無機非金屬材料及其發(fā)展前景

無機非金屬材料及其發(fā)展前景無機非金屬材料也和金屬材料以及有機高分子材料等一樣，是當代完整的材料體系中的一個重要組成部分。普通無機非金屬材料的特點是：耐壓強度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。此外，水泥在膠凝性能上，玻璃在光學性能上,陶瓷在耐蝕、介電性能上,耐火材料在防熱隔熱性能上都有其優(yōu)異的特性，為金屬材料和高分子材料所不及。但與金屬材料相比，它抗斷強度低、缺少延展性，屬于脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，制造工藝較復雜。特種無機非金屬材料的特點是：①各具特色,例如:高溫氧化物等的高溫抗氧化特性；氧化鋁、氧化鈹陶瓷的高頻絕緣特性；鐵氧體的磁學性質；光導纖維的光傳輸性質;金剛石、立方氮化硼的｛TodayHot｝超硬性質;導體材料的導電性質；快硬早強水泥的快凝、快硬性質等。②各種物理效應和微觀現(xiàn)象，例如：光敏材料的光-電、熱敏材料的熱－電、壓電材料的力－電、氣敏材料的氣體-電、濕敏電阻材料的濕度-電等材料對物理和化學參數(shù)間的功能轉換特性。③不同性質的材料經(jīng)復合而構成復合材料，例如：金屬陶瓷、高溫無機涂層，以及用無機纖維、晶須等增強的材料。沿革舊石器時代人們用來制作工具的天然石材是最早的無機非金屬材料。20世紀以來，隨著電子技術、航天、能源、計算機、通信、激光、紅外、光電子學、生物醫(yī)學和環(huán)境保護等新技術的興起，對材料提出了更高的要求，促進了特種無機非金屬材料的迅速發(fā)展。30?40年代出現(xiàn)了高頻絕緣陶瓷、鐵電陶瓷和壓電陶瓷、鐵氧體（又稱磁性瓷）和熱敏電阻陶瓷（見半導體陶瓷）等。50?60年代開發(fā)了碳化硅和氮化硅等高溫結構陶瓷、氧化鋁透明陶瓷、0—氧化鋁快離子導體陶瓷、氣敏和濕敏電阻陶瓷等。至今，又出現(xiàn)了變色玻璃、光導纖維、電光效應、電子發(fā)射及高溫超導等各種新型無機材料。分類無機非金屬材料的名目繁多，用途各異，因此，還沒有一個統(tǒng)一而完善的分類方法。通常把它們分為普通的（傳統(tǒng)的）和特種的（新型的）無機非金屬材料兩大類。前者指以硅酸鹽為主要成分的材料并包括一些生產(chǎn)工藝相近的非硅酸鹽材料；例如：碳化硅,氧化鋁陶瓷,硼酸鹽、硫化物玻璃，鎂質、鉻鎂質耐火材料和碳素材料等。無機非金屬材料在現(xiàn)實生活中有著很廣泛的應用，簡單的舉幾個例子生活中的日用陶瓷，工業(yè)陶瓷，玻璃，建筑用的水泥，現(xiàn)在新型的墻體磚等等，在社會的基礎建設中材料是不可少的無機材料所涉及的方面也是很廣泛的，目前為止還沒有什么新型材料可以替代無機非金屬材料的地位，因為傳統(tǒng)非金屬材料工業(yè)的原料來源是最廣泛的也是最便宜的是地球上最多的：粘土，巖石等礦物。而新型的非金屬材料更是基礎建設乃至國防建設的重要方面：比如說航空用陶瓷，隱形飛機使用的吸收電磁波的材料等等都是無機非金屬材料的范圍。這個專業(yè)現(xiàn)階段處于過渡時期，傳統(tǒng)的無機材料在社會建設中廣泛應用，但是從事傳統(tǒng)的無機材料工作工資比較低，而從事新型材料研究和開發(fā)就比較大的發(fā)展空間了我國是一個經(jīng)濟和社會正在迅速發(fā)展的世界大國，高新技術產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術進步與結構調整、環(huán)保國策的全面落實，以及在未來20年全面建設小康社會發(fā)展目標的實施，將給我國非金屬礦物材料帶來前所未有的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。緊緊抓住這一難得的歷史機遇，加速非金屬礦物材料的研發(fā)和生產(chǎn)，不僅可以滿足我國經(jīng)濟、科技和社會發(fā)展對非金屬礦物材料日益增長的需求，促進非金屬礦產(chǎn)資源的綜合利用，全面提升我國非金屬礦加工應用的水平，而且還將成為國民經(jīng)濟發(fā)展的新增長點，促進我國高新技術產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)及環(huán)保產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展和進步。今后我國非金屬礦物材料的發(fā)展方向主要包括非金屬礦物材料的基礎理論及應用基礎理論研究，非金屬礦物材料的深加工裝備技術研究，發(fā)展優(yōu)勢非金屬礦種的深加工產(chǎn)品技術研究，逐步實現(xiàn)產(chǎn)品標準化、系列化、配套化，納米材料技術研究，智能材料技術研究等幾個方面。國家發(fā)展與改革委員會在制定建材工業(yè)“十五”規(guī)劃中，非金屬礦物材料行業(yè)的發(fā)展方針和主要目標就是發(fā)展非金屬礦深加工裝備技術，圍繞建筑、石化、汽車、機電、環(huán)保等產(chǎn)業(yè)的需要，發(fā)展超細粉碎、精細提純、表面改性與改型、超微細和微孔技術，復合與制品技術。發(fā)展高性能摩擦材料、絕緣材料、密封材料、工程塑料功能填料、電子工程材料和環(huán)保礦物材料，提高產(chǎn)品的科技含量和產(chǎn)業(yè)化水平。在技術裝備水平、產(chǎn)品質量、規(guī)格品種等方面盡快縮小與國際先進水平的差距，加大非金屬礦大型低能耗及專用設備的研發(fā)，非金屬礦成套裝備的綜合集成和工程化轉化。近年來，在微米技術上出現(xiàn)的非金屬礦物的納米技術是以化學的方法制備的。這是一門新技術。非金屬礦物納米材料是納米材料的重要組成部分。目前，主要納米非金屬材料有納米二氧化鈦、納米碳酸鈣、納米碳管、納米棒、納米絲、納米電纜、納米金剛石、納米半導體、納米陶瓷材料以及聚合物-黏土礦物納米復合材料等。其中聚合物-黏土礦物納米復合材料已成為日本、美國、德國等發(fā)達國家近年來材料科學研究的熱點。我國的納米技術將在未來20年后變成主導技術，現(xiàn)在它有一個孕育期、生長期和高速發(fā)展期，納米技術必定代替現(xiàn)在的微米技術。就目前而言，現(xiàn)在還處于孕育期。當今世界的主導技術還是微米技術，或者說是剛剛進入微米技術與納米技術交叉階段，納米技術的應用所占比重還很小，甚至不到1%.權威專家預測，納米技術與信息技術和生物技術成為21世紀社會經(jīng)濟發(fā)展的3大支柱。它將引起加工技術、信息技術、材料技術、分子生物技術、微電子技術等領域的革命性變化，引發(fā)一場新的產(chǎn)業(yè)革命。智能材料是指具有對環(huán)境可感知、可響應并具有功能發(fā)現(xiàn)能力的新材料，它是由非金屬礦物復合制備而成，由日本高木俊宜教授于20世紀90年代首先提出了智能材料概念，它是新材料中的佼佼者。由它制成的合金、復合物、流體、塑料、玻璃、陶瓷等物件，在應用時，既可感知環(huán)境條件的變化，又可根據(jù)需要作出相應反應。智能材料是功能陶瓷發(fā)展的更高階段，它是人類社會的需求和現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然結果。日前，歐洲科學家已研制出能協(xié)助清除汽車所排放的包括氧化氮在內的廢氣的生態(tài)涂料，氧化氮氣體是會形成煙霧和引發(fā)人類呼吸道疾病的污染源。據(jù)悉，當生態(tài)涂料涂在建筑物表面后，能吸附和消除氧化氮氣體，這種作用長達5年，直到其神奇功能耗竭為止。生態(tài)涂料的神奇奠基在直徑僅20納米的光觸媒二氧化鈦和碳酸鈣微粒上，它與聚硅氧烷樹脂混合而產(chǎn)生作用。由于微粒非常細小，這種涂料是清澈透明的，能添加各種顏料調成想要的顏色。聚硅氧烷具有相當多的細孔，能讓氧化氮氣體通過后被吸附在二氧化鈦微粒上。二氧化鈦微粒吸收太陽光中的紫外線，利用其能量產(chǎn)生化學反應將氧化氮氣轉化成硝酸，再利用堿性的碳酸鈣予以中和。如此一來僅會釋出“無害”的二氧化碳、水和硝酸鈣，這些副產(chǎn)品將被雨水等沖刷流失。進入21世紀，科學技術發(fā)展日新月異，科技進步和創(chuàng)新已成為增強各個國家及地區(qū)綜合實力的主要途徑和方式。黨的十六屆五中全會已提出自主創(chuàng)新的戰(zhàn)略，全國科技大會也提出加強自主創(chuàng)新，建設創(chuàng)新型國家。2006年2月，中共中央和國務院發(fā)布、實施《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006?2020年）》，經(jīng)過15年的努力，使我國進入創(chuàng)新型國家的行列。今后我國非金屬礦物材料行業(yè)的發(fā)展主要目標也就是圍繞著發(fā)展方向進行創(chuàng)新。因此，我們應該首先認清形勢，大