新型无机非金属材料的发展与挑战.doc

华东理工大学20132014学年第一学期无机非金属材料专业概论课程论文 2013.10班级： 无材131 学号： 10131376 姓名：毛嘉毅 开课学院： 材料学院 任课教师： 胡一晨 成绩： 论文题目：新型无机非金属材料的发展与挑战论文要求：1、 简述新型无机非金属材料的种类，任选一种，论述其应用、研究现状、存在问题以及发展趋势；2、 简述自己对本专业的认知和感触，以及对即将面临的机遇与挑战的感想和计划；3、 全文不少于3000字。教师评语：教师签字：年 月 日新型无机非金属材料的发展与挑战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。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。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。如今，无机非金属材料又分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料包括：耐火材料；研磨材料；多孔材料；碳素材料等。新型无机非金属材料包括：绝缘材料；磁性材料；光学材料；高温结构陶瓷；生物陶瓷；无机复合材料；保温材料等。无机非金属材料工程是材料学中的一个专业。无机非金属材料工程是为了培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。一无机非金属材料在国民经济建设中的作用和地位作为四大材料中（钢铁、有色、有机和无机非金属材料）工业之一的无机非金属材料工业在中国经济建设中起着重要的作用。无机非金属材料不仅在品种上有了空前的发展，而且在内涵上有了进一步的延伸。根据无机非金属材料功能与作用的不同，可以将无机非金属材料划分为传统无机非金属材料（建筑材料）和无机非金属新材料。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。人工晶体材料中激光、非线性光学和红外等晶体，用于弹道制导、电子对抗、潜艇通讯、激光武器等。特种陶瓷中，耐高温、高韧性陶瓷可用于航空、航天发动机、卫星遥感，可制作特殊性能的防弹装甲陶瓷及特种纤维及用于电子对抗等。这些高性能材料在发展现代武器装备中起到十分重要的作用。二国际发展趋势近些年，随着科学技术的进步，无论是传统无机非金属材料，还是无机非金属材料都有了一些新的发展趋势。生态与环保意识加强，建立科学的评价体系，实现可持续发展西方发达国家在促进传统无机非金属材料产业健康、可持续发展方面的采取了许多重要措施。世界发达国家十分重视建材工业的可持续发展与绿色评价。生态评价也成为世界可持续发展的一个重要手段。许多国家正在进行“生态城市”的建设与实践，推广建筑节能技术材料，使用可循环材料等，改善城市生态系统状况。由此，提出了绿色建材、环保建材与节能建材的概念，并开展了大量的研究与实践工作。与西方发达国家相比，中国还存在很大的差距，特别是缺乏立法支持与技术标准的指导以及相应组织的管理与监督，使中国的传统无机非金属材料工业发展还有很大的提升空间。面对资源和环境对中国经济发展的严峻考验，国民经济的可持续发展战略显得愈加重要。发展方向1.节能、降耗的方向发展传统的无机非金属材料工业是能源消耗大户，在世界能源日益短缺的今天，如何生产节能、降耗，以及如何生产出高质量的建筑节能、保温产品是建材工业发展的重要趋势。选择资源节约型、污染最低型、质量效益型、科技先导型的发展方式。新型墙体材料、高质量门窗、中空玻璃将大量应用。向着提高材料性能、使用寿命的方向发展。低寿命设计、大量重复建设已经严重制约城市建设的发展。现代化建筑需要高性能建筑材料的支持，而提高建筑的耐久性又对建筑材料的使用寿命提出了更高的要求。2.向大型化发展无论是水泥工业、玻璃工业，还是陶瓷工业，单条生产线的生产能力有大型化的趋势。生产线的大型化可以有效提高产品的质量，降低能源消耗。3.向着智能化方向发展建筑的智能化需要建筑材料的支持。随着技术的进步和生活水平的提高，建筑材料的安全性智能诊断等智能技术将更多的应用于建筑中。4.复合化方向发展复合材料具有单一材料所无法满足的使用功能，是建筑材料的发展趋势，对建筑材料的功能要求越来越趋向于多功能化。在美国、日本、西欧等所有发达国家在其科技发展战略中都把无机非金属新材料的发展放在优先发展的重要位置。例如，美国为了保持在高技术和军事装备方面的领先地位，在先后制定的先进材料与技术计划（AMPP）和国家关键技术报告中，新材料为六大关键技术之首，而无机非金属新材料占有相当比例；日本发表的21世纪初期产业支柱所列的新材料领域的14项基础研究计划中，其中七项涉及无机非金属新材料的研究领域。三我国无机非金属材料工程存在问题1.传统无机非金属材料中国无机非金属材料工业的发展中存在很多问题，特别是传统的无机非金属材料与国外先进水平有非常大的差距，主要有：（1）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。例如：发达国家的水泥熟料强度一般都在70MPa以上，而中国平均强度仅为50 MPa。中国高等级水泥（ISO42.5）仅占18%，大量生产的是中、低等级水泥（ISO32.5），而很多发达国家的高等级水泥占90%以上。（2）资源消耗高在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，未能充分利用有限资源，造成了极大浪费。例如：生产水泥熟料的主要原料是相对优质的石灰石，其化学成份须满足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。中国符合水泥生产要求，可以使用的量仅约250亿吨。（3）能源消耗高在建筑材料的生产过程中，要消耗大量的能源。中国水泥生产能耗远高于世界先进水平，以每吨熟料的综合能耗计算，世界先进水平为117Kg标煤，中国为173.5Kg标煤，高出50%以上。在国外，全氧燃烧技术已经在玻璃行业中得到了较为广泛的应用，而仅有为数不多玻璃纤维生产线使用了该项技术。（4）环境污染严重水泥工业每年排放温室气体CO2约5.55亿吨、SO2 68.6万吨、NOx约206万吨；其他先进国家平均吨熟料的粉尘排放1Kg，而中国高达13Kg，全国水泥生产年排放的粉尘竟高达1000万吨以上。（5）单线生产规模小，落后工艺大量存在以悬浮预热和预分解技术为核心技术的“新型干法”工艺，是目前世界水泥工业普遍采用的最先进的现代化水泥生产技术。日本有96%、意大利96.5%、韩国100%、泰国90%的水泥产量采用这种新型干法生产线，而中国仅为15%。在玻璃行业，中国浮法玻璃生产线的平均生产规模为450吨/天，而西方国家的法玻璃生产线的平均生产规模为550吨/天。而且在玻璃产品的品质上与国外相比有非常的差距。2.无机非金属新材料虽然中国无机非金属新材料取得了很多成就，但由于中国无机非金属材料研制、开发至产业的形成起步较晚，底子薄，投入强度小等原因，使之与发达国家相比，仍有较大差距（1）基础研究和关键技术落后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。（2）材料性能低、品种少、批生产质量不稳定虽然中国已基本上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须进口。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，必须下大力气解决。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。（3）制备技术落后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，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。中国纤维增强复合材料机械化生产只占40%，60%仍采用落后的手工成型，与工业发达国家差距甚大。又如集成电路（IC）石英扩散管的制备技术，国内采用的单机间歇气炼生产技术只能提供100mm以下IC 管，而国外采用一步法连熔拉管技术，生产200300mm大口径石英管供大规模集成电路用，使中国IC用石英扩散管失去竞争能力，完全依赖进口。（4）技术装备落后中国无机非金属新材料制备技术与装备明显落后，造成研制周期长、新产品发展困难，预研成果不能及时进入工程化研究，即便生产也会出现成品率低、规模小，经济效率差等问题。可见，我国的无机材料还有巨大的提升空间，提升我国无机材料水平是当务之急，而改变这一现状的重任也就理所当然的落在了我们的肩上了。l 我对无机非金属材料工程专业的认知和感触作为四大材料中（钢铁、有色、有机和无机非金属材料）工业之一的无机非金属材料工业在中国经济建设中起着重要的作用。无机材料的历史甚至可以追溯到人类起源之时。陶器的发明是人类文明的重要进程是人类第一次利用自然物，按照自己的意志创造出来的一种崭新的东西。我们的先祖早在数千年前就开始烧制陶器，而陶器正是我们无机非金属材料的最初发展品种。经过了数千年的艰难发展，我们无机非金属材料已经发展出了大量的种类，且到了当今，无机非金属材料又分为了2大分支：传统无机非金属材料以及新型无机非金属材料。并且无机非金属材料也早已与我们的生活息息相关。从最常见的建筑材料水泥，到如今我们几乎不离手的手机的显示屏和后盖，当然还有非常高科技的电脑CPU,无不需要我们无机非金属材料，因此无机非金属材料需要这么专业在学术上涉及多么学科，在组成上需要涵盖多类材料，从而使得无机非金属材料在应用上遍布国民经济，国防建设和社会需求等各个领域。当初填报志愿时，我最希望进入的专业是高分子材料工程专业，但是因为分数不够，进入了无机非金属材料工程。因为以前从没有听说过这个专业，所以我对无机非金属材料专业非常担心，一度都有转专业的想法。但是经过无机概论课上老师你的详细介绍以后，我逐渐认识到了我们这个专业才是华东理工大学的最老牌专业，我们专业出的人才也是最多的，虽然近几年没有高分子材料那么热门，但是我们的底蕴还在那，我们有那么多优秀的老师。我相信我们无机非金属材料工程一定会迎来崭新的未来！l 面对机遇与挑战的感想与计划如今，无机材料正在向高科技方向发展，如透明陶瓷：同时具备玻璃的透光性和陶瓷的高强度和耐腐蚀性，又如高端手机和电脑才有可能配备的碳纤维材料，这都是我们无机非金属材料工程的创造。但是社会对这些材料的性能已经逐渐不再满足，如今的产品都要求尽量轻薄，但可靠性要尽量高，这对我们无机非金属材料又提出了更高的要求。这是我们专业的机遇，我们无机材料在经历了数千年的发展后并没有就此没落，反而历久弥新，迎来新生；这又是我们无机材料的又一次巨大挑战，社会的更高要求需要我们拥有更强的创新意识，更广阔的视野，更丰富的知识以及更强的能力，这不可不谓是一次巨大的挑战。既然社会对我们的要求更高了，那我也要更高得要求自己：1.认真学习基础知识，努力拿奖学金；2.认真对待每次实验；3.多了解国内以及国际上材料工程的最新发展与动向；4.多读与专业相关的书籍，拓展自己的知识面，万不可局限于书本，做一只井底之蛙；5.参加