現(xiàn)代無機(jī)非金屬材料的分類與發(fā)展

陳上達(dá)

【摘要】目前，我國的建筑行業(yè)方面的能源缺乏問題越來越嚴(yán)峻，因此尋找并應(yīng)用節(jié)能材料是建筑業(yè)者的重要任務(wù)，而無機(jī)非金屬材料的出現(xiàn)恰恰可以很好地解決這個(gè)問題。本文分析了無機(jī)非金屬材料在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位，詳細(xì)地對其分類進(jìn)行解讀，并同時(shí)展望了其應(yīng)用的前景。

【關(guān)鍵詞】無機(jī)非金屬材料；分類；前景

當(dāng)前我國的建筑行業(yè)面臨著嚴(yán)峻的能源挑戰(zhàn)，因此必須尋找可以進(jìn)行利用的節(jié)能材料。經(jīng)過探尋，發(fā)現(xiàn)無機(jī)非金屬材料在這方面很有優(yōu)勢，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的理想材料。無機(jī)非金屬材料的涵蓋了除了金屬材料和高分子材料之外的幾乎所有材料領(lǐng)域，通常無機(jī)非金屬材料具有抗高溫、硬度強(qiáng)以及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但也會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度差、韌性不良等缺點(diǎn)。

1無機(jī)非金屬材料在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用

1.1為信息技術(shù)革命奠基

人類的發(fā)展經(jīng)歷了諸多時(shí)代，現(xiàn)在正處于一個(gè)信息化高度發(fā)展的科技時(shí)代，每個(gè)時(shí)期的發(fā)展都與材料有著密切的聯(lián)系。從這個(gè)角度講，材料貫穿了人類的發(fā)展進(jìn)程，是社會(huì)發(fā)展的標(biāo)志性因素。在高科技背景下，無機(jī)非金屬材料成為了社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。

1.2支撐現(xiàn)代文明

無機(jī)非金屬材料具有體輕、硬度和強(qiáng)度較高、抗高溫、抵制腐蝕等優(yōu)良特性，因而具有金屬和高分子材料所無法比擬的優(yōu)勢，在航天、微電子以及海洋事業(yè)中大放異彩，在高科技的競爭領(lǐng)域中占據(jù)重要地位、起到重要的作用。

1.3可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

事實(shí)證明，每次無機(jī)非金屬材料的重大進(jìn)展都會(huì)引發(fā)一次重大變革，比如玻璃鋼、芳綸纖維等材料的產(chǎn)生，使得火箭的外部材料發(fā)生了革新，這種效應(yīng)也擴(kuò)散到汽車和飛機(jī)等領(lǐng)域。光學(xué)纖維的橫空出世，讓廣播電視、郵電通訊以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域出現(xiàn)了飛躍性的進(jìn)步，這種推動(dòng)效應(yīng)還擴(kuò)散到了印刷和自動(dòng)檢測等領(lǐng)域當(dāng)中。

2無機(jī)非金屬材料的分類

2.1依據(jù)分子結(jié)構(gòu)劃分

無機(jī)非金屬材料總體上依據(jù)分子結(jié)構(gòu)可以劃分晶體和非晶體兩大類，晶體可以分為單晶和多晶，兩者都可以分為單質(zhì)和化合物兩個(gè)類型。單晶的單質(zhì)具體有單晶硅、金剛石、集成電路材料以及工具材料；單晶的化合物可以分為碲化鉍、電子器件以及半導(dǎo)體敏感材料。

多晶的單質(zhì)可以分為多晶硅、燒結(jié)金剛石、光電材料以及工具材料。其在化合物方面可以分為傳統(tǒng)陶瓷、新型陶瓷以及自然石料三個(gè)方面；傳統(tǒng)陶瓷又可以分為日用陶瓷、建筑陶瓷、美術(shù)陶瓷以及耐火材料四個(gè)方面；新型陶瓷中的結(jié)構(gòu)陶瓷則可以分為耐高溫材料、耐腐蝕材料、耐磨損材料、耐沖擊材料和硬度材料。其功能陶瓷則可以分為電子功能材料、光學(xué)功能材料和生物功能材料；自然石料則可以分為裝飾材料、建筑材料以及日用器皿。

非晶體主要指的是玻璃，玻璃可以分為單質(zhì)玻璃和化合物玻璃。單質(zhì)玻璃有無定形硅和生物玻璃兩種；化合物玻璃則分為日用玻璃和功能玻璃；功能玻璃包括導(dǎo)光透光玻璃、電學(xué)功能玻璃、熱濕等敏感玻璃以及生物玻璃。

2.2依據(jù)化學(xué)成分劃分

總體可以分為單質(zhì)和化合物兩大類。單質(zhì)分為單晶硅，如金剛石、集成電路以及工具領(lǐng)域等使用；多晶硅如多晶石墨、光電材料和電極等；單質(zhì)硒玻璃如敏感材料；無定形碳包括生物膜材料和導(dǎo)電材料等。

化合物則包括氧化物、非氧化物以及多元化合物。氧化物分為二氧化鋁和二氧化鋯、非氧化物分為氮化硅和氮化鋁；多元化合物分為生物玻璃和鈦酸鋇。

2.3依據(jù)功能劃分

總體可分為工程材料和功能材料。工程材料可以分為高強(qiáng)高韌材料、耐高溫抗熱震材料、耐磨耐腐蝕材料各種界面材料以及其他材料；功能材料分為電學(xué)材料、光學(xué)材料和生物材料三種；電學(xué)材料可以分為壓電材料、磁性材料、電導(dǎo)材料、熱電材料、電子材料以及敏感材料；光學(xué)材料可以分為導(dǎo)光材料、透光材料和光信息材料；生物材料則可以分為生物惰性材料、生物體內(nèi)可控表面活性材料、生物體內(nèi)可吸收材料。

3無機(jī)非金屬材料的分類的展望

按照其類型逐一展望。

3.1新型玻璃

新型玻璃應(yīng)該在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上運(yùn)用溶膠-凝膠、CVD、超急冷以及失重等工藝，通過各種微觀方法實(shí)現(xiàn)新型玻璃領(lǐng)域的突破。

3.1.1新型的激光玻璃

未來會(huì)生產(chǎn)出輸出功率更為強(qiáng)悍、性能品質(zhì)更加優(yōu)良的摻餌玻璃以及磷酸鹽類型的激光玻璃，還有更新的激光放大纖維等材料。

3.1.2光集成電路玻璃

其制作方法為離子交換法，制成的成品玻璃成分包含F(xiàn)eo、Ce203等，本身能散發(fā)出磁光以及熱光等效應(yīng)。

3.1.3超平玻璃

這種玻璃主要的應(yīng)用范圍為光存儲(chǔ)器，還可以應(yīng)用在光磁存儲(chǔ)器和大型液晶顯等基板上面，對于那些大規(guī)模以及特大規(guī)模類型的光掩用途模板也起到較大作用。

3.2高性能陶瓷

這種陶瓷材料在性能上體現(xiàn)出極強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，比如能夠抵抗高溫、強(qiáng)度和硬度系數(shù)都很高等，因而在航天和電子領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

3.2.1結(jié)構(gòu)陶瓷

制作材料為碳化硅、氧化鋁以及莫來石等，改進(jìn)措施為增加韌性、改善纖維強(qiáng)度，對材料的內(nèi)部構(gòu)成進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之具有堅(jiān)硬、耐磨、抗腐蝕等特性，可以對軸承、不銹鋼等材料進(jìn)行更新?lián)Q代，可直接制作成發(fā)動(dòng)機(jī)和電極材料等進(jìn)行運(yùn)用，具有使用延長壽命、節(jié)能等效果。

3.2.2功能陶瓷

其在功能方面起到的作用為絕緣、堅(jiān)硬、光敏和熱敏等，可以用在壓電元件和磁記錄存儲(chǔ)等領(lǐng)域，使其成為促進(jìn)信息產(chǎn)品容量擴(kuò)大、密度增大的有力武器。

3.3人工晶體

這個(gè)材料的應(yīng)用范圍很廣，而且前進(jìn)步伐迅速。晶體原有形態(tài)和功能以及用途不斷被刷新，而且新型的晶體也在不斷地取代傳統(tǒng)類型晶體，比如金剛石之所以被廣泛應(yīng)用就是因?yàn)槠湓谟捕确矫骟w現(xiàn)出超高的性能，其實(shí)它還具有高導(dǎo)熱的特殊功能，可以利用這個(gè)方面將其當(dāng)做熱沉材料進(jìn)行應(yīng)用，使其具有半導(dǎo)體功能，讓其在信息技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。人造水晶原本是用來發(fā)揮壓電效能的，但是經(jīng)過對其功能進(jìn)行探索，其應(yīng)用領(lǐng)域也變得開闊，當(dāng)前還應(yīng)用在延遲線以及表面波器件之中。另外，可以對輻射產(chǎn)生抵抗功能的水晶還被廣泛地應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，甚至可以在軍事領(lǐng)域發(fā)揮出很大作用。

4總結(jié)

無機(jī)非金屬材料在高科技領(lǐng)域占有重要地位，是伴隨高科技進(jìn)步而出現(xiàn)的朝陽產(chǎn)業(yè)，具有很強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿蜕?，必定在將來的競爭中脫穎而出，因此已經(jīng)受到各方面的重視。本文分（下轉(zhuǎn)第129頁）（上接第119頁）析了無機(jī)非金屬材料在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位，詳細(xì)地對其分類進(jìn)行解讀，展望了其應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

［１］欒志軍.材料的分類及優(yōu)化檢索系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].青島大學(xué),2011.

［２］劉子全,姜付義,聶惠瑛,王波,蔣潤乾,李波波.無機(jī)非金屬材料專業(yè)方向陶瓷模塊實(shí)驗(yàn)的設(shè)置探討[J].福建建材,2011,36(6):109-112.

［3］張春艷.無機(jī)非金屬材料的研制及性能表征[J].解讀無機(jī)非金屬材料,2013,09(14)：124-125.

［責(zé)任編輯：湯靜］