華東理工大學2011專業(yè)概論.doc

華東理工大學20112012學年第一學期無機非金屬材料專業(yè)概論課程論文 2011.10班級： 信材111 學號： 10111721 姓名： 師帥 開課學院： 材料學院 任課教師： 陳奇 成績： 論文題目：新型無機非金屬材料/新能源材料的發(fā)展與挑戰(zhàn)論文要求：1、 簡述新型無機非金屬材料/新能源材料的種類，任選一種，論述其應用、研究現(xiàn)狀、存在問題以及發(fā)展趨勢；2、 簡述自己對本專業(yè)的認知和感觸，以及對即將面臨的機遇與挑戰(zhàn)的感想和計劃；3、 全文不少于3000字。教師評語：教師簽字：年 月 日無機非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、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(tǒng)稱。無機非金屬材料的提法是20世紀40年代以后,隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展從傳統(tǒng)的硅酸鹽材料演變而來的。無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。 成分結構 在晶體結構上,無機非金屬的晶體結構遠比金屬復雜，并且沒有自由的電子。具有比金屬鍵和純共價鍵更強的離子鍵和混合鍵。這種化學鍵所特有的高鍵能、高鍵強賦予這一大類材料以高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。 硅酸鹽材料是無機非金屬材料的主要分支之一，硅酸鹽材料是陶瓷的主要組成物質。 應用領域 無機非金屬材料品種和名目極其繁多,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)和先進的(新型的)無機非金屬材料兩大類。傳統(tǒng)的無機非金屬材料是工業(yè)和基本建設所必需的基礎材料。如水泥是一種重要的建筑材料;耐火材料與高溫技術,尤其與鋼鐵工業(yè)的發(fā)展關系密切;各種規(guī)格的平板玻璃、儀器玻璃和普通的光學玻璃以及日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和電瓷等與人們的生產(chǎn)、生活休戚相關。它們產(chǎn)量大,用途廣。其他產(chǎn)品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化鋁)、鑄石(輝綠巖、玄武巖等)、碳素材料、非金屬礦(石棉、云母、大理石等)也都屬于傳統(tǒng)的無機非金屬材料。新型無機非金屬材料是20世紀中期以后發(fā)展起來的,具有特殊性能和用途的材料。它們是現(xiàn)代新技術、新產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)技術改造、現(xiàn)代國防和生物醫(yī)學所不可缺少的物質基礎。主要有先進陶瓷、非晶態(tài)材料、人工晶體、無機涂層、無機纖維等。 傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的比較傳統(tǒng)無機非金屬材料新型無機非金屬材料具有性質穩(wěn)定，抗腐蝕耐高溫等優(yōu)點，但質脆，經(jīng)不起熱沖擊。除具有傳統(tǒng)無機非金屬材料的優(yōu)點外，還有某些特征如：強度高、具有電學、光學特性和生物功能等。 我國新型無機非金屬材料現(xiàn)狀雖然我國新型無機非金屬材料取得了很多成就，但由于我國無機非金屬材料研制、開發(fā)至產(chǎn)業(yè)的形成起步較晚，底子薄，投入強度小等原因，使之與發(fā)達國家相比，仍有較大差距 (1) 基礎研究和關鍵技術落后 我國的新型無機非金屬材料是從試制起步的，發(fā)展過程也主要是隨從于型號的需要進行。由于時間、人力的限制，加之我國長期以來對基礎研究重視不夠，投入較少，新型無機非金屬材料的系統(tǒng)的基礎非常薄弱。 (2) 材料性能低、品種少、批生產(chǎn)質量不穩(wěn)定 雖然我國已基本上建立了無機非金屬材料的研究、開發(fā)與部分產(chǎn)品的生產(chǎn)體系，但材料的品種尚不齊全，一些重要工程的關鍵配套材料還須進口。性能低、質量差的問題仍然存在，而且在進行批量生產(chǎn)時質量不穩(wěn)定、成品率低、效益差的問題嚴重，必須下大力氣解決。例如，電磁屏蔽玻璃目前我國只能達到屏蔽85dB的水平，而美國已達到110dB。我們在屏蔽波段范圍等方面遠遠不能滿足國防工業(yè)發(fā)展的需要。而航空玻璃方面高強、多功能(隱身、防激光等)圓弧整體風擋在我國還剛起步研究，極大的制約了我國航空工業(yè)的發(fā)展。 (3) 制備技術落后 新型無機非金屬材料工業(yè)，不但制備技術落后，而且生產(chǎn)能力低，效率低，直接影響高科技產(chǎn)品質量(性能)、成本、能耗等三個方面。例如，國外工業(yè)發(fā)達國家玻璃纖維生產(chǎn)大都采用800-6000孔漏板池窯拉絲法生產(chǎn)，已占總量95以上，無紡材料全部用池窯法生產(chǎn)，坩堝拉絲法早已被淘汰，而我國現(xiàn)有的池窯拉絲大部分采用800-2000孔生產(chǎn)技術，4000孔技術正在開發(fā)，坩堝拉絲還沒有完全淘汰，與國外相比還有較大的差距。我國纖維增強復合材料機械化生產(chǎn)只占40，60仍采用落后的手工成型，與工業(yè)發(fā)達國家差距甚大。又如集成電路(IC)石英擴散管的制備技術，國內(nèi)采用的單機間歇氣煉生產(chǎn)技術只能提供100mm以下IC 管，而國外采用一步法連熔拉管技術，生產(chǎn)200300mm大口徑石英管供大規(guī)模集成電路用，使我國IC用石英擴散管失去競爭能力，完全依賴進口。 (4) 技術裝備落后 目前我國新型無機非金屬材料制備技術與裝備明顯落后，造成研制周期長、新產(chǎn)品發(fā)展困難，預研成果不能及時進入工程化研究，即便生產(chǎn)也會出現(xiàn)成品率低、規(guī)模小，經(jīng)濟效率差等問題。 無機非金屬材料行業(yè)發(fā)展趨勢 1.無機非金屬材料在國民經(jīng)濟建設中的作用和地位 作為四大材料中(鋼鐵、有色、有機和無機非金屬材料)工業(yè)之一的無機非金屬材料工業(yè)在我國經(jīng)濟建設中起著重要的作用。近年來，無機非金屬材料不僅在品種上有了空前的發(fā)展，而且在內(nèi)涵上有了進一步的延伸。根據(jù)無機非金屬材料功能與作用的不同，可以將無機非金屬材料劃分為傳統(tǒng)無機非金屬材料（建筑材料）和新型無機非金屬材料。 傳統(tǒng)的無機非金屬材料材料品種繁多，主要是指大宗無機建筑材料，包括水泥、玻璃、陶瓷與建筑（墻體）材料等。其產(chǎn)量占無機非金屬材料的絕大多數(shù)。建筑材料與人們的生活質量息息相關。新型無機非金屬材料是指具有如高強、輕質、耐磨、抗腐、耐高溫、抗氧化以及特殊的電、光、聲、磁等一系列優(yōu)異綜合性能的新型材料，是其它材料難以替代的功能材料和結構材料。新型無機非金屬材料具有獨特的性能，是高技術產(chǎn)業(yè)不可缺少的關鍵材料。例如稀土摻雜石英玻璃廣泛應用于導彈、衛(wèi)星及坦克火控武器等激光測距系統(tǒng)，耐輻照石英玻璃應用于各種衛(wèi)星及宇宙飛船的姿控系統(tǒng)；光學纖維面板和微通道板作為像增強器和微光夜視元件在全天候兵器中得到應用；航空玻璃為中國各類軍用飛機提供了關鍵部件。人工晶體材料中激光、非線性光學和紅外等晶體，用于彈道制導、電子對抗、潛艇通訊、激光武器等。特種陶瓷中，耐高溫、高韌性陶瓷可用于航空、航天發(fā)動機、衛(wèi)星遙感，可制作特殊性能的防彈裝甲陶瓷及特種纖維及用于電子對抗等。目前已開發(fā)了近四千種高性能、多功能新型無機非金屬材料新品種。這些高性能材料在發(fā)展現(xiàn)代武器裝備中起到十分重要的作用。 2. 國際發(fā)展趨勢 近些年，隨著科學技術的進步，無論是傳統(tǒng)無機非金屬材料，還是無機非金屬材料都有了一些新的發(fā)展趨勢。西方發(fā)達國家在促進傳統(tǒng)無機非金屬材料產(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展方面的采取了許多重要措施。世界發(fā)達國家十分重視建材工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與綠色評價。生態(tài)評價也成為世界可持續(xù)發(fā)展的一個重要手段。目前,許多國家正在進行“生態(tài)城市”的建設與實踐,推廣建筑節(jié)能技術材料,使用可循環(huán)材料等,改善城市生態(tài)系統(tǒng)狀況。由此，提出了綠色建材、環(huán)保建材與節(jié)能建材的概念,并開展了大量的研究與實踐工作。與西方發(fā)達國家相比,我國還存在很大的差距,特別是缺乏立法支持與技術標準的指導以及相應組織的管理與監(jiān)督,使我國的傳統(tǒng)無機非金屬材料工業(yè)發(fā)展還有很大的提升空間。面對資源和環(huán)境對我國經(jīng)濟發(fā)展的嚴峻考驗,國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略顯得愈加重要。 向著節(jié)能、降耗的方向發(fā)展 傳統(tǒng)的無機非金屬材料工業(yè)是能源消耗大戶,在世界能源日益短缺的今天,如何生產(chǎn)節(jié)能、降耗,以及如何生產(chǎn)出高質量的建筑節(jié)能、保溫產(chǎn)品是建材工業(yè)發(fā)展的重要趨勢。選擇資源節(jié)約型、污染最低型、質量效益型、科技先導型的發(fā)展方式。新型墻體材料、高質量門窗、中空玻璃將大量應用。向著提高材料性能、使用壽命的方向發(fā)展。低壽命設計、大量重復建設已經(jīng)嚴重制約城市建設的發(fā)展?，F(xiàn)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對建筑材料的使用壽命提出了更高的要求。 單線生產(chǎn)能力向大型化發(fā)展 無論是水泥工業(yè)、玻璃工業(yè)，還是陶瓷工業(yè)，單條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力有大型化的趨勢。生產(chǎn)線的大型化可以有效提高產(chǎn)品的質量，降低能源消耗。 向著智能化方向發(fā)展 建筑的智能化需要建筑材料的支持。隨著技術的進步和生活水平的提高,建筑材料的安全性智能診斷等智能技術將更多的應用于建筑中。 向著復合化、多功能化方向發(fā)展 復合材料具有單一材料所無法滿足的使用功能,是建筑材料的發(fā)展趨勢,對建筑材料的功能要求越來越趨向于多功能化。 在美國、日本、西歐等所有發(fā)達國家在其科技發(fā)展戰(zhàn)略中都把新型無機非金屬材料的發(fā)展放在優(yōu)先發(fā)展的重要位置。例如，美國為了保持在高技術和軍事裝備方面的領先地位，在先后制定的先進材料與技術計劃（AMPP）和國家關鍵技術報告中，新材料為六大關鍵技術之首，而新型無機非金屬材料占有相當比例；日本發(fā)表的21世紀初期產(chǎn)業(yè)支柱所列的新材料領域的14項基礎研究計劃中，其中七項涉及新型無機非金屬材料的研究領域。感想及認知 材料是人類生活必不可少的物質基礎。材料的發(fā)展史就是一部人類文明史。沒有感光材料，我們就無法留下青春的回憶；沒有特殊的熒光材料，就沒有彩色電視；沒有高純的單晶硅，就沒有今天的信息技術；沒有特殊的新型材料，神州五號飛船就無法上天?？梢?，科技的發(fā)展和社會的進步往往受到材料的制約。反過來，一種新材料的發(fā)現(xiàn)可能回給社