无机非金属材料

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无机非金属材料

  如果在玻璃配料中加入少量金、银、铜等金属盐类作晶核,诱使玻璃形成很小的晶胞,就可获得晶体颗粒在0.05~1微米(1微米=1×10米)的微晶玻璃。它晶格致密,强度高,抗弯强度是普通玻璃的7~12倍。微晶玻璃耐高温性能好,在1300℃时才会软化;耐热冲击,在900℃时投入冷水中也不会破裂;耐磨、耐腐蚀并且能透过微波用作导弹的雷达罩,也可用于生产特殊轴承。

  在微晶玻璃中加入感光金属盐类,就制成光敏微晶玻璃。它具有跟照相底片一样的功能,一经加热就会显示出图像来。这种玻璃在光刻、光蚀技术以及集成电路生产中非常有用。

  玻璃晶莹透明,是生产光学仪器的重要材料。13世纪时,威尼斯人用玻璃制成了眼镜,16世纪时,人们又发明了望远镜和显微镜,光学玻璃的高性能是这些仪器发挥作用的关键。1886年,德国科学家阿贝和肖特系统地研究了氧化钡、硼酸盐等对玻璃性能的影响,研制出高性能的光学玻璃,在生产和生活中得到了广泛应用。随着光学和化学的发展,人们又研制出性能更高,用途更广的光学玻璃。如在原子能工业中,在作为观察窗和观察镜的玻璃中就加入硼和镉的氧化物以吸收中子流,加入氧化钡、氧化铝以吸收γ射线。

  有色玻璃是一种常见的光学玻璃。古代人凭经验开始少量研制,到了20世纪,光学的发展揭开了有色玻璃滤色的机理,人们据此制成了各种光色玻璃,具有选择某些特定光线的能力。例如:为了保护珍贵书籍,应当避免紫外线的长期照射,人们采用含有氧化铬、氧化钒的玻璃作图书馆的窗玻璃,就可阻止紫外线进入书库。近年来人们根据光色互变原理制成了变色玻璃,它是在玻璃中加入卤化银并经适当热处理,使卤化银部分沉淀为微晶,当强光照射时,卤化银分解为卤素和银,使玻璃变暗,减少光线透过;当无光照时,卤素与银又结合为卤化银,形成无色晶体。这种变色玻璃作成变色眼镜和汽车前窗玻璃,对保护视力很有好处。最近人们又研制成功了单透玻璃,它只允许光线单向通过,从玻璃一侧看过去,一切清晰;而从另一侧看过来,则什么也看不见,这种玻璃作汽车车窗和办公楼窗户都很棒。

  玻璃纤维是20世纪30年代问世的新产品。用先进的技术把熔化的玻璃拉成细丝,就成为玻璃纤维。随着技术水平的提高,玻璃丝越拉越细,已超过羊毛和棉纱,从此玻璃制品告别了脆性而成为抗拉强度很高的纤维。用玻璃纤维制成的绳子、缆等比钢绳轻,在建筑、航海上有广泛用途;用玻璃纤维制成的布,既耐高温又不怕腐蚀,并且具有绝缘隔热性能,因而在电机、化工、冶金、交通、国防等部门都受到青睐。

  光导纤维也是一种玻璃纤维,它用一种折射率较高的玻璃作芯子,用另一种折射率较低的玻璃作包皮,套制而成。由于玻璃的光学特性,光可以通过光导纤维向远方传递,就像电线传递电信号一样。光导纤维愈细愈纯,在传输中光能的损耗就愈少。光导纤维传递信号的能力很大,一根比头发丝还细的光导纤维能传递上千路电话;光缆根本不受电杂音干扰,可以和电线捆在一起而不失真,并且重量轻,占地少,特别适合作高效的通讯交流使用。光纤通讯技术将是通讯史上的一次重大变革,目前各国都在努力研究。

  水泥

  水泥是一种水硬性材料,普通建筑材料遇水会松垮,而水泥着水后却逐渐结硬而生成坚硬的人造石,在水泥中掺入砂子后用水调成砂浆,对砖瓦、石头等有良好的粘着力,用来砌墙,是一种很好的粘合剂。水泥和砂子、碎石掺在一起加水搅拌就成为混凝土,它具有很好的抗压性能,但抗拉强度差。用水泥包着钢筋后生成的钢筋混凝土,则具有优异的性能,它开辟了建筑史上的一个新纪元。多少巍峨矗立的高楼,多少凌空飞架的桥梁,都是钢筋混凝土结构。

  普通水泥的主要成分是硅酸盐,是用粘土和石灰石在回转窑内烧制成的,是普通建筑的常用材料。按国家标准,普通水泥分六个标号,即200,250,300,400,500,600。水泥标号越高,强度越高,可根据需要选用。

  普通水泥的耐磨和耐高温性能尚不能令人满意,于是人们又开发了各种高性能水泥。在普通水泥中掺入20%~50%的火山灰,得到的火山灰水泥非常耐冲刷,是建筑水库、水电站的好材料;在普通水泥中掺入20%~85%的高炉矿渣,制得的矿渣水泥可耐高温;在普通水泥中加入石膏和膨胀剂,可制得膨胀水泥,在隧道、涵洞修补上极为有用。

  目前每年全世界水泥的产量已超过8亿吨,可见水泥之重要。人们正在开发各种特殊水泥,如耐油防水的抗渗水泥,抗酸碱腐蚀的耐酸碱水泥,能阻止放射线渗透的放射物的包封用水泥等等。