無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)介紹及就業(yè)前景

1、無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)介紹及就業(yè)前景無機(jī)非金屬材料 （inorganic nonmetallic materials） 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(zhì)組成的材料。 是除有機(jī)高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。 無機(jī) 非金屬材料的提法是 20 世紀(jì) 40 年代以后 ,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從傳統(tǒng)的硅 酸鹽材料演變而來的。 無機(jī)非金屬材料是與有機(jī)高分子材料和金屬材料并列的三 大材料之一。成分結(jié)構(gòu)在晶體結(jié)構(gòu)上 ,無機(jī)非金屬的晶體結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比金屬復(fù)雜，并且沒有自由的電子。 具有比金屬鍵和純共價鍵更強(qiáng)的離子鍵和混合鍵。這種化學(xué)鍵所特

2、有的高鍵能、 高鍵強(qiáng)賦予這一大類材料以高熔點(diǎn)、 高硬度、耐腐蝕、耐磨損、 高強(qiáng)度和良好的 抗氧化性等基本屬性 ,以及寬廣的導(dǎo)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(jī)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(zhì)。應(yīng)用領(lǐng)域無機(jī)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(jìn)的 （新型的 ）無機(jī)非金屬材料 兩大類。傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料是工業(yè)和基本建設(shè)所必需的基礎(chǔ)材料。 如水泥是 一種重要的建筑材料 ;耐火材料與高溫技術(shù) ,尤其與鋼鐵工業(yè)的發(fā)展關(guān)系密切;各種規(guī)格的平板玻璃、 儀器玻璃

3、和普通的光學(xué)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(guān)。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(jī)非金屬材料。新型無機(jī)非 金屬材料是 20 世紀(jì)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(shù)、 新產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、 現(xiàn)代國防和生物醫(yī)學(xué)所不可缺少的物質(zhì) 基礎(chǔ)。主要有先進(jìn)陶瓷 （advanced ceramics） 、非晶態(tài)材料 （noncrystal material 、 人工晶體artificia

4、l crys-tal、無機(jī)涂層（inorganic coati ng）、無機(jī)纖維（inorganic fibre 等。傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的比較傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料新 型無機(jī)非金屬材料具有性質(zhì)穩(wěn)定， 抗腐蝕耐高溫等優(yōu)點(diǎn)， 但質(zhì)脆，經(jīng)不起熱沖擊。 除具有傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的優(yōu)點(diǎn)外， 還有某些特征如： 強(qiáng)度高、 具有電學(xué)、 光 學(xué)特性和生物功能等。業(yè)務(wù)培養(yǎng)目標(biāo)：本專業(yè)培養(yǎng)具備無機(jī)非金屬材料及其復(fù)合材料科學(xué)與工程方面的知識， 能在 無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)研究與分析、 材料的制備、 材料成型與加工等領(lǐng)域從事科學(xué) 研究、技術(shù)開發(fā)、 工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的高級工程技術(shù) 人

5、才。業(yè)務(wù)培養(yǎng)要求： 本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)無機(jī)非金屬材料及復(fù)合材料的生產(chǎn)過程、 工藝及設(shè)備的 基礎(chǔ)理論、組成、結(jié)構(gòu)、性能及生產(chǎn)條件間的關(guān)系，具有材料測試、生產(chǎn)過程設(shè) 計(jì)、材料改性及研究開發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)和設(shè)備及技術(shù)管理的能力。主干學(xué)科：材料科學(xué)與工程主要課程：物理化學(xué)、無機(jī)材料性能、測試及研究方法、粉體工程、材料制備原理、熱 工過程與設(shè)備、無機(jī)材料工藝學(xué) （含硅酸鹽、復(fù)合材料 ）等主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)：包括專業(yè)實(shí)驗(yàn)、金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí) （含畢業(yè)實(shí)習(xí) ）、課程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用 與上機(jī)實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ）。主要專業(yè)實(shí)驗(yàn)：材料物化性能、材料工藝性能實(shí)驗(yàn)、材料晶相分析等修業(yè)年限：四年授予學(xué)位：工學(xué)學(xué)士

6、開設(shè)院校合肥學(xué)院化工系 遼寧大學(xué) 大連輕工業(yè)學(xué)院 大連理工大學(xué)吉林大學(xué) 北京科技大學(xué) 吉林建筑工程學(xué)院西南工學(xué)院 貴州大學(xué)昆明理工大學(xué)西安建筑科技大學(xué)陜西科技大學(xué)河北理工大學(xué)燕山大學(xué)太原理工大學(xué)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 鞍山科技大學(xué) 沈陽化工學(xué)院齊齊哈爾大學(xué)哈爾濱理工大學(xué)上海大學(xué)南京化工大學(xué)江蘇大學(xué)鹽城工學(xué)院 安徽工業(yè)大學(xué) 安徽理工大學(xué) 合肥工業(yè)大學(xué)安徽建筑工業(yè)學(xué)院江西理工大學(xué)景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院濟(jì)南大學(xué)山東輕工業(yè)學(xué)院武漢化工學(xué)院武漢科技大學(xué)廣西大學(xué)桂林工學(xué)院沈陽建筑大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)成都理工學(xué)院西安工程學(xué)院石家莊鐵道學(xué)院東華理工學(xué)院 中北大學(xué) 長春理工大學(xué)北京化工大學(xué)天津大學(xué)華東理工大學(xué) 東南大學(xué) 武漢理

7、工大學(xué)湖南大學(xué)中南大學(xué)湖南科技大學(xué)華南理工大學(xué)長沙理工大學(xué)湖南工學(xué)四川大學(xué) 沈陽工業(yè)大學(xué) 淄博學(xué)院山東大學(xué) 河北工業(yè)大學(xué) 河北科技大學(xué) 河北工程大學(xué)河北建筑科技學(xué)院 東華大學(xué) 河海大學(xué)河南科技大學(xué) 洛陽理工學(xué)院河南城建學(xué)院 甘肅理工大學(xué)巢湖學(xué)院無機(jī)非金屬材料行業(yè)發(fā)展趨勢1. 無機(jī)非金屬材料在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用和地位作為四大材料中 （鋼鐵、有色、有機(jī)和無機(jī)非金屬材料 ）工業(yè)之一的無機(jī)非 金屬材料工業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著重要的作用。 近年來， 無機(jī)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(jìn)一步的延伸。 根據(jù)無機(jī)非金屬材 料功能與作用的不同， 可以將無機(jī)非金屬材料劃分為傳統(tǒng)無機(jī)非

8、金屬材料 （建筑 材料）和無機(jī)非金屬新材料。傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料材料品種繁多， 主要是指大宗無機(jī)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(jī)非金屬材料的絕大多數(shù)。 建筑材料與人們的生活質(zhì)量息息相關(guān)。 新型無機(jī)非金屬材料是指具有如高強(qiáng)、 輕 質(zhì)、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(jié)構(gòu)材料。 無機(jī)非金屬新材 料具有獨(dú)特的性能， 是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的關(guān)鍵材料。 例如稀土摻雜石英玻璃 廣泛應(yīng)用于導(dǎo)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(yīng)用于 各種衛(wèi)星及宇宙飛船的姿控系統(tǒng)； 光學(xué)

9、纖維面板和微通道板作為像增強(qiáng)器和微光 夜視元件在全天候兵器中得到應(yīng)用； 航空玻璃為中國各類軍用飛機(jī)提供了關(guān)鍵部 件。人工晶體材料中激光、 非線性光學(xué)和紅外等晶體， 用于彈道制導(dǎo)、 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(jī)、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、 多功能無機(jī)非金屬新材料新品種。 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(xué)技術(shù)的進(jìn)步， 無論是傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料， 還是無機(jī)非金 屬材料都有了一些新的發(fā)展趨勢。生態(tài)與環(huán)保意識加強(qiáng) ,建

10、立科學(xué)的評價體系 ,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展西方發(fā)達(dá)國家在促進(jìn)傳統(tǒng)無機(jī)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(dá)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(jìn)行 “生態(tài)城 市”的建設(shè)與實(shí)踐 ,推廣建筑節(jié)能技術(shù)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(shí)踐工作。與西方發(fā)達(dá)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)以及相應(yīng)組織的管理與監(jiān)督 ,使我國的傳統(tǒng)無機(jī)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

11、環(huán)境對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的嚴(yán)峻考驗(yàn),國民經(jīng)濟(jì)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(jī)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(zhì)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(zhì)量效益型、 科技先導(dǎo)型的發(fā)展 方式。新型墻體材料、高質(zhì)量門窗、中空玻璃將大量應(yīng)用。向著提高材料性能、 使用壽命的方向發(fā)展。 低壽命設(shè)計(jì)、大量重復(fù)建設(shè)已經(jīng)嚴(yán)重制約城市建設(shè)的發(fā)展。 現(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

12、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(zhì)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(shù)的進(jìn)步和生活水平的提高 筑材料的安全性智能診斷等智能技術(shù)將更多的應(yīng)用于建筑中。向著復(fù)合化、多功能化方向發(fā)展 復(fù)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(dá)國家在其科技發(fā)展戰(zhàn)略中都把無機(jī)非金屬新 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(shù)和軍事裝備 方面的領(lǐng)先地位，在先后制定的先進(jìn)材料與技術(shù)計(jì)劃( A

13、MPP )和國家關(guān) 鍵技術(shù)報(bào)告 中，新材料為六大關(guān)鍵技術(shù)之首， 而無機(jī)非金屬新材料占有相當(dāng)比 例；日本發(fā)表的 21 世紀(jì)初期產(chǎn)業(yè)支柱 所列的新材料領(lǐng)域的 14 項(xiàng)基礎(chǔ)研究計(jì) 劃中，其中七項(xiàng)涉及無機(jī)非金屬新材料的研究領(lǐng)域。例如發(fā)達(dá)國家十分重視復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)研究。 通過關(guān)鍵技術(shù) 的突破，實(shí)現(xiàn)材料的產(chǎn)業(yè)化； 產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用， 促進(jìn)了技術(shù)的成熟和創(chuàng)新； 應(yīng)用新材 料刺激新產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生，創(chuàng)造出新的應(yīng)用領(lǐng)域。3. 我國無機(jī)非金屬材料差距和問題3 1 傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料我國無機(jī)非金屬材料工業(yè)的發(fā)展中存在很多問題， 特別是傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料與國外先進(jìn)水平有非常大的差距，主要有：(1) 產(chǎn)品等級低在傳

14、統(tǒng)無機(jī)非金屬材料中， 無論是水泥、玻璃還是陶瓷的產(chǎn)品等級普遍偏低。 例如：發(fā)達(dá)國家的水泥熟料強(qiáng)度一般都在 70MPa 以上，而我國平均強(qiáng)度僅為 50 MPa。我國高等級水泥(ISO42.5僅占18%，大量生產(chǎn)的是中、低等級水泥 (ISOW32.5),而很多發(fā)達(dá)國家的高等級水泥占 90%以上。(2) 資源消耗高在資源的消耗方面， 水泥和陶瓷工業(yè)更為突出。 由于大量的無序開采， 未能 充分利用有限資源， 造成了極大浪費(fèi)。 例如：生產(chǎn)水泥熟料的主要原料是相對優(yōu) 質(zhì)的石灰石，其化學(xué)成份須滿足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。 我國符合水泥生產(chǎn)要求，可以使用的量僅約 250 億噸。目前每年

15、生產(chǎn)水泥消耗的優(yōu)質(zhì)石灰石約 5.5 億噸，因此該儲量僅可生產(chǎn)水泥熟料約 200 億噸，僅能提供 約 40 年的水泥生產(chǎn)需要。(3) 能源消耗高在建筑材料的生產(chǎn)過程中， 要消耗大量的能源。 例如： 水泥工業(yè)每年消耗標(biāo) 煤 9106 萬噸，電力 650 億度。我國水泥生產(chǎn)能耗遠(yuǎn)高于世界先進(jìn)水平，以每 噸熟料的綜合能耗計(jì)算，世界先進(jìn)水平為 117Kg 標(biāo)煤，我國為 173.5Kg 標(biāo)煤， 高出達(dá) 50% 以上。在國外，全氧燃燒技術(shù)已經(jīng)在玻璃行業(yè)中得到了較為廣泛的 應(yīng)用，而僅有為數(shù)不多玻璃纖維生產(chǎn)線使用了該項(xiàng)技術(shù)。(4) 環(huán)境污染嚴(yán)重水泥工業(yè)每年排放溫室氣體 C02約5.55億噸、S02 68.6萬噸

16、、NOx約206 萬噸；目前其他先進(jìn)國家平均噸熟料的粉塵排放 <1Kg ，而我國高達(dá) 13Kg ，全國 水泥生產(chǎn)年排放的粉塵竟高達(dá) 1000 萬噸以上。(5) 單線生產(chǎn)規(guī)模小，落后工藝大量存在以懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)為核心技術(shù)的 “新型干法 ”工藝，是目前世界水泥工 業(yè)普遍采用的最先進(jìn)的現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)技術(shù)。日本有 96%、意大利 96.5% 、韓 國 100% 、泰國 90%的水泥產(chǎn)量采用這種新型干法生產(chǎn)線，而我國僅為 15。 我國水泥制造業(yè)處于先進(jìn)工藝與落后工藝并存的復(fù)雜狀態(tài)。 在玻璃行業(yè)， 我國浮 法玻璃生產(chǎn)線的平均生產(chǎn)規(guī)模為 450 噸/天，而西方國家的法玻璃生產(chǎn)線的平均 生產(chǎn)規(guī)模為

17、 550 噸/天。而且在玻璃產(chǎn)品的品質(zhì)上與國外相比有非常的差距。3 2 無機(jī)非金屬新材料雖然我國無機(jī)非金屬新材料取得了很多成就， 但由于我國無機(jī)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(qiáng)度小等原因， 使之與發(fā)達(dá)國家 相比，仍有較大差距(1) 基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)落后我國的無機(jī)非金屬新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(jìn)行。由于時間、人力的限制， 加之我國長期以來對基礎(chǔ)研究重視不夠， 投 入較少，無機(jī)非金屬材料的系統(tǒng)的基礎(chǔ)非常薄弱。(2) 材料性能低、品種少、批生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定雖然我國已基本上建立了無機(jī)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

18、種尚不齊全，一些重要工程的關(guān)鍵配套材料還須進(jìn)口。性能低、 質(zhì)量差的問題仍然存在， 而且在進(jìn)行批量生產(chǎn)時質(zhì)量不穩(wěn)定、 成品率低、 效益差 的問題嚴(yán)重，必須下大力氣解決。例如，電磁屏蔽玻璃目前我國只能達(dá)到屏蔽 85dB 的水平，而美國已達(dá)到 110dB 。我們在屏蔽波段范圍等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足 國防工業(yè)發(fā)展的需要。而航空玻璃方面高強(qiáng)、多功能 (隱身、防激光等 )圓弧整體 風(fēng)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(shù)落后無機(jī)非金屬新材料工業(yè)， 不但制備技術(shù)落后， 而且生產(chǎn)能力低， 效率低， 直 接影響高科技產(chǎn)品質(zhì)量 (性能 )、成本、能耗等三個方面。例如，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國 家

19、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(shù)， 4000 孔技術(shù)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(qiáng)復(fù)合材料機(jī)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(dá)國家差距甚大。 又如集成電路 (IC) 石英擴(kuò)散管的制備技術(shù)， 國內(nèi)采用的單機(jī)間歇?dú)鉄捝a(chǎn)技術(shù)只能提供 100mm 以 下IC管，而國外采用一步法連熔拉管技術(shù)，生產(chǎn)為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(kuò)散管失

20、去競爭能力，完全依賴進(jìn)口。(4) 技術(shù)裝備落后目前我國無機(jī)非金屬新材料制備技術(shù)與裝備明顯落后， 造成研制周期長、 新 產(chǎn)品發(fā)展困難，預(yù)研成果不能及時進(jìn)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(jì)效率差等問題。4. 無機(jī)非金屬材料工業(yè)發(fā)展的對策與建議 針對我國無機(jī)非金屬材料工業(yè)的現(xiàn)狀，要實(shí)現(xiàn)其快速、健康、穩(wěn)定的發(fā)展， 就必須開展以下幾個方面的工作。(1) 加強(qiáng)政府在建材工業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中的政策引導(dǎo);(2) 加強(qiáng)資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)的立法并嚴(yán)肅執(zhí)法；(3) 促進(jìn)形成若干個有國際競爭力的大型建材工業(yè)集團(tuán)，建立以企業(yè)為主體的新型建材工業(yè)科技創(chuàng)新體系，促進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合；(4) 加強(qiáng)綠色”和節(jié)能型建材工業(yè)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究