无机非金属材料

　　无机非金属材料是以非金属元素的氧化物、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所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。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。

无机非金属材料的分类

　　1、半导体材料

　　半导体是指室温电阻值处于导体(电阻值约10^-4Ωm)和绝缘体(≥10¹⁰Ωm)之间的材料，它已成为当前无线电电子技术、计算机技术和新能源利用技术等高新技术中不可缺少的重要材料。目前大多数半导体材料还是无机半导体材料，它的大致分类为元素半导体、掺杂半导体、化合物半导体、缺陷半导体。

　　2、高技术晶体材料BGO

　　BGO是Bi₂O₃-GeO₂系化合物锗酸铋的总称，目前往往特指其中的Bi₄Ge₃O₁₂。这是一种闪铄晶体，无色透明;当一定能量的电子、γ射线或重带电粒子进入时，它能发出蓝绿色的荧光，记录荧光的强度和位置，就能计算出入射电子等粒子的能量和位置。

　　3、硅酸盐材料

　　天然硅酸盐和工业硅酸盐材料，是无机材料中极庞大的一类，其应用遍及国民经济的一切部门。天然硅酸盐是组成地壳的主要矿物，其组成、结构都十分复杂。

　　单个阴离子、链状和层状阴离子以及骨架状结构等，一切天然硅酸盐的基本结构单元是硅氧四面体，即Si原子在ZX，与位于四面体体顶点的4个氧原子结合;天然硅酸盐一般具有很好的机械强度，熔点高，耐热性好;化学稳定性好耐酸碱腐蚀，除在某些部门直接使用外，主要用作生产工业硅酸盐的原料。生活中常见的硅酸盐材料包括玻璃、水泥、陶瓷等等。

　　4、精细陶瓷材料

　　与传统的陶瓷相比，新型无机非金属材料具有下述特点：材料的组成已远超出硅酸盐范围，扩大到经高温烧结制成的所有无机材料。

　　材料的制备突破了传统的工艺采用了许多新技术制取高纯、超细的原料，保持精确的化学组成、严格控制成型和烧结工艺，以获得精确尺寸、形状，确定的微观结构和所需优良性能的新材料。制品的形态多样化，除传统的材料和烧结体外，还有单晶体、薄膜和纤维等品种。

无机非金属材料的特点

　　1、无机非金属材料晶体结构

　　在晶体结构上，无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类?材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性，以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。

　　2、无机非金属材料特点

　　无机非金属材料品种和名目极其繁多，用途各异，通常把它们分为普通的和先进的无机非金属材料两大类。

　　普通无机非金属材料的特点是：

　　耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。

　　特种无机非金属材料的特点是：

　　①各具特色。例如：高温氧化物等的高温抗氧化特性;氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性;铁氧体的磁学性质;光导纤维的光传输性质等。

　　②各种物理效应和微观现象。例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热-电、压电材料的力-电、气敏材料的气体-电。

　　③不同性质的材料经复合而构成复合材料。例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。

　　3、无机非金属材料用途

　　传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术，尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通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)、铸石(辉绿岩)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母等)也都属于传统的无机非金属材料。

　　新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的，具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。

无机非金属材料的研制

　　1、制定方法及原则

　　无机非金属材料在很多方面的确表现出了较大的优势，但要想将这种优势持续下去，就必须选择合理的研制方法来落实，否则势必会对后续的发展造成不利的影响。经过大量的总结和分析，认为在目前的无机非金属材料研制工作中，首先要在制定方法及原则上进行分析。

　　无机非金属材料的制定方法和原则，包括以下几个方面：

　　①必须正确的选择原料。现阶段的原料类型较多，应尽量选择具有天然性质的矿物原料，例如，在釉的原料选择上，可应用石英、长石、黏土等作为原料，不仅成本较低，同时研制效果较好。

　　②在研制的过程中，必须在无机非金属材料的各项指标上有所努力，包括光泽度、透光度、化学稳定等等。无机非金属材料的选择应用，指标良好是非常重要的影响因素。

　　③在加工制作做过程中，应具有良好的坯、釉适应性。

　　④加工制作无机非金属材料的过程中，需要按照标准的流程来实施。考虑到不同类型的无机非金属材料需要不同的方法来完成，因此要从客观情况来出发。

　　例如，在釉的研制过程中，一次烧成和二次烧成，都要得到良好的控制，始熔温度必须要高一些。

　　2、研制基本要求

　　无机非金属材料的研制工作中，除了要遵循正确的方法和规则外，基本要求也必须得到有效的遵循，否则得到的产品质量势必无法过关，届时造成的浪费和损失，是无法估量的。

　　目前，社会和市场对无机非金属材料的关注度非常高，要想得到比较高水平的无机非金属材料，以钢板搪瓷瓷釉为例，基本要求表现在以下几个方面：

　　①必须要与钢板具有高度匹配的热膨胀系数，同时，要能够产生优良的密着。

　　②得到的无机非金属材料，应具备良好的化学稳定性，减少各种化学反应的出现。使用过程中，需具备优良的耐候性，满足工业加工、生产的多项标准。

　　③应具备较高的乳浊度，同时在表面的遮盖力方面，必须高于传统的材料，凸显自身的性能。

　　④在烧成温度方面，需要得到有效的控制，一般维持在720℃左右。

无机非金属材料的应用

　　1、在建筑工程中的应用

　　近年来，我国的建筑行业发展的十分迅猛，但同时也带来了一个问题，就是能源短缺问题，而无极非金属材料却可以满足其发展需求，它的优势在于具有很好的保温隔热作用。运用在建筑工程的维护结构和外表上，可以保证建筑的保温性能和使用性能，防止建筑物直接裸露在大气环境中，有效的避免了建筑物遭受到的外界环境腐蚀和破坏。

　　在建筑中，常用的保温隔热材料有膨胀蛭石、岩棉、硅藻土、泡沫玻璃等，比如具有轻质、多孔、松软特点的硅藻土，它可以研磨成粉末，有较强的溪水能力，是不可多得的隔声、隔热材料。

　　2、在国防装备中的应用

　　人工晶体、无机纤维、先进陶瓷等作为新型的无机非金属材料，被广泛的应用在现代化国防建设中，是不可替代的物质基础。

　　人工晶体，它更多的被运用在潜艇通讯、电子对抗、弹道制导、激光武器等方面。

　　特种陶瓷，由于其具有耐高温、高韧性特点，所以被广泛的应用在航空航天方面，例如发动机、卫星遥感，另外，其高硬度、轻质量的特点，也使得其具有很好的防御能力，因此，成为了汽车、飞机、防弹衣制造的首要选择。

　　稀土掺杂石英玻璃材料，石英玻璃常用于各类卫星、宇宙飞船的自控系统，航空玻璃常用于ZG各类飞机的关键部件。

无机非金属材料的发展趋势

　　近些年，随着科学技术的进步，无论是传统无机非金属材料，还是新型无机非金属材料都有了一些新的发展趋势。

　　1、生态与环保意识加强，建立科学的评价体系，实现可持续发展

　　西方发达国家在促进传统无机非金属材料产业健康、可持续发展方面的采取了许多重要措施。世界发达国家十分重视建材工业的可持续发展与绿色评价。生态评价也成为世界可持续发展的一个重要手段。

　　与西方发达国家相比，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管理与监督，使我国的传统无机非金属材料工业发展还有很大的提升空间。面对资源和环境对我国经济发展的严峻考验，国民经济的可持续发展战略显得愈加重要。

　　2、向着节能、降耗的方向发展

　　传统的无机非金属材料工业是能源消耗大户，在世界能源口益短缺的今天，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发展的重要趋势。向着提高材料性能、使用寿命的方向发展。低寿命设计、大量重复建设已经严制约城市建设的发展。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。

　　3、单线生产能力向大型化发展

　　尤论是水泥工业、玻璃工业，还是陶瓷工业，单条生产线的生产能力有大型化的趋势。生产线的大型化可以有效提高产品的质量，降低能源消耗。

　　4、向着智能化方向发展

　　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。

　　5、向着复合化、多功能化方向发展

　　复合材料具有单一材料所无法满足的使用功能，是建筑材料的发展趋势，对建筑材料的功能要求越来越趋向于多功能化。

　　未来科学技术的发展，对各种无机非金属材料，尤其是对特种新型材料提出更多更高的要求。材料学科有广阔的发展前景，复合材料、定向结晶材料、增韧陶瓷以及各种类型的表面处理和涂层的使用，将使材料的效能得到更大发挥。