对无机非金属材料的认识与思考

张宏格论文.doc

山西轻工职业技术学院

毕业论文

对无机非金属材料的认识与思考

教学系：轻工工程系

班级；材料工程1031

姓名：张宏格

指导老师：马建杰

山西轻工职业技术学院

二零一三年四月二十二日

对无机非金属材料的认识与思考

摘要：随着社会科学技术的进步,能源是制约经济快速发展的重要条件。而新材料是发展高新技术的基石，复合材料及无机非金属材料科学的新兴领域等方面，新型无机非金属材料将在未来科技发展中发挥更大的作用，应予以高度重视，而用新材料技术改造传统无机非金属材料行业，能促进材料行业的整体飞跃。本文阐述了新型无机非金属材料的研究开发现状，并对其未来发展动向进行了展望。

关键词：新型材料新型无机非金属材料分类功能陶瓷材料现状展望

正文

一、无机非金属材料的分类和地位

材料一般分为无机材料和有机材料，无机材料中除金属以外的材料都是无机非金属材料。最早，无机非金属材料只包含传统的陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料，随着科学和技术的发展，又将半导体、先进结构陶瓷、功能陶瓷、新型功能玻璃、人工晶体、非晶态材料、碳素材料等都纳入到无机非金属材料领域中。

无机非金属材料品种繁多，新材料层出不穷，在国民经济和国防建设中的应用极其广泛。由于无机非金属材料学科具有多学科交叉的时代特征，其发展蓬蓬勃勃，新的生长点不断涌现。

作为四大材料中(钢铁、有色、有机和无机非金属材料)工业之一的无机非金属材料工业在我

国经济建设中起着重要的作用。近年来，无机非金属材料不仅在品种上有了空前的发展，而且在内涵上有了进一步的延伸。传统的无机非金属材料材料品种繁多，主要是指大宗无机建筑材料，包括水泥、玻璃、陶瓷与建筑（墙体）材料等。其产量占无机非金属材料的绝大多数。建筑材料与人们的生活质量息息相关。

新型无机非金属材料是指具有如高强、轻质、耐磨、抗腐、耐高温、抗氧化以及特殊的电、光、声、磁等一系列优异综合性能的新型材料，是其它材料难以替代的功能材料和结构材料。无机非金属新材料具有独特的性能，是高技术产业不可缺少的关键材料。例如稀土掺杂石英玻璃广泛应用于导弹、卫星及坦克火控武器等激光测距系统，耐辐照石英玻璃应用于各种卫星及宇宙飞船的姿控系统；光学纤维面板和微通道板作为像增强器和微光夜视元件在全天候兵器中得到应用；航空玻璃为中国各类军用飞机提供了关键部件。人工晶体材料中激光、非线性光学和红外等晶体，用于弹道制导、电子对抗、潜艇通讯、激光武器等。特种陶瓷中，耐高温、高韧性陶瓷可用于航空、航天发动机、卫星遥感，可制作特殊性能的防弹装甲陶瓷及特种纤维及用于电子对抗等。目前已开发了近四千种高性能、多功能无机非金属新材料新品种。这些高性能材料在发展现代武器装备中起到十分重要的作用。

二、无机非金属材料的发展现状

虽然我国无机非金属新材料取得了很多成就，但由于我国无机非金属材料研制、开发至产业的形成起步较晚，底子薄，投入强度小等原因，使之与发达国家相比，仍有较大差距。

1.基础研究和关键技术落后

我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，加之我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、批生产质量不稳定

虽然我国已基本上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须进口。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，必须下大力气解决。例如，电磁屏蔽玻璃目前我国只能达到屏蔽85dB的水平，而美国已达到110dB。我们在屏蔽波段范围等方面远远不能满足国防工业发展的需要。而航空玻璃方面高强、多功能(隐身、防激光等)圆弧整体风挡在我国还刚起步研究，极大的制约了我国航空工业的发展。

3 .制备技术落后

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，效率低，直接影响高科技产品质量(性能)、成本、能耗等三个方面。例如，国外工业发达国家玻璃纤维生产大都采用800-6000孔漏板池窑拉丝法生产，已占总量95％以上，无纺材料全部用池窑法生产，坩埚拉丝法早已被淘汰，而我国现有的池窑拉丝大部分采用800-2000孔生产技术，4000孔技术正在开发，坩埚拉丝还没有完全淘汰，与国外相比还有较大的差距。我国纤维增强复合材料机械化生产只占40％，60％仍采用落后的手工成型，与工业发达国家差距甚大。又如集成电路(IC)石英扩散管的制备技术，国内采用的单机间歇气炼生产技术只能提供100mm以下IC 管，而国外采用一步法连熔拉管技术，生产∮200~300mm大口径石英管供大规模集成电路用，使我国IC用石英扩散管失去竞争能力，完全依赖进口。

4.技术装备落后

目前我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、无机非金属的发展动态

1 ,低维化发展

低维化发展主要表现在宏观上和微观上两个方面。宏观上的低维化是从体材料向薄膜材料和纤维材料的发展。例如现代信息功能器件如微电子和光电子等都是由集成化, 在这期间主要应用的就是薄膜材料。薄膜材料的特殊作用更加体现在结构材料也用薄膜来改性,是结构材料增强、增韧耐磨等效果。而作为结构复合材料主体的纤维也同样起着尤为重要的作用, 如光通信中光信号的放大、调制、选模等都是通过纤维来完成,最终形成纤维光路和光网。而从微观上看低维化, 即无机非金属材料的织构与结构上的尺寸如毫米、微米趋向纳米。目前人们更加关注的是纳米尺度上的超晶格薄膜、纳米线到纳米点材料的结构中, 在以后的发展中更是以纳米器件为中心来研究纳米材料的合成、组装等性能进行调控。

2 ,复合化发展

作为无机非金属材料与金属材料和有机高分子材料的复合化发展趋势。复合化的最终是以应用为目标, 如无机非金属材料已广泛应用在钢筋混凝土、玻璃钢等方面其中主要就是用有机高分子与无机玻璃纤维来组成, 这种结构材料为主的复合材料, 这也是复合材料具有单一材料所无法满足的是使用功能,更是建筑材料发展趋势。

3, 智能化发展

作为材料的只能花是人们关注的焦点,材料的智能化即是材料性能的多元化,等接受外部环境变化的信息, 并能实时进行反馈。智能化功能材料大部分为多片压电和铁电陶瓷的复试结构, 目前应用领域较广的建筑智能化,提高建筑材料的安全性智能等方面。

4, 节能、降耗的发展

由于传统无机非金属材料产业是一个相对能耗高、环境污染严重的领域。随着可持续发展观的提出, 要全面、协调、可持续发展的理念, 就必须改变这种落后的传统生产方式和经营理念,进行科研研发,探索出低能耗、少污染的新的合成工艺,提高产品性能和节耗的技术途径, 改变生产结构和合理的利用方法。如汽车和柴油机尾气三效催化剂或者是载体材料以解决汽车和柴油机的尾气处理方案。特别是建材行业是环境材料的一个重要领域,尤其在我国具有特别重要的意义。我国目前的建筑材料工业每年毁田6～10万亩,耗土石50亿t、标准煤2亿t。排放二氧化碳61591亿t,占全国总排放量的35%～40%。因此,我国急需发展节省资源和能源及环保型生态建材;有益于健康及净化功能的生态建材;拓展生存空间和增加可利用资源的生态建材。

四．无机非金属材料的应用

1、水泥的应用

在修复骨缺损的同时，保持局部组织中有效的药物浓度是确保组织正常修复的必要条件。因此，寻找一种既可填充骨缺损又能将药物载入其中，使之在局部缓慢释放药物的生物材料是许多科研和临床工作者追求的目标。研究表明，多种骨修复材料可以充当药物缓释载体，如聚甲基丙烯酸甲酯、陶瓷型磷酸钙类人工骨和可吸收有机高分子材料等。磷酸钙骨水泥又称羟基磷灰石骨水泥，是1985年研制成功的自固化非陶瓷型羟基磷灰石类人工骨材料，在修复骨缺损方面具有明显的优越性，是一种较理想的新型骨骼修复材料。CPC 克服了陶瓷型羟基磷灰石难以修整、不易降解等缺点，具有良好的生物相容性、优良的生物活性，可降解性，自固化能力以及易塑性和骨传导能力 j 。以CP C为载体的药物缓释体系材料的发展趋势。

材料科学技术是兼具基础性和先导性的学科。该学科的交叉性很强，从传统意义上看，它交叉了物理、化学、数学和工程等几个大的学科，近年来的发展使该学科又交叉了生物、力学、医学等一大批学科；该学科的技术性也很强，因为它交叉了冶金、化工、机械、信息、