无机非金属材料前景及应用领域.doc

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1、无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)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全部材料的统称。无机非金属材料的提法是 20 世纪 40 年月以后,随着现代科学技术的进展从传统的硅酸盐材料演化而来的。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。硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一，硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。应用领域无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为一般的(传统的)和

2、先进的(型的)无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料是工业和根本建设所必需的根底材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的进展关系亲热;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和一般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、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。型无机非金属材料是 20 世纪中期以后进展起来的,具有特别性能和用途的材料。它们是现代技术、产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不行缺少的物质

3、根底。主要有先进陶瓷(advanced ceramics)、非晶态材料(noncrystal material、人工晶体artificial crys-tal、无机涂层(inorganic coating)、无机纤维(inorganic fibre等。传统工艺传统无机非金属材料:水泥和其他胶凝材料 硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、石膏等 陶瓷 粘土质、长石质、滑石质和骨灰质陶瓷等 耐火材料 硅质、硅酸铝质、高铝质、镁质、铬镁质等 玻璃 硅酸盐 搪 瓷 钢片、铸铁、铝和铜胎等 铸石 辉绿岩、玄武岩、铸石等 研磨材料 氧化硅、氧化铝、碳化硅等 多孔材料 硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸盐和硅酸铝等 碳素

4、材料 石墨、焦炭和各种碳素制品等 非金属矿 粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金刚石等型无机非金属材料绝缘材料 氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等 铁电和压电材料 钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等磁性材料 锰锌、镍锌、锰镁、锂锰等铁氧体、磁记录和磁泡材料等导体陶瓷 钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等半导体陶瓷 钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过滤金属元素氧化物系材料等光学材料 钇铝石榴石激光材料，氧化铝、氧化钇透亮材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等高温构造陶瓷 高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物超硬材料 碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等人工晶体 铝

5、酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等生物陶瓷 长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体材料等无机复合材料 陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料传统无机非金属材料和型无机非金属材料的比较传统无机非金属材料型无机非金属材料具有性质稳定，抗腐蚀耐高温等优点，但质脆，经不起热冲击。除具有传统无机非金属材料的优点外，还有某些特征如：强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。业务培育目标：本专业培育具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的学问，能在无机非金属材料构造争辩与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学争辩、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营治理等方面工作的高级工程技术人才。业务培育要求：本专

6、业学生主要学习无机非金属材料及复合材料的生产过程、工艺及设备的根底理论、组成、构造、性能及生产条件间的关系，具有材料测试、生产过程设计、材料改性及争辩开发产品、技术和设备及技术治理的力量。主干学科：材料科学与工程主要课程：物理化学、无机材料性能、测试及争辩方法、粉体工程、材料制备原理、热工过程与设备、无机材料工艺学(含硅酸盐、复合材料)等主要实践性教学环节：包括专业试验、金工实习、生产实习(含毕业实习)、课程设计、计算机应用与上机实践、毕业设计(论文)。主要专业试验：材料物化性能、材料工艺性能试验、材料晶相分析等开设院校北京科技大学 西南工学院 贵州大学河北理工大学 燕山大学河北工业大学 河北

7、科技大学 河北工程大学河北建筑科技学院无机非金属材料行业进展趋势1. 无机非金属材料在国民经济建设中的作用和地位作为四大材料中(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进展，而且在内涵上有了进一步的延长。依据无机非金属材料功能与作用的不同，可以将无机非金属材料划分为传统无机非金属材料建筑材料和无机非金属材料。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。型无机非金属材料是指具有如

8、高强、轻质、耐磨、抗腐、耐高温、抗氧化以及特别的电、光、声、磁等一系列优异综合性能的型材料，是其它材料难以替代的功能材料和构造材料。无机非金属材料具有独特的性能，是高技术产业不行缺少的关键材料。例如稀土掺杂石英玻璃广泛应用于、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加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供给了关键部件。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，可制作特别性能的防弹装

9、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、多功能无机非金属材料品种。这些高性能材料在进呈现代武器装备中起到格外重要的作用。2. 国际进展趋势近些年，随着科学技术的进步，无论是传统无机非金属材料，还是无机非金属材料都有了一些的进展趋势。生态与环保意识加强,建立科学的评价体系,实现可持续进展西方兴旺国家在促进传统无机非金属材料产业安康、可持续进展方面的实行了很多重要措施。世界兴旺国家格外重视建材工业的可持续进展与绿色评价。生态评价也成为世界可持续进展的一个重要手段。目前,很多国家正在进展“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

10、，提出了绿色建材、环保建材与节能建材的概念,并开展了大量的争辩与实践工作。与西方兴旺国家相比,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治理与监视,使我国的传统无机非金属材料工业进展还有很大的提升空间。面对资源和环境对我国经济进展的严峻考验,国民经济的可持续进展战略显得愈加重要。向着节能、降耗的方向进展传统的无机非金属材料工业是能源消耗大户,在世界能源日益短缺的今日,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进展的重要趋势。选择资源节约型、污染最低型、质量 效益型、科技先导型的进展方式。型墙体材料、高质量门窗、中空玻璃将大量应用。向着提高

11、材料性能、使用寿命的方向进展。低寿命设计、大量重复建设已经严峻制约城市建设的进展。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。单线生产力量向大型化进展无论是水泥工业、玻璃工业，还是陶瓷工业，单条生产线的生产力量有大型化的趋势。生产线的大型化可以有效提高产品的质量，降低能源消耗。向着智能化方向进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。向着复合化、多功能化方向进展复合材料具有单一材料所无法满足的使用功能 ,是建筑材料的进展趋势,对建筑材料的功能要求越来越趋向于多功能

12、化。在美国、日本、西欧等全部兴旺国家在其科技进展战略中都把无机非金属材料的进展放在优先进展的重要位置。例如，美国为了保持在高技术和军事装备方面的领先地位，在先后制定的先进材料与技术打算AMPP和国家关键技术报告中，材料为六大关键技术之首，而无机非金属材料占有相当比例；日本发表的21 世纪初期产业支柱所列的材料领域的 14 项根底争辩打算中，其中七项涉及无机非金属材料的争辩领域。例如兴旺国家格外重视复合材料产业化生产和应用技术争辩。通过关键技术的突破，实现材料的产业化；产业化应用，促进了技术的成熟和创；应用材料刺激产业的产生，制造出的应用领域。3. 我国无机非金属材料差距和问题3.1 传统无机非

13、金属材料我国无机非金属材料工业的进展中存在很多问题，特别是传统的无机非金属材料与国外先进水平有格外大的差距，主要有：(1) 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。例如：兴旺国家的水泥熟料强度一般都在 70MPa 以上，而我国平均强度仅为 50 MPa。我国高等级水泥ISO42.5仅占 18%， 大量生产的是中、低等级水泥ISO32.5，而很多兴旺国家的高等级水泥占 90以上。(2) 资源消耗高在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，未能充分利用有限资源，造成了极大铺张。例如：生产水泥熟料的主要原料是相对优质的石灰石，其化学成份须满足

14、 CaO 含量不低于45%、MgO 不高于 3%等要求。我国符合水泥生产要求，可以使用的量仅约 250 亿吨。目前每年生产水泥消耗的优质石灰石约 5.5 亿吨，因此该储量仅可生产水泥熟料约 200 亿吨，仅能供给约 40 年的水泥生产需要。(3) 能源消耗高在建筑材料的生产过程中，要消耗大量的能源。例如：水泥工业每年消耗标煤 9106 万吨，电力 650 亿度。我国水泥生产能耗远高于世界先进水平，以每吨熟料的综合能耗计算，世界先进水平为 117Kg 标煤， 我国为 173.5Kg 标煤，高出达 50%以上。在国外，全氧燃烧技术已经在玻璃行业中得到了较为广泛的应用， 而仅有为数不多玻璃纤维生产线

15、使用了该项技术。(4) 环境污染严峻水泥工业每年排放温室气体 CO2 约 5.55 亿吨、SO2 68.6 万吨、NOx 约 206 万吨；目前其他先进国家平均吨熟料的粉尘排放1Kg，而我国高达 13Kg，全国水泥生产年排放的粉尘竟高达 1000 万吨以上。(5) 单线生产规模小，落后工艺大量存在以悬浮预热和预分解技术为核心技术的“型干法”工艺，是目前世界水泥工业普遍承受的最先进的现代化水泥生产技术。日本有 96%、意大利 96.5%、韩国 100%、泰国 90%的水泥产量承受这种型干法生产线，而我国仅为 15。我国水泥制造业处于先进工艺与落后工艺并存的简单状态。在玻璃行业，我国浮法玻璃生产线

16、的平均生产规模为 450 吨/天，而西方国家的法玻璃生产线的平均生产规模为 550 吨/天。而且在玻璃产品的品质上与国外相比有格外的差距。3.2 无机非金属材料虽然我国无机非金属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，投入强度小等缘由，使之与兴旺国家相比，仍有较大差距(1) 根底争辩和关键技术落后我国的无机非金属材料是从试制起步的，进展过程也主要是随从于型号的需要进展。由于时间、人力的限制，加之我国长期以来对根底争辩重视不够，投入较少，无机非金属材料的系统的根底格外薄弱。(2) 材料性能低、品种少、批生产质量不稳定虽然我国已根本上建立了无机非金属材料

17、的争辩、开发与局部产品的生产体系，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、质量差的问题仍旧存在，而且在进展批量生产时质量不稳定、成品率低、效益差的问题严峻，必需下大力气解决。例如，电磁屏蔽玻璃目前我国只能到达屏蔽 85dB 的水平，而美国已到达 110dB。我们在屏蔽波段范围等方面远远不能满足国防工业进展的需要。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争辩，极大的制约了我国航空工业的进展。(3) 制备技术落后无机非金属材料工业，不但制备技术落后，而且生产力量低，效率低，直接影响高科技产品质量(性能)、本钱、能耗等三个方面。例如，国外工业兴

18、旺国家玻璃纤维生产大都承受 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局部承受 800-2022 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。我国纤维增加复合材料机械化生产只占40，60仍承受落后的手工成型，与工业兴旺国家差距甚大。又如集成电路(IC)石英集中管的制备技术，国内承受的单机间歇气炼生产技术只能供给 100mm 以下 IC 管，而国外承受一步法连熔拉管技术，生产200300mm 大口径石英管供大规模集成电路用，使我国 IC 用石英集中管失去竞争力量，完全依靠进口。(4) 技术装备落后目前我国无机非金属材料制备技术与装备明显落后，造成研制周期长、产品进展困难，预研成果不能准时进入工程化争辩，即便生产也会消灭成品率低、规模小，经济效率差等问题。