新型無(wú)機(jī)非金屬材料研究進(jìn)展與未來(lái)展望

摘要：隨著社會(huì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型材料逐漸發(fā)展了起來(lái)。作為高新科技實(shí)現(xiàn)的基石，如有機(jī)非金屬、復(fù)合材料、功能陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷等新型材料逐漸受到了科研工作者及生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)企業(yè)的青睞，文章對(duì)新型無(wú)機(jī)非金屬材料的研究進(jìn)展進(jìn)行介紹，并對(duì)其未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：新型無(wú)機(jī)非金屬材料；現(xiàn)在；發(fā)展；展望；新材料

中圖分類號(hào)：TM281 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）15-0065-02

作為高新技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，新型材料和與其相關(guān)的如高溫電子學(xué)、超導(dǎo)材料、納米材料、生物材料、微電子材料、信息存儲(chǔ)材料等科學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)成為了現(xiàn)如今新型技術(shù)的領(lǐng)軍者，并在未來(lái)的高新科技發(fā)展領(lǐng)域中占有重要位置。新型無(wú)機(jī)非金屬材料在新型材料中是較為受到重視的部分，在新材料科技研發(fā)中占有一定的比重。

1新型無(wú)機(jī)非金屬材料研究現(xiàn)狀的介紹

1.1結(jié)構(gòu)陶瓷

我國(guó)的航空、航天事業(yè)正處于蓬勃發(fā)展的階段，以及先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展都對(duì)材料的抗高溫能力、抗高強(qiáng)度能力提出了更高的要求。由于金屬材料與合金材料的抗高溫能力較為有限，不適用于先進(jìn)科技，所以，研發(fā)性能更加優(yōu)越的材料就顯得十分必要了。

特種陶瓷材料在各個(gè)領(lǐng)域中的使用越來(lái)越普遍，其對(duì)金屬的不粘合性、耐高溫性能、高耐磨性、高硬度等優(yōu)勢(shì)逐漸體現(xiàn)出來(lái)。氧化鋯陶瓷具有高比重、耐腐蝕性和耐磨性，在油田深井泵的閥座中應(yīng)用廣泛，適用于這種極度的作業(yè)環(huán)境。耐腐蝕性、耐磨性、高硬度是多品種陶瓷所共有的特點(diǎn)，這也使得陶瓷在儲(chǔ)存液體泵部件、無(wú)潤(rùn)滑軸承、高溫軸承等領(lǐng)域得到了制造業(yè)與工業(yè)的青睞。

常用的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷包括：硅化物、氮化物、硼化物、碳化物、高熔點(diǎn)氧化物等，結(jié)構(gòu)陶瓷也有其缺陷：不易回收、加工困難、價(jià)格高、性能分散、溫室脆性高等。在研制階段，可通過(guò)提高結(jié)構(gòu)陶瓷的韌性，太拓寬陶瓷的用途。提高其韌性的手段包括：對(duì)原理的細(xì)度、純度進(jìn)行控制、加強(qiáng)纖維與晶須、顆粒彌散、晶界控制等。

1.2功能陶瓷

具有多種種類的功能陶瓷，對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與科學(xué)技術(shù)發(fā)展具有重要的影響。功能陶瓷具有的多種功能包括：化學(xué)、生物、機(jī)械、光、磁、聲、電等，在多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用。功能陶瓷比傳統(tǒng)陶瓷的產(chǎn)值高、能耗少、成本低，具有更高的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的綜合效益。而與結(jié)構(gòu)陶瓷相同，功能陶瓷也具有缺陷：獲取情報(bào)與技術(shù)困難、難度大、制造條件苛刻等。

功能陶瓷中應(yīng)用較廣的種類有：超導(dǎo)材料、磁性陶瓷材料、濕敏陶瓷材料、氣敏陶瓷材料、熱敏陶瓷材料、壓敏陶瓷材料、微波陶瓷介質(zhì)材料、電容器陶瓷介質(zhì)材料、基板材料等。

功能材料在我國(guó)的研究領(lǐng)域受到了極度關(guān)注，多年來(lái)，我國(guó)通過(guò)努力，在功能陶瓷材料的材料特性與合成化合物中獲得了較大成果。電子產(chǎn)品所需的集成電路技術(shù)、高密度表面組裝技術(shù)、高可靠性、高性能、多功能、輕薄等需求，促進(jìn)了功能陶瓷的發(fā)展。

1.3復(fù)合材料

復(fù)合材料中，可以通過(guò)各種材料優(yōu)勢(shì)的組合實(shí)現(xiàn)材料功能的平衡，從而達(dá)到材料結(jié)構(gòu)形式的最優(yōu)化。不同的材料組合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料所需資源的節(jié)約和對(duì)材料功能的完善。

1.3.1樹(shù)脂基復(fù)合材料

樹(shù)脂基復(fù)合材料是以金屬纖維或陶瓷、碳、高分子等強(qiáng)化而成的，是技術(shù)較為成熟的一種新型復(fù)合材料，這種復(fù)合材料的比剛度與比強(qiáng)度都要比高樹(shù)脂材料強(qiáng)，在房屋建筑、輪船、汽車、飛機(jī)的制造中有廣泛應(yīng)用。

1.3.2金屬基復(fù)合材料

顆粒、晶須、碳纖維、陶瓷等通過(guò)對(duì)金屬進(jìn)行強(qiáng)化而形成了金屬基復(fù)合材料，它的比剛度與比強(qiáng)度都要比單純的金屬材料強(qiáng)很多。其中增強(qiáng)效果最強(qiáng)的莫過(guò)于長(zhǎng)纖維增強(qiáng)了，然而這種增強(qiáng)方式所需投資極高，所以主要用于宇航方面。顆粒與晶須增加所需的投資較低，在電力工業(yè)、電子與汽車工業(yè)等方面應(yīng)用較為廣泛。

1.3.3陶瓷基復(fù)合材料

以增強(qiáng)陶瓷韌性為目的所開(kāi)發(fā)出的陶瓷基復(fù)合材料，使用的強(qiáng)化方式包括：顆粒復(fù)合增韌、變相復(fù)合增韌、纖維復(fù)合增韌、晶須復(fù)合增韌等。其中纖維增韌與晶須增韌兩種方式可以大大提高陶瓷基復(fù)合材料的抗疲勞性能，在磨具、磨料、機(jī)械加工刀具、內(nèi)燃機(jī)、汽車、航空航天等的燃燒部件中使用廣泛；通過(guò)復(fù)合增韌，可以大大增強(qiáng)材料的斷裂韌性。

1.3.4碳-碳復(fù)合材料

通過(guò)編制成網(wǎng)狀并連接到一起的碳化碳纖維，就形成了碳-碳復(fù)合材料，這種材料主要包括三向編制碳-碳復(fù)合材料材料、碳纖維碳-碳復(fù)合材料復(fù)合材料與細(xì)晶石墨碳-碳復(fù)合材料等，這些新型復(fù)合材料具有抗燒蝕性能強(qiáng)、抗熱震性能高、輻射系數(shù)大、比熱容大、膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)勢(shì)，適用于航天飛機(jī)機(jī)翼前緣、飛機(jī)鼻帽、火箭噴管、導(dǎo)彈頭等方面。

1.3.5表面涂層與表面改性

在材料應(yīng)用中出現(xiàn)的疲勞斷裂、磨蝕、磨損、氧化、腐蝕等問(wèn)題多是在材料表面發(fā)生的，并逐步向材料里層蔓延。所以在提高材料性能、增加材料的使用壽命時(shí)，應(yīng)注重對(duì)材料表面的強(qiáng)化處理與保護(hù)。材料復(fù)合除了產(chǎn)出復(fù)合材料外，還包括對(duì)材料表面的改性與表面涂層，成效明顯的一種維護(hù)材料性能的措施。在應(yīng)用中，重要采用的方法有：碳氮共滲、表面滲碳、電鍍、油漆等，還包括激光處理、等離子體處理、電子束處理和紫外線處理等。通過(guò)對(duì)新型材料表面的強(qiáng)化，可以融化表面，降低表面出現(xiàn)裂痕的幾率，也可以對(duì)部件表面的應(yīng)力與相變產(chǎn)生影響。

2無(wú)機(jī)非金屬材料科學(xué)的發(fā)展分析

2.1生物器件與材料

生物器件與材料方向的發(fā)展主要分為三個(gè)類型：生物醫(yī)用材料、仿生材料和生物體系模擬。生物醫(yī)用材料可用于替代人體器官，這一用途對(duì)材料的要求非常高，要求無(wú)血凝、無(wú)害、無(wú)毒，除此之外，還應(yīng)具備匹配性的力學(xué)性能。在仿生材料方面，通過(guò)對(duì)生物體解剖結(jié)構(gòu)的模仿與功能結(jié)構(gòu)的借鑒，實(shí)現(xiàn)材料韌性與強(qiáng)度的提高。

2.2智能材料

如形狀記憶合金、光敏陶瓷、濕敏陶瓷、壓電陶瓷等能夠?qū)ν饨绛h(huán)境的感應(yīng)做出智能反映。例如，通過(guò)通過(guò)智能系統(tǒng)的控制與智能材料的使用，可對(duì)災(zāi)害提供預(yù)警，并提升預(yù)警的準(zhǔn)確性。

2.3環(huán)境材料

環(huán)境材料會(huì)通過(guò)間接或直接的方式減少對(duì)環(huán)境的危害與污染，因此這類材料又稱為低環(huán)境負(fù)荷材料。環(huán)境材料的種類包括：節(jié)能材料、天然原材料、無(wú)污染少污染材料、可循環(huán)利用材料、長(zhǎng)壽命材料、少加工材料、輕質(zhì)材料等。現(xiàn)階段如建筑業(yè)等行業(yè)的企業(yè)在制造生產(chǎn)和實(shí)踐中，都在不斷推廣新型的環(huán)境材料，如在建筑施工中使用輕質(zhì)材料等。

2.4納米材料

新型材料中最被普通民眾所知的當(dāng)屬納米材料。納米材料在納米工程和納米技術(shù)中占有重要位置，納米材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)與晶粒晶體對(duì)材料的特殊性能具有重要的決定作用。納米材料由于其成形容易、燒結(jié)溫度要求低、表面原子的擴(kuò)散速度較快的等優(yōu)勢(shì)成為了新型材料中最具可塑造性的一種材料。

2.5計(jì)算機(jī)模擬與材料設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在眾多領(lǐng)域中均有所應(yīng)用。將材料設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可通過(guò)仿真模擬的方式對(duì)材料的性能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，并對(duì)其性能與結(jié)構(gòu)間的聯(lián)系做出判斷，為材料改進(jìn)提供基礎(chǔ)。

2.6對(duì)傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)行武裝

我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是離不開(kāi)傳統(tǒng)材料，由于傳統(tǒng)材料具有總量大的特點(diǎn)，占我國(guó)材料總量的95%以上，同時(shí)傳統(tǒng)材料面積比較廣，相對(duì)的影響也是比較大的。我國(guó)的傳統(tǒng)材料在國(guó)際上的差距比新材料的在國(guó)際上的差距都大，主要表現(xiàn)在五個(gè)方面，①能耗比較高；②污染比較嚴(yán)重；③質(zhì)量相對(duì)來(lái)說(shuō)比較差；④品種的規(guī)格是比較少的；⑤各種材料之間比比例存在不合理的現(xiàn)象。針對(duì)目前的狀況來(lái)看，新材料和傳統(tǒng)材料這兩者之間可以共同的發(fā)展，不能對(duì)其進(jìn)行偏廢。例如：對(duì)新材料進(jìn)行研究的過(guò)程中和新材料生產(chǎn)的過(guò)程中，比較廣泛應(yīng)用為：①計(jì)算機(jī)技術(shù)；②自動(dòng)控制的技術(shù)；③精制原料；④新材料在制成過(guò)程中相關(guān)的零部件；⑤精密加工技術(shù)；⑥檢測(cè)技術(shù)等等，應(yīng)用到比較傳統(tǒng)的材料當(dāng)中，比如：水泥，玻璃，陶瓷和耐火材料等等，就會(huì)對(duì)傳統(tǒng)材料引起深刻的革新。由此可以看出，傳統(tǒng)材料的發(fā)展不僅為新材料提供了用武之地，還為相關(guān)的技術(shù)提供了用武之地，讓新材料在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中，擁有良好的發(fā)展前景。

3結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新材料得到了廣泛的應(yīng)用，新材料也會(huì)在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中，得到比較高度的重視。本文對(duì)新型無(wú)機(jī)非金屬材料研究的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，并對(duì)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，所以在發(fā)展新材料的過(guò)程中，也要對(duì)比較傳統(tǒng)的材料進(jìn)行發(fā)展，并帶動(dòng)傳統(tǒng)材料的革新，通過(guò)分析可推斷出，材料領(lǐng)域在未來(lái)的發(fā)展中，將向高性能、高環(huán)保程度的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅偉華，周振君，劉超，等.無(wú)機(jī)非金屬牙科修復(fù)生物材料的研究進(jìn)展與展望[J].中國(guó)陶瓷，2013，(5).

[2] 栗海峰.無(wú)機(jī)非金屬陶瓷換熱器材料的制備與應(yīng)用[D].武漢:武漢理工大學(xué)，2011.

[3] 汪靈.礦物材料的概念與本質(zhì)[J].礦物巖石，2010，(25).

[4] 宋曉嵐，楊華明，王海東，等.無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學(xué)體系優(yōu)化與實(shí)踐[J].理工高教研究，2010，(15).

[5] 魏煒.炭/陶復(fù)合材料制備及其電熱性與抗氧化性研究[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)，2011.

[6] 楊威.雙制通風(fēng)新材料密集烤房的研究[D].長(zhǎng)沙:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.