金属工艺学

院系：机械工程与自动化学院专业：11模具设计与制造

学号：1106070128

姓名：庄婉如

非金属材料的应用与发展

无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。非金属材料可分为无机材料和有机材料两大类。在机械工程中较常使用的有许多品种，其分类如下：

①属于无机材料的有耐火材料、陶瓷、磨料、碳和石墨材料、石棉等；

②属于有机材料的有木材、皮革、胶粘剂和高分子合成材料──合成橡胶、合成树脂、合成纤维等；

③以非金属纤维增强树脂基所构成的复合材料。

高强度材料的应用：非金属材料的密度较钢、铁、铜、铅等金属材料小得多，有些比铝、镁、钛等还轻。按比强度（强度/比重）计算，有的纤维树脂复合材料的常温比强度超过高强度钢和高强度铝。这些材料被用来制造手轮、手柄、支架、罩壳、仪表板等一般轻质结构件，也可用来制造飞机机翼和叶片、整体船艇、汽车车身和传动轴、高速纺织综框、高压容器等高强度结构件，这样可以减轻自重、增加运载能力或提高运行速度、节约能源。

减摩耐磨材料的应用：某些无机非金属材料因硬度高而耐磨，如用金刚石、碳化硅、刚玉等制作的砂轮、砂布（纸）、油石、研磨剂和刀具，可供磨削和切削之用；有些材料因有高弹性而耐磨，如橡

胶轮胎和运输皮带能抵抗泥沙、矿石、煤炭等颗粒的磨损；有些材料借其自身固有的润滑性能和低摩擦系数而能减少摩擦和磨损，如塑料、石墨、氮化硅等制成的轴承、导轨、活塞环、密封圈等机械零件，能在无油干摩擦或少油润滑条件下安全运行，这对忌油脂或不便供给油润滑的场合特别有利

耐腐蚀材料：如陶瓷、搪瓷、石墨、铸石、塑料等的大多数品种，都能耐酸、碱、盐、有机溶剂和很多其他化学药品.如不透性石墨能抵抗浓酸和浓碱，聚四氟乙烯塑料则几乎能耐所有化学药品，甚至在氧化性最强的沸腾王水中也不受侵蚀。这些材料适于制造化工用的容器、塔器、鼓风机、泵、管、阀等机械设备和零部件。

密封材料:如橡胶、塑料、石棉和柔性石墨等因有良好的柔性和弹性而适于制造动态和静态的密封零件，如压缩机的活塞环、密封填料、O型和V型密封圈等。20世纪60年代以来，还出现了一种以树脂或橡胶为基体、称为液体密封胶的密封材料，适用于各种静态密封，使用方便。

电绝缘材料:如橡胶、塑料、陶瓷、石棉、云母、玻璃布层压板（属复合材料）都是应用广泛的电绝缘材料

耐高温保温材料:如耐火材料、石棉、蛭石、氧化铝、耐火纤维等具有良好的高温性能和低的热导率，适用于高温窑炉如化铁炉、转炉、电炉、热处理炉、隧道窑等的炉体、内衬或保温层，以防止热量外流；塑料因传热慢，人体与之接触时有温暖感，适用于制造手轮、手柄、方向盘之类物件.非金属材料还有一项特殊用途，就是用作耐烧蚀材

料，如酚醛和石棉、石英等纤维复合制成的用于宇航方面的烧蚀部件，能在2500℃以上较长时间内燃烧、分解、散热、碳化，形成隔热层，有效地保护内部结构。此外，一些非金属材料还有消音、消振、透光、无磁性等特点，可用于制造如橡胶弹簧、避振垫片、光学透镜等零件。非金属材料的强度一般不及金属材料高。其中无机非金属材料的共同缺点是质地脆、不耐冲击；有机非金属材料则耐热性不高，存在老化、尺寸稳定性较差等问题。

无机非金属材料:无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样，是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料的泛称。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。其中陶瓷一词，随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现，其概念的外延也不断扩大。最广义的陶瓷概念几乎与无机非金属材料的含意相同。

新型无机材料:20世纪以来，随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子学、生物医学和环境保护等新技术的兴起，对材料提出了更高的要求，促进了特种无机非金属材料的迅速发展。30～40年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体（又称磁性瓷）和热敏电阻陶瓷（见半导体陶瓷）等。50～60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结构陶瓷、氧化铝透明陶瓷、β－氧化铝快离子导体陶瓷、气敏和湿敏陶瓷等。至今，又出现了变色玻璃、光导

纤维、电光效应、电子发射及高温超导等各种新型无机材料。

21世纪无机非金属材料的主要应用领域为信息、能源、交通、生物医学、生态环境和国防。新材料的发展将会对上述各领域产生深远的影响。近年来发展的药物和基因等生物活性物质的控制释放技术，使药物、蛋白、细胞和基因等可被输送到指定部位控制释放。既可应用于难治愈疾病的治疗，又可用于诱导再生组织或器官。其关键材料为与生物活性物质相容，保持其活性，并能靶向传输的载体材料。无机非金属纳米材料今后将作为重要的生物材料应用。利用无机非金属材料可以作纳米微粒标记，纳米荧光探针、纳米靶基因、纳米生物传感器等，可促进癌和其他疾病的早期发现及早期诊治。人的生物体是有机生物体和无机非金属材料的复合体。特别在人的器官、骨修复、药物控制系统方面生物医用无机非金属材料起重要作用，诸如生物陶瓷、玻璃和无机复合材料等。生物材料从上世纪第一代的“生物惰性”发展到第二代的“生物活性”，而本世纪进入第三代的“细胞/基因活化”的生物材料，即经过组织诱导重建或再生人体组织和器官，或增进其生理功能，实现永久修复。不久的将来可以设计和制造有生命的人体“部件”进而整个人体器官。

能源是制约经济快速发展的瓶颈。我国常规能源资源不丰富，能源紧缺，开发二次能源就十分重要。无机非金属材料将作为二次能源的新能源材料。光－电转换的太阳能电池是重要的绿色能源，硅基材料是主体。

本世纪的经济和社会发展是以人为本，与环境和谐的。所以节能

降耗、环境友好、资源综合和循环利用、废弃物资循环利用和处理、有害气体液体的低排放和无害处理、有毒有害元素的替代必将是我国无机非金属材料的创新研究和生产中必须遵循的，应该全方位、多学科地研究绿色生产工艺、环境协调材料制备技术及其理论基础。21世纪要按照“全面、协调、可持续发展”的科学发展观，首先发挥无机非金属材料的制备特点，加强对改善环境的关键材料的研究，诸如核废物固化材料以解决核废物的永久处理；汽车和柴油机尾气三效催化剂（稀土复合氧化物）及载体材料（多孔陶瓷和陶瓷纤维）以解决汽车和柴油机的尾气污染；光催化的建筑材料以解决建筑材料的自洁以及无机膜分离材料对药物、食物和污水处理。

21世纪无机非金属材料的发展具有低维化（在宏观和微观上）、复合化（材料的功能复合和组成复合）、智能化和环境友好等特征。无机非金属材料与金属材料和有机高分子材料的复合化（composite）或杂化(hybrid)是另一发展趋势。以应用为目标，优化三大类材料的各自优点，进行在宏观尺寸上复合化，上个世纪在传统无机非金属材料上已广泛采用，如钢筋混凝土（金属与水泥）、玻璃钢（有机高分子与无机玻璃纤维），这类以结构材料为主的复合材料，例如今后仍将优化并继续发展利用AIN陶瓷高的导热性、低的电导率和热膨胀以及优良的机械性可作为大功率半导体集成器件的基板。

相信非金属在未来的生活中会发挥很大的作用，无论在哪个领域都能有属于非金属材料的一片天空。