传统无机材料的现状及新材料的发展趋势_张义顺

焦作工学院学报(自然科学版),第19卷,第6期,2000年11月

Jour nal of Jiaozuo I nstitute of T echnolog y(Natural Science),Vo l.19,N o.6,Nov.2000

传统无机材料的现状及新材料的发展趋势

张义顺,李小雷

(焦作工学院资源与材料工程系,河南焦作454000)

摘要:介绍了我国传统无机非金属材料(水泥、陶瓷、玻璃)的现状和存在的问题.指出了

今后发展传统无机材料应走的道路.阐述了高技术陶瓷)))一种新型无机非金属材料的特

点、作用及其应用领域.论述了纳米材料的研究现状及其所取得的最新成果并对未来新材料

的发展趋势作了展望.

关键词:水泥;陶瓷;玻璃;高技术陶瓷;纳米技术;新型材料

中图分类号:T B321文献标识码:A文章编号:1007O7332(2000)06O0471O03

1传统无机材料的现状

无机非金属材料的传统产品主要有水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料、耐磨材料等.本文仅对其中主要的几种作一简要介绍.

1.1水泥

水泥是加入适量水后可成塑性浆体,既能在空气中硬化又能在水中硬化,并能将砂石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料,它是建筑工业三大基本材料之一[1].我国水泥的产量居世界第一位,1997年的产量是5.1亿t,占亚洲产量的2/3,世界产量的1/3,其中回转窑生产的占18%,立窑生产的占82%.目前世界上优质水泥熟料,绝大部分都是回转窑烧制而成的,国外已基本淘汰了立窑,主要原因是立窑单机产量低,熟料质量不够均匀.但由于立窑具有基建投资较低、钢材用量少、占地面积小、建厂快及热耗低等优点[2]而适合地方工业发展,所以我国仍以立窑为主.加之我国水泥民用量大,对水泥标号要求不高,所以立窑仍在大量使用.目前,国家在水泥工业方面主要发展回转窑,逐步淘汰普通立窑,改造和提高机立窑[1].对污染严重的小水泥厂采取了关、停、并、转的相关措施.

水泥行业存在的主要问题一是污染严重,二是小厂上得太多.这主要是20世纪80年代末到1995年这一阶段水泥价格增长快、小厂纷纷上马对市场造成冲击,使价格回落而造成的.1998年国家为刺激经济增长,大修铁路、公路、搞房地产,但因启动经济滞后,估计水泥价格2000年下半年能有所回升.

1.2陶瓷

陶瓷是指陶器和瓷器,广义上讲还包括玻璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦、水泥、石灰、石膏等人造无机非金属材料.在国外,陶瓷这一概念,实际上是各种无机非金属材料的通称[1].传统陶瓷主要指粘土制品,在我国有悠久的历史.我国是发明瓷器最早的国家[3],所以我国的英文名字China另一个意思就是瓷器.陶瓷按性能特点和用途,可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电器绝缘陶瓷(高压电瓷)、化工陶瓷、多孔陶瓷等,近些年来,我国的陶瓷工业有很大发展,可从以下3方面说明:一是新技术与新工艺不断采用,例如高梯度磁场选矿及其它选矿技术的应用,使陶瓷生产使用的天然原料质量得

收稿日期:2000O05O10;修回日期:2000O05O29

作者简介:张义顺(1951O),男,河南民权人,教授,从事材料科学与工程的教学和科研工作.

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到保证.二是对陶瓷材料的性能与本质有了更深入的了解,这主要是因为一些研究材料组分和结构技术与仪器的出现,使人们对陶瓷的认识进入了更高层次.三是新品种的开发[4].由于科学技术的推动和需要,使得能充分利用陶瓷的物理与化学特性开发出许多高科技领域中应用的功能材料与结构材料.例如人造骨骼或器官的生物陶瓷,耐高温、高强度、高韧性的陶瓷部件等.

我国陶瓷工业目前存在的主要问题是产品质量差,花色品种少.我国是陶瓷大国,但不是陶瓷强国.大宾馆、饭店的陶瓷用品大都靠进口,即我国高档陶瓷不行.我国出口的陶瓷,如焦作陶瓷有限公司的产品,外商购买的主要原因是因其价格低、炻瓷结实等优势,若要提高价格还应提高产品的档次和质量.影响陶瓷产品性能、质量的主要因素一是原料的质量,二是生产过程.因为缺少符合质量标准的原料,要制造性能合格、质量高的产品是十分困难的,甚至是不可能的.所以,陶瓷工业的原料标准化是非常重要的,即对天然原料的原矿进行加工精制、分选、除杂质、粉碎和混合等预处理,严格按矿物组成、化学组成的不同并考虑使用的要求实行合理分级,以供陶瓷厂家使用.生产过程也不可忽视.若使用原生粘土为原料,如粘土中游离石英过多,则需要增加淘洗这一工序.若生产方法与过程选择恰当,各工序质量控制严格,则质量稍差的原料也可制造出合格的产品.因此,提高陶瓷产品质量应从两方面着手,一是正确选料,二是注重生产方法和工艺,这样才能获得优质、高产、低成本的陶瓷产品.

1.3玻璃

玻璃是无机非金属材料的又一重要产品,它和我们的生活密切相关,几乎每一个人都要接触和使用玻璃产品.玻璃具有良好的光学和电学性能,有较好的化学稳定性,透明而质硬,易成型,可满足不同条件的需要,另外原料易获得,价格低.因此,玻璃被广泛应用于建筑、轻工、航天等各个领域.衡量一个国家玻璃工业发展的水平主要是平板玻璃,因为它是与国民经济和人民密切相关的极为重要的生产资料和生活资料.平板玻璃的生产工艺有传统工艺和浮法工艺.浮法是指熔窑熔融的玻璃在流入锡槽后在熔融金属锡液的表面上成型平板玻璃的方法[1].此法生产出的玻璃可与磨光玻璃相媲美.目前,工业发达的国家几乎全部用浮法技术生产平板玻璃,在平板玻璃总产量中,浮法玻璃所占比例已达80%.我国的玻璃工业发展迅速,建国初期为91.2万重箱,到1993年发展为1.1亿重箱,目前约为1.6亿重箱,提高了约180倍,其中浮法生产约占40%.

玻璃行业存在的主要问题是品种少、装备水平低、热耗高、质量差等;另外,目前浮法玻璃的板宽、厚度、表面平整度等指标均低于国际水平.再从市场上看,小厂上得太多,供大于求,价格回落快,导致国内许多厂家处于保本甚至亏损的状态.

总之,对我国传统无机非金属材料的评价是发展速度快,产量大;水泥、玻璃、耐磨材料等产品居世界第一位,但花色品种、质量档次不高.影响发展的主要原因是企业多、竞争无序、人员素质差、低水平重复建设、产品质量不稳定且互相压价,以致造成今天的困难局面.另一严重的问题是在资源和环保方面,传统的无机材料工业普遍存在着污染环境、资源有效利用不够等缺陷.进入21世纪,无机材料前景看好,需要量大,但质量等方面要求会越来越高.在激烈的市场竞争下,硅酸盐行业的工厂要面临一半被淘汰的危险,即对某些工厂要实行关、停、并、转的政策.要想生存,必须提高材料的稳定性、可靠性,要有ISO名牌意识,必须注重效益、信誉、质量,增加高附加值.同时价格要合理,企业要不断有新产品推出,还要和大专院校、科研单位合作,这是传统无机材料发展的必由之路.

2新型材料的发展

新型材料是指那些新近开发的、具有优异性能的材料.新材料是高科技的一部分,同时它又为高科技服务,是许多高科技的基础.

2.1新材料的特点

新材料是一种知识、技术、资金密集的一类新兴产业的产品,是大量研究工作的结晶.它们中的多数是固体物理、固体化学、有机化学、冶金学、陶瓷学乃至生物学及微电子学等多学科交叉的结