1、目錄 一.無機非金屬材料定義 二.起源及發展歷史 三.材料特性及生產工藝 四.光導纖維一.無機非金屬材料定義 無機非金屬材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。無機非金屬材料的提法是20世紀40年代以后，隨著現代科學技術的發展從傳統的硅酸鹽材料演變而來的。無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。常見的幾種無機非金屬材料1.水泥2.玻璃3.陶瓷LOGO二.起源及發展歷史n 舊石器時代人們用

2、來制作工具的天然石材是舊石器時代人們用來制作工具的天然石材是最早的無機非金屬材料。在公元前最早的無機非金屬材料。在公元前60006000前前50005000年中國發明了原始陶器。中國商代（約公元前年中國發明了原始陶器。中國商代（約公元前1717世紀初約前世紀初約前1111世紀）有了原始瓷器，并出現了世紀）有了原始瓷器，并出現了上釉陶器。以后為了滿足宮廷觀賞及民間日用、上釉陶器。以后為了滿足宮廷觀賞及民間日用、建筑的需要，陶瓷的生產技術不斷發展。公元建筑的需要，陶瓷的生產技術不斷發展。公元200200年（東漢時期）的青瓷是迄今發現的最早瓷年（東漢時期）的青瓷是迄今發現的最早瓷器。陶器的出現促進了

3、人類進入金屬時代，中國器。陶器的出現促進了人類進入金屬時代，中國夏代（約公元前夏代（約公元前2222世紀末至約前世紀末至約前2121世紀初約前世紀初約前1717世紀初）煉銅用的陶質煉鍋，是最早的耐火材世紀初）煉銅用的陶質煉鍋，是最早的耐火材料。鐵的熔煉溫度遠高于銅，故鐵器時代的耐火料。鐵的熔煉溫度遠高于銅，故鐵器時代的耐火材料相應地也有很大發展。材料相應地也有很大發展。1818世紀以后鋼鐵工業世紀以后鋼鐵工業的興起，促進耐火材料向多品種、耐高溫、耐腐的興起，促進耐火材料向多品種、耐高溫、耐腐 蝕方向發展。公元前蝕方向發展。公元前37003700年，埃及就開始有簡單年，埃及就開始有簡單的玻璃珠作

4、裝的玻璃珠作裝 飾品。飾品。LOGO二.起源及發展歷史n 公元前公元前 1000 1000年前，中國也有了白色穿孔的年前，中國也有了白色穿孔的玻璃珠。公元初期羅馬已能生產多種形式的玻璃玻璃珠。公元初期羅馬已能生產多種形式的玻璃制制 品。品。1000100012001200年間玻璃制造技術趨于成熟年間玻璃制造技術趨于成熟，意大利的威尼斯成為玻璃工業中心。，意大利的威尼斯成為玻璃工業中心。16001600年后年后玻璃工業已遍及世界各地區。公元前玻璃工業已遍及世界各地區。公元前30003000前前20002000年已使用石灰和石膏等氣硬性膠凝材料。隨年已使用石灰和石膏等氣硬性膠凝材料。隨著建筑業的發

5、展，膠凝材料也獲得相應的發展。著建筑業的發展，膠凝材料也獲得相應的發展。公元初期有了水硬性石灰，火山灰膠凝材料，公元初期有了水硬性石灰，火山灰膠凝材料，17001700年以后制成水硬性石灰和羅馬水泥。年以后制成水硬性石灰和羅馬水泥。18241824年年英國英國J.J.阿斯普丁發明波特蘭水泥。上述陶瓷、耐阿斯普丁發明波特蘭水泥。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要成分均為硅酸鹽，火材料、玻璃、水泥等的主要成分均為硅酸鹽，屬于典型的硅酸屬于典型的硅酸LOGO二.起源及發展歷史n 鹽材料。鹽材料。 18 18世紀工業革命以后，隨著建筑世紀工業革命以后，隨著建筑、機械、鋼鐵、運輸等工業的興起，無機非

6、金屬、機械、鋼鐵、運輸等工業的興起，無機非金屬 材料有了較快的發展，出現了電瓷、化工陶瓷、材料有了較快的發展，出現了電瓷、化工陶瓷、金屬陶瓷、平板玻璃、化學儀器玻璃、光學玻璃金屬陶瓷、平板玻璃、化學儀器玻璃、光學玻璃、平爐和轉爐用的耐火材料以及快硬早強等性能、平爐和轉爐用的耐火材料以及快硬早強等性能優異的水泥。同時，發展了研磨材料、碳素及石優異的水泥。同時，發展了研磨材料、碳素及石墨制品、鑄石等。墨制品、鑄石等。LOGO二.起源及發展歷史n 20 20世紀以來，隨著電子技術、航天、能源、世紀以來，隨著電子技術、航天、能源、計算機、通信、激光、紅外、光電子學、生物醫計算機、通信、激光、紅外、光電

7、子學、生物醫學學 和環境保護等新技術的興起，對材料提出了和環境保護等新技術的興起，對材料提出了更更 高的要求，促進了特種無機非金屬材料的迅高的要求，促進了特種無機非金屬材料的迅速發展。速發展。30304040年代出現了高頻年代出現了高頻 絕緣陶瓷、鐵絕緣陶瓷、鐵電陶瓷和壓電陶瓷、鐵氧體（又稱磁性瓷）和熱電陶瓷和壓電陶瓷、鐵氧體（又稱磁性瓷）和熱敏電阻陶瓷等。敏電阻陶瓷等。50506060年代開發了碳化硅和氮化年代開發了碳化硅和氮化硅等高溫結構陶瓷、氧化鋁透明陶瓷、硅等高溫結構陶瓷、氧化鋁透明陶瓷、氧化氧化鋁快離子導體陶瓷、氣敏和濕敏陶瓷等。至今，鋁快離子導體陶瓷、氣敏和濕敏陶瓷等。至今，又出現

8、了變色玻璃、光導纖維、電光效應、電子又出現了變色玻璃、光導纖維、電光效應、電子發射及高溫超導等各種新型無機材料。發射及高溫超導等各種新型無機材料。三三. .材料特性及生產工藝材料特性及生產工藝 普通無機非金屬材料的特點是：耐壓強度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。此外，水泥在膠凝性能上，玻璃在光學性能上，陶瓷在耐蝕、介電性能上，耐火材料在防熱隔熱性能上都有其優異的特性，為金屬材料和高分子材料所不及。但與金屬材料相比，它抗斷強度低、缺少延展性，屬于脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，制造工藝較復雜。 特種無機非金屬材料的特點是：各具特色。例如：高溫氧化物等的高溫抗氧化特性；氧化鋁、氧化鈹陶瓷的高頻絕

9、緣特性；鐵氧體的磁學性質；光導纖維的光傳輸性質；金剛石、立方氮化硼的超硬性質；導體材料的導電性質；快硬早強水泥的快凝、快硬性質等。各種物理效應和微觀現象。例如：光敏材料的光-電、熱敏材料的熱電、壓電材料的力電、氣敏材料的氣體-電、濕敏材料的濕度-電等材料對物理和化學參數間的功能轉換特性。不同性質的材料經復合而構成復合材料。例如：金屬陶瓷、高溫無機涂層，以及用無機纖維、晶須等增強的材料。四四. .光導纖維光導纖維發展歷史 1880-AlexandraGrahamBell發明光束通話傳輸發明光束通話傳輸 1960-電射及光纖之發明。電射及光纖之發明。 1966-華裔科學家華裔科學家“光纖之父光纖之

10、父”高錕高錕 預言光纖將用于通預言光纖將用于通信。信。 1970-美國康寧公司成功研制成傳輸損耗只有美國康寧公司成功研制成傳輸損耗只有20dm/km的光纖。的光纖。 1977-首次實際安裝電話光纖網路。首次實際安裝電話光纖網路。 1978-FORT在法國首次安裝其生產之光纖電。在法國首次安裝其生產之光纖電。 1979-趙梓森拉制出我國自主研發的第一根實用光纖，趙梓森拉制出我國自主研發的第一根實用光纖，被譽為被譽為“中國光纖之父中國光纖之父”。 1990-區域網路及其他短距離傳輸應用之光纖。區域網路及其他短距離傳輸應用之光纖。 2000-到屋邊光纖到屋邊光纖=到桌邊光纖。到桌邊光纖。 2005

11、FTTH(Fiber To The Home)光纖直接到家庭。光纖直接到家庭。 光導纖維簡稱光纖。光導纖維簡稱光纖。是光通信的傳輸材料是光通信的傳輸材料。是像頭發絲那樣細。是像頭發絲那樣細的透明玻璃纖維制成的透明玻璃纖維制成的光纜。在玻璃纖維的光纜。在玻璃纖維中傳導的不是電信號中傳導的不是電信號,而是光信號而是光信號,故稱其為故稱其為光導纖維。光導纖維。光纖結構 光纖裸纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般光纖裸纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為為50或或62.5m），中），中 間為低折射率硅玻璃包層（直徑間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為一般為125m），最外是加強用的樹脂

12、涂層。），最外是加強用的樹脂涂層。光導纖維及其的工作原理 丁達爾實驗丁達爾實驗光導纖維內芯的折射率大于外層的折射光導纖維內芯的折射率大于外層的折射率率例例1.如圖所示，一透明塑料棒的折射率為如圖所示，一透明塑料棒的折射率為n,光線由棒的一端面射入，當入射角光線由棒的一端面射入，當入射角i在一定在一定范圍內變化時，光將全部從另一端面射出。范圍內變化時，光將全部從另一端面射出。當入射角為當入射角為i時，光在棒的內側面恰好發生時，光在棒的內側面恰好發生全反射。全反射。 例例2.2.如圖所示，一條長度為如圖所示，一條長度為L L=5.0m=5.0m的光導纖維的光導纖維用折射率為用折射率為n n= =

13、的材料制成。一細束激光由其的材料制成。一細束激光由其左端的中心點以左端的中心點以= 45= 45的入射角射入光導纖維的入射角射入光導纖維內，經過一系列全反射后從右端射出。求：該內，經過一系列全反射后從右端射出。求：該激光在光導纖維中的速度激光在光導纖維中的速度v v是多大？該激光在光是多大？該激光在光導纖維中傳輸所經歷的時間是多少？導纖維中傳輸所經歷的時間是多少？ 2二二. .光纖通訊光纖通訊光導纖維光導纖維 光導纖維的用途非常廣泛在醫學上可用光導纖維窺視人光導纖維的用途非常廣泛在醫學上可用光導纖維窺視人體內部的情況，或把體內的病變情況用光導纖維傳送出圖像，體內部的情況，或把體內的病變情況用光

14、導纖維傳送出圖像，供醫生直接觀察或拍出照片以作進一步的研究如果把能量足供醫生直接觀察或拍出照片以作進一步的研究如果把能量足夠大的激光通過光導纖維傳輸到人體內，還可以用激光在體內夠大的激光通過光導纖維傳輸到人體內，還可以用激光在體內作外科手術或制止內出血，如治療胃潰瘍病人的內出血等作外科手術或制止內出血，如治療胃潰瘍病人的內出血等 用激光和光導纖維進行光纖通信，是光纖應用的一個重要用激光和光導纖維進行光纖通信，是光纖應用的一個重要方面，已取得了重大的成就光纖通信的優點很多第一，光方面，已取得了重大的成就光纖通信的優點很多第一，光纖的能量損耗低第二，光纖是電介質，絕緣性能好，不擔心纖的能量損耗低第二，光纖是電介質，絕緣性能好，不擔心被雷擊，并能抗電磁干擾，可在有較強電磁干擾的環境中使被雷擊，并能抗電磁干擾，可在有較強電磁干擾的環境中使用第三，光纖體積小、質量小、易彎曲、可組成各種光纜，用第三，光纖體積小、質量小、易彎曲、可組成各種光纜，便于敷設和維護便于敷設和維護 由于光纖通信有上述優點，在短短的幾十年間已得到迅速由于光纖通信有上述優點，在短短的幾十年間已得到迅速發展我國的北京、天