中，拉出直径约100 μm的细丝，称为石英玻璃纤维。玻璃可以透光，但在传输过程中光损耗很大，用石英玻璃纤维光损耗大为降低，故这种纤维称为光导纤维，是精细陶瓷中的一种。 利用光导纤维可进行光纤通信。激光的方向性强、频率高，是进行光纤通信的理想光源。光纤通信与电波通信相比，光纤通信能提供更多的通信通路，可满足大容量通信系统的需要。 光导纤维一般由两层组成，里面一层称为内芯，直径几十微米，但折射率较高；外面一层称包层，折射率较低。从光导纤维一端入射的光线，经内芯反复折射而传到末端，由于两层折射率的差别，使进入内芯的光始终保持在内芯中传输着。光的传输距离与光导纤维的光损耗大小有关，光损耗小，传输距离就长，否则就需要用中继器把衰减的信号放大。用最新的氟玻璃制成的光导纤维，可以把光信号传输到太平洋彼岸而不需任何中继站。 在实际使用时，常把千百根光导纤维组合在一起并加以增强处理，制成像电缆一样的光缆，这样既提高了光导纤维的强度，又大大增加了通信容量。 用光缆代替通信电缆，可以节省大量有色金属，每公里可节省铜1.1 t、铅2～3 t。光缆有质量轻、体积小、结构紧凑、绝缘性能好、寿命长、输送距离长、保密性好、成本低等优点。光纤通信与数字技术及计算机结合起来，可以用于传送电话、图像、数据、控制电子设备和智能终端等，起到部分取代通信卫星的作用。 光损耗大的光导纤维可在短距离使用，特别适合制作各种人体内窥镜，如胃镜、膀胱镜、直肠镜、子宫镜等，对诊断、医治各种疾病极为有利。 生物陶瓷人体器官和组织由于种种原因需要修复或再造时，选用的材料要求生物相容性好，对肌体无免疫排异反应；血液相容性好，无溶血、凝血反应；不会引起代谢作用异常现象；对人体无毒，不会致癌。目前已发展起来的生物合金、生物高分子和生物陶瓷基本上能满足这些要求。利用这些材料制造了许多人工器官，在临床上得到广泛的应用。但是这类人工器官一旦植入体内，要经受体内复杂的生理环境的长期考验。例如，不锈钢在常温下是非常稳定的材料，但把它做成人工关节植入
体内，三五年后便会出现腐蚀斑，并且还会有微量金属离子析出，这是生物合金的缺点。有机高分子材料做成的人工器官容易老化，相比之下，生物陶瓷是惰性材料，耐腐蚀，更适合植入体内。 氧化铝陶瓷做成的假牙与天然齿十分接近，它还可以做人工关节用于很多部位，如膝关节、肘关节、肩关节、指关节、髋关节等。ZrO2陶瓷的强度、断裂韧性和耐磨性比氧化铝陶瓷好，也可用以制造牙根、骨和股关节等。羟基磷灰石〔Ca10(PO4)6(OH)2
〕是骨组织的主要成分，人工合成的与骨的生物相容性非常好，可用于颌骨、耳听骨修复和人工牙种植等。目前发现用熔融法制得的生物玻璃，如CaO-Na2O-SiO2-P2O5，具有与骨骼键合的能力。 陶瓷材料最大的弱点是性脆，韧性不足，这就严重影响了它作为人工人体器官的推广应用。陶瓷材料要在生物工程中占有地位，必须考虑解决其脆性问题。 （3）纳米陶瓷 从陶瓷材料发展的历史来看，经历了三次飞跃。由陶器进入瓷器这是第一次飞跃；由传统陶瓷发展到精细陶瓷是第二次飞跃，在这个期间，不论是原材料，还是制备工艺、产品性能和应用等许多方面都有长足的进展和提高，然而对于陶瓷材料的致命弱点──脆性问题没有得到根本的解决。精细陶瓷粉体的颗粒较大，属微米级（10 m），有人用新的制备方法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级 （10 m），用这种超细微粉体粒子来制造陶瓷材料，得到新一代纳米陶瓷，这是陶瓷材料的第三次飞跃。纳米陶瓷具有延性，有的甚至出现超塑性。如室温下合成的TiO2陶瓷，它可以弯曲，其塑性变形高达100%，韧性极好。因此人们寄希望于发展纳米技术去解决陶瓷材料的脆性问题。纳米陶瓷被称为21世纪陶瓷。
编辑本段发展历史
旧石器时代人们用来制作工具的天然石材是最早的无机非金属材料。在公元前6000～前5000年中国发明了原始陶器。中国商代（约公元前17世纪初～约前11世纪）有了原始瓷器，并出
中国古代的陶瓷艺术
现了上釉陶器。以后为了满足宫廷观赏及民间日用、建筑的需要，陶瓷的生产技术不断发展。公元200年（东汉时期）的青瓷是迄今发现的最早瓷器。陶器的出现促进了人类进入金属时代，中国夏代（约公元前22世纪末至约前21世纪初～约前17世纪初）炼铜用的陶质炼锅，是最早的耐火材料。铁的熔炼温度远高于铜，故铁器时代的耐火材料相应地也有很大发展。18世纪以后钢铁工业的兴起，促进耐火材料向多品种、耐
高温、耐腐 蚀方向发展。公元前3700年，埃及就开始有简单的玻璃珠作装 饰品。
普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。
无机非金属材料用作电子器件
特种无机非金属材料的特点是：①各具特色。例如：高温氧化物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质；金刚石、立方氮化硼的超硬性质；导体材料的导电性质；快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。②各种物理效应和微观现象。例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热－电、压电材料的力－电、气敏材料的气体-电、湿敏材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。③不同性质的材料经复合而构成复合材料。例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。
编辑本段生产工艺
未来科学技术的发展，对各种无机非金属材料，尤其是对特种新型材料提出更多更高的要求。材料学科有广阔的发展前景，复合材料、定向结晶材料、增韧陶瓷以及各种类型的表面处理和涂层的使用，将使材料的效能得到更大发挥。由于对材料科学基础研究的日益深入，各种精密测试分析技术的发展，将有助于按预定性能设计材料的原子或分子组成及结构形态的早日实现。
范文五：无机非金属材料
? 第三章 无机非金属材料
传统无机非金属材
—— 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
? 一、什么为陶瓷材料？
? 二、陶瓷材料的分类
? 三、陶瓷材料的结构和性质
二、陶瓷材料的分类：
按陶瓷生产中所使用的原料，可将陶瓷分为：
传统陶瓷 以天然的硅酸盐矿物为原料经粉碎、成形、烧结制成的产品。
特种陶瓷 是以高纯化工原料和合成矿物为原料，沿用传统陶瓷的工艺流程制备的陶瓷，是一些具有各种特殊
力学、物理或化学性能的陶瓷。
结构陶瓷材料 是指具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷材料。
功能陶瓷材料 是指具有电、光、磁、化学和生物特性，且具有相互转换功能的陶瓷材料。
1. 陶瓷材料的结合键
? 离子键:是以正、负离子间的静电作用力（库仑力）为结合力，没有方向性，只要求正负离子相间排列并尽量
紧密堆积而形成离子晶体。离子晶体强度高、硬度大、熔点高，但脆性差，无延展性，受热膨胀小，熔融后可导电，固态时绝缘，且完整晶体多为透明。常见的离子晶体为MgO 、Al2O3等。
1. 陶瓷材料的结合键
? 共价键：是两原子共用电子对，在相邻的原子核之间产生了电子云的重叠，形成负电荷较集中的区域，对带正
电荷的原子核成生吸引力使原子结合在一起，形成共价晶体。具有方向性和饱和性，因而共价晶体中的原子密堆程度较低。共价晶体强度高，硬度高、熔点高，但脆性大，无延展性，受热膨胀小。固态和熔融是都不导电。常见的共价晶体有金刚石、碳化物等。
? 2. 陶瓷材料的相组成及其结构
? 陶瓷材料通常有三种不同的相组成，即晶相、玻璃相和气孔。
(1) 晶体相:
它是陶瓷材料最主要的组成相，为某些固溶体或 化合物，其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷的特性和应
用。陶瓷中的晶体相主要有含氧酸盐（如硅酸盐、钛酸盐、锆酸盐）、氧化物（如氧化铝、氧化镁）和非氧化物（如碳化物、氮化物）。
硅酸盐的结构很复杂，但构成它的基本单元都是[SiO4]四面体，在[SiO4]四面体中4个氧离子紧密排列成四面
体，硅离子位于四面体心的间隙中，[SiO4]四面体通过共用顶点的氧而相互联结，每个氧最多只能为2个[SiO4]四面体所共用。此外硅酸盐晶体中还存在各种阳离子（如铝、镁、钾、钙离子）或阴离子（如氟离子等），有的还有结晶水。
(2)玻璃相:
玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构如同玻璃。玻璃相形成的条件是冷却速度快和粘度大。
冷却速度是形成玻璃相的外部条件，而粘度则是形成玻璃相的内因。
陶瓷中玻璃相的作用：将分散的晶体相粘结起来，填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度，
加快烧结过程；阻止晶体转变，抑制晶体长大并填充气孔间隙；获得一定程度的玻璃特性，如透光性等
玻璃相对陶瓷的强度、介电性能、耐热性能是不利的，不能成为陶瓷的主导组成，在工业陶瓷中必须控制玻璃相的体积分数，一般为20～40％。
? (3)气相:
气相是指陶瓷中的气体。它主要是坯料各成分在加热过程中单独或相互发生物理、化学作用所生成的空隙。这些空隙一部分分布在玻璃相中，一部分残留下来成为气孔。
它会降低陶瓷的强度，是造成裂纹的根源，它还会使介电损耗增大。
? 3. 陶瓷材料的晶体缺陷
? 是当温度高于绝对温度后，晶格振动时，一些能量足够的原子离开平衡位置面，挤到晶格的间隙位置中或者跃
迁到晶体的表面，在正常位置上留下空位而形成的缺陷。也就是说原子应占而未占的空位或间隙中不该存在而存在的间隙原子。
线缺陷（位错）
是对材料性能有重大影响的一维缺陷。晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象，也可以说是晶体内部局部滑移。由于离子键或共价键结合造成位错的可动性不大，所以位错在陶瓷材料重的作用不如在金属材料重那么重要。
面缺陷：
是指多相材料组成相间的界面和单相材料晶粒间的界面。由于陶瓷是由微细颗粒的原料烧结而成的，所以陶瓷材料一般都是多晶体。因而，陶瓷中也存在晶界、亚晶界等面缺陷。
4. 陶瓷材料的性能特点
4.1力学性能
硬度很高 一般陶瓷的硬度多为1000～5000HV
刚度 材料的刚度由弹性模量衡量，陶瓷材料一般具有很高的弹性模量。
强度高 陶瓷材料的晶粒大小对强度影响也较大。晶粒尺寸越小，强度越高
塑性与韧性低
减轻陶瓷材料脆性的途径为：
制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷，提高晶体的完整性
在陶瓷表面引入压应力
复合强化是发挥陶瓷材料优势的重要途径
4.2热性能
熔点高 如尖晶石的熔点高达2135℃
热容 绝大数陶瓷材料低温下热容小，高温热容大，即陶瓷的热容随温度升高而增大，达到温度后，热容与温度无关。 热膨胀系数小 热膨胀是温度升高时物质原子振动振幅增大，原子间距增大而导致体积增大的现象。
导热性 热传导是在一定温度下热量在材料中传递的速度。热传导主要通过原子的热振动来进行 ，陶瓷材料多为绝热材料。
抗热震性 它是指材料承受温度急剧变化而不发生失效的能力。多数陶瓷材料的抗热震稳定差
4.3电学性能 大多数陶瓷是良好的绝缘体
4.4光学性能 一般是不透明的，但也有少数光学陶瓷
4.5化学性能
陶瓷的结构非常稳定，很难与介质中的氧发生作用。陶瓷对酸、碱、盐的腐蚀有较强的抵抗能力，也能抵抗熔融的非铁金属的侵蚀。但高温熔盐和氧化渣等会使某些陶瓷陶瓷材料受到腐蚀破坏。
第二节 普通陶瓷材料
陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是由粉体成型和高温烧结来形成的，因此陶瓷是烧结体。
烧结体也是晶粒的聚集体，有晶粒和晶界，所存在的问题是其存在一定的气孔率。
一、普通陶瓷的生产工艺过程
1. 原料配制
(1)粘土
粘土是一种含水的铝硅酸盐矿物，主要组成为SiO2、Al2O3、H2O 、Fe2O3、TiO2。
加水混合后，有很好的可塑性，水在坯料中起塑化和粘结作用，赋予坯料以塑变或注浆成形能力，并保证干坯的强度及烧结后的使用性能。
粘土是瓷坯中Al2O3的主要来源，是坯体耐火度的主要保证，也是烧成莫来石的主要来源。
(2)石英
石英是普通结晶状二氧化硅矿石。石英的粘性很低，属非可塑性原料。
作用：在烧成中与长石等易熔物形成玻璃相，增加液相的粘度，减少制品的变形，石英还与粘土中的Al2O3形成莫来石，残余石英构成坯体的骨架
(3)长石
? 长石是一类具有架状硅酸盐结构的矿物的总称。可分为4类：
纳长石（NaO·Al2O3·6SiO2） 钾长石（K2O·Al2O3·6SiO2）
钙长石（CaO·Al2O3·6SiO2） 钡长石（BaO·Al2O3·6SiO2）。
? 作用：在陶瓷生产使用的长石是几种长石的互熔物，它主要起助熔的作用。这是因为它没有固定的熔点，在一
定温度范围内逐渐软化熔融，熔融后的长石能溶解一部分粘土分解物和部分石英，促进成瓷反应，并降低烧成温度。
2. 坯料成形
可塑成形 在坯料中加入水或塑化剂，捏练成可塑泥料，经手工、挤压或机械加工成形。
注浆成形 将制备好的浆料注入多孔模型内，多孔模型的吸水性使泥浆贴近模壁的一层因模壁吸水而形成均匀的泥层。该泥层随时间的延长逐渐加厚。当达到所需厚度时，将多余的泥浆倾出。随后该泥层继续脱水收缩而与模型脱离，从模型中取出后成为毛坯。
模压成形法 利用压力将干粉料在模型中压成致密坯体的一种成形方法。由于模压成形的坯料水分少，压力大坯体比较致密，使用于形状简单的小型坯体。
3. 制品的烧成
烧成的目的：是通过一系列物理化学变化，去除坯体内所含溶剂、粘结剂、塑化剂等，减少坯体中的气孔，增强颗粒间的结合强度。
蒸发阶段（室温～300℃） 此阶段主要是排除坯体中的残余水分，结束后，坯体完全干燥，收缩很小，强度增大，属纯物理现象。
氧化物分解和晶型转化（300～950℃）此阶段发生复杂的物理化学变化，包括粘土等矿物中结构水的排除；有机物、无机物氧化；碳酸盐、硫化物的分解；石英的晶型转变。
玻化成瓷期（950℃～烧成温度）在此温度区间内，主要发生两个反应，分别为：
(4)冷却阶段（烧成温度～室温）
此阶段主要在原长石区域析出或长大成粗大针状二次莫来石，但数量不多；液相粘度大，不发生结晶，而在750～350℃之间转化为固态玻璃
第三节 结构陶瓷材料
特种陶瓷是在普通陶瓷的基础上发展起来的，与普通陶瓷主要有以下区别：
? 在原料上 一般以纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物为主要原料，成分由人工配比决定，
性质优劣不是产地决定的；
? 在制备上 广泛采用真空烧结、保护气氛烧结，同时采用热 压、热等静压等手段；
? 在性质上 具有不同的特殊性能和功能，如耐高温、高硬度等。
一、结构陶瓷的生产工艺
1、粉末制备
? 固相法 包括化合或还原法、热分解法、自蔓延高温合成。
? 气相法 包括气相合成法、气相热分解法。
? 液相法 包括直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法等。
? 机械法 球磨、振动球磨、搅动球磨、气流粉碎等。
? 溶剂蒸发法 酒精干燥法、冷冻干燥法、热石油干燥法和喷雾干燥等。
2、成形
? 冷等静压成形 将粉末放入橡胶制的容器内，密封后利用静水压力通过介质从各个方向向橡胶模均匀加压成
形。压制出来的坯体密度大而且均匀。
? 注射成形 在陶瓷粉末内加入热塑性树脂、石蜡、增塑剂与溶剂等，把经预热的坯料在成形机内加热熔融，然
后再从喷嘴压入金属模具内冷却固化。
? 爆炸成形 利用炸药爆炸后在极短的时间内产生的巨大压力作用在粉末上，使坯体获得接近理论密度和很高的
强度。
3、烧成
常压烧结 烧结机理是固相烧结。
气氛压力烧结 烧结时气氛压力控制在1.013×106Pa 左右。
热压烧结 通常用于共价键非氧化物陶瓷。它是将干粉末填入模具内，再从单轴方向施加压力，同时进行烧结，
是一种成形与烧结同时进行的工艺方法。烧结机理由以扩散为主变为以塑性流动为主。热压模具主要采用石墨制造。
热等静压烧结(HIP) 将粉末装入密封容器内，通过气体介质向密封容器内的粉末施加各向均匀的高压，同时进
行烧结。最高温度可达2000℃，最高压力达2000MPa 。
反应烧结法 用于氮化硅和碳化硅等非氧化物陶瓷。
3、烧成
电火花烧结 它是一种利用粉末间火花放电产生高温同时施加压力的烧结方法。通过一对电极板和上下模腔内
的粉末直接通入高频或中频交流和直流叠加电流，使粉料产生火花放电而放热，同时跟踪施加轻压。烧结时间短，可在几秒至几分钟内完成。
自扩散高温合成 又称自蔓延高温合成(SHS)或固体火花工艺。它不采用外部加热而是利用金属与碳、硅、氮
等相互作用的强烈放热效应，利用元素内部潜在的化学能将原始粉末在几秒到几十秒的极短时间内转化成化合物或致密烧结体。缺点：不易获得高密度制品；不易严格控制成品性能；所用原料可燃、易燃或有毒。
二、常用的结构陶瓷材料
(1) 氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷是以Al2O3为主要成分，含有少量SiO2的陶瓷，又称高铝陶瓷。
根据Al2O3含量的不同，可分为75瓷(含75%Al2O3，又称刚玉－莫来石瓷) 、95瓷和99瓷，后两者又称刚玉瓷。 氧化铝陶瓷耐高温性质好，可使用到1950℃。具有良好的电绝缘性及耐磨性，微晶刚玉的硬度极高(仅次于金刚石) 。 高铝瓷的性能特点及应用：
? 强度高 烧结产品抗弯强度可达250MPa ，热压产品可达500MPa 。强度可维持到900℃。
? 硬度高 莫氏硬度为9级，耐磨性好。
? 熔点高，抗蚀强。
? 优良的化学稳定性 具有耐酸碱两重性，也能抵抗金属或玻璃熔体的侵蚀。
? 电绝缘性能好
? 优良的光学特性
(2) BeO陶瓷
BeO 陶瓷的性能特点及应用：
导热系数大，线膨胀系数小，抗热震性高；
高温电绝缘性良好，电导率很低，介电常数很高；
高温强度比较高；
化学性质稳定，可在空气、H2、CO 、Ar 、N2等气体中使用到1700℃。在氧化物中BeO 是抵抗碳还原作用最
强的一种，还原温度高达1800℃。
在高温下对各种熔渣的抗腐蚀性也很强，只受碱的侵蚀。
具有消散高能辐射的能力和热中子阻尼系数大的特点。
(3) ZrO2陶瓷
ZrO2陶瓷的特点及应用：
A 、呈酸性或惰性，热导率小，是理想的高温绝热材料；
B 、化学稳定性好，能抵抗酸性或中性熔渣侵蚀；
C 、硬度高，强度高，韧性好；
D 、具有敏感特性。稳定化后有氧空位，可作气敏元件。
E 、ZrO2固体电解质在一定条件下有传递氧离子的特性，可以制成高温燃料电池固体电解质隔膜、钢液氧探头等。
(3) ZrO2陶瓷
氧化锆的晶型转变：立方 四方 单斜。四方转变为单斜相非
常迅速，引起很大的体积变化，易使制品开裂。
氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。当受到外力作用时，这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而大幅度提高陶瓷材料的韧性。
4) MgO、CaO 陶瓷 MgO 、CaO 陶瓷耐高温，抗金属及碱性熔渣腐蚀。可以制成坩埚冶炼高纯度Fe 、Mo 、Cu 、Mg 等金属及浇注金属的铸模，高温热电偶保护套及高温炉衬材料。
(5) ThO2、VO2陶瓷 具有高熔点、高密度、低热传导性、低挥发性。主要用于制造熔炼Lr 、Pt 、Ag 和其它金属的坩埚，电炉构件，核动力反应堆中的发热元件等。
(1)Si3N4陶瓷
? Si3N4陶瓷的生产方法:
? A 、反应烧结法：以Si 粉或Si 粉与Si3N4粉的混合物为原料
? 1150～1200 ℃预氮化
? 1350～1450 ℃进一步氮化
? B 、热压烧结法：将Si3N4粉和少量添加剂在19.6MPa 以上和
? 1600～1700℃条件下热压成形烧结
氮化硅陶瓷的性能特点及应用：
Si3N4陶瓷具有良好的化学稳定性，能抵抗除氢氟酸外的各种酸、碱和熔融金属的侵蚀；
Si3N4陶瓷具有优异的绝缘性；
硬度高，摩擦系数小，是一种优良的耐磨材料；
线膨胀系数小，热导率较高，抗热震性好；
室温强度虽然不高，但高温强度较高；
氮化硅陶瓷用于形状复杂、精度要求高的零件，如机械密封环等。
碳化硅陶瓷最大的特点是高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，仅次于氧化铍陶瓷。
碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模具等。
3、耐火陶瓷
耐火材料是指温度不低于1580℃的材料
耐火材料的性能指标
1) 耐火度 耐火度是指在高温作用下而不熔化的性质。
2) 荷重软化温度 耐火材料在温度和负荷同时作用下抵抗变形的能力。
3) 高温体积稳定性 高温体积稳定性是指耐火材料在高温下外形体积和线度保持稳定而不发生永久变形的性能。
4) 抗热震性
5) 抗渣性 耐火材料抵抗熔渣或其它熔融液侵蚀而不易损坏的能力。
6) 耐真空性 耐火材料在真空和高温下服役时的耐久性。
3、耐火纤维
耐火纤维是纤维状耐火材料，是一种高效绝热材料。它具有一般纤维的特性，又有普通纤维所没有的耐高温、耐腐蚀和抗氧化的性能，克服了一般耐火材料的脆性，同时，有非常显著的节能效果。目前发展最快应用最多的是硅酸铝耐火纤维。
4、耐火混凝土
混凝土一般是由骨料、胶结剂、掺合料三部分按一定比例制成混合料直接浇注而成，有时还要加促凝剂。根据胶结剂的不同，耐火混凝土可分为：铝酸盐、水玻璃、磷酸盐、合硫酸铝耐火混凝土。
第四节 功能陶瓷材料
功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、
能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。
功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功
能材料约占 85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。
电子陶瓷
陶瓷固体电解质：处于固体状态而能象液体那样发生离子快速迁
移、具有离子导电性的陶瓷材料
? 稀土化合物固体电解质
? 稀土化合物作稳定剂的固体电解质
? 稀土化合物作掺杂剂的固体电解质
? 稀土离子交换的固体电解质
压电陶瓷：当外力作用晶体时，发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将出现正负电荷，这种由于变形而产生的电效应，称为正压电效应。反之，当在晶体上施加电场引起极化时，将产生与电场成比例的变形或压力，称为逆压电效应。这两种效应通称为压电效应。材料的压电效应取决于晶体结构是否对称，晶体必须有极轴（不对称），才有压电效应。压电陶瓷就是具有压电效应的陶瓷。
光电陶瓷：光电陶瓷是能产生光电效应的陶瓷。它受到光的照射后，由于能带间的迁移和能带与能级间的迁移而引起光吸收现象，能带内产生自由载流子，而使电导率增加，这种现象称为光电效应。电光陶瓷：能产生电光效应的陶瓷。给各向异性的电解质施加电场后，压电效应使晶格产生畸变，介质的折射率产生变化。其中随电场成线性变化的现象称普克尔效应；随电场的平方变化的现象称为克尔效应。一般把两者总称为电光效应。常用的是掺镧锆钛酸铅（简称PLZT ）、掺镧铪钛酸铅（PLHT ）。这种陶瓷可用于光调制器、光开关、光存储、光阀和电激励多色显示器等。 超导陶瓷
超导陶瓷就是当温度达到临界温度Tc 时，电阻突然消失的材料。
超导材料 以 NbTi 、 Nb3Sn 为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（ NMRI ）、超
导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦 (4.2K) 系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。
高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（ 4.2K ）提高到液氮（ 77K ）温区。
同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。
磁性陶瓷
铁氧体和铁芯永久磁铁是磁性瓷的代表。
由于永磁体不需要从外部施加电能便能够提供磁场，所以被应用到各个领域。以Nd-Fe-B 系磁体为代表的稀土
系磁体，因其显示磁体强度的最大磁能积高，对设备的小型化、高性能化做出了贡献，是生产量最大的永磁材料。而铁氧体因其性能价格比高，所以在生产量上成为比稀土族还多的永磁材料。
在永磁材料领域，从开发Nd-Fe-B 系永磁体至今已近20年。经过各种改善，其特性一直在提高，但现在还没
有开发出超越上述磁体的具有绝对特性的磁性材料。
光学陶瓷
透明陶瓷
氧化物透明多晶体 Al2O3
非氧化物透明多晶体 ZnS 、ZnSe 、MgF2、CaF2等
1、透明陶瓷
(1)氧化物透明多晶体
制造透明多晶体时，为防止产生引起光散射的气孔和异常成长的晶粒，需采用下述一种或两种以上的方法：
A 、掺入微量或少量的添加物
B 、调节气氛
C 、调整原料
D 、热压 将生坯置于空气介质中，在压力下烧结以排除气孔。
(2)非氧化物透明多晶体
有些非氧化物多晶体也可作为电子材料或通过特定波长光的窗口。如卡钠尔还用热压法(850℃，34.5MPa) 制成了CoCr2S4的透明多晶体，它作为磁光学材料，可用于调制CO2激光。
红外光学陶瓷
主要指各种滤光材料、红外接收材料和红外探测材料。以往主要用单晶和玻璃，最近已开始使用多晶陶瓷。多
晶体比单晶体易于制造形状复杂的器件，不存在沿解理面开裂问题，一般来说其机械强度比单晶的要高。
比如氧化钇是优良的高温红外材料和电子材料，主要用外红外导弹的窗口和整体罩、天线罩、微波基板等。 激光陶瓷
激光是通过光的受激发射放大而获得相位一致的高功率单色光而被人们所利用。它与普通光的根本差别是激光
具有极高的光子简并度(是指处在同一量子态的光子数) 。激光材料的实质是具有适当的能级结构，通过激励，使粒子从低能级跃迁至高能级，即光泉作用，可以实现“离子数反转”。目前研究最成熟的典型激光晶体主要有红宝石激光晶体和掺钕
的钇铝石榴石晶体 。
光色陶瓷
? 物质在光照射时改变颜色，停止照射后又可逆地恢复原状的现象，称为光色现象。
? 比如锆钛酸铝陶瓷(PZT)中添加锂锡钼铅复合氧化物(PLSM)的PZT- PLSM 固溶系统，当其组成处于某特定
范围内时，呈现出明显的感光特性，加热时恢复到原来状态
生物医用陶瓷
生物陶瓷是用于人体器官替换、修补及外科矫形等的陶瓷材料。作为高技术重要组成部分的生物医用材料已进
入一个快速发展的新阶段，其市场销售额正以每年 16% 的速度递增，预计 20 年内，生物医用材料所占的份额将赶上药物市场，成为一个支柱产业。
生物惰性(物理、化学性能很稳定，在生物内完全呈惰性状态) ，在临床上得到广泛应用。与人骨没有结合力，
仅靠机械结合。
生物活性陶瓷具有优异的生物相溶性，能与骨形成骨性结合面，结合强度高，稳定性好，植入骨还具有诱导骨
细胞生长的趋势，能逐步参与代谢，甚至完全与生物骨齿结合成一体。生物活性陶瓷已成为医用生物陶瓷的主要方向。
陶瓷分离膜
定义：以压力差、浓度差等作动力，使气体和液体的混合物或无机物、有机物的溶液分离成各种组分的功能膜就是分离膜。
目前，陶瓷分离膜主要是氧化铝膜，此外有氧化硅膜、氧化锆膜和硅掺硼膜等多孔陶瓷膜，一般具有多层非对称结构。顶层是分离膜，底层是多孔陶瓷基底。中间层是由于制膜工艺的要求引入的，其孔径介于顶层和基底之间。膜元件几何形状主要有平面形、管形和多道蜂窝体形。
敏感陶瓷
定义：敏感陶瓷指某些性能随外界条件（温度、电压、湿度、气氛）的变化而发生改变的陶瓷。这类陶瓷主要用于遥感测量及自动控制领域。热敏电阻陶瓷：电阻随温度而变化的陶瓷材料。压敏电阻陶瓷：电阻对外加电压敏感，电压提高，电阻率下降。磁敏陶瓷：将磁性物理量转变为电信号的陶瓷材料。气敏陶瓷：将气体参量转变为电信号的陶瓷材料。湿敏陶瓷：将湿度信号转变为电信号的陶瓷材料。
1. 热敏陶瓷 热敏陶瓷是一类电阻率随温度发生明显变化的材料，主要用于制造温度传感器、线路温度补偿及稳频的元件--热敏电阻(thermistor)。
热敏陶瓷分类：
电阻随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系数热敏陶瓷，简称PTC 热敏陶瓷( positive temperature coefficient )； 电阻随温度的升高而减小的热敏电阻称为负温度系数热敏陶瓷，简称NTC 热敏陶瓷( negative temperature coefficient ),如Co-Mn 尖晶石系；
电阻在某特定温度范围内急剧变化的热敏陶瓷，简称为CTR 临界温度热敏陶瓷( critical temperature resistor ) ，如VO2 。
2. 气敏陶瓷
气敏陶瓷是一种对气体敏感的陶瓷材料, 其性能随气体浓度的变化而变化. 具有阴离子吸附性质的气体称为氧化
性(或电子受容性) 气体，如O2、NOx 等。 具有阳离子吸附性质的气体称为还原性(或电子供出性) 气体，如H2、CO 、乙醇等。(尤其是某些易燃、易爆、有毒气体及其混合物)
压敏陶瓷：电阻值随着外加电压变化有一显著的非线性变化的半导体陶瓷
光敏陶瓷
由于材料的电特性不同以及光子能量的差异，导效应和光生伏特效应。
（1）光电导效应：
半导体材料吸收的入射光子能量 若大于或等于半导体的禁带宽度， 激发电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低。
应用：光敏电阻
紫外光敏电阻（如CdS 、CdSe ），用于探测紫外线。
可见光光敏电阻（如TlS 、TlSe ，及Ge 、Si 光敏电阻），用于光自动控制系统，如光电自动开关门窗，光电控制照明等。
红外光敏电阻（如PbS ，PbTe 、PbSe 等），用于夜间或淡雾中探测能够辐射红外线目标，红外通信，导弹制导等。 能源材料
太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点， IBM 公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达 40% 。美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有 50% 用于储氢技术。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前研究的热点。
第五节 无机建筑材料
按来源
____天然矿物、人造材料
建筑材料
按功能
—结构材料、围护材料、功能材料
? 按化学组成—金属、无机非金属、有机及复合材料
气硬性无机胶凝材料
定义：通过物理化学作用，能将浆体变成坚固的块体，并能将散粒材料（入砂子、石子）或块状材料（如砖和石块）等粘结成为整体的材料，统称为胶凝材料。只能在空气中硬化并保持或继续强化的材料称为气硬性胶凝材料。气硬性无机胶凝材料主要指石灰、石膏、水玻璃等。
? 石灰浆体的硬化包括干燥、结晶、碳化3个过程：
干燥：石灰浆蒸发失去水的过程就是干燥过程。
结晶：由于水分蒸发还引起Ca(OH)2 溶液过饱和而析晶。
碳化：潮湿状态下Ca(OH)2 与空气中的CO2反应生成碳酸钙晶体，即
Ca(OH)2＋CO2＋nH2O CaCO3+(n+1)H2O
CaCO3晶体相互交叉并与氢氧化物晶体共生，构成紧密交织的结构网，从而使硬化浆体获得强度。
石灰的特点及应用：
石灰硬化时体积收缩，硬化后耐水性差，强度低。在建筑中应用广泛，用于制成砂浆和灰浆，制粉刷材料、灰土、三合土。石灰还可以用来制造无熟料水泥、各种硅酸盐材料、碳化制品等。
石膏
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料，具有许多优异的建筑使用性能，既是一种古老的建筑材料，也是有发展前景的新型材料，可用作围护材料和功能材料。生产石膏的原料主要有：天然二水石膏(CaSO4·2H2O) 、天然无水石膏(CaSO4)以及化工石膏(主要成分是二水硫酸钙和无水硫酸钙的混合物) 。建筑石膏： 天然二水石膏在107～170℃发生化学反应： CaSO4·2H2O CaSO2 ·1/2H2O＋1/2H2O
生成的半水硫酸钙(CaSO2 ·1/2H2O)既是建筑石膏。
建筑石膏和适量水拌和后变为二水石膏的过程石膏水化。
开始时的水化物是一种可塑性浆体，逐渐变稠失去可塑性，但尚无强度，这一过程称为“凝胶”。以后迅速产生强度，并发展成为坚硬的固体，这一过程成为“硬化”。
石膏的特点及应用
? 石膏制品具有质轻、保温、隔音、吸音、不燃，以及热容量大、吸湿性大，可调节室内温度、湿度，造型施工
方便等优点，是一种有发展前途的材料。
? 建筑石膏的应用主要有：石膏扳、多孔石膏，以及石膏雕塑、建筑装饰制品和室内抹灰、粉刷、油漆打底等。 水泥
定义：凡细磨材料，加入适当水后，成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能把砂、石材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称水泥。分类：按其主要水硬性物质分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、氟铝盐系水泥和以火山或潜在水硬性材料及其它活性材料为主要组分的水泥；按用途和性能可分为：通用水泥、专用水泥、特性水泥3类。
? 通用水泥为大量土木建筑工程所使用的一般用途的水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、
火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。
? 专用水泥指有专门用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥等。
? 特性水泥则是某种性能比较突出的一类水泥，如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、膨
胀硫铝酸盐水泥、自应力铝酸盐水泥等。
硅酸盐水泥的生产工艺
水泥的生产工艺包括生料制备、煅烧、熟料磨细、储存或包装出厂。
生料的制备：浆原料按适当比例配合，磨细混匀，制成干粉、料球或料浆的过程，主要方法有干法、湿法和半干法。 煅烧：在立式或回转窑中对生料煅烧，烧成温度在1300～1450℃之间，此时将发生一系列物理化学变化。烧成的物料在窑内从1300℃冷却到1000℃左右，然后离窑冷却，所得到的颗粒状物料就是硅酸水泥熟料。熟料磨细：在熟料中加入W=2%～6%的石膏，将其共同磨细就得到硅酸盐水泥。
硅酸盐水泥的主要矿物成分：硅酸三钙(3CaO·SiO2，简称为C3S) 、硅酸二钙(2CaO·SiO2，简称为C2S) 、铝酸三钙(3CaO·Al2O3，简称为C3A) 、铁铝酸四钙(3CaO·Al2O3·Fe2O3，简称为C4AF) ，还有游离氧化钙和氧化镁，是有害成分。
硅酸盐水泥的凝结和硬化：水泥加水拌和后，立即发生水化反应成为可塑性水泥浆。随着水化的不断进行，水泥浆逐步变稠失去塑性，但尚不具有强度的过程称为水泥的凝结。随着水化的进一步进行，水泥浆浆产生明显的强度并发展为坚硬的人造石－水泥石的过程称为硬化。
衡量水泥性质的指标
? 需水性：衡量水泥获得一定稠度所需水量多少的性质。
? 凝结时间：指水泥从和水开始到失去流动性，即从可塑状态发展到固体状态所需的时间。
? 初凝时间：是水泥从水泥和水到水泥浆失去塑性的时间。
? 终凝时间：是指水泥和水到水泥浆完全失去塑性的时间。
? 安定性：是水泥浆体在硬化后体积变化的稳定性。
? 水泥的标号：水泥的硬化是逐渐增长的，因此水泥标号是以不同龄期的抗压和抗折强度来划分的。在我国是根
据硅酸盐水泥水化28d 的抗压强度确定水泥标号。如425水泥。
玻璃
凡熔融体通过一定方式冷却，因粘度逐渐增加而具有固体性质与一定结构特征的非晶态物质，都称为玻璃。
工业用的玻璃一般是用多种无机矿物(石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等) 为主要原料，另加少量辅助原料(澄清剂、着色剂、乳浊剂、助溶剂、氧化剂和还原剂等) ，经粉碎、过筛、混合、熔融、澄清、匀化后加工成形及热处理制成产品。
玻璃的分类
按成分分类：钠钙玻璃、铅玻璃、硼硅酸玻璃(硬质玻璃) 、高硅氧玻璃、特种玻璃，还有有色玻璃、无碱玻璃、石英玻璃、铝硅酸盐玻璃、微晶玻璃等。
按用途分类：容器玻璃、仪器及医疗玻璃、平板玻璃、工艺美术玻璃、光学玻璃、光纤玻璃、建筑用玻璃、照明器具玻璃、纤维及泡沫玻璃、特种玻璃等。
按性质和用途分类：建筑玻璃、技术玻璃、日用玻璃和玻璃纤维等四种。
玻璃的性质
力学性质 玻璃的理论强度很高，而实际强度仅为理论强度的1%以下。它具有很高的抗压强度，而抗拉强度较低。玻璃的硬度比较高，但脆性很大。化学性质 玻璃的化学性质较稳定。除氢氟酸外，其他酸都不能使之发生 腐蚀。但对碱的抗力较差。
玻璃的物理性质
玻璃是一种高度透明的物质，具有一系列重要的光学性质。例如普通平板玻璃能透过可见光线的80%~90%，紫外线大部分不能透过，但红外线较易透过。改变玻璃的成分和处理方法，可以改变玻璃的光学性质。常温下一般玻璃是绝缘体。随温度上升，玻璃的导电性迅速提高，特别是在玻璃化温度Tg(玻璃熔体冷却时，出现硬脆玻璃的最高温度) 附近电导率急剧增加，到熔融状态时，玻璃成为良导体。玻璃的导热性能差，抗热震性很差，线膨胀系数较小。 玻璃的生产
玻璃的生产是先将原料加热到高温熔化，然后通过一定的成形方法加工成产品。常用成形方法有以下几种：
(1) 压制成形 工件在具有一定形状的铁模中加压成形。
(2) 吹制成形 通过在模子中机械加压使玻璃粘块加工成块，然后将型块放入模中，用压缩空气加压，使型块紧靠模子的内腔，形成所需要的形状。
(3) 拉制成形
(4) 加工纤维 先将熔融玻璃放在铂加热室中，通过加热室底部的许多微孔将熔融玻璃拉制成纤维。
常见玻璃品种
钠钙玻璃(普通玻璃)
铅玻璃
石英玻璃
钢化玻璃 又称强化玻璃
光致变色玻璃也称变色玻璃
吸热玻璃
