《导学教案》第七章 第三节 新型无机非金属材料（三课时）
[教学目标]1、初步了解新型无机非金属材料，认识材料科学的重要与发展。
2、熟悉化学在社会——科技——教育（STS）的重要地位与作用。
3、培养科教兴国的责任感和开拓创新的科研精神。
[教学重点]1、新型无机非金属材料的特点和用途
2、材料科学的沿革：传统——新型（精细）——纳米
[教学难点]1、无机非金属材料的分类方法及典型范例
2、新型材料的特殊能与纳米材料的特异、性能
[教学设计] 武汉中学 谢吉麟
[教学方法] 网络信息，课件展示，实物标本，主体主动与主导指导的研讨法
[教学用具] 多媒体技术，课件投影
[教学程序] 第一阶段：布置专题研究性学习的提纲，引导自学和调查咨询；（一课时示范）
第二阶段：分三阶段（传统——新型——纳米）宣讲论文，并作专题答辩；（两课时宣讲）
第三阶段：评选、公布优秀论文，列成本专题的论文集册。
实施步骤：
第一阶段：一、新型的无机非金属材料比传统的材料有哪些优良特性？
（研讨题纲）1、传统生产工艺的：水泥、玻璃、陶瓷、搪瓷、耐火材料、碳素材料等；
新型生产工艺的：复合材料如陶瓷基、碳素基、金属基等复合；
列表《教师用书》P169表7—2 多孔材料如硅藻土、分子筛等多孔玻璃、多孔陶瓷。
2、教材P157的“高温结构陶瓷”、P158“光导纤维”（玻璃）、P159“人造宝石”
投影课件：展示成果[氮化硅（SiC）等高温结构陶瓷的发动机]
3、实物样品：高压纳灯（透明陶瓷）、光缆与光纤（物理实验室有）
人造红宝石（机械表“19钻”）、煤气灶电子打火（压电陶瓷）、
人造牙齿[生物陶瓷、超导陶瓷（钇钡铜氧化物、Cs3C60等）]
二、调查并收集新型无机非金属材料的广泛应用实例：
[提示] 1、高温结构陶瓷：（1）3Si+2N2 1300℃ Si3N4
(2) 3SiC14+2N2+6H2—→Si3N4+12HC1
还有碳化硅（SiC）、二氧化锆(ZrO2)等
2、透明陶瓷：透明氧化铝陶瓷、烧结白刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化钇、二氧化锆；非氧化物透明陶
瓷：如砷化镓（GaAs）、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)等。
3、光导纤维：高纯度的SiO2拉出直径几十微米的细丝作内芯,折射率较高;外层为包层,折射率较
低。由于内外两层折射率的差别，使进入内芯的光始终在内芯传播。如果光纤的光损耗
为0.15dB•km-1,传送距离可达500km;如果降到10-4dB•km-1时，则可传输2500km。用
最新的氟玻璃制成的光导纤维。可把光信号传输到太平洋彼岸而不需任何中继站。
4、生物陶瓷：生物相容性好、血肉相容性好、不引起代射异常，对人体无毒且不会致癌等优质陶瓷可植
入人体。如氧化铝陶瓷做成的假牙膝关节、肘关节、肩、髋、指关节等；ZrO2陶瓷制造
牙根、骨和股关节等。
5、导超陶瓷：在一定温度下具有超导电性的物体称为超导体。人们期望找到高温超导体。近几年，
人们发现C60与碱金属形成的AxC60都是超导体，而且属三维超导。一旦室温超导体
实现实用化、工业化将会推进现代社会的科技发展；如超导发电机、功率损失可减少
50%；又如磁力悬浮高速列车可达500m•h-1以上；并且可控热核聚变，可长距离无损
耗输电等。
6、纳米陶瓷：纳米技术是指用单个原子或分子作材料建造物体的技术。把陶瓷粉体的颗粒加工到纳
米级（10-9m）来制造陶瓷材料叫纳米陶瓷。它具有奇特的光、电、磁、热、力和化学
性能。它可制造微型宇宙飞船、微型机器人等。而微型机器人可进入的血管，清除血
管上的胆固醇、防治脑血栓等。
第二阶段：
（论文宣讲）预计两课时。每位学生宣讲论文2—3分钟，可以展示自制课件或自印资料。
宣讲要点：（1）论题、论点、论据；（2）资料、调查报告；（3）我的见解和创意（可
板书：化学反应、设计流程及关键字词等）。
第三阶段：
（论文评选）1、每位学生都有全班论文目录，兼作评判的打分表。每篇论文都按：（1）科学性（2）知识性
（3）独创性（4）新颖性（5）严谨性五方面标准（各占20分）打分。
2、由学习委员和各科代表组成学术委员会主持宣讲、答辩和汇集评分单，排列名次顺序。
3、表奖60%的优秀论文：分一等奖（占10%）、二等奖（占20%）、三等奖（占30%）。班级墙
报刊登优秀论文，突出特优的推荐发表。本专题论文全部装订成册。
[教学回顾] 学生归纳，教师总结。1、知识板块__________ 2、能力训练__________ 3、思维训练___________
研究性讨论：陶瓷材料最大的弱点是性脆不韧，现有什么方法可能克服这种弱点？
应用性课题：无冷却式陶瓷发动机汽车（我国1990年装配并试车），其陶瓷发动机材料选用的是氮化硅。试研
讨氮化硅如何制备？它具有哪些特异性能？用它做飞机上的涡轮发动机有何优越性？
《参考资料》1、什么是复合材料？
原有的三大材料：金属材料易腐蚀、合成高分子材料易老化不耐高温、陶瓷材料性脆易碎裂等缺点。
若将这三类不同的材料通过复合工艺组合成为新的复合材料。例如砂子、砾石与水泥混合在一起
是复合材料（砼）；钢筋水泥是复合材料。将增强体与基体结合在一起，形成一种能发挥两者各自优点的材料，
称为复合材料。
2、什么是纤维增强陶瓷基复合材料？
基体陶瓷大体有A12O3，MgO•A12O3, SiO2, A12O3•ZrO2, Si3N4, SiC等。增强材料有碳纤维、碳化硅纤
维和碳化硅晶须（晶体长形成的针状短纤维）。纤维增强陶瓷的韧性，这是解决陶瓷脆性的途径之一。由纤维
增强陶瓷做成的陶瓷瓦片，用粘接剂贴在航天飞机机身上，使航天飞机能安全地穿越大气层回到地球上。
3、什么是玻璃钢？
由玻璃纤维——熔融玻璃极速拉成的细丝，直径为5—10μm强度比化纤高出5—30倍——作增强材料，
采用聚酯类树脂或者尼龙、聚乙烯、聚丙烯、环氧、酚醛和有机硅树脂等作为玻璃纤维增强树脂的基体，
二者复合而成的材料。它具有强度高、质量轻、耐腐蚀、抗冲击、绝缘性好等优良性能，已广泛应用于飞
机、汽车、船舶、建筑和家俱行业。
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