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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
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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。
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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 ”
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目录 前页 图 5 - 11 陶制兵马俑 图 5 - 12 景德镇陶瓷
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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。
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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。
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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。
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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；
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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；
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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。
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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。
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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 5 - 14 钢化玻璃
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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。
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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 5 - 15 长江三峡大坝
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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 ）。
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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
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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？
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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。
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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；
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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。
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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。
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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。
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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】
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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。
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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↑
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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。
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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 5 - 18 碳化硅
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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.
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