無機非金屬材料行業(yè)的發(fā)展趨勢

崔清樂

摘要：近年來，社會進步迅速，我國的現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展也有了很大的改善。在建工、科研等領(lǐng)域迅速發(fā)展的過程當中，對于新型材料的靈活運用能夠更好地提升相關(guān)技術(shù)的需求性能，對促進行業(yè)進步具有十分重要的影響。無機非金屬材料的優(yōu)勢特點較為突出，其包含的種類范疇十分廣泛，可以滿足不同場景下的應(yīng)用需求。對無機非金屬材料理化性能的提升和優(yōu)化是目前行業(yè)當中較為主流的研究趨勢，也和其他技術(shù)行業(yè)應(yīng)用之間形成較好的融合，系統(tǒng)性地介紹無機非金屬材料的概念和分類，并詳細討論其應(yīng)用優(yōu)勢、領(lǐng)域和行業(yè)發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：無機非金屬材料;行業(yè);發(fā)展趨勢

引言

傳統(tǒng)的壓力制件一般是用金屬或合金制造，結(jié)構(gòu)大多較為簡單，承受的壓力可簡化為均勻受力。而隨著應(yīng)用工況越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的金屬壓力制件往往難以能滿足實際應(yīng)用的苛刻要求，例如深海環(huán)境下要求壓力制件耐壓能力強且密封性好，石油天然氣管道運輸中要求壓力管道耐腐蝕性能好，航空航天領(lǐng)域要求壓力制件輕質(zhì)高強，這些復(fù)雜工況都對壓力制件提出了新的挑戰(zhàn)。非金屬材料壓力制件由于具有重量輕、耐腐蝕性能好、使用壽命長等優(yōu)點逐漸受到人們的關(guān)注，非金屬材料壓力制件也越來越多應(yīng)用于石油、化工、航空、深海等各個領(lǐng)域。

1深海耐壓技術(shù)進展

深海裝備通常工作在幾百米乃至數(shù)千米的深海中，環(huán)境的靜水壓力巨大，且海水為導(dǎo)體，因此深海裝備的電子元器件需要全密封保護。傳統(tǒng)的金屬耐壓電子倉為抵抗壓力需要有厚重的殼體與復(fù)雜的密封設(shè)計，使得裝備靈活性差且經(jīng)濟成本高。可通過具有彈性模量梯度的軟體外殼在全海深范圍內(nèi)保護電子器件不受壓力破壞。封裝技術(shù)主要由一個與印刷電路板貼合的半包圍形狀耐壓殼將帶腔元器件完全與外壓力隔絕。耐壓殼由金屬、結(jié)構(gòu)陶瓷、藍寶石玻璃或特種工程塑料等材料構(gòu)成，起到抵抗深海靜水壓的作用。耐壓殼與印刷電路板之間可采用黏合劑進行粘接固定，并一同包覆在灌封材料層中。灌封材料層由硅膠，橡膠，樹脂等材料構(gòu)成，起到壓力補償與防水絕緣的作用。印刷電路板與耐壓殼接觸的部分區(qū)域，可加入絕緣層。所述絕緣層由絕緣漆，樹脂或其他高分子材料構(gòu)成，起到防止印刷電路板上接觸區(qū)域短路的作用。帶腔元器件所在區(qū)域的印刷電路板背面，可加入補強板。所述補強板由金屬、結(jié)構(gòu)陶瓷、藍寶石玻璃或特種工程塑料等材料構(gòu)成，起到增強印刷電路板剛度的作用。

2無機非基屬材料分類

2.1半導(dǎo)體材料

半導(dǎo)體材料的理化性能較為特殊，其在集成電路行業(yè)中有十分廣泛的應(yīng)用，其電導(dǎo)率會隨著溫度變化呈現(xiàn)出反比關(guān)系，是一種與金屬材料性能相反的材料，也賦予了其更高的研究價值和廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體材料的單質(zhì)元素外層電子處于充滿的狀態(tài)，如常見的Si、Ge、Se等都具有半導(dǎo)性的特點，前兩種在工業(yè)中的應(yīng)用最廣泛。一些化合物材料也具有半導(dǎo)體的特點，如閃鋅礦、酞菁等。半導(dǎo)體材料在生活當中十分常見，且由于基礎(chǔ)材料的生產(chǎn)成本較低，為其廣泛應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體材料在進行制備處理時根據(jù)應(yīng)用需求的不同可以制備為單晶片、薄膜材料等，其純度可以達到6個“9”以上，可以作為良好的基體材料進行精細化處理，確保其在電子集成應(yīng)用當中能夠達到最大的襯底直徑。碳化硅半導(dǎo)體材料的應(yīng)用帶寬間隙等大，可以在600℃的條件下保證2000h以上的使用壽命，在通信、航空等工程當中有極強的應(yīng)用優(yōu)勢。納米級別的半導(dǎo)體材料在研究與發(fā)展的過程中可以更好地促進大規(guī)模集電技術(shù)的良好發(fā)展，使芯片內(nèi)的集成度得到有效提升，利用超晶格的特點優(yōu)化通信技術(shù)進步。

2.2晶體材料BGO

晶體材料根據(jù)晶胞的排布差異可以分為單晶和多晶兩種類型，如常見的金剛石、硅板等都屬于單質(zhì)材料，在電子電路設(shè)計、機械工程設(shè)備當中都有廣泛的應(yīng)用，而化合狀的陶瓷、玻璃等都屬于多晶化合物，其應(yīng)用的場景十分豐富，包括了日用、建筑、冶金、工業(yè)等多方面的內(nèi)容，是一種和日常生活息息相關(guān)的無機非金屬材料。在晶體材料中，其中的粒子都是按照一定的規(guī)律進行排布分散的，這也使其這類材料的理化性能更加穩(wěn)定，且可以通過實驗室培養(yǎng)的方式誘導(dǎo)晶體的生長，使材料學(xué)研究取得到較好的發(fā)展。不同類型的晶體材料在功能特性上存在很大差異，包括了導(dǎo)電性、光學(xué)特性等，在具體的應(yīng)用中可以提供更加多樣化的選擇。BGO材料是一種特殊的晶體材料，其晶格結(jié)構(gòu)和X光中的高能粒子發(fā)生碰撞從而實現(xiàn)了晶體發(fā)光，屬于光致發(fā)光的范疇[3]。將BGO晶體加載在探測器的頂部，能夠更好地檢測環(huán)境中的射線信號，再結(jié)合光電轉(zhuǎn)化、電路處理等方式延伸出了許多不同行業(yè)的應(yīng)用。根據(jù)BGO晶體中的元素組成差異，可以將其分為氧化物、鹵化物等，在醫(yī)療、物理、工業(yè)等方面都有極高的應(yīng)用價值。

2.3硅酸鹽材料

玻璃、微晶玻璃和陶瓷都屬于硅酸鹽材料的范疇，這類材料的硬度極強，在建筑工程行業(yè)有廣泛的應(yīng)用優(yōu)勢。硅酸鹽材料中的分子結(jié)構(gòu)為四面體行，其中的硅、氧原子位置分布較為固定，分別對應(yīng)著體心結(jié)構(gòu)和四角位置，其他元素的不同組合方式能夠分別形成不同的硅酸鹽材料。硅酸鹽材料中的分子結(jié)合性更強，其耐壓性、抗腐蝕性較金屬材料、有機材料更強，在硅酸鹽材料進行微晶化處理后可以具備更強的光學(xué)性能和導(dǎo)電性能，在市場應(yīng)用中已經(jīng)可以逐步替代傳統(tǒng)材料。硅酸鹽材料作為水泥成山的原材料可以形成硬度更強的膠凝結(jié)構(gòu)，利用硅酸鹽熟料替代傳統(tǒng)水泥當中的其他熟料，可以有效提升其保溫效果。高溫陶瓷屬于新型硅酸鹽材料的一種，其耐磨損的性能更為突出，可以實現(xiàn)耐酸堿腐蝕和耐高溫環(huán)境，為工業(yè)生產(chǎn)提供了較好的應(yīng)用原材料。

3無機非金屬材料的應(yīng)用

目前，傳統(tǒng)非金屬材料種類眾多，最主要的是大宗無機建筑材料，例如陶瓷、水泥、玻璃、墻體材料等。大宗無機建筑材料在所有傳統(tǒng)無機非金屬材料中占據(jù)極高的比重。建筑材料的品質(zhì)影響著居住者的生活質(zhì)量。20世紀中期后，新型無機非金屬開始出現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)無機非金屬材料，其性能更為獨特，如今現(xiàn)代新技術(shù)、傳統(tǒng)技術(shù)改造、生物醫(yī)學(xué)、現(xiàn)代國防的發(fā)展都離不開這些材料的支持。使用頻率較高的幾種材料包含先進陶瓷、人工晶體、無機纖維之類。這類材料相較于其他同類材料來說，質(zhì)量更輕、更耐磨損、抗腐蝕性能更佳、抗氧化性能更強。正是因為無機非金屬材料具備如此顯著的特殊功能，這才成為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)必不可缺的核心建筑材料。例如：導(dǎo)彈、衛(wèi)星中所使用的激光測距系統(tǒng)中會使用稀土摻雜石英玻璃來提升其耐輻照性能，宇宙飛船、衛(wèi)星內(nèi)姿控系統(tǒng)需要使用到石英玻璃進行制造，全天候兵器中需要使用光學(xué)纖維面板、微通道板之類的材質(zhì)來制作特定的微光夜視元件，國內(nèi)各類軍用飛機中的航空玻璃需要使用人工晶體材料制成。此外，因為特種陶瓷具備高耐溫、韌性大的特點，適合使用在航天發(fā)動機、衛(wèi)星遙感中，能夠發(fā)揮較好的電子對抗功能?，F(xiàn)如今，已經(jīng)有4000種左右的性能顯著、功能多樣的新型材料被廣泛投入使用，大大推動了現(xiàn)代武器裝備的性能提升，促進了科技的發(fā)展。

結(jié)語

企業(yè)要想開展橋梁項目施工，確保橋梁工程順利進行，必須選用質(zhì)量更優(yōu)、性能更好的施工。在橋梁工程項目進行施工的時候，都要嚴格檢查水泥、混凝土等其他施工材料的品質(zhì)，這一流程至關(guān)重要，只有保障施工材料質(zhì)量達標，才能夠材料，且選派專業(yè)的管理團隊科學(xué)管理所有施工材料，保障其質(zhì)量。

參考文獻

[1]史勇，史志銘.混凝土材料耐久性防護研究方法綜述[J].四川水泥，2020（6）：10-11.

[2]于麗波，蔣林華，儲洪強，董浩，劉濤.混凝土中結(jié)合氯離子研究綜述[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2020（9）：3387-3393.