新型无机非金属材料

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38新型无机非金属材料

第三节 新型无机非金属材料

Ⅰ学习重点

1.了解新型材料的特性及与传统的无机非金属.

2.了解高温结构陶瓷和光导纤维有关知识.

1.传统的无机非金属材料指 材料，具有 等优点.新型无机非金

属材料的特性 ， ， ， .

2.结构材料 ，高温结构陶瓷的优点 .

3.光导纤维主要用于 ，另外还可用于 .

4.第ⅣA族元素中，碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的.

锗(Ge)是一种良好的半导体材料，被广泛应用于电子工业上，它可以从煤燃烧的烟道灰中提取，其过程如下：

盐酸蒸馏 水解 加热分解 氢气流中加热

烟道灰(含CeO2) 锗的氯化物 锗酸 纯净的锗的氧化物

① ② ③ ④

锗写出①、②、③、④四步反应的化学方程式：

① ；② ；

③ ；④ .

第三节 新型无机非金属材料参考答案

无机非金属材料

以某些元素的氧化物、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的泛称。包括陶瓷、玻璃、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。无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样，是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。

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。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。

沿革 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。公元前1000年前，中国也有了白色穿孔的玻璃珠。公元初期罗马已能生产多种形状的玻璃制品。 1000～1200年间玻璃制造技术趋于成熟，意大利的威尼斯成为玻璃工业中心。1600年后玻璃工业已遍及世界各地区。公元前3000～前2000年已使用石灰和石膏等气硬性胶凝材料。随着建筑业的发展，胶凝材料也获得相应的发展。公元初期有了水硬性石灰，火山灰胶凝材料，1700年以后制成水硬性石灰和罗马水泥。1824年英国J.阿斯普丁发明波特兰水泥（见水泥）。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要成分均为硅酸盐，属于典型的硅酸盐材料。

硅酸盐工业 新型无机非金属材料

1．复习重点

水泥工业和玻璃工业的基本原理；新型无机非金属材料的特性及主要用途

2．难点聚焦

1．硅酸（H2SiO3）

酸性很弱（弱于碳酸）溶解度很小，由于SiO2不溶于水，硅酸应用可溶性硅酸盐和其他酸性比硅酸强的酸反应制得。

Na2SiO3＋2HCl == H2SiO3＋2NaCl

硅胶多孔疏松，可作干燥剂，催化剂的载体。

四．硅酸盐

硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称，分布广，结构复杂化学性质稳定。一般不溶于水。（Na2SiO3 、K2SiO3除外）最典型的代表是硅酸钠Na2SiO3 ：可溶，其水溶液称作水玻璃和泡花碱，可作肥皂填料、木材防火剂和黏胶剂。 常用硅酸盐产品：玻璃、陶瓷、水泥。

2．硅单质与碳相似，有晶体和无定形两种。晶体硅结构类似于金刚石，有金属光泽的灰黑色固体，熔点高（1410℃），硬度大，较脆，常温下化学性质不活泼。是良好的半导体，应用：半导体晶体管及芯片、光电池。

五．氯元素：位于第三周期第ⅦA族，原子结构： 容易得到一个电子形成氯离子Cl－,为典型的非金属元素，在自然界中以化合态存在。

3．例题精讲

[例1] 熔融氢氧化钠反应选用的器皿是 [ ]

A．陶瓷坩埚 B．石英坩埚

C．普通玻璃坩埚 D．生铁坩埚 +17 2 8 7 分析：陶瓷的成分中含有SiO2，石英的成分就是SiO2，玻璃的主要成分中也含有SiO2，而SiO2在高温下可以跟NaOH发生如下反应：

SiO2+2NaOHNa2SiO3

所以A、B、C的器皿都不能选用，只能内生铁坩埚。

答案：D

[例2] 下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是 [ ]。

A．硅酸钠溶液 B．氢氟酸

C．氢氧化钠溶液 D．氯化钠溶液

分析：玻璃的主要成分之一二氧化硅，它能跟氢氟酸迅速反应，所以，氢氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷容器中，只能保存在铅皿或塑料瓶中。氢氧化钠溶液与二氧化硅在常温下反应十分缓慢，所以可以盛放在玻璃瓶中，但瓶的磨口处的二氧化硅跟氢氧化钠缓慢反应后，生成的硅酸钠是一种矿物胶，使瓶塞与瓶口粘在一起，因此不能用磨口玻璃塞。硅酸钠溶液可以用玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞（原因同氢氧化钠溶液）。氯化钠溶液不跟玻璃中各种成分反应。

无机非金属生物医学材料

一、无机非金属材料以及无机非金属生物医用材料的特点

无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)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。

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 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。

陶瓷不生锈、不燃烧，而且抗腐蚀，强度也比较好，可以大大弥补金属材料和有机材料的缺陷。陶瓷不仅可以制成具有优良生物惰性的材料，而且也可以制成具有优良生物活性的材料。生物医用材料根据在生物体内的活性，分为三类：惰性生物陶瓷材料，主要是氧化铝陶瓷材料、碳质材料等，植入体内后与周围组织之间形成纤维包膜；表面生物活性陶瓷材料，如生物医用玻璃和玻璃陶瓷、羟基磷灰石等，植入体内后材料能与周围组织形成牢固的化学键结合（骨性结合）；

可吸收和降解生物陶瓷材料，主要是磷酸三钙陶瓷材料，植入体内后会逐渐被降解、吸收，从而被新生组织替代。目前，约有40余种生物陶瓷材料在医学、整形外科方面制成了50余种复制和代用品，发挥着非常重要的作用。

二、三类无机非金属生物医用材料的性能及应用

1、惰性无机非金属生物医用材料

●生物医用陶瓷：

惰性生物医用陶瓷主要分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷以及陶材三类。