无机非金属材料的现状与前景

无机非金属材料的现状与前景

学生姓名：。。。学号：。。。。。。。

化学化工学院化学专业

指导教师：。。。职称：副教授

摘要：简述了无机非金属材料,包括水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料、人工晶体、半导体材料等的现状与前景。

关键词: 无机非金属材料；现状；前景

Abstract: The present situation and prospect of inorganic nonmetallic materials, such as cement, glass, ceramic, refractory, artificial crystal, semiconductor materials were described in this paper.

Key W ords:inorganic nonmetallic; present situation; prospect

引言

无机非金属材料包括水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料、人工晶体和半导体材料等，下面就其现状与前景做简单介绍。

1 水泥

水泥作为三大建筑材料之一，是最大宗的无机非金属材料。目前传统水泥的生产工艺日趋完善，水泥材料的发展主要表现在高性能水泥基材料、节能型水泥等方面。

1.1 高性能水泥基材料

对水泥材料高性能的要求首先是强度高。通过降低孔隙率、改善孔结构及孔径分布可开发出高致密、高强度的水泥基材料，为此，一般可采用以下几种方法：改变成型方法；掺加超细活性硅质材料，如硅灰、稻壳灰、粉煤灰、矿渣等；掺加高分子材料；掺加纤维材料，如抗碱玻纤、钢、碳、莫来石、尼龙和丙烯等纤维。

制造水泥基纤维复合材料，取得了很好的增强和增韧效果，从理论上讲，理想的纤维材料是硅酸钙纤维，它与水泥材料的化学兼容性好，还可起晶种作用促进水化；发展新型水泥材料，传统的硅酸盐水泥及其衍生品种的强度和耐久性均

不够理想，五十年代出现的碱矿渣水泥(AASC)具有强度高、水泥石致密、抗渗、抗冻、抗化等特性。

1.1.1浸渍水泥基材料

采用高分子聚合物对水泥浆体浸渍，使整个材料非常密实，所得材料的抗压强度可达240 Mpa。

1.1.2 MDF水泥

MDF水泥(Macro-Defect Free Cement)是在仿生学基础上对传统水泥进行深加工而获得的。通过在水泥中掺加有机聚合物及改变颗粒组成，采用强烈搅拌、轧压成型(W/C: 0.1-0.15)，使材料的抗弯强度可达150 MPa-200 Mpa，显著改善了材料的韧性，甚至可用此材料制造弹簧，还可用作高性能声学材料、装甲材料、低温材料、电磁辐射屏蔽材料等。但这种材料还存在耐水性差、水化程度低、热力学不稳定等缺点，需进一步研究改进，如减少有机物用量并改用耐水性好的高分子材料，采用催化剂提高高分子聚合度以及采用偶联剂等改进高分子与水泥的结合。

1.2节能型水泥

节能型水泥的生产可通过改变熟料矿物组成、生产少熟料水泥等途径达到。

1.2.1改变熟料矿物组成

在保证质量的条件下以含钙量低，形成温底低的低能耗熟料矿物代替传统硅酸盐水泥中的C3S、C3A等高能耗矿物。如以C4A3S、β-C2S等为主要矿物组成的硫铝酸盐水泥，以C4AF、C4A3S、β-C2S为主的铁铝酸盐水泥，以C11A7·CaF2、C3S 或C2S为主的氟铝酸盐水泥，以C21S6A·CaC l2、C4S2·CaCl2、C11A7·CaCl2和C4AF·CaCl2为主的阿利尼特水泥等，这些水泥的共同特点是烧成温度低(1200℃-1250℃左右)，热耗大幅度降低，早期强度高，后期强度也比较稳定，易磨性好，可减少粉磨电耗。

1.2.2生产少熟料水泥

利用碱-矿渣水泥的生产原理，提高混合材掺量，减少水泥用量可大幅度降低水泥生产能耗及成本，同时还可充分利用工业废渣，如钢渣、磷渣、铁合金渣、铅渣、镍渣、铝渣等，还可利用沸石、火山灰等天然或人工火山灰质材料。

2玻璃

玻璃是另一类传统的、历史悠久的无机非金属材料。传统的玻璃材料及器皿等

工艺技术已基本成熟，玻璃新材料包括医用玻璃和生物工程玻璃、非线性光学玻璃、光通讯用玻璃、平面集成微光学玻璃、电致变色等。

2.1 医用玻璃和生物工程玻璃

自70年代发明生物玻璃以来，人们发现许多玻璃和微晶玻璃能与生物骨形成键合，其中一些已应用于临床，用作牙周种植、人造中耳骨等。目前正利用玻璃、微晶玻璃制备高韧性生物活性金属，生物活性聚合物等。微晶玻璃尤其是多孔微晶玻璃可用作生物工程中的载体，用在固定床反应器、固定床循环反应器和流化床反应器上。

2.2 非线性光学玻璃

近年来，非线性光学玻璃，特别是未来全光学装置所要求的具有高三阶极化率χ，快的响应时间τ和低的光吸收特性的材料研究引人注目。制备方法包括传统微晶玻璃制备法、离子交换法和离子注入法。

2.3光通讯用玻璃

稀土铒填充石英光纤正作为1.5 μm带操作的传导波纤维放大介质应用于光学通讯系统，目前正利用掺稀土的氟化物光纤制作具有从可见光到中红外光操作波长带的纤维激发器和放大器，以满足超高容量和适应性强的光学网络系统的需要。

2.4平面集成微光学玻璃

1968年开发的梯度折射率微透镜产生了微光学的新技术和应用。目前的研究主要集中在平面光波回路装置和平面集成微透镜的开发方面，应用目标是数字、信息存取系统的光学分离器、平行内连系统的光学偶合器及投影显示系统的液晶显示盘。

3 陶瓷

陶瓷是具有悠久历史的材料，通常作为陶瓷器、砖瓦、卫生陶器等民用产品用于人们的日常生活，作为工业产品，广泛用着耐火材料、电绝缘子、磨削砂轮等。精细陶瓷是相对于传统陶瓷而言的，它是采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术制造、加工的，便于进行结构设计的，具有优异特性的陶瓷。精细陶瓷可分为：电子陶瓷、磁性陶瓷、高温陶瓷、生物陶瓷、结构陶瓷、超导材料、纳米晶材料等。

3.1 电子陶瓷

电子陶瓷可分为导电陶瓷、光电陶瓷和热电陶瓷等。