浅谈无机非金属材料的现状及发展趋势

浅谈无机非金属材料的现状及发展趋势

作者：王铁军

来源：《中国科技博览》2017年第04期

[摘要]无机非金属材料具有良好的材料性能，其在国内工业中一直扮演着重要的角色。随着国内科技的发展，各行各业对材料的性能要求也越来越高。无论是在建筑领域、科研领域还是信息技术领域都有着举足轻重的地位。

[关键词]无机非金属材料应用发展

中图分类号：TB321 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0111-01

随着我国经济的不断的发展，各个领域对于能源的需求量不断地增大，无机非金属材料在各个行业的发展中的重要作用越来越凸显，无机非金属材料的良好的发展将对于我国经济发展有着非常重要的作用，所以要加快无机非金属材料的研究开发，为我国国民经济的发展做保障。

一、无机非金属材料行业的特点

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。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。

（1）在晶体结构上，无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类？材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性，以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。

（2）无机非金属材料品种和名目极其繁多，用途各异，通常把它们分为普通的和先进的无机非金属材料两大类。

普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。

特种无机非金属材料的特点是：①各具特色。例如：高温氧化物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质等。②各种物理效应和微观现象。例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热-电、压电材料的力-电、气敏材料的气体-电。③不同性质的材料经复合而构成复合材料。例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。

（3）传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料；耐火材料与高温技术，尤其与钢铁工业的发展关系密切；各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。它们产量大，用途广。其他产品，如搪瓷、磨料（碳化硅）、铸石（辉绿岩）、碳素材料、非金属矿（石棉、云母等）也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的，具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。

二、无机非金属材料行业存在的问题。

（1）基础研究和关键技术落后。我国无机非金属材料产品等级低。在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。中国的无机非金属新材料是从试制起步的，发展过程也主要是随从于型号的需要进行。由于时间、人力的限制，加之中国长期以来对基础研究重视不够，投入较少，无机非金属材料的系统的基础非常薄弱。

（2）材料性能低、品种少、生产质量不稳定。虽然中国已基本建立了无机非金属材料的研究、开发与部分产品的生产体系，但材料的品种尚不齐全，一些重要工程的关键配套材料还需进口。产品性能低、质量差的问题仍然存在，而且在进行批量生产时质量不稳定、成品率低、效益差的问题严重。

（3）制备技术落后，资源利用率低。我国无机非金属新材料工业，不但制备技术落后，而且生产能力低，生产效率低，直接影响高科技产品质量、成本、能耗等三个方面。在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，往往未能充分利用资源，从而造成了极大的浪费。

（4）技术装备落后。我国企业现有生产线单线生产规模小，落后工艺大量存在。在建筑材料的生产过程中，需要消耗大量的能源。中国无机非金属新材料制备技术与装备明显落后，造成研制周期长、新产品发展困难，预研成果不能及时进入工程化研究，即便生产也会出现成品率低、规模小，经济效率差等问题。

三、无机非金属材料的未来发展趋势。

近些年，随着科学技术的进步，无论是传统无机非金属材料，还是新型无机非金属材料都有了一些新的发展趋势。

（1）生态与环保意识加强，建立科学的评价体系，实现可持续发展。

西方发达国家在促进传统无机非金属材料产业健康、可持续发展方面的采取了许多重要措施。世界发达国家十分重视建材工业的可持续发展与绿色评价。生态评价也成为世界可持续发展的一个重要手段。目前，许多国家正在进行“生态城市”的建设与实践，推广建筑节能技术材料，使用可循环材料等，改善城市生态系统状况。由此，提出了绿色建材、环保建材与节能建材的概念，并开展了大量的研究与实践工作。与西方发达国家相比，我国还存在很大的差距，特别是缺乏立法支持与技术标准的指导以及相应组织的管理与监督，使我国的传统无机非金属材料工业发展还有很大的提升空间。面对资源和环境对我国经济发展的严峻考验，国民经济的可持续发展战略显得愈加重要。

（2）向着节能、降耗的方向发展。

传统的无机非金属材料工业是能源消耗大户，在世界能源口益短缺的今天，如何生产节能、降耗，以及如何生产出高质量的建筑节能、保温产品是建材工业发展的重要趋势。选择资源节约型、污染最低型、质量效益型、科技先导型的发展方式。新型墙体材料、高质量门窗、中空玻璃将大量应用。向着提高材料性能、使用寿命的方向发展。低寿命设计、大量重复建设已经严制约城市建设的发展。现代化建筑需要高性能建筑材料的支持，而提高建筑的耐久性又对建筑材料的使用寿命提出了更高的要求。

（3）单线生产能力向大型化发展。

尤论是水泥工业、玻璃工业，还是陶瓷工业，单条生产线的生产能力有大型化的趋势。生产线的大型化可以有效提高产品的质量，降低能源消耗。

（4）向着智能化方向发展。

建筑的智能化需要建筑材料的支持。随着技术的进步和生活水平的提高，建筑材料的安全性智能诊断等智能技术将更多的应用于建筑中。

（5）向着复合化、多功能化方向发展。

复合材料具有单一材料所无法满足的使用功能，是建筑材料的发展趋势，对建筑材料的功能要求越来越趋向于多功能化。

未来科学技术的发展，对各种无机非金属材料，尤其是对特种新型材料提出更多更高的要求。材料学科有广阔的发展前景，复合材料、定向结晶材料、增韧陶瓷以及各种类型的表面处