无机非金属材料行业的发展趋势

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无机非金属材料行业的发展趋势

肖 飞 张 挽 王 娇 赵 明 张浩智 辽宁省轻工科学研究院，辽宁 沈阳 110036

摘要：随着我国经济的迅猛发展，无机非金属材料越来越广泛的运用于经济基础事业的建设之中，而且，无机非金属材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、绝缘性能优异的特点，但是，在其发展的过程中，还存在着很多的问题，因此，本文就无机非金属材料行业的发展趋势进行分析。

关键词：无机非金属；材料行业；发展趋势 中图分类号：TB321 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)09-0133-02

无机非金属材料由于其高强度、高硬度、耐腐蚀、绝缘性能优异等特色，被广泛应用于冶金、宇航、机械、汽车、电子、光学等领域。但是，无机非金属材料的塑韧性差，难以制作大而复杂的结构，而且冷加工性能差，导致其实际应用受到很大的限制。而金属材料的强韧性及优异的冷加工性能可弥补陶瓷材料的此种缺点。此外，电真空器件中，陶瓷作为绝缘材料通常需要与金属进行密封连接，而玻璃材料则由于其具有良好的透光性、容易加工为各种复杂形状而在电真空领域得到了一定的应用。因此，无机非金属材料与金属材料的连接技术一直是材料连接领域的研究热点之一。

1 无机非金属材料行业存在的问题 1.1 基础研究和关键技术落后

我国无机非金属材料产品等级低。在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。

中国的无机非金属新材料是从试制起步的，发展过程也主要是随从于型号的需要进行。由于时间、人力的限制，加之中国长期以来对基础研究重视不够，投入较少，无机非金属材料的系统的基础非常薄弱。

1.2 材料性能低、品种少、批生产质量不稳定

虽然中国已基本建立了无机非金属材料的研究、开发与部分产品的生产体系，但材料的品种尚不齐全，一些重要工程的关键配套材料还需进口。产品性能低、质量差的问题仍然存在，而且在进行批量生产时质量不稳定、成品率低、效益差的问题严重。例如，电磁屏蔽玻璃中国只能达到屏蔽85dB的水平，而美国已达到110dB。我们在屏蔽波段范围等方面远远不能满足国防工业发展的需要。而航空玻璃方面高强、多功能（隐身、防激光等）圆弧整体风挡在中国还刚起步研究，极大的制约了中国航空工业的发展。

1.3 制备技术落后资源利用率低

我国无机非金属新材料工业，不但制备技术落后，而且生产能力低，生产效率低，直接影响高科技产品质量（性能）、成本、能耗等三个方面。在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，往往未能充分利用资源，从而造成了极大的浪费。

2 无机非金属材料新产品研发

新型无机非金属材料指的就是具有高强、轻质、耐磨、抗腐、耐高温、抗氧化以及特殊的电、光、声、磁等一系列优异综合性能的新型材料，是其他材料难以替代的功能材料和结构材料。例如，稀土掺杂石英玻璃广泛应用于导弹、卫星及坦克火控武器等激光测距系统，耐辐照石英玻璃应用于各种卫星及宇宙飞船的姿控系统；光学纤维面板和微通道板作为像增强器和微光夜视元件在全天候兵器中得到应用；航空玻璃为中国各类军用飞机提供了关键部件；二氧化硅气凝胶是最轻的固体材料，也是导热系数最低的材料，被广泛开发应用于管道、设备保温。

3 无机非金属陶瓷换热器材料的制备方法分析 3.1 反应烧结法

所谓的反应烧结法主要是将两种或是两种以上的粉末以固定的比例调匀，塑造成型，继而发生化学反应，在此过程当中，其内部至少有两种成分相互发生化学反应，主要是应用于碳化硅等非氧化物材料当中。通过反应烧结法而得出

的制品，其烧结质量非常好，外形与尺寸几乎不发生任何的改变，在静止冷却的过程当中也不会出现收缩的不良反应，烧结所需的时间较短，并且烧结耗费少，符合经济原则，对于形状复杂的制品烧制方面也能取得良好的效果。然而，该方法也存在相应的局限性，例如允许加入的添加剂剂量非常少，导致机械强度等问题。

3.2 常压烧结法

常压烧结法是当前我国最为常用的烧结方法，其主要的特点就是不对材料进行加压作用。令其于大气压力之下烧结，操作方法更为简便易行。该方法的应用对象主要是氧化物材料，如莫来石等，首先将材料进行细磨调匀，随后在其中添加一定剂量的添加剂，塑造成型之后放置于马沸炉中进行烧结，烧结完毕之后将制品取出使其自行冷却。常压烧结法与上述的反应烧结法相比较，烧结时间较长，因此烧结成本也更高，但是所得的制品由于添加了合适剂量的添加剂以及粘土，机械强度更为理想。

4 无机非金属材料科学的发展分析 4.1 生物器件与材料

生物器件与材料方向的发展主要分为三个类型：生物医用材料、仿生材料和生物体系模拟。生物医用材料可用于替代人体器官，这一用途对材料的要求非常高，要求无血凝、无害、无毒，除此之外，还应具备匹配性的力学性能。在仿生材料方面，通过对生物体解剖结构的模仿与功能结构的借鉴，实现材料韧性与强度的提高。

4.2 智能材料

如形状记忆合金、光敏陶瓷、湿敏陶瓷、压电陶瓷等能够对外界环境的感应做出智能反映。例如，通过通过智能系统的控制与智能材料的使用，可对灾害提供预警，并提升预警的准确性。

4.3 环境材料

环境材料会通过间接或直接的方式减少对环境的危害与污染，因此这类材料又称为低环境负荷材料。环境材料的种类包括：节能材料、天然原材料、无污染少污染材料、可循环利用材料、长寿命材料、少加工材料、轻质材料等。现阶段如建筑业等行业的企业在制造生产和实践中，都在不断推广新型的环境材料，如在建筑施工中使用轻质材料等。

4.4 纳米材料

新型材料中最被普通民众所知的当属纳米材料。纳米材料在纳米工程和纳米技术中占有重要位置，纳米材料的化学结构与晶粒晶体对材料的特殊性能具有重要的决定作用。纳米材料由于其成形容易、烧结温度要求低、表面原子的扩散速度较快的等优势成为了新型材料中最具可塑造性的一种材料。

4.5 新能源领域

新型无机非金属材料也是电池、太阳能发电、燃料电池、热电变换和废热利用等新能源领域的基础。今后值得瞩目的课题有，锂电池材料的开发，色素增感型太阳能电池用宽带隙半导体氧化物的开发，ＳＯＦＣ用电极材料的开发，氧化物热电变换素材的研发（特别是无机非金属氧化物结晶构造各向异性对热电异向性影响的研究），新型触媒材料的开发，电化学基础理论与无机非金属材料的进一步结合问题等。

2015年9期 133