傳統無機材料的現狀及新材料的發展趨勢

2021-03-04 09:45:18 字數 4231 閱讀 1055

我國陶瓷工業目前存在的主要問題是產品質量差,花色品種少。我國是陶瓷大國,但不是陶瓷強國。大賓館、飯店的陶瓷用品大都靠進口,即我國高檔陶瓷不夠好。

我國出口的陶瓷,如焦作陶瓷****的產品,外商購買的主要原因是因其**低、炻瓷結實等優勢,若要提**格還應提高產品的檔次和質量。影響陶瓷產品效能、質量的主要因素一是原料的質量,二是生產過程。因為缺少符合質量標準的原料,要製造效能合格、質量高的產品是十分困難的,甚至是不可能的。

所以,陶瓷工業的原料標準化是非常重要的,即對天然原料的原礦進行加工精製、分選、除雜質、粉碎和混合等預處理,嚴格按礦物組成、化學組成的不同並考慮使用的要求實行合理分級,以供陶瓷廠家使用。生產過程也不可忽視。若使用原生粘土為原料,如粘土中游離石英過多,則需要增加淘洗這一工序。

若生產方法與過程選擇恰當,各工序質量控制嚴格,則質量稍差的原料也可製造出合格的產品。因此,提高陶瓷產品質量應從兩方面著手,一是正確選料,二是注重生產方法和工藝,這樣才能獲得優質、高產、低成本的陶瓷產品。

1.3玻璃

玻璃是無機非金屬材料的又一重要產品,它和我們的生活密切相關,幾乎每乙個人都要接觸和使用玻璃產品。玻璃具有良好的光學和電學效能,有較好的化學穩定性,透明而質硬,易成型,可滿足不同條件的需要,另外原料易獲得,**低。因此,玻璃被廣泛應用於建築、輕工、航天等各個領域。

衡量乙個國家玻璃工業發展的水平主要是平板玻璃,因為它是與國民經濟和人民密切相關的極為重要的生產資料和生活資料。平板玻璃的生產工藝有傳統工藝和浮法工藝。浮法是指熔窯熔融的玻璃在流入錫槽後在熔融金屬錫液的表面上成型平板玻璃的方法。

此法生產出的玻璃可與磨光玻璃相媲美。目前,工業發達的國家幾乎全部用浮法技術生產平板玻璃,在平板玻璃總產量中,浮法玻璃所佔比例已達80%。我國的玻璃工業發展迅速,建國初期為91.

2萬重箱,到2023年發展為1.1億重箱,目前約為1.6億重箱,提高了約180倍,其中浮法生產約佔40%。

玻璃行業存在的主要問題是品種少、裝備水平低、熱耗高、質量差等;另外,目前浮法玻璃的板寬、厚度、表面平整度等指標均低於國際水平。再從市場上看,小廠上得太多,供大於求,**回落快,導致國內許多廠家處於保本甚至虧損的狀態。

總之,對我國傳統無機非金屬材料的評價是發展速度快,產量大;水泥、玻璃、耐磨材料等產品居世界第一位,但花色品種、質量檔次不高。影響發展的主要原因是企業多、競爭無序、人員素質差、低水平重複建設、產品質量不穩定且互相壓價,以致造成今天的困難局面。另一嚴重的問題是在資源和環保方面。

傳統的無機材料工業普遍存在著汙染環境、資源有效利用不夠等缺陷。進入21世紀,無機材料前景看好,需要量大,但質量等方面要求會越來越高。在激烈的市場競爭下,矽酸鹽行業的工廠要面臨一半被淘汰的危險,即對某些工廠要實行關、停、並、轉的政策。

要想生存,必須提高材料的穩定性、可靠性,要有iso名牌意識,必須注重效益、信譽、質量,增加高附加值。同時**要合理,企業要不斷有新產品推出,還要和大專院校、科研單位合作,這是傳統無機材料發展的必由之路。

2新型材料的發展

新型材料是指那些新近開發的、具有優異效能的材料。新材料是高科技的一部分,同時它又為高科技服務,是許多高科技的基礎。

2.1新材料的特點

新材料是一種知識、技術、資金密集的一類新興產業的產品,是大量研究工作的結晶。它們中的多數是固體物理、固體化學、有機化學、冶金學、陶瓷學乃至生物學及微電子學等多學科交叉的結果,即近20多年形成的材料科學的新成就,因此屬於高投入(一般佔純收入的1/3)、高風險、高回報的產品。

新材料的發展與新技術密切相關。從新材料的合成與製造來看,往往利用極端條件作為必要的手段,如超高壓、超高溫、超高真空、極低溫、超高速冷卻及超高純等。因此,對技術水平要求很高,超微量雜質、原子級的缺陷、電子的遷移、微小的裂紋,以及材料對環境的微小變化的反應,都必須根據不同的目的進行精確的測定,所以離開計算機就無能為力。

由於新型材料是多種學科互相交叉和互相滲透的結果,因而其品種多,式樣雜,更新換代快。

2.2 新型材料在工業上的重要作用

新型材料對新技術和高技術具有十分關鍵的作用,沒有新材料就沒有發展高新技術的物質基礎。因而,所有工業發達國家都把新型材料的研究與開發放在特別重要的地位。例如高技術陶瓷,即一種新型無機非金屬材料,被稱為材料領域的革命。

此種陶瓷在生產工藝、效能及應用方面完全突破並超越了傳統陶瓷的概念和範疇,它是用人工合成的高純超細粉體原料,採用各種先進成型方法、現代燒結工藝、精密加工技術精製而成的,具有高效能、高附加值,可廣泛應用於新興技術和尖端領域。高技術陶瓷包括工程結構陶瓷和功能陶瓷。工程結構陶瓷具有耐高溫,硬度、剛度、強度高,耐磨、耐腐蝕等優點,可用於製造陶瓷切削刀具、陶瓷機械零件和陶瓷熱機等。

功能陶瓷則在製造積體電路基極、各種感測器、電容器等方面得到了應用。專家認為,高技術陶瓷是支撐21世紀的新型材料,在某種程度上成為衡量乙個國家經濟和科技水平的標誌。目前,高技術陶瓷全球銷售額每年遞增15%,2023年為54億美元,2023年為150億美元,2023年為245億美元,2023年達到500億美元。

再如奈米技術,即用單個原子和分子製造出新物質的技術,目前已取得可喜的成果並呈現出光明的前景。科學家們稱,它的開發將「引起一場世界性的產業革命,堪與18世紀的工業革命相媲美」。近幾年來,美、日、德、英等科學發達國家紛紛投巨資對奈米技術進行研究與開發,並取得了很大進展。

當前被列為西方國家研究重點的奈米碳管,其直徑僅為1.4 nm,5萬根這種碳管併排起來才相當於頭髮絲那樣粗細,其強度是鋼的100倍。應用奈米技術製造的新型電腦,比當前的微型電腦更小,但其效能更優良,精確度更高。

美國已製造了超碳分子算盤、奈米管、微電子系統、微型機器等.科學家們設想未來的微電機化坦克結構在遭到敵人火力襲擊時會「變硬」。日本豐田汽車公司的乙個下屬公司用微型部件組裝了一輛一粒公尺大的能開動的微型汽車。

日本製成了只有一兩公釐的靜電發動機,只有常規車床萬分之一的工作車床,有朝一日可在核電廠有角的彎管裡爬行探索裂縫的尺蠖。日本目前已研製出只有螞蟻大的機械人,可推起比自己大許多倍的重物。我國製造了目前世界上體積最小,重量最輕的直公升飛機。

這架雙螺旋槳直公升飛機的機長僅18 mm,高5 mm,機重100 mg。可在兩粒花生公尺大小的飛機場上作垂直起降。這是上海交大科研人員繼研製成功世界上最小的1 mm馬達(僅有芝麻的1/4大)後,創造的又一項世界紀錄,也是奈米技術的又一成功應用。

奈米技術作為高新技術,在國防上有顯著地位。如奈米矽基陶瓷粉,此粉塗在飛機上,雷達測不出,世界上只有少數國家有此技術,我國已能批量生產此粉。再如火箭燃燒若採用超細鎳粉,燃燒效率可提高1倍。

用某些超細粉塗在火箭上,耐熱度可由3 000℃提高到13 000℃。採用超細後的這些變化,主要是表面原子數的增加,表面能的增加所致。因此,要使材料達到極端狀態,則往往要改變材料的原有屬性,而改變屬性的方法之一就是使材料粒度細化至微細或超微細狀態後再行組合。

這也是研製新材料的必由之路。

2.3新材料的重要應用領域及效能特徵

用作敏感元件,新型無機材料以及它所具有的全失電、壓電、半導、磁性能及對外界環境產生的敏感反應等,使它可用作製造穩定可靠的敏感元件或感測器。例如壓電陶瓷可用作測壓力、應力及振動的感測器;半導性陶瓷是氧分壓測定的最常用感測器;氧化鈦、氧化鋅系統材料是作為若干碳氧化合物氣體敏感元件的基礎。這些感測器越來越普遍地以薄膜的形式使用,因此,它們與半導體積體電路相結合是今後的發展方向。

用作積體電路及電容器,變阻器等。先進無機材料中的電子陶瓷,利用無機材料一般具有較大的禁帶寬度,可在很寬的範圍內調節它們的介電,光及導電性能。近些年來,薄膜多層結構用於積體電路及電容器方面進展迅速。

其整合度、速度成百倍的提高,無機多層封裝結構日趨微小,精度越來越高。鐵電陶瓷、陶瓷變阻器要求嚴格的顯微結構與晶界組成的控制,研究進展同樣很快。目前超細結構的變阻器材料已使它的耐壓特徵從5 kv/cm提高到120 kv/cm。

用作結構材料,新型無機材料的許多效能特徵使它在結構材料領域具有許多現實的和潛在的應用價值。它們的重要應用領域包括切削工具,在各種惡劣環境下的耐磨材料,防彈等軍用材料,人工骨骼、牙齒等生物陶瓷材料,以及近年來頗能引起關注的陶瓷發動機材料等。

3 未來無機材料的發展展望

目前,迅速發展的電子工業、空間科學、核技術、雷射技術、高能電池、太陽能利用等領域,對材料效能提出了各種新的要求。因而在傳統無機非金屬材料基礎上發展出了高溫材料、高強材料、電子材料、光學材料以及雷射、鐵電、壓電等材料,這些說明了新材料發展和高科技發展是緊密聯絡的。因此,它在現代工業、現代國防、現代生活的應用方面前景廣闊。

未來新材料的發展方向是各種

材料相復合,即可改善無機材料脆性的弱點,並可具有高彈性模量,低比重,高韌性。未來電子材料的工程發展方向是微小型化、薄膜化,消除缺陷與微電子的整合工藝相結合。結構材料的工程研究方向主要是在應用上的可靠性,生產上的重複性、穩定性以及成本的逐步下降。

新材料和傳統無機材料相比,乙個重要的變化是從勞動密集型向技術密集型並繼續向知識密集型的新興工業過渡。今後,多學科交叉的各種複合材料將越來越佔據材料工業的主導地位。

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