無(wú)機(jī)非金屬材料的現(xiàn)狀與前景

【摘 要】當(dāng)前，科技的發(fā)展已廣泛深入到各個(gè)領(lǐng)域中。表現(xiàn)在無(wú)機(jī)非金屬材料行業(yè)，就是出現(xiàn)各種新型材料，對(duì)于社會(huì)的發(fā)展起到非常重要的作用。這些非金屬材料因具有各種優(yōu)異的性能，為天然的非金屬材料和某些金屬材料所不及，從而在近代工業(yè)中的用途不斷擴(kuò)大，并迅速發(fā)展?；诖?，文章對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料的現(xiàn)狀與前景進(jìn)行分析，以期能夠提供一個(gè)借鑒。

【關(guān)鍵詞】無(wú)機(jī)非金屬材料；現(xiàn)狀；前景

1.無(wú)機(jī)非金屬材料概述

無(wú)機(jī)非金屬材料（inorganicnonmetallicmaterials）是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。是除有機(jī)高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。無(wú)機(jī)非金屬材料和金屬材料以及有機(jī)高分子材料等一樣，是當(dāng)代完整的材料體系中的一個(gè)重要組成部分。在晶體結(jié)構(gòu)上，無(wú)機(jī)非金屬的晶體結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比金屬?gòu)?fù)雜，并且沒(méi)有自由的電子。無(wú)機(jī)非金屬材料具有比金屬鍵和純共價(jià)鍵更強(qiáng)的離子鍵和混合鍵。這種化學(xué)鍵所特有的高鍵能，而高鍵強(qiáng)賦予這類材料以高熔點(diǎn)、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強(qiáng)度和良好的抗氧化性等基本屬性，以及寬廣的導(dǎo)電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。

無(wú)機(jī)非金屬材料品種和名目極其繁多，用途各異，因此，還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一而完善的分類方法。通常把它們分為普通的（傳統(tǒng)的）和先進(jìn)的（新型的）無(wú)機(jī)非金屬材料兩大類。

無(wú)機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)分析：

普通無(wú)機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)是：耐壓強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。此外，水泥在膠凝性能上，玻璃在光學(xué)性能上，陶瓷在耐蝕、介電性能上，耐火材料在防熱隔熱性能上都有其優(yōu)異的特性，是金屬材料和高分子材料所不及的。但與金屬材料相比，它抗斷強(qiáng)度低、缺少延展性，屬于脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，制造工藝較復(fù)雜。特種無(wú)機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)是：①各具特色。例如：高溫氧化物的高溫抗氧化特性；氧化鋁、氧化鈹陶瓷的高頻絕緣特性；鐵氧體的磁學(xué)性質(zhì)；光導(dǎo)纖維的光傳輸性質(zhì)；金剛石、立方氮化硼的超硬性質(zhì)；導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性質(zhì)；快硬早強(qiáng)水泥的快凝、快硬性質(zhì)等。②各種物理效應(yīng)和微觀現(xiàn)象。例如：光敏材料的光-電、熱敏材料的熱-電、壓電材料的力-電、氣敏材料的氣體-電、濕敏材料的濕度-電等材料對(duì)物理和化學(xué)參數(shù)間的功能轉(zhuǎn)換特性。③不同性質(zhì)的材料經(jīng)復(fù)合而構(gòu)成復(fù)合材料。例如：金屬陶瓷、高溫?zé)o機(jī)涂層，以及用無(wú)機(jī)纖維、晶須等增強(qiáng)的材料。

2.新型無(wú)機(jī)非金屬材料研究現(xiàn)狀的介紹

2.1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。

2.2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。

2.3復(fù)合材料

（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。

（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。

（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。

3.無(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展

綜上所述，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)需要各種傳統(tǒng)材料的同時(shí)，還需要性能特殊的新材料，這就促進(jìn)了無(wú)機(jī)非金屬材料的研究、開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)。在20世紀(jì)40年代以前，無(wú)機(jī)非金屬材料僅被認(rèn)為是由自然產(chǎn)出的石頭加工而成的制品；用天然粘土為主要原料制作而成的粘土制品；用多種非金屬礦物原料生產(chǎn)出的水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料；用成分比較純的非金屬礦物原料生產(chǎn)出的人工晶體等。20世紀(jì)40年代以后，隨著航空航天工業(yè)、電子信息工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、生物材料工業(yè)等的發(fā)展，人們開(kāi)發(fā)出了一系列的新型材料，極大地增加了無(wú)機(jī)非金屬材料的品種和名目。隨著人民生活水平的提高，人民對(duì)新材料品種和功能的要求越來(lái)越多，對(duì)傳統(tǒng)材料的使用也提出了新的問(wèn)題。并不斷通過(guò)各種先進(jìn)技術(shù)來(lái)探索新材料的生產(chǎn)方法?，F(xiàn)代無(wú)機(jī)非金屬材料的定義已經(jīng)擴(kuò)展，品種包括除金屬材料、有機(jī)高分子材料以外的幾乎所有的材料，種類繁多，用途廣泛。無(wú)機(jī)非金屬材料在現(xiàn)代建筑中占有不可忽視的地位，是現(xiàn)代社會(huì)不可缺少的支柱材料，在我國(guó)建筑行業(yè)中將發(fā)揮重要的作用。

結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，無(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展與應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其自身的范疇，對(duì)于帶動(dòng)國(guó)內(nèi)各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展起到了非常重要的作用。并且，隨著科學(xué)家對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)研究的日益深入以及各種精密測(cè)試分析技術(shù)的發(fā)展，從而使得無(wú)機(jī)非金屬材料得以更廣泛的運(yùn)用。

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