無機非金屬材料概述
摘要：材料是人類賴以生存的物質基礎，是科技進步的核心，是高新技術發展和社會現代化的先導，是乙個國家科學技術和工業水平的反映和標誌。20世紀80年代以高技術群為代表的新技術革命，把新材料、資訊科技和生物技術並列為新技術革命的重要標誌，世界各先進工業國家都把新材料作為優先發展的領域。
在材料領域，無機非金屬材料（簡稱無機材料）占有舉足輕重的地位。無機非金屬材料(in***anic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及矽酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。
無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料並列的三大材料之一。本文簡要介紹無機非金屬材料領域幾類主要的新型材料的發展前景、型別、應用等。
1 水泥
水泥作為三大建築材料之一，是最大宗的無機非金屬材料。目前傳統水泥的生產工藝日趨完善，水泥材料的發展主要表現在高效能水泥基材料、節能型水泥等方面。
1.1 高效能水泥基材料
對水泥材料高效能的要求首先是強度高。通過降低孔隙率、改善孔結構及孔徑分布可開發出高緻密、高強度的水泥基材料，為此，一般可採用以下幾種方法：改變成型方法；摻加超細活性矽質材料，如矽灰、稻殼灰、粉煤灰、礦渣等；摻加高分子材料；摻加纖維材料，如抗鹼玻纖、鋼、碳、莫來石、尼龍和丙烯等纖維。
製造水泥基纖維複合材料，取得了很好的增強和增韌效果，從理論上講，理想的纖維材料是矽酸鈣纖維，它與水泥材料的化學相容性好，還可起晶種作用促進水化；發展新型水泥材料，傳統的矽酸鹽水泥及其衍生品種的強度和耐久性均不夠理想，五十年代出現的鹼礦渣水泥(aasc)具有強度高、水泥石緻密、抗滲、抗凍、抗化等特性。
1.1.1浸漬水泥基材料
採用高分子聚合物對水泥漿體浸漬，使整個材料非常密實，所得材料的抗壓強度可達240 mpa。
1.1.2 mdf水泥
mdf水泥 (macro-defect free cement)是在仿生學基礎上對傳統水泥進行深加工而獲得的。通過在水泥中摻加有機聚合物及改變顆粒組成，採用強烈攪拌、軋壓成型 (w/c: 0.
1-0.15)，使材料的抗彎強度可達150 mpa-200 mpa，顯著改善了材料的韌性，甚至可用此材料製造彈簧，還可用作高效能聲學材料、裝甲材料、低溫材料、電磁輻射遮蔽材料等。但這種材料還存在耐水性差、水化程度低、熱力學不穩定等缺點，需進一步研究改進，如減少有機物用量並改用耐水性好的高分子材料，採用催化劑提高高分子聚合度以及採用偶聯劑等改進高分子與水泥的結合。
1.2 節能型水泥
節能型水泥的生產可通過改變熟料礦物組成、生產少熟料水泥等途徑達到。
1.2.1改變熟料礦物組成
在保證質量的條件下以含鈣量低，形成溫底低的低能耗熟料礦物代替傳統矽酸鹽水泥中的c3s、c3a等高能耗礦物。如以c4a3s、β-c2s等為主要礦物組成的硫鋁酸鹽水泥，以c4af、c4a3s、β-c2s為主的鐵鋁酸鹽水泥，以c11a7·caf2、c3s或c2s為主的氟鋁酸鹽水泥，以c21s6a·cacl2、c4s2·cacl2、c11a7·cacl2和c4af·cacl2為主的阿利尼特水泥等，這些水泥的共同特點是燒成溫度低(1200℃-1250℃左右)，熱耗大幅度降低，早期強度高，後期強度也比較穩定，易磨性好，可減少粉磨電耗。
1.2.2生產少熟料水泥
利用鹼-礦渣水泥的生產原理，提高混合材摻量，減少水泥用量可大幅度降低水泥生產能耗及成本，同時還可充分利用工業廢渣，如鋼渣、磷渣、鐵合金渣、鉛渣、鎳渣、鋁渣等，還可利用沸石、火山灰等天然或人工火山灰質材料。
2玻璃 玻璃是另一類傳統的、歷史悠久的無機非金屬材料。傳統的玻璃材料及器皿等工藝技術已基本成熟，玻璃新材料包括醫用玻璃和生物工程玻璃、非線性光學玻璃、光通訊用玻璃、平面整合微光學玻璃、電致變色等。
2.1 醫用玻璃和生物工程玻璃
自70年代發明生物玻璃以來，人們發現許多玻璃和微晶玻璃能與生物骨形成鍵合，其中一些已應用於臨床，用作牙周種植、人造中耳骨等。目前正利用玻璃、微晶玻璃製備高韌性生物活性金屬，生物活性聚合物等。微晶玻璃尤其是多孔微晶玻璃可用作生物工程中的載體，用在固定床反應器、固定床迴圈反應器和流化床反應器上。
2.2 非線性光學玻璃
近年來，非線性光學玻璃，特別是未來全光學裝置所要求的具有高三階極化率χ，快的響應時間τ和低的光吸收特性的材料研究引人注目。製備方法包括傳統微晶玻璃製備法、離子交換法和離子注入法。
2.3 光通訊用玻璃
稀土鉺填充石英光纖正作為1.5 μm帶操作的傳導波纖維放大介質應用於光學通訊系統，目前正利用摻稀土的氟化物光纖製作具有從可見光到中紅外光操作波長帶的纖維激發器和放大器，以滿足超高容量和適應性強的光學網路系統的需要。
2.4 平面整合微光學玻璃
2023年開發的梯度折射率微透鏡產生了微光學的新技術和應用。目前的研究主要集中在平面光波迴路裝置和平面整合微透鏡的開發方面，應用目標是數字、資訊訪問系統的光學分離器、平行內連系統的光學偶合器及投影顯示系統的液晶顯示盤。
3 陶瓷
陶瓷是具有悠久歷史的材料，通常作為陶瓷器、磚瓦、衛生陶器等民用產品用於人們的日常生活，作為工業產品，廣泛用著耐火材料、電絕緣子、磨削砂輪等。精細陶瓷是相對於傳統陶瓷而言的，它是採用高度精選的原料，具有能精確控制的化學組成，按照便於控制的製造技術製造、加工的，便於進行結構設計的，具有優異特性的陶瓷。精細陶瓷可分為：
電子陶瓷、磁性陶瓷、高溫陶瓷、生物陶瓷、結構陶瓷、超導材料、奈米晶材料等。
3.1 電子陶瓷
電子陶瓷可分為導電陶瓷、光電陶瓷和熱電陶瓷等。
3.1.1導電陶瓷
導電陶瓷有碳和碳化矽系陶瓷、batio3系半導體陶瓷等。可用作電阻器、高溫用電熱電阻、熱敏電阻器、溼敏電阻器、具有開關和儲存功能的非線性電阻器等。
3.1.2光電陶瓷
光電陶瓷可製成光敏元件、光電導(pc)模元件、光生伏打(pv)模元件。燒結cds多晶可作成x射線到紫外線範圍的光檢測器。cds中摻加cu等雜質製成的薄膜和多晶光敏元件，目前作為可見光的檢測器具有廣泛的用途。
3. 1. 3熱電陶瓷
熱電陶瓷由於其表面電荷隨溫度發生變化，固此可利用它製成探測輻射能量大小的熱電探測器，在工業、醫療等方面用作非接觸測溫、熱成相器件等。
3.2 磁性陶瓷
磁性陶瓷可分為永磁材料、軟磁材料和磁資訊材料。
3.2.1永磁材料
早期生產和使用的永磁材料是以碳鋼為代表的淬火馬氏體鋼。2023年，作為第一代稀土永磁材料的**co5的稀土永磁材料誕生了，2023年，成分為**2co17的第二代稀土永磁材料問世，2023年前後投入大規模生產，2023年底，高效能的第三代稀土永磁材料—釹鐵硼永磁材料誕生。***新型稀土永磁材料的探索物件主要是在稀土鐵化合物中新增第三種或第四種元素，最可能取得突破的是成分為**2fe17n3和**fe11ti的兩種材料。
3. 2. 2 軟磁材料
非晶態軟磁合金是乙個嶄新的材料研究領域，目前重點研究的非晶態磁性合金主要有:過渡金屬—類金屬非晶態磁性合金、稀土—過渡族非晶態合金、過渡金屬—過渡金屬非晶態合金。摻入鈮和鉭的cozr合金薄膜是重要的磁帶錄影機磁頭材料，這種材料目前已商品化。
3 .2. 3 磁資訊材料
隨著計算機技術的發展，磁儲存和磁記錄一直是資訊儲存和記錄的重要手段。近年來，為了提高記錄密度，常使用金屬磁粉。鋇鐵氧體磁粉是一種正在研究的新記錄材料。
此外新型的薄膜介質也已投入使用新型的cozr/nife雙層膜介質的研究正取得進展，有望得到更高的位密度。
在新型磁儲存器中，值得一提的是磁光碟，它具有超高儲存密度，高可靠性，可擦除重寫百萬次以上的優點。
3.3 高溫陶瓷
高溫陶瓷與金屬相比，能耐更高的溫度。高溫陶瓷有氧化物系陶瓷和非氧化物系陶瓷。tho2、mgo、、m2o3陶瓷可用作磁流體發電機的發電通道絕緣材料，zro2、lacro3陶瓷可用作發電通道的電極材料。
碳化物、硼化物、氮化物等顯示出不同於以往氧化物系陶瓷的效能,成為超高溫度技術領域中的重要材料。
3.4 生物陶瓷
生物陶瓷是用於人體器官替換、修補和外科矯形的陶瓷材料，它已用於人體近四十年，近年來發展相當迅速。這類材料主要包括氧化鋁、羥基磷灰石、生物活性玻璃及生物活性玻璃陶瓷、塗層及可被吸收降解的磷酸鈣陶瓷。
3.5 結構陶瓷
結構陶瓷以耐高溫、高強度、耐磨損、抗腐蝕等機械力學效能為主要特徵,在冶金、宇航、能源、機械和光學的領域等有重要應用。在這些領域中用非金屬代替部分金屬是總的發展趨勢。
3 .5.１耐高溫、高強度、耐磨損陶瓷
氧化鋁、氧化鋁—碳化鈦、氧化鋁—氮化鈦—碳化鈦—碳化鎢、氧化鋁—碳化鎢—鉻、氮化硼和氮化矽等陶瓷可用作切削工具。氮化矽可做燃氣輪機的燃燒室，最引人注目的是在發動機製造上獲得了突破性進展。
3. 5. 2耐高溫、耐腐蝕的透明陶瓷
用氧化鋁和氧化鎂混合在1800℃高溫下製成的全透明鎂鋁尖晶石陶瓷，外觀極似玻璃，但其硬度、強度和化學穩定性都大大超過玻璃，可用它作為飛機檔風材料，也可作為高階轎車的防彈窗、坦克的觀察窗、炸彈瞄準具以及飛機和飛彈的雷達無線罩等。
3.6 超導材料
超導材料有低溫超導材料和高溫超導材料。超導技術的大規模應用，過去主要因為低溫超導材料必須用液氮冷卻而受到限制，高溫超導材料問世以來，它的穩定性，尤其是成材工藝問題尚未完全解決，目前還沒有實用，一旦高溫超導材料的成材工藝有所突破，那麼超導技術將在能源、輸變電、動力、交通、電子技術等最基礎和影響最深遠的方面發揮其作用，使整個社會生產力產生全面的和革命性的變化。
4 耐火材料
耐火材料也是一種陶瓷,是從陶瓷中分支出來的一種材料。耐火材料是一種傳統的無機非金屬材料，但近年來不少重要用途的優質製品向高技術，高效能以至高精度方向發展。製品從以氧化物和矽酸鹽為主演變到氧化物和非氧化物並重，並有向氧化物和非氧化物復合傾斜的趨向。
其主攻方向為：(1)碳結合和非氧化物製品，(2)功能耐火材料，(3)高效鹼性和高鋁製品，(4)優質節能材料。
我與無機非金屬材料
我與無機非金屬材料 課程學習有感 我是14服裝與服飾設計班的唐馮，在本次的無機非金屬材料課上學到了很多的有關材料的知識，因為高中讀職高的緣故，在職高階段沒有過多的接觸有關材料方面的知識，在此次的校選課上可以補一點這方面的知識，說不上學的有多好，但相比之前還是進步了不少。關於此次選修課的分數，我的要求...
無機非金屬材料小結
一緒論1 材料按化學組成分類 金屬材料 無機非金屬材料 高分子材料 聚合物 2無機非金屬材料定義 無機非金屬材料是由矽酸鹽 鋁酸鹽 硼酸鹽 磷酸鹽 鍺酸鹽 硫化物 矽化物 鹵化物等原料經一定的工藝製備而成的材料。是除金屬材料 高分子材料以外所有材料的總稱。它與廣義的陶瓷材料有等同的含義。無機非金屬材...
無機非金屬材料試題
無機非金屬材料工學試卷 b 一 填空題 每空l分，計20分 1.無機非金屬材料生產過程的共性包括 原料 物料的製備與運輸 熱處理 成形和乾燥等 2.粘土的主要化學組成為 二氧化矽 三氧化二鋁 結晶水，還有少暈鹼金屬氧化物 k2o na2o 鹼土金屬氧化物等。3.表明煤的組成時，必須指明所選用煤的基準...