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无机非金属材料是以某些元素的氧化物、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,是除有机高分子和金属材料以外的所有材料的统称。

起初,无机非金属材料只包含传统的陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料,随着科学和技术的发展,又将半导体、先进陶瓷结构、功能陶瓷、新型功能玻璃、人工晶体等纳入无机非金属材料领域。无机非金属材料的高硬度、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐磨和优异的环保性能以及特殊的光声、电等性能,在航空航天、兵器、舰船等国防领域得到了越来越多的应用,如陶瓷基复合材料、结构陶瓷、特种功能陶瓷、人工晶体等已成为武器装备中不可或缺的关键材料。

随着科学技术的进一步发展,无机材料也比较多样化,材料应用得到了升级,而在科学技术的支持下,产生了新型的材料,这对传统无机材料的发展就产生了很大冲击。文章主要就传统无机材料的发展现状详细分析,然后对新材料的发展趋势详细探究,希望能通过此次理论研究,对传统无机材料和新材料有更深的认识。

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。

传统无机非金属材料,新型无机非金属材料和无机非金属基复合材料组成了庞大的无机非金属材料体系。其中以硅酸盐为基础的陶瓷、玻璃和水泥已经形成相当规模的产业,被广泛应用于工业、农业、国防和人们的生产生活中,成为国民经济的支柱产业之一。新型无机非金属材料因具有耐高温、耐腐蚀、高强度、多功能等多种优越性能,其中一些已在各个工业部门以及近几十年发展起来的空间技术、电子技术、激光技术、光电子技术、红外技术发展方面发挥了重要作用。因此,无机非金属材料的发展必将大大的促进现代科学技术的进步和人类文明程度的提高。本文将主要介绍:无机非金属材料的分匪类,无机非金属材料的地位(在材料中的地位、在国民经济中的地位),无机非金属材料的发展过程,无机非金属材料的应用,无机非金属材料企业的岗位设置,无机非金属材料的发展趋势以及无机非金属材料发展中遇到的问题。

传统无机材料主要是工业以及基本建设所使用的基础性的材料,对工业社会的发展也起到了积极促进作用。通过从理论层面加强传统无机材料以及新材料的研究分析,就能从更深层次了解新材料的发展应用作用。

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。由于这种化学键所特有的高键能、高键强,所以这一大类材料具有高熔点、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。

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传统无机材料的发展现状分析

无机非金属材料种类极其繁多,且新的无机材料在不断扩充着材料种类数据库,功能不同,因此,还没有统一标准的分类方法。通常把它们分为传统的和新型的无机非金属材料两大类。新型无机非金属材料是发展高新技术的物质基础,新材料及与其直接相关的研究领域,如信息存储材料、微电子材料、生物材料、纳米材料、超导材料等,
新材料在当今高新技术领域及未来技术中均占有重要地位。世界各国把新材料的研究与开发列为关键技术,以利于抢占科技制高点。而在新材料中,新型无机非金属材料又是特别活跃的领域,在整个新材料中具有重要地位。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。

传统的无机材料主要有陶瓷、水泥、玻璃等类型。其中的水泥是应用最为广泛的无机材料,也是建筑材料之一。在水泥的生产工艺层面,随着科学技术的发展,生产工艺也日益的完善化,在水泥的材料发展方面,主要就体现在高性能水泥基材料以及节能型水泥层面。高性能的水泥基材料的特点就是高强,降低空隙率以及对孔结构和孔径的分布改善下,就能加强其性能的强度。在改善其强度性能层面,主要能通过掺假超细活性硅材料以及纤维材料等
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。在高强水泥的类型上比较多样化,有浸渍水泥基材料类型,这就是通过高分子聚合物来对水泥浆体实施浸渍,这样就能使得材料表现的比较密实,在水泥的抗压强度也能提高。还有是
MDF 强度水泥,一种综合性能优异的抗压强度高达 300MPa,抗折强度更高达的
200MPa,在电学、磁学、声学和低温使用性能方面也有某些性能的新型水泥制品。由于其自身的性能比较好,所以应用各种管道,并且在体积以及电阻率性能上比较强,能够代替陶瓷以及塑料的经久耐用绝缘材料。对于节能型的水泥也是比较重要的无机材料类型,在节能型的水泥生产就是改变熟料矿物组成以及生产少熟料水泥的方式来实现的。

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。主要有复合陶瓷、无机涂层、无机纤维、富勒烯、石墨烯等。特种无机非金属材料的特点是:一、具有特殊性质的无机非金属材料。例如:高温氧化物等的高温抗氧化特性;高频绝缘特性的氧化铝、氧化铍陶瓷;光传输性质的光导纤维;超硬性质的金刚石、立方氮化硼;导电性质的石墨烯材料;快凝、快硬性质的快硬超强水泥等。二、具有特殊物理效应和微观现象。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、湿敏材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。三、不同性质的材料经复合而构成复合材料。特殊陶瓷、高温无机涂层,以及用无机纤维、晶须等增强的材料。

传统无机材料当中的陶瓷是比较重要的内容,陶瓷主要就是指淘器和瓷器,并从广义上来看,也包含着耐火材料以及砖瓦等。所以陶瓷这一概念也是各种无机非金属材料的统称。我国的陶瓷工业发展比较迅速,在新技术和新工艺的不断应用过程中,陶瓷的生产使用也逐渐的广泛化,在质量上能得到有效保证。在对陶瓷材料的性能和本质的了解随着时间的推移也更为深入,在研究材料的组分以及结构的专业仪器支持下,对陶瓷的研究就比较深入
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。在陶瓷的类型当中,精细陶瓷是现代化工业生产下的陶瓷类型,采用了高度精选的原料,并有着能精确控制的化学组成进行结构设计的,这样就有着比较突出的特性。在精细陶瓷的类型当中也有着诸多的类型,其中的电陶瓷以及高温陶瓷等都是这一类。

在无机非金属材料中,无机非金属导电材料具有特殊应用,高频绝缘陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷、热敏电阻陶瓷以及最近很是火热的石墨烯。主要以陶瓷和石墨烯为代表无机非金属导电材料。

传统无机材料当中的玻璃也是重要的一个类型,并有着比较悠久的历史。传统的玻璃材料和器皿工艺技术在当前的新技术支持下已经比较成熟化,玻璃新材料所包含的内容比较多,有生物工程玻璃以及医用玻璃等。玻璃作为无机非金属材料当中的重要产品,其和我国的日常生活有着紧密的联系,每个人在生活中都会接触到玻璃。玻璃在应用的范围上也比较广泛,透明而质硬,比较容易成型,价格也比较低廉,所以在生活当中的应用比较广泛。玻璃行业的发展在当前还存在着相应的问题,主要就是品种比较少,装备的水平还有待进一步提高等。

众所周知,通常陶瓷不导电,是良好的绝缘体。例如在氧化物陶瓷中,原子的外层电子通常受到原子核的吸引力,被束缚在各自原子的周围,不能自由运动。所以氧化物陶瓷通常是不导电的绝缘体。然而,某些氧化物陶瓷加热时,处于原子外层的电子可以获得足够的能量,以便克服原子核对它的吸引力,而成为可以自由运动的自由电子,这种陶瓷就变成导电陶瓷。现在已经研制出多种可在高温环境下应用的高温电子导电陶瓷材料:碳化硅陶瓷的最高使用温度为1450℃,二硅化钼陶瓷的最高使用温度为1650℃,氧化锆陶瓷的最高使用温度为2000℃,氧化钍陶瓷的最高使用温度高达2500℃。此外,还有离子导电陶瓷和半导体陶瓷,各有千秋,各具不同的功能。具有质子导电性的陶瓷目前已发现许多种,但作为实用材料,要求在较宽的温度和湿度范围内具有稳定的物理和化学性能,导电率高、适于高温工作及成本低等。目前有实用价值的主要是SrCeO3系高温型质子导电陶瓷。

新材料的发展趋势探究

石墨烯是由单层六角原胞碳原子通过sp2杂化构成的蜂窝状二维网络结构。石墨烯是构成其他碳同素异形体的基本单元,它可以折成零维的富勒烯,卷曲成一维的碳纳米管,堆垛成三维的石墨,自从第一次成功制备独立的单层石墨烯至今,石墨烯已经成为材料界一颗炙手可热的圣杯,在各个领域有着特殊的性质,吸引了众多科学家对其各个方面进行研究。作为一种独特的二维晶体,石墨烯有着非常独特的电化学性能:常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-6Ω·cm,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料,而且石墨烯几乎完全透明,对光只有2.3%的吸收。作为石墨烯的重要应用之一,石墨烯透明导电薄膜以其资源丰富、良好的化学稳定性和柔韧性,有望取代资源缺乏、脆性的铟锡氧化物成为新一代透明导电膜,在柔性显示领域表现出巨大的应用潜力。一般而言,高透明性与高导电性是相互矛盾的,而石墨烯在理论上有望避开这种此消彼长的关系成为理想的透明导电膜。石墨烯的高载流子迁移率使其容易透过更宽波长范围的光,但导电性不受影响。石墨烯的超薄与高透明性,使得以其作为电极的导电基板比其他材料具有更优良的透光性,可用于有机太阳能电池。这些薄膜还可用于取代显示屏中的硅薄膜晶体管。石墨烯运送电子的速度比硅快几十倍,因而用石墨烯制成的晶体管运行速度更快、更省电。

加强对新材料的应用发展在当前显得比较重要,新材料和传统的材料相比有着鲜明的优势,主要体现在性能上。新材料在人类的社会进步以及高技术的发展当中有着基础作用和先导作用发挥,在国际上对材料技术和信息技术以及能源技术公认的人类文明三大支柱,其中的新材料技术的发展在近些年比较迅速,主要是在科学技术的支持下,对新材料的发展起到了很大促进作用。新材料合成以及制造,都是通过利用极端条件作为基础手段的,如超高压以及超高温等等,在对技术的要求上比较大。新材料的应用也比较广泛,例如高技术陶瓷就是新材料,在陶瓷的生产工艺当中,在性能上以及应用上都突破以及超越了传统陶瓷的概念范畴。

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新材料的应用中,可用作敏感元件,新型无机材料和其所具有的全失电、压电、半导、磁性能及对外界环境产生的敏感反应等,使它可用作制造稳定可靠的敏感元件或传感器。新型无机材料的许多性能特征使它在结构材料领域具有许多现实的和潜在的应用价值。

它们的重要应用领域包括切削工具,在各种恶劣环境下的耐磨材料,防弹等军用材料,人工骨骼、牙齿等生物陶瓷材料,以及近年来颇能引起关注的陶瓷发动机材料等
。处在当前的发展时代,技术的高速发展,这对新材料的生产应用也提供了良好的发展基础,通过从多方面重视新材料的应用,对社会经济的发展就能起到积极促进作用。

总而言之,传统无机材料的发展下,在随着新技术的应用也对传统材料有着改善,并创造了新的应用材料,对无机材料的脆弱性的弱电能得到有效提高。在通过此次对无机材料的研究分析下,人们对其就会有更深的认识。在新材料的应用下,也能保障应用的经济效益水平提高,希望能通过此次理论研究,有助于实践的发展。

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