化学与无机非金属材料

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1、5.2化学与无机非金属材料5.2.1无机非金属材料概论5.2.2硅酸盐材料5.2.3半导体材料5.2.4新型无机非金属材料5.2.1无机非金属材料概论无机非金属材料(inorganicnon-metallicmaterial)简称无机材料。可分为：硅酸盐材料：陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷等以天然硅酸盐为原料的制品。新型无机材料：用人工合成方法制成的不含硅或少含SiO2的材料，如一些氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、卤化物、硫化物和碳素材料等。无机材料的特点：耐高温、抗氧化、耐磨、耐腐蚀和硬度大。而脆性差：经不起碰撞摔打，即抗机械冲击性能差；经不起

2、冷热冲击，即抗热震动性能差。其中的无机工程结构材料主要是利用其强度，特别是耐高温强度。而无机功能材料还有诸如热、声、光、电、磁学等方面的特殊性能，已成为许多科学技术领域中的关键性材料。5.2.2硅酸盐材料1.天然硅酸盐(silicate)正长石K2O.Al2O3.6SiO2或K2Al2Si6O16白云母K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O或K2H4Al6(SiO4)6高岭土Al2O3.2SiO2.2H2O或Al2H4Si2O9石棉CaO.3MgO.4SiO2或Mg3Ca(SiO3)4滑石3MgO.4SiO2.H2O或Mg3H2(SiO3)4泡

3、沸石Na2O.Al2O3.2SiO2.nH2O或Na2Al2(SiO4)2.nH2O天然硅酸盐在自然界中分布很广,是构成地壳的主要组分。其化学式很复杂，可看成是二氧化硅和金属氧化物的复合氧化物。石棉片黄玉正长石水晶白云母滑石粘土天然硅酸盐不论组成多么复杂，在其晶体内部，基本结构单元都是SiO4四面体。硅占据四面体的中心，4个氧则占据4个顶角。天然硅酸盐的用途很广，是工业上的重要材料，也是制造陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等的原料。OSi2.水泥(cement)按组成可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等。硅酸盐水泥又称波特兰(Portland)水

4、泥，是由粘土和石灰石按比例在旋转窑中于1450℃以上温度煅烧成熟料，再混入少量石膏，磨粉后制成。硅酸盐水泥熟料的矿物组成及含量组分化学式符号质量分数硅酸三钙3CaO.SiO2C3S0.37～0.60硅酸二钙2CaO.SiO2C2S0.15～0.37铝酸三钙3CaO.Al2O3C3A0.07～0.15铁铝酸四钙4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF0.10～0.18符号C表示CaO，S表示SiO2，A表示Al2O3，F表示Fe2O3。3.玻璃(glass)(2)有色玻璃在玻璃原料中加入某些金属氧化物,可制成有色玻璃。如加入CoO，玻璃呈蓝色；加入M

5、n2O3，呈紫色；加入Cu2O，呈红色；加入Cr2O3，呈绿色。(1)普通玻璃(钠玻璃)是用石英砂、纯碱和石灰石共熔而制得的一种无色透明的熔体：Na2CO3+CaCO3+6SiO2=Na2O.CaO.6SiO2+2CO2(3)微晶玻璃在玻璃中加入晶核形成剂(如金、银、铜的盐类)，经过热处理，可制成各种性能的微晶玻璃(又称玻璃陶瓷)。(4)钢化玻璃将玻璃进行淬火处理或用化学方法处理可制成钢化玻璃。它的抗弯强度比普通玻璃大5~7倍，只有受到强烈冲击时才会破坏，而且碎片棱角圆滑，不易飞溅，不易伤人，是很好的安全玻璃。4.耐火材料(refractoryma

6、terial)耐火材料是指耐火温度不低于1580℃,并在高温下能耐气体、熔融金属、熔融炉渣等物质侵蚀，而且有一定机械强度的无机非金属材料。常用耐火材料的主要组分是一些高熔点氧化物，按其化学性质可分为酸性、碱性和中性。酸性耐火材料的主要组分是SiO2等，如硅砖；碱性耐火材料的主要组分是MgO、CaO等，如镁砖；中性耐火材料的主要组分是Al2O3、Cr2O3等，如高铝砖。硅砖镁砖高铝砖5.分子筛(molecularsieves)分子筛是一种人工合成的泡沸石型水合铝硅酸盐晶体。它是由SiO4和AlO4四面体结构单元组成的多孔性晶体，空隙排列整齐，空径均匀

7、，有极大的内表面。是一种新型高效能、高选择性的吸附剂、干燥剂、分离剂和催化剂。其组成为：M2/xO.Al2O3.mSiO2.nH2O式中x是金属元素M(一般为Na、K或Ca)的氧化值。分子筛中m=2的称为A型，A型中又有3A、4A、5A等，其孔径分别为0.30、0.42、0.50nm;m=2.2~3.0的称为X型,有10X、13X等,其孔径分别为0.50、0.80nm;m=3.1~5.0的称为Y型,其孔径约为1.00nm。分子筛具有筛分大小不同的分子的能力。5.2.3半导体材料半导体材料(semiconductivematerial)指电阻率介于金

8、属导体(10-5~10-6Ω·cm)和绝缘体(1010~1015Ω·cm)之间的材料。主要用途是制成各种特殊功能的元器件,