目录 前页 第二节 无机非金属材料 一、硅酸盐材料 1. 陶瓷 陶瓷 2. 玻璃 玻璃 3. 水泥 水泥 二、特殊无机非金属材料 1. 半导体材料 半导体材料 2. 特种陶瓷 特种陶瓷 3. 单晶硅 单晶硅 4. 光导纤维 光导纤维

目录 前页 第二节 无机非金属材料 一、硅酸盐材料 沙石、黏土、石英、石棉、陶 瓷、玻璃、水泥 硅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。

目录 前页 陶瓷 在硅酸盐工业中，出现最早的 工艺就是制陶、烧瓷。 在距今约 4500 年的新石器时代， 我们的祖先就已经制出各种陶 制器具 秦始皇陵出土陶制兵马俑 唐朝的 “ 唐三彩 ” ， 宋朝的 “ 钧瓷 ”

目录 前页 图 陶制兵马俑 图 景德镇陶瓷

目录 前页 陶瓷的制造 传统的陶瓷制造过程是将黏土与水 混匀，制成所需要形状的坯件，再 经高温焙烧，就得到成品。 原料和烧制温度是影响陶瓷品种和 性能的关键技术。 1000 ℃以下烧成的是陶器，而烧 制瓷器则需要更高的温度。

目录 前页 陶瓷的原料 陶器的原料是较低级的黏土，其 化学成分比例约为氧化铝 Al 2 O 3 15% ～ 18% ，氧化铁 Fe 2 O 3 5% ～ 6% 。 瓷器的原料是较高级的黏土，约 含 Al 2 O 3 18% ～ 28% ， Fe 2 O 3 1% ～ 2% ， Al 2 O 3 相对较多。

目录 前页 2 ．玻璃 普通玻璃（钠玻璃）的原料是石英 （ SiO 2 ）、纯碱（ Na 2 CO 3 ）和石灰石 （ CaCO 3 ），反应后生成硅酸钠和硅酸 钙，即钠玻璃的主要成分。 用于制造玻璃管、门窗玻璃等； 采用不同的成分可以值得不同特点的玻 璃。

目录 前页 耐温玻璃 以钾取代钠，可 得到熔点较高的 钾玻璃，用于制 造燃烧管，高温 反应器等；

目录 前页 光学玻璃 以铝代替钠和钙， 则可制得光学玻 璃，如显微镜、 望远镜用透镜等；

目录 前页 颜色玻璃 在玻璃中加入少量有颜色的金属化合物， 可以得到颜色不同的玻璃，如氧化钴 （ Co 2 O 3 ）着蓝色，氧化亚铜（ Cu 2 O ） 着红色，氧化铬（ Cr 2 O 3 ）着绿色等。

目录 前页 变色玻璃 在玻璃中加入卤化银，并进行适当的热处理即 可制得变色玻璃。当阳光照到玻璃上时，卤化 银分解，银原子聚集成较大的银粒，使玻璃变 黑、深棕色，一旦强光消失，卤素与银又化合 成卤化银，玻璃便自动褪色，又恢复到透光性。

目录 前页 钢化玻璃 普通玻璃易碎，如果在软化态 玻璃冷却过程中采取措施，使 其表面应力保留下来，可大大 提高玻璃的抗拉强度，这样的 玻璃称为钢化玻璃。 钢化玻璃破碎时为粉碎状，不 会有普通玻璃破碎时的大块和 尖角，具有较高的安全性能， 常用于车窗玻璃。 图 钢化玻璃

目录 前页 玻璃性质 玻璃没有固定熔点，而是在 某一温度范围内逐渐软化， 在软化状态时，玻璃可吹成 或轧成任何形状。玻璃性质 稳定，但易被氢氟酸和强碱 腐蚀。 此外，玻璃还具有易于成型、 透明、质地均匀、表面光滑 以及成本低的特性，使得它 成为日益发展的通讯、信息 和电子工业必不可少的材料 之一。

目录 前页 水泥 硅酸盐中用量最大的是水泥，建筑工程 都离不开它。水泥具有水硬性，加水搅 拌静置后就凝固变硬。它不仅能在空气 中凝结硬化，而且能在水中继续硬化并 提高强度。 图 长江三峡大坝

目录 前页 水泥种类、制作、主要成分 水泥种类很多，改变原料成分和配比可 制成性质、用途不同的各种水泥。 以石灰石和黏土为主要原料，按一定比 例混合磨细后在水泥回转窑中煅烧，冷 却后加入适量石膏磨成细粉，就是普通 水泥。 普通水泥的主要成分是硅酸三钙 （ 3CaOSiO 2 ）、硅酸二钙 （ 2CaOSiO 2 ）和铝酸三钙 （ 3CaOAl 2 O 3 ）。

目录 前页 混凝土 水泥、沙子和碎石 的混合物叫混凝土。 混凝土常用钢筋做 结构，即钢筋混凝 土结构，可用来建 造桥梁、高楼大厦 等

目录 前页 【问与答】 你能比较归纳比较三种 常见硅酸盐材料的化学 成分和性能吗？

目录 前页 二、特殊无机非金属材料 传统的无机非金属材料是日常 生活和生产建设所必需的材料， 而新型无机非金属材料则在高 科技领域、新兴产业和传统工 业技术改造中应用广泛。

目录 前页 1 ．半导体材料 在物理学上，通常按材料的电 阻的不同将各种材料分成 “ 导 体 ” 、 “ 半导体 ” 和 “ 绝缘体 ” 三个档 次。电阻率介于导体和绝缘体 之间的材料，称为半导体材料。 锗和硅是最常用的元素半导体；

目录 前页 二极管 同一种半导体材料，可以制成两种类型的 半导体，一种是 p 型半导体，另一种叫 n 型 半导体。当在半导体上加上电压时，只有 一个方向的电流能通过，如果将正负极调 换一下，电流就不能通过，也就是，它具 有单向导电的功能。因此，利用半导体材 料的这种特性制成的二极管可以对电信号 进行检波。

目录 前页 应用： 现在，半导体材料几乎渗透到人们工作、 生活、学习与休闲等多个领域。各种家 用电器，如电视机、录像机、电脑、电 话等，都离不开半导体材料。

目录 前页 2 ．特种陶瓷 随着科学技术水平的不断进 步，人们能用人工合成的高 纯度无机化合物为原料，制 造出了在光、电、化学和生 物学等方面具有特殊性能的 陶瓷材料，称为特种陶瓷。

目录 前页 （ 1 ）氮化硅陶瓷 用高纯硅粉在氮气中， 1300 ℃下直接反应 可制得块状的氮化硅的硬度大，熔点高， 化学性质稳定，电绝缘性好，在 1200 ℃下 仍可保持室温时的强度和硬度。反应方程 式为： 3Si ＋ 2N 2 = Si 3 N 4 【性质】

目录 前页 【主要用途】 氮化硅陶瓷摩擦系数小的特点，可作 为轴承材料，并可免除润滑系统。 氮化硅陶瓷做发动机，可使燃料在高 温下充分燃烧，提高热效率；可取代 高温合金来制造飞机上的涡轮发动机， 可以减轻飞机的质量。

目录 前页 （ 2 ）碳化硅陶瓷 将二氧化硅与碳在电弧炉中加热至 1900 ℃以上可得到碳化硅。 反应方程式为： SiO 2 ＋ 3C = SiC ＋ 2CO↑

目录 前页 【性质】 碳化硅又称金刚砂，其结构与金刚石 相似，硬度也可与其相媲美，化学性 质稳定，可耐 2000 ℃的高温，在室温 下导电，热传导能力好。

目录 前页 【主要用途】 碳化硅陶瓷制成硅 碳电热棒，是很好 的电热组件；可用 作核反应堆中核燃 料的包封材料；航 天器的涂层材料和 火箭尾喷管的喷嘴。 图 碳化硅

目录 前页 3 ．单晶硅 硅在地壳中含量丰富， 仅次于氧，在自然界中 没有游离态的硅，硅主 要以硅酸盐和氧化物的 形式存在于地壳的各种 矿物和岩石里，是构成 矿物和岩石的主要成分。

目录 前页 【性质】 用碳在高温下还原二氧化硅制得含 有少量杂质的粗硅。将粗硅提纯后， 可以得到高纯硅，反应方程式为： SiO 2 ＋ 2C = Si ＋ 2CO 常温下，硅的化学性质不活泼，不 与氢气、氯气、硫酸、硝酸等反应， 但溶于氢氟酸和碱液。

目录 前页 晶体硅的特性 硅的导电性能介于导体和绝缘体 之间。 高纯度的晶体硅在极低的温度下 几乎不导电，在升温、光照等外 界条件的影响下，电阻迅速减少， 导电能力增强，所以高纯度晶体 硅是良好的半导体材料。

目录 前页 【主要用途】 高纯度单晶硅是制造大功率晶体管、 整流器、各种集成电路（包括计算 机内的芯片和 CPU ）的原材料。 单晶硅圆片按其直径分为 6 英寸、 8 英寸、 12 英寸（ 300 毫米）及 18 英 寸（ 450 毫米）等。直径越大的圆片， 所能刻制的集成电路越多，芯片的 成本也就越低。 在硅晶体中掺入微量的磷元素和硼 元素，可做成太阳能电池，将辐射 能转变为电能。

目录 前页 【实践活动】 硅材料是重要的半导体材料， 它的产量和用量标志着一个国 家的电子工业水平。请以硅材 料的应用为关键词，查阅资料， 并在同学之间交流。

目录 前页 4 ．光导纤维 是用高折射率 的超纯石英或 特种光学玻璃 通过特殊技术 制成的复合纤 维。

目录 前页 光缆 光导纤维简称光纤，其中心称为内芯，外 面是包层，光线在内芯中发生全反射，使 光波沿锯齿形向前传播，避免了光在传输 过程中的折射损耗。如果将许多根经过技 术处理的光纤绕在一起，就是光缆。

目录 前页 激光应用 在工业方面，光纤可传输激光进行机械 加工，也可用于工业生产的自动控制， 机器内及机器间的信号传送，光电开关 等。光纤还可用于医疗，遥测遥控，照 明等许多方面。例如激光手术就是由光 导纤维将激光传递至手术部位而切除病 变组织的一种手术。

目录 前页 小结 1 、介绍了常见的硅酸盐材料， 如陶瓷、玻璃、水泥的组成， 生产过程，以及它们的主要用 途. 2 、介绍特殊无机非金属材料， 如半导体材料、特种陶瓷、单 晶硅、光导纤维的组成，生产 过程，以及它们的主要用途.