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化学ⅰ人教新资料第三章教学资源
化学ⅰ人教新资料第三章教学资源
教学资源〔1〕
教学资源
1?
合金的结构和类型
合金从结构上可分为如下三种基本类型。
〔1〕混合物合金
混合物合金是两种或多种金属的机械混合物，这种混合物中组分金属在熔融状态时可完全或部分互溶，而在凝固时各组分金属又分别独自结晶出来。
在显微镜下可观察到各组分的晶体或它们的混合晶体。
混合物合金的导电、导热等性能与组分金属的性能有很大不同。
如纯锡熔点是232℃，纯铅熔点是327.5℃，含锡63%的锡铅合金〔通常用的焊锡〕的熔点只有181℃。
〔2〕固溶体合金
两种或多种金属不仅在熔融时能够互相溶解，而且在凝固时也能保持互溶状态的固态溶液称为固溶体合金。
固溶体合金是一种均匀的组织，其中含量多的金属称为溶剂金属，含量少的金属称为溶质金属。
固溶体保持着溶剂金属的晶格类型，溶质金属可以有限地或无限地分布在溶剂金属的晶格中。
〔3〕金属化合物合金
当两种金属元素原子的外层电子结构、电负性和原子半径差别较大时，所形成的金属化合物〔金属互化物〕称为金属化合物合金。
金属化合物的晶格不同于原来的金属晶格。
通常分为两类：
正常价化合物和电子化合物。
正常价化合物是金属原子间通过化学键形成的，其成分固定，符合氧化数规那么。
例如，Mg2Pb、Na3Sb等属于这类合金。
这类合金的化学键介于离子键和金属键之间，导热性和导电性比纯金属低，而熔点和硬度却比纯金属高。
大多数金属化合物属于电子化合物。
这类化合物以金属键相结合，其成分在一定范围内变化，不符合氧化数规那么。
〔资料1摘编自《新大学化学》，科学出版社，曲保中、朱炳林、周伟红主编〕
2?
形状记忆合金
形状记忆合金是一种新的功能金属材料，用这种合金做成的金属丝，即使将它揉成一团，但只要达到某个温度，它便能在瞬间恢复原来的形状。
最早研究成功的形状记忆合金是Ni-Ti合金，称为镍钛脑〔Nitanon〕。
它的优点是可靠性强、功能好，但价格高。
铜基形状记忆合金如Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni,价格只有Ni-Ti合金的10%，但可靠性差。
铁基形状记忆合金刚性好、强度高、易加工、价格低，很有开发前途。
表3-1列出了一些形状记忆合金及其相变温度。
表3-1一些形状记忆合金及其相变温度
形状记忆合金由于具有特殊的形状记忆功能，所以被广泛地用于卫星、航空、生物工程、医药、能源和自动化等领域。
自形状记忆合金问世以来，已引起人们极大的兴趣和关注。
近年来发现在高分子材料、铁磁材料和超导材料中也存在形状记忆效应，对这类形状记忆材料的研究和开发，将促进机械、电子、自动控制、仪器仪表和机器人等相关学科的发展。
〔资料2摘编自《化学与社会》，高等教育出版社，唐有祺、王夔主编〕
3?
储氢合金
氢作为能源应用的一大难题是储存，可以说氢的规模储运是氢能应用的关键。
氢气的密度很小，它必须经过压缩或在极低的温度下液化，其浓度才能达到成为一种有用燃料的要求。
液氢无论是生产、液化还是储存都比较困难，使得液氢的使用成本相当高，且危险性极大，目前主要在航天、远程导弹等方面作为燃料得到应用。
目前，高压容器储氢仍是储存氢气的主要方法，储氢压力为12MPa~20MPa，一般一个充气压力为20MPa的高压钢瓶储氢重量只占其中的1.6%，无论单位体积储氢能力或能量密度均较低，当然还有安全性差的问题。
因此，利用一般的高压容器储氢作为汽车、飞机等交通工具的燃料，无论在经济上还是在安全性上都不太适合。
当前最有希望的储氢方法是利用金属氢化物方式储氢。
研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，与金属反应生成金属氢化物，氢原子储存于金属结晶间隙，同时放出热量。
然后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。
这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。
储氢合金的储氢能力很强。
单位体积储氢的密度是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也就相当于储存了1000个大气压的高压氢气。
由于储氢合金都是固体，既不用储存高压氢气所需的大而笨重的钢瓶，又不需存放液态氢那样极低的温度条件，需要储氢时使合金与氢反应生成金属氢化物并放出热量，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，如同蓄电池的充、放电，因此储氢合金是一种极其简便易行的理想储氢方法。
目前研究发展中的储氢合金，主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金、镁系储氢合金及稀土系储氢合金。
其中接近实用化的有如下几种。
钛铁合金是一种比较便宜而实用的储氢材料，它的分解压在室温附近是几个大气压。
用它来取代有易爆危险和体积庞大的氢气瓶，重量可以减轻一半。
镧镍合金和镁镍合金也受到人们普遍关注。
镁镍合金是一种具有很好的储氢能力且价格比较便宜的材料，氢镁结合生成二氢化镁，100kg二氢化镁所含的氢可供汽车行驶数百公里的路程。
镁镍合金的不足之处是它的放氢温度比较高，氢气释放速率比较慢。
储氢合金不光有储氢的本领，而且还有将储氢过程中的化学能转换成机械能或热能的能量转换功能。
储氢合金在吸氢时放热，在放氢时吸热，利用这种放热?
吸热循环，可进行热的储存和传输，制造制冷或采暖设备。
储氢合金还可以用于提纯和回收氢气，它可将氢气提纯到很高的纯度。
例如，采用储氢合金，可以以很低的成本获得纯度高于99.9999%的超纯氢。
〔资料3摘编自《绿色化学》，中国环境科学出版社，沈玉龙等编著〕
4?
金属的腐蚀和防护
〔1〕金属腐蚀的危害
金属的腐蚀现象是普遍存在的，它所造成的危害也非常巨大。
根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。
另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震〔平均值〕损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。
金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失，更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。
腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。
国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的生命安全。
另外，新技术、新产品乃至新工业的产生往往也需要首先克服由腐蚀带来的问题。
历史上，在找到了耐稀硫酸的铅材后，铅室法硫酸工业才得以发展起来；发明了不锈钢以后，生产和应用硝酸的工业才蓬勃兴起；实施登月计划中，也曾遇到过一个严重的腐蚀问题：
用钛合金制成的盛N2O4〔氧化剂〕的容器在试验中几小时就破裂了，经查是应力腐蚀所致。
后来经过反复试验，在氧化剂中加入缓蚀剂控制应力腐蚀，才实现了人类登上月球的计划。
在现代新技术、新产品的发展中，也需要不断地解决各种新的、越来越困难的腐蚀问题。
〔2〕金属腐蚀的控制
①正确选材和设计
根据金属材料的腐蚀数据，选择对特定环境腐蚀率低、价格便宜、性能好的材料，是常用的、简便的控制腐蚀的方法，可以使设备获得经济、合理的使用寿命。
由于设备的结构常常对腐蚀产生影响，所以正确的设计也很重要。
另外，选材者也需要具备一定的腐蚀及防腐蚀知识，才能更完善地解决选材问题。
②调整介质环境
如果能消除金属材料和设备在使用环境中引起腐蚀的各种因素，腐蚀就会中止或减缓。
但是多数环境条件是无法控制的，如大气和土壤中的水分、海水中的氧等都不可能除去。
生产流程也是不能任意改动的，这时可以调整局部环境。
例如，锅炉进水先去氧〔加入脱氧剂Na2SO3和N2H4等〕，可保护锅炉管少受腐蚀；先除去密闭仓库进入空气的水分，可防止储存金属部件生锈；在水中经常加入碱或酸调节pH至最正确范围〔通常接近中性〕，可以防止冷却水对换热器和其他设备的结垢、穿孔；炼制石油的工艺中也常加碱或氨，使生产流体保持中性至弱碱性。
③加入缓蚀剂
在可能引起金属腐蚀的介质中加入少量缓蚀剂就能大大减缓金属腐蚀过程。
缓蚀剂可分为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂和气相缓蚀剂三类。
有些无机缓蚀剂使阳极过程变慢，称为阳极型缓蚀剂，如促进阳极钝化的氧化剂〔铬酸盐、亚硝酸盐、Fe3+〕或阳极成膜剂〔碱、磷酸盐、硅酸盐、苯甲酸盐〕；另一类无机缓蚀剂是促进阴极极化，称为阴极缓蚀剂，如Ca+、Zn2+、Mg2+、Cu2+、Cd2+、Mn2+、Ni2+等，能与在阴极反应中产生的OH-形成不溶性的氢氧化物，以厚膜形态覆盖在阴极表面，因而阻滞氧扩散到阴极，增大浓差极化。
也有同时阻滞阳极过程和阴极过程的混合型缓蚀剂。
有些溶液中的杂质，如S、Se、As、Sb、Bi等化合物，能阻抑阴极放氢过程，使阴极极化增大，减缓腐蚀。
缓蚀剂的用量一般要先通过试验才能确定。
有机缓蚀剂属于吸附型缓蚀剂，它们吸附在金属表面形成几个分子厚的不可见膜，一般同时阻滞阳极和阴极反应，但阻滞效果并不相同。
常用品种有含N、含S、含O、含P的有机化合物，如胺类、杂环化合物、长链脂肪酸化合物、醛类、有机磷类等。
缓蚀剂的吸附类型有静电吸附、化学吸附。
静电吸附剂有苯胺及其取代物，吡啶、丁胺、苯甲酸及其取代物如苯磺酸等；化学吸附剂有氮和硫杂环化合物；有些化合物同时具有静电和化学吸附作用。
此外，有些螯合剂能在金属表面生成一薄层金属有机化合物。
近年来，有机缓蚀剂发展很快，应用广泛。
使用这些缓蚀剂也会产生一些问题，如可能污染产品，可能对生产流程产生不利影响等。
气相缓蚀剂多是挥发性强的物质，也属于吸附型缓蚀剂。
它的蒸气被大气中的水分解出有效的缓蚀基团，吸附在金属表面使腐蚀减缓，一般用于金属零部件的保护、储藏和运输。
它必须用于密封包装内，海洋油轮内舱也可用它来保护。
常见的有效气相缓蚀剂有脂环胺和芳香胺，聚甲烯胺，亚硝酸盐与硫脲混合物，乌洛托品和乙醇胺，硝基苯和硝基萘等。
④阴极保护
金属在发生电化学腐蚀过程中，微型电池的阴极是接受电子发生还原反应的电极，阳极是失去电子发生氧化反应的电极，只有阳极才发生腐蚀。
阴极保护法就是将需要保护的金属作为腐蚀电池的阴极〔原电池的正极〕或作为电解池的阴极而不受腐蚀。
前一种称为牺牲阳极法，后一种称为外加电流法。
牺牲阳极法，就是将电极电位较负〔较活泼〕的金属或其合金连接在被保护的设备上，如在钢铁设备上连接一块Zn、Mg或Al合金，使它们在形成的原电池中作为阳极而被腐蚀，从而使金属设备作为阴极受到保护，这种被牺牲的阳极须定时更换。
外加电流法，是在体系中连接一块导流电极〔石墨、铂或镀钌、钛、高硅铁、废钢等〕作为阳极，当外部导入的阴极电流使局部阴极电流与局部阳极电流相等、方向相反而相互抵消时，金属腐蚀停止，达到保护设备的目的。
阴极保护广泛用于土壤和海水中的金属结构、装置等，如管道、电缆、海船、港湾码头设施、钻井平台、水库闸门、油气井等。
为了减少电流输入，延长使用寿命，阴极保护法一般和金属表面涂料法联合应用，是一种经济简便、行之有效的金属防腐方法。
⑤阳极保护
一些可以钝化的金属，当从外部通入电流，电位随电流上升，达到致钝电位后，腐蚀电流急速下降，后随电位上升，腐蚀电流不变，直到过钝区为止〔如图3-1〕。
利用这个原理，以要保护的设备为阳极导入电流，使电位保持在钝化区的中段，腐蚀率可保持很低值。
阳极保护法需要一台恒电位仪以控制设备的电位〔以免波动时进入活化区或过钝化区〕。
由于只适用于可钝化金属，所以这种方法的应用受到限制。
阳极保护法在工业上用于生产、处理H2SO4、H3PO4、NH4HCO3溶液、NH4NO3复合肥等的不锈钢或碳钢制容器和设备等。
⑥合金化
在基体金属中加入一定比例的能促进钝化的合金成分，便得到耐蚀性优良的材料。
如Fe中加入Cr,当Cr含量达到12%以上时，就成为不锈钢，在氧化环境中它的表面可以生成钝化膜，有很高的耐蚀性。
铬钢中加入Ni，可扩大钝化范围，还可提高机械性能。
含Cr18%、Ni8%的Cr-Ni不锈钢是工业和民用中应用最广的耐蚀合金。
镍铜合金中的镍大于30%~40%时，它们比纯Cu和纯Ni的耐蚀性在一些环境中更优越。
一系列Ni合金是有名的耐蚀材料，如镍铸铁有优良的耐碱性；Ni-Mo-Cr合金是少数能耐高温非氧化性酸〔如HCl〕的合金；Ni-Al-Cr-Fe合金能耐高温氧化性酸、次氯酸盐、海水等，比一般不锈钢更好。
⑦表面处理
金属保护中常用对其表面进行处理以防止腐蚀。
金属在接触使用环境之前，先用钝化剂或成膜剂〔铬酸盐、磷酸盐、碱、硝酸盐和亚硝酸盐混合液等〕处理，表面生成稳定密实的钝化膜，抗蚀性大大增加。
例如，铝经过阳极处理，表面可以生成比在大气中生成的更为致密的膜，这类膜在温和的腐蚀环境〔大气和水〕中有优良的抗蚀能力。
钢铁部件表面发蓝〔生成四氧化三铁的化学转化膜〕也是一个广为应用的例子。
在金属表面处理时，一般将钢铁部件放在充满Cr、Al、Si的粉末中或金属蒸气中，将易钝化的合金成分如Cr、Mo、Si渗入钢铁表面，进行热渗镀，表面渗镀层在氧化性环境内产生钝化膜，它的抗高温氧化能力和某些耐蚀性优于底层钢。
较新的一种表面技术是离子注入法，一般用离子注入机，使B、C、P、Si、N、Mo、Pd、Pt等元素或贵金属电离、加速，高能离子与基体金属相撞击进入表面，形成一定深度和浓度的非晶态合金层，具有比基体金属高得多的耐蚀性。
⑧金属镀层和包覆层
在钢铁底层上常用电镀一薄层更耐腐蚀的金属〔如Cr、Ni、Pb等〕的方法来保护钢铁制品。
如果用金属Zn、Cd等作镀层，构成腐蚀电池的极性那么与上述相反，镀层微孔内裸露的钢为阴极，Zn或Cd的镀层为阳极，通过牺牲阳极，使钢得到阴极保护。
镀Sn的Fe〔马口铁〕广泛用于食品罐头，虽然Sn的标准电极电位高于Fe，但在食品有机酸中却低于Fe，也可起牺牲阳极的作用。
镀层如为贵金属〔Au、Ag等〕、易钝化金属〔Cr、Ti〕以及Ni、Pb等时，由于它们的电极电位比Fe高，如果出现破损，在电极反应中这些金属将成为阴极，会加速底层铁的腐蚀，因此这类镀层不适于强腐蚀环境〔如酸〕，但可用于大气、水等环境。
除了电镀外，还常用热浸镀〔熔融浸镀〕、火焰喷镀、蒸气镀和整体金属薄板包镀等方法。
⑨涂层
用有机涂料保护大气中的金属结构是应用最广的传统防腐手段。
市售各类油漆、清漆等都属于这一类，主要是由合成树脂、植物油、橡胶浆液、溶剂、助干剂、颜料、填料等配制而成，品种很多，过去以植物油为主的油漆现在多被合成树脂漆所替代。
这些涂料覆盖在金属表面，干后形成多孔薄膜，虽然不能使金属与介质完全隔绝，但增大介质通过微孔的扩散阻力和溶液电阻，使腐蚀电流下降。
在缓和的环境〔如大气、海水等〕中，微孔底金属腐蚀缓慢，腐蚀产物可堵塞微孔，有很长的使用寿命。
这种方法不适于强腐蚀溶液〔如酸〕中，因为金属腐蚀迅速并产生氢气，会使漆膜破裂。
涂料涂层的程序：
首先是表面处理，这是最重要的一环，表面锈垢、油污等要彻底除净，否那么会影响涂层与金属的黏结力；其次是选用底漆，一般加入红丹、铅酸钙、铬酸锌和锌粉等缓蚀剂，当微孔中渗入介质后可起缓蚀作用；最后是面漆，除了耐蚀外，美观也很重要。
一般要涂几层面漆，使微孔尽量减少。
常用的合成树脂优良品种有：
环氧树脂、聚氨酯、氯磺化聚乙烯、氯化聚醚、酚醛、呋喃〔糠醇〕等。
沥青是廉价但性能优良的涂料，也常和环氧树脂等混合应用于地下管道。
天然树脂生漆是我国特产，具有优良耐酸性和耐碱性，是一种高级涂料。
无机涂层中广泛应用的是以锌粉为主的富锌漆，以合成树脂为黏结剂，干后表面锌膜是导电的，作用和阴极保护相同，在大气中可使用很久，也可用于较高的温度环境。
⑩衬里
适用于跟强腐蚀介质接触的设备内部，如盐酸、稀硫酸的储槽用橡胶或塑料衬里、储放硝酸的钢槽用不锈钢薄板衬里等。
耐酸砖〔硅砖〕也广泛用于衬里，耐火砖衬里那么可起隔热作用，搪瓷耐酸性强，广泛用于食品、医药等工业，可保证产品质量。
5?
水泥
制造水泥的主要原料是石灰石〔80%~90%〕、黏土〔10%~15%〕和铁矿粉〔1%~2%〕。
为了控制凝结速率，还要在熟料中加入3%以下的石膏。
〔1〕水泥生料煅烧成熟料的物理、化学变化过程
混合生料进入回转窑的上端，受热到100℃时，主要是水分蒸发，这一段叫干燥带。
干燥的生料继续在窑中前进，在与更热的气体相遇时，被加热到600℃左右，这时发生有机物燃烧和高岭土脱水。
此时，由于黏土可塑性降低，块料粉碎成粉料，这一段叫预热带。
温度升高到900℃，石灰石发生分解，生成的CaO和黏土中的二氧化硅、氧化铝开始发生固态反应，这一段叫分解带。
当温度升高到1100℃以上，CaO和酸性氧化物的反应加快。
上述反应主要是：
这一段叫煅烧带或称放热反应带。
温度到达1400℃左右，窑内物料开始烧结，部分开始熔融。
这时硅酸二钙仍保持为固态，熔于熔融液里，与游离的CaO继续反应生成硅酸三钙〔3CaO·SiO2〕。
硅酸三钙以微小的结晶析出，即成熟料。
这一段称为烧结带。
经过烧结带后，熟料开始冷却而出窑，这一段叫冷却带。
〔2〕熟料中加入石膏，延缓水泥硬化速率
首先来分析一下水泥的硬化过程：
水泥配上适当分量的水后，调和成浆，经过相当时间，凝固成块，最后成为坚硬如石的物体，这一过程叫做水泥的硬化。
硬化时发生以下反应：
3CaO·SiO2+2H2O=2CaO·SiO2·H2O+Ca（OH）2（水解）
2CaO·SiO2+H2O=2CaO·SiO2·H2O（水化）
3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O（水化）
第一个反应生成的Ca（OH）2由于开始时量少而溶解，随着量的增多，变成饱和溶液而后析出胶体Ca（OH）2，引起水合硅酸钙和水合铝酸钙凝成凝胶状胶体，这时水泥具有可塑性。
胶状物经过一段时间，渐渐变结实，水泥就失去可塑性而凝结了。
由于以上反应随着时间增加从水泥表面向内部慢慢进行，使凝胶更多且更结实。
同时在形成胶体时，氢氧化钙凝胶和水合铝酸钙开始结晶，随着时间的增加，结晶的量增多，形成的晶体和无定形水合硅酸钙相结合，使之机械强度不断增大而硬化。
在水泥组成中，与水作用的速率最大的是铝酸三钙和硅酸三钙，因此它们的含量对水泥的凝结硬化速率起着主要作用。
当加入石膏时，硫酸钙和铝酸三钙作用，生成难溶的铝硫酸钙。
由于这种化合物的生成，减小了铝酸三钙的作用，使胶凝速率变慢，因而延迟水泥的凝结时间和硬化速率。
教学资源〔2〕
教学资源（6-10）
6玻璃
〔1〕玻璃生产时的物理、化学变化过程
在生产玻璃时，熔炉里的原料熔融后发生了比较复杂的物理、化学变化。
以普通玻璃生产为例，主要反应过程是以下几个步骤：
开始加热时，粉料在100~120℃的范围内开始脱水，在600℃时，石灰石和纯碱通过以下反应生成钙钠的复盐。
CaCO3+Na2CO3=CaNa2（CO3）2
在600~680℃时，所生成的复盐与SiO2开始反应。
CaNa2（CO3）2+2SiO2=Na2SiO3+CaSiO3+2CO2↑
在740~800℃时，低熔混合物〔Na2CO3?
CaNa2（CO3）2〕开始熔化，并不断地和SiO2作用。
Na2CO3+CaNa2（CO3）2+3SiO2=2Na2SiO3+CaSiO3+3CO2↑
CaO熔体与SiO2的反应是在890~900℃时开始的。
CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑
在1010℃时，尚未起反应的CaO也和SiO2形成硅酸钙。
CaO+SiO2=CaSiO3
全部物质在略高于1200℃时熔化，冷却以后即形成玻璃。
〔2〕玻璃态
玻璃态是介于结晶态和无定形态之间的一种物质状态。
玻璃态物质的结构特点是，它的粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但又不像无定形体那样无规那么排列，人们把玻璃态的这种结构特征称为“短程有序、远程无序”。
就是说，从小范围来看，它有一定的晶型排列，从整体来看，却像无定形物质那样是无晶形的排列规律。
所以玻璃态物质没有一定熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化变为液态。
〔3〕钢化玻璃的机械强度
普通玻璃内由于存在着较大的内应力而易脆，机械强度不大。
为了消除这种内应力，必须在生产玻璃时用偏光仪观察玻璃内应力的变化情况。
当温度达到某一下限时，内应力开始减小，再加热至温度上限，内应力全部消失。
生产钢化玻璃时，温度必须略超过上限，而后急剧冷却，就好像钢淬火一样，所以叫做钢化玻璃。
钢化玻璃大大改变了内应力的紧张状态，因而减小了它的脆性，其机械强度增大。
7?
光导纤维
光导纤维简称光纤，是最近30年来迅速发展起来的以传光和传像为目的的一种光波传导介质。
光纤的最大应用是激光通信，即光纤通信〔用激光作为光源，以光纤做成光缆〕。
它具有信息容量大〔一根光纤能传送几千对信息〕、重量轻〔每公里同轴电缆需铜1.1t，而石英光纤只需几公斤〕、抗干扰、保密性好、耐腐蚀等优点，是一种极为理想的信息传递材料。
此外，光纤还可用于电视传真电话、光学、医学〔如胃镜等各种人体内窥镜〕、工业生产的自动控制、电子和机械工业等各个领域。
人们还可以在光纤通信网络上进行视频点播、观看有线电视、进行计算机网络通信，甚至坐在家里就能办公、进行远程教学，所以有人将它看作是“信息社会”的一个重要标志。
光纤大多呈圆柱状，断面像铅笔〔但包皮较薄〕，中心是一支由高折射率的透明光学玻璃或塑料制成的细纤维芯〔直径几十微米〕，外面是一层低折射率的包皮〔包皮的材料可以是塑料或玻璃〕，从而使入射的激光在芯料和包皮料的界面上发生光的全反射，所以入射光几乎全部被封闭在芯料内部，经无数次全反射呈锯齿形向前传播，使光信号从一端送到纤维的另一端。
这就是光纤传送信号的基本原理。
为了减少传光损耗，对光纤材料的纯度要求很高〔比半导体材料的纯度还要高100倍〕，而且还要求材料具有光学均匀性。
光纤材料有氧化物玻璃光纤、非氧化物光纤和聚合物光纤三类。
氧化物玻璃光纤中性能最好、应用较广的是石英光纤，此外，还包括多元氧化物光纤，如SiO2-CaO-Na2O、SiO2-B2O3-Na2O等光纤。
非氧化物光纤有氟化物玻璃〔如ZrF4-BaF2-LaF3〕、硫族化合物玻璃〔如As-S及As-Se系〕和卤化物玻璃〔如ZnCl2、KCl-BiCl3、ZnBr2〕。
聚合物光纤的材料有聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。
石英光纤的组成以SiO2为主，添加少量的GeO2、P2O3及F等以控制光纤的折射率。
它具有资源丰富、化学性能极其稳定、膨胀系数小，容易在高温下加工，且光纤的性能不随温度而改变等优点。
8?
氮化硅陶瓷
目前最有代表性的耐热高强结构材料首推氮化硅〔Si3N4〕。
它可用多种方法合成，工业上普遍采用高纯硅与氮气在1300℃反应获得：
也可用化学气相沉积法，使卤化硅与氮气在氢气氛保护下反应：
产物Si3N4沉积在石墨基体上。
组成氮化硅的两种元素的电负性相近，属强共价键结合，所以氮化硅的硬度高〔耐磨损〕、熔点高〔耐高温〕、结构稳定、绝缘性能好，因此是制造高温燃气轮机的理想材料。
因为燃气轮机的气体温度越高，热效率就越高，如制成全Si3N4陶瓷汽车发动机，发动机的工作温度能稳定在1300℃左右，由于燃料充分燃烧而又不需要水冷系统，可使热效率提高20%以上，而且发动机的质量可以下降2/3左右。
由于陶瓷的密度小，作为结构材料还可以降低自重，所以对航空航天事业也很有吸引力。
氮化硅陶瓷存在的一个缺陷是抗机械冲击强度偏低，容易发生脆性断裂。
氮化硅陶瓷的韧化是材料科学工作者的一个新课题，添加ZrO2或HfO2可制得增韧氮化硅陶瓷。
近期研究说明，纳米陶瓷可大大提高韧性。
我国从20世纪60年代开始研究和开发氮化硅陶瓷，在70年代初就取得了初步的应用成果。
近年，上海硅酸盐研究所研究成功一种高温性能优异的氮化硅陶瓷材料，综合性能属国际领先，成功地实现了从室温到1300℃材料强度保持不降的目标，是一种在高温燃气轮机、高温轴承等领域应用的理想材料。
9?
生物陶瓷
生物陶瓷是指与生物体
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