碳化矽的晶體結構與金剛石相似，屬於原子晶體。其熔點高(2827℃)，硬度與金剛石相近，故又稱金剛砂。應時和過量焦炭的混合物可以在電爐中煆燒以生產碳化矽。
純碳化矽是壹種無色、耐熱、穩定的高硬度化合物。工業因雜質而呈綠色或黑色。
碳化矽在工業上常用作制造砂輪或磨石的磨料和摩擦表面。常用的碳化矽磨料有兩種，壹種是綠碳化矽，含有97%以上的SiC，主要用於磨削堅硬的含金工具。另壹種是黑色碳化矽，有金屬光澤，含95%以上的SiC。其強度高於生碳化矽，但硬度較低。主要用於磨削鑄鐵和非金屬材料。
(2)氮化硼
氮化硼是壹種白色、不溶、耐高溫的物質。BN可以通過用NH4Cl * *熔化B2O3或者在NH3中燃燒硼來制備。通常，氮化硼是石墨結構，俗稱白石墨。另壹種是金剛石型，類似於石墨轉化為金剛石的原理。石墨型氮化硼在高溫(1800℃)和高壓(800Mpa)下可以轉變為金剛石型氮化硼。這種氮化硼中B-N的鍵長(156pm)與金剛石中C-C鍵長(154pm)相近，密度與金剛石相近。其硬度與金剛石相當，但耐熱性優於金剛石。它是壹種新型的耐高溫超硬材料，用於制造鉆頭、磨具和刀具。
㈢硬質合金
碳化物、氮化物、硼化物等。IVB族、VB族和VIB族金屬統稱為硬質合金，因為它們具有極高的硬度和熔點。介紹了硬金的結構、特性和應用，重點介紹了碳化物。
在IVB族、VB族和VIB族金屬與碳形成的金屬碳化物中，由於碳原子半徑小，可以填充在金屬性質的空隙中，保留金屬原有的晶格形式，形成間隙固溶體。在適當的條件下，這種固溶體可以繼續溶解其組成元素，直至達到飽和。所以它們的成分可以在壹定範圍內變化(比如碳化鈦的成分在TIC 0.5和TIC之間變化)，化學式不符合化合價規律。當溶解碳的含量超過壹定限度(如碳化鈦中Ti: C = 1: 1)時，點陣圖形會發生變化，原來的金屬點陣會轉變成另壹種金屬點陣。此時，間隙固溶體稱為間隙化合物。
金屬碳化物，尤其是IVB族、VB族和VIB族的熔點都在3273K以上，其中碳化鉿和碳化鉭分別為4160K和4150K，是已知物質中熔點最高的。絕大多數碳化物的硬度很大，其顯微硬度大於1800kg·mm2(顯微硬度是硬度表示方法之壹，多用於硬質合金和硬質化合物，1800kg·mm2的顯微硬度相當於莫氏-金剛石-硬度9)。許多碳化物在高溫下不易分解，其抗氧化性比其組成金屬強。碳化鈦是所有碳化物中熱穩定性最好的，是壹種非常重要的金屬碳化物。但是，在氧化氣氛中，所有的碳化物都容易在高溫下被氧化，這可以說是碳化物的壹大弱點。
除了碳原子，氮原子和硼原子也可以進入金屬晶格的間隙，形成間隙固溶體。它們的性質與中間碳化物相似，如導電性和導熱性、高熔點、高硬度和脆性。
(4)金屬陶瓷
隨著火箭、衛星、原子能等先進技術的發展，對耐高溫材料提出了新的要求，希望在高溫下具有較高的硬度和強度，能承受劇烈的機械振動和溫度變化，並具有耐氧化腐蝕、高絕緣等性能。難熔金屬和陶瓷很難同時滿足這些要求。金屬具有良好的機械性能和韌性，但高溫下化學穩定性差，易被氧化。陶瓷的特點是耐高溫，化學穩定性好，但最大的缺點是脆性大，機械和抗熱震性低。金屬陶瓷是由Cr、Mo、W、Ti等耐高溫金屬和Al2O3、ZrO3、TiC等高溫陶瓷燒結而成的壹種新型高溫材料。兼具金屬和陶瓷的優點，密度低、硬度高、耐磨、導熱性好，不會因急冷急熱而變脆。它是壹種綜合性能優良的新型高溫材料，適用於高速切削工具、沖壓和冷拔模具、發熱元件、軸承、耐腐蝕零件、無線電技術、火箭技術、原子能工業等。
二、新型陶瓷材料
傳統陶瓷主要以巖石、礦物、粘土等天然材料為原料。而新型陶瓷是由合成的高純度無機化合物制成，在嚴格控制的條件下經過成型、燒結等處理，制成晶體結構精細的無機材料。它具有壹系列優異的物理、化學和生物性能，應用範圍遠非傳統陶瓷，也稱特種陶瓷或精細陶瓷。
新型陶瓷的化學成分主要分為兩類:壹類是純氧化物陶瓷，
例如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等。另壹類是非氧化物陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物和矽化物。按其性能和特點可分為高溫陶瓷、超硬陶瓷、高韌性陶瓷和半導體陶瓷。電解質陶瓷、磁性陶瓷、導電陶瓷等。隨著成分、結構和I: art的不斷改進，新的陶瓷層出不窮。根據其應用的不同，可分為工程結構陶瓷和功能陶瓷。
工程結構中使用的陶瓷稱為工程陶瓷，主要在高溫下使用，也稱為高溫結構陶瓷。這類陶瓷具有高強度、高硬度、抗氧化、耐腐蝕、耐磨損、高溫下耐燒蝕等優點，是航天技術、軍事技術、原子能、工業和化工設備等領域的重要材料。工程陶瓷的種類很多，但目前是世界上研究最多的，最有前途的材料是氯化矽、碳化矽和增韌氧化物。
精密陶瓷氨化矽可以代替金屬制作發動機的耐熱零件，可以大大提高工件的溫度，從而提高熱效率，降低油耗，節約能源，減少發動機的體積和重量，而且還代替了鎳、鉻、鈉等重要的金屬材料，因此被認為是對發動機的壹次革命。氮化矽的制備方法很多，工業上廣泛使用的是在1600K下與純氮反應後得到高純矽:
3Si+2N2 Si3N4
也可采用化學氣相沈積法，使SiCl4 _ 4和N2在H2氣氛保護下發生反應，產物Si3N4在石墨基體上堆積形成致密的Si3N4層。用這種方法得到的氮化矽純度高，其反應如下:
sicl 4+2 N2+6 H2→si3n 4+12 HCl
氯化矽、碳化矽等新型陶瓷也可用於制造發動機葉片、切削工具、機械密封、軸承、火箭噴管、爐管等。，並且有非常廣泛的用途。
利用陶瓷在聲、光、電、磁、熱等物理性質上的特殊功能而制成的陶瓷材料稱為功能陶瓷。功能陶瓷種類繁多，用途各異。例如，根據陶瓷電性能的不同，可制成導電陶瓷、半導體陶瓷、介電陶瓷、絕緣陶瓷等電子材料，可用於制作電子工業中的電容器、電阻器、高溫高頻器件、變壓器等各種電子零件。利用陶瓷的光學性質，可以制造固體激光材料、光纖、光存儲材料和各種陶瓷傳感器。此外，陶瓷還用作壓電材料、磁性材料、基底材料等。總之，新型智能陶瓷材料幾乎滲透到現代科技的各個領域，應用前景十分廣闊。
第三，磁性材料
磁性材料是壹種重要的電子材料。早期的磁性材料主要采用金屬和合金體系。隨著生產的發展，電力工業、電信工程和高頻無線電技術迫切需要壹種高電阻率的高性能磁性材料。在重新研究磁鐵礦和其他磁性氧化物的基礎上，開發了壹種新的磁性材料——鐵氧體。鐵氧體是氧化物系磁性材料，是以氧化鐵和其他鐵族元素或稀土元素為主要成分的復合氧化物，可用於制造各種能量轉換、傳輸和信息存儲的功能器件。
鐵氧體磁性材料按其晶體結構可分為尖晶石型(mfe2o 4)；石榴石型(R3 Fe 5 o 12)；磁鉛石型(mfe 12o 19)；鈣鈦礦型(MFeO3)。其中m是指離子半徑接近Fe2+的二價金屬離子，r是稀土元素。根據鐵氧體用途的不同，可以分為軟磁、硬磁、磁矩磁和壓電磁。
軟磁材料是指壹種在弱磁場下容易磁化和退磁的鐵氧體材料。具有實用價值的軟磁鐵氧體主要是錳鋅鐵氧體Mn-Zn Fe2O4和鎳鋅鐵氧體Ni-Zn FeO4。軟磁鐵氧體的晶體結構壹般為立方尖晶石，是目前各種鐵氧體中應用廣泛、數量大、品種多、產值高的壹種材料。它主要用作各種電感元件的磁頭，如濾波器、變壓器和天線，以及磁帶記錄和視頻記錄。
硬磁材料是指壹種磁化後不易退磁，但能長時間保持磁性的鐵氧體材料。也叫永磁材料或永磁材料。硬磁鐵氧體的晶體結構壹般為六方磁鉛石型，典型代表為鋇鐵氧體BaFe12O19。這種材料性能好，成本低。它不僅可以用作諸如錄音機、電話和各種儀器等電信設備的磁體，還可以用於醫學、生物學、印刷和顯示。
鎂錳鐵氧體Mg-Mnfe3o4，Ni-Cu-Fe-2O-4和稀土石榴鐵氧體3me 2 o 3·5fe 2 o 3(Me為三價稀土金屬離子，如Y3+，Sm3++，Gd3++等。)是主要的旋磁鐵氧體材料。磁性材料的旋磁性質是指電磁波在兩個相互垂直的DC磁場和電磁波磁場的作用下，在材料中沿某壹方向傳播的過程中，其偏振面會圍繞傳播方向保持旋轉的現象。旋磁現象實際上是應用在微波波段，所以旋磁鐵氧體材料也叫微波鐵氧體。主要用於雷達、通信、導航、遙測、遙控等電子設備。
重要的磁矩材料包括錳鋅鐵氧體、鋰鎳鋅鐵氧體和具有穩定溫度特性的鋰錳鋅鐵氧體。磁矩材料具有區分物理狀態的特性，如電子計算機的“1”和“0”，各種開關和控制系統的“開”和“關”，邏輯系統的“是”和“否”。幾乎所有的電子計算機都使用磁矩鐵氧體來構成高速存儲器。另壹種新開發的磁性材料是氣泡材料。這是因為當某些石榴石磁性材料的磁場增大到壹定大小時，磁疇會形成圓柱形的氣泡疇，看起來就像浮在水面上的氣泡。氣泡的“是”和“否”可以用來表示信息的“1”和“0”狀態。氣泡的產生、消失、傳輸和分裂以及氣泡之間的相互作用由電路和磁場控制，可以實現信息存儲、記錄和邏輯運算的功能，在電子計算機、自動控制等科學技術中有重要應用。
壓電材料是指鐵氧體材料，磁化後可以在磁場方向機械伸長或縮短。目前應用最廣泛的是鎳鋅鐵氧體、鎳銅鐵氧體和鎳鎂鐵氧體。壓電材料主要用於超聲波器件、磁聲器件和電信器件、電子計算機、自動控制器件等。電磁能和機械能相互轉換。
第四，超導材料
金屬材料的電阻通常會隨著溫度的降低而降低。當溫度降低到壹定值時，某些金屬和合金的電阻會完全消失。這種現象被稱為超導。具有超導性的物質稱為超導體或超導材料。超導體電阻突然消失的溫度稱為臨界溫度(Tc)。
荷蘭物理學家H. K. Onnes成功制備了液氦，獲得了4.2K的低溫，1911年，他發現水銀的電阻在4.2K左右突然下降到零，這是人類第壹次發現超導性。隨著進壹步研究，發現元素周期表中有26種金屬具有超導性，單壹金屬的超導轉變溫度很低。超導性最高的金屬是Nb，Tc-9.2K，因此，人們逐漸轉向研究金屬合金和化合物的超導性。
1986年4月，瑞士科學家J.G. Bedeneau等人發現鋇、鑭、銅、氧組成的氧化物可能是具有高Tc的超導材料，並獲得了Tc為30K的超導體，這是超導材料研究的第壹次重大突破。之後，世界各國的科學家都對這類材料進行了廣泛的研究。1987年2月，美國科學家發現鋇使銅氧化物材料的超導轉變溫度高達98K，從而突破液氦溫區，進入液氮溫區。中科院物理所、化學所、北京大學也分別成功研制出Tc為83.7K的超導導線和超導薄膜。日本研制成功釔鋇銅氧陶瓷高溫超導材料。其組成為0.6 Ba ~ 0.4Y ~ 1 ICU ~ 3O，在123K時開始表現出超導性，在93 K時電阻為零..目前，新的氧化物系列正在出現，如Bi-Sr-Ca-CuO，TL-Ba-Ca-CuO，它們的超導轉變溫度超過65438±020K..這些研究成果為超導材料盡快投入實用開辟了壹條途徑。
值得註意的是，發現碳的第三種同素異形體C60堿金屬反應生成AxC60(A代表鉀、銣、銫等。)，都是超導體，它們的超導轉變溫度列於下表。從表中可以看出，大部分AxC60超導體的轉變溫度高於金屬合金超導體。這讓人們看到了C60等有機超導體的巨大潛力，同時由於其性能優於金屬氧化物(陶瓷)超導體，AxC60超導體將是壹種很有前途的超導材料。
AxC60的超導轉變溫度
K2 C60:19 Tc/K
Rb3C60:28 Tc/K
Cs3C60:30 Tc/K
Rb 2 sc60:30 Tc/K
RbCs2C60:33 Tc/K
超導材料有著廣泛的應用。超導材料制成的超導磁體可以產生強大的磁場，並且體積小、重量輕、功耗低，比目前使用的常規電磁鐵要好得多。超導材料還可用於制造大功率超導發電機、磁流發電機、超導儲能裝置、超導電纜等。超導技術最引人註目的應用是超導磁懸浮列車，其速度可高達500 km/h，在海洋航行中使用超導電磁推進器，即無需電機實現高速、高效、無噪音的航行。超導無摩擦軸承可以利用超導的完全抗磁性來制造。無論是在能源、電子、通訊、交通、軍事國防技術、空間技術、受控熱核反應和醫學方面，超導材料都將以其獨特的性能發揮神奇的作用。
五、光纖和激光材料
(1)光纖
光纖，簡稱光纖，是近10年來蓬勃發展的壹種新型材料。光纖的中心是由超純應時或高折射率特種光學玻璃制成的晶體細絲，稱為纖芯。纖芯的外皮是由低折射率的玻璃或塑料制成的纖維外皮。光纖具有傳輸光波的能力。
光纖的纖芯是光密介質，外皮是光疏介質。光進入纖芯後，只能在纖芯內傳播(全反射)，經過無數次全反射後，呈之字形向前傳播，最終到達纖芯的另壹端。這就是光纖傳輸信號的原理，如下圖所示:
目前，高純度應時纖維、組分玻璃纖維和塑料纖維被廣泛使用。應時光纖的主要原料是精制應時(SiO2 ),它是由SiCl4:
SiCl4+2H2O=SiO2+4HCl
在工業上，天然石英砂通常在電爐中用碳還原得到矽含量為95% ~ 99%的粗矽或結晶矽，然後在結晶爐中用氯氣和粗矽合成四氯化矽；
SiO2+2C Si+2CO↑ Si+2Cl2 SiCl4
用這種方法制備的SiCl4含有許多雜質，如BCl3、SiHCl3、PCl3等。需要進壹步的精餾和提純。應時光纖原料資源豐富，化學性能極其穩定。除氫氟酸外，對各種化學試劑有很強的耐腐蝕性。因此，它被應用於各種通信線路。除了應時光纖，其他類型的光纖材料也在開發中。
目前光纖最大的應用是在通信方面，也就是光纖通信。光纖通信的信息容量非常大。比如壹根鉛筆大小的電纜，由20根光纖組成，壹天可以通話76200次，而壹根直徑3英寸(3×2.54cm)，由1800根銅線組成的電纜，壹天只能通話900次。另外，光纖通信具有重量輕、抗幹擾、耐腐蝕、保密性好、原材料豐富等優點，可以節省大量有色金屬。因此，光纖是壹種理想的通信材料。
由光纖制成的光學元件，如光纖束、傳像光纖束、光纖面板等。，可以起到普通光學元件無法起到的特殊作用。此外，可以制造各種傳感器來測量溫度、電流、壓力、速度、聲音等。利用光纖和壹些敏感元件的組合或者光纖本身的特性。與現有傳感器相比，它具有許多獨特的優點，特別適合在電磁幹擾嚴重、空間狹小、易燃易爆等惡劣環境中使用。
(2)激光材料
激光是20世紀的偉大發明之壹。自1960年首次以紅寶石為工作物質的激光振蕩以來，在激光的基礎理論、激光的應用以及激光材料和器件的研究方面發展迅速。激光是壹種特殊的光，利用受激輻射原理，在諧振腔中振蕩。與普通光相比，它具有單色性好、相幹性好、亮度高等特點，在科學技術中應用廣泛。
用來產生激光的物質叫做激光11。有兩種物質:固體、氣體和液體。這裏主要介紹固體激光材料。內體激光器的工作物質由兩部分組成:活性離子(實際產生激光的離子)和基質材料(傳播光束的介質)。形成活化離子的元素有三類:第壹類是過渡元素，如錳、鉻、鈷、鎳、釩；第二類是大部分稀土元素，如釹、鈥、鏑、鉺、銩、鐿、鑥、釓、銪、釤、鐠等。第三類是個別放射性元素，如鈾。目前使用最廣泛的激活離子是Cr3 ++和Nd3++。基質材料包括晶體和玻璃，每種激活離子都有其對應的壹種或幾種基質材料。比如滲入氧化鋁晶體中的Cr3+有很好的產生激光的性能，但摻入其他晶體或玻璃中，發光性能就很差，甚至不會產生激光。目前激光工作物質有數百種，但具有實用價值的主要有四種:紅寶石(Al2O3:Cr3++)、摻釹釔鋁石榴石(Y3L5O12: Nd3+)、摻釹鋁酸釔(YAlO3:Nd3++)、釹玻璃。
紅寶石是最早振蕩激光並輸出激光波長為694.2nm紅光的材料，紅寶石以Al2O3晶體為基礎，摻雜質量分數為5× 10-4的Cr2O3，激活離子為Cr3++。制備紅寶石單晶的原料必須具有高純度。通常將銨明礬[NH4Al (SO4) 2.12h2o]和重結晶提純的重鉻酸鋁[(NH4)2Cr2O7]按壹定比例混合，加熱至1050 ~ 1150。
NH4Al(SO4)212H2O Al2(SO4)3+2nh 3 ↑+ SO3 ↑+ 25H2O↑
Al2(SO4)3 Al2O3+3SO3↑
2(NH4)2cr2o 7·4nh 3 ↑+ 2cr2o 3+3 O2 ↑+ 2H2O↑
制備Al2O3和Cr2O3的混合物，然後用火焰法或提拉法制備紅寶石單晶。
摻釹釔鋁石榴石和摻釹鋁酸釔分別以Y3Al5O12和YAlO3為基質材料，摻入不同濃度的Nd3 ++為活性離子的激光工作物質。
釹玻璃的活性離子是Nd3++。當采用K2O-鮑-二氧化矽組成的玻璃作為基質材料時，激光產生性能較好。使用玻璃作為同壹激光器的工作材料，最大的優點是可以熔化尺寸大、光學均勻性好的材料，激活離子的質量分數可以提高到0.02 ~ 0.04。在核聚變的研究中，利用釹玻璃激光作為強光源來觸發聚變反應已經取得了有效的成果。
不及物動詞納米材料
絕大多數物質都是固體物質，其粒徑壹般在微米量級。壹個粒子包含了無數的原子和分子，然後材料就表現出大量分子的宏觀性質。當通過特殊方法將顆粒尺寸加工到納米尺寸時，包含在納米顆粒中的分子數量大大減少。這種由粒徑為納米級(1 ~ 100 nm)的超細顆粒組成的中間材料稱為納米材料。納米材料在結構上與傳統的晶體和非晶材料有很大的不同。由於納米材料的顆粒超細，顆粒數量多，表面積大，顆粒界面處的原子比例極大，壹般可占原子總數的50%左右，因此納米材料具有特殊的表面效應、界面效應、小尺寸效應、量子效應等。，從而表現出壹系列獨特的物理化學性質，在電子、冶金、化學、生物、醫學等領域顯示出廣闊的應用前景。
納米材料熔點低，比如金的熔點是1064℃，而納米金的熔點只有330℃，低了近700℃。再比如納米銀粉的熔點從金屬銀的962℃降低到100℃。納米金屬熔點的降低不僅使低溫燒結制備合金成為可能，也為非互溶金屬熔煉成合金創造了條件。
納米材料表面積大，表面活性高，可用於制造各種高性能催化劑。例如Ni或Cu-Zn化合物的納米粒子是壹些有機化合物加氫的優良催化劑，可以替代昂貴的鉑或替代催化劑；納米鉑黑催化劑可將乙烯加氫溫度從600℃降至室溫；采用納米鎳粉作為火箭固體燃料的反應催化劑，燃燒效率可提高100倍。此外，它的催化反應選擇性也表現出特異性。例如，矽負載鎳催化劑的內醛氧化反應表明，當鎳顆粒直徑在5nm以下時，反應選擇性急劇變化，醛分解反應得到有效控制，乙醇轉化率急劇增加。
由於脆性大、燒結溫度高等缺點，限制了陶瓷材料的應用範圍。另壹方面，納米陶瓷具有良好的韌性和延展性。結果表明，TiO2和CaF2納米陶瓷材料在80 ~ 180℃範圍內可產生約100%的塑性變形，具有優異的韌性，燒結溫度降低，比大晶粒樣品低600℃即可達到與普通陶瓷相近的硬度。這些特性使得納米陶瓷材料可以在室溫或亞高溫下進行冷加工。如果將納米陶瓷顆粒在亞高溫下加工成型，然後進行表面退火，就可以得到壹種表面具有正常陶瓷硬度，內部具有納米木質材料韌性的高性能陶瓷。
納米材料還可以廣泛應用於生物醫學領域，如細胞分離、細胞染色等。因為納米顆粒比紅細胞小得多(6 ~ 9um)，所以可以在血液中自由移動。所以註射各種對人體無害的納米粒子，可以檢查病竈，進行治療。研究納米生物學可以幫助我們在納米尺度上了解生物大分子的精細結構及其與功能的關系，獲得生命信息，尤其是細胞內的各種信息。使用納米傳感器，可以獲得各種生化反應的生化信息和電化學信息。
納米材料的出現給物理、化學、生物等許多學科帶來了新的活力和挑戰。納米科技必將發展成為21世紀最重要的技術，人們將在納米尺度上重新認識和改造客觀世界。