華東理工大學(xué)2011專業(yè)概論.doc

華東理工大學(xué)20112012學(xué)年第一學(xué)期無機(jī)非金屬材料專業(yè)概論課程論文 2011.10班級(jí)： 信材111 學(xué)號(hào)： 10111721 姓名： 師帥 開課學(xué)院： 材料學(xué)院 任課教師： 陳奇 成績： 論文題目：新型無機(jī)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(jī)非金屬材料/新能源材料的種類，任選一種，論述其應(yīng)用、研究現(xiàn)狀、存在問題以及發(fā)展趨勢(shì)；2、 簡述自己對(duì)本專業(yè)的認(rèn)知和感觸，以及對(duì)即將面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)的感想和計(jì)劃；3、 全文不少于3000字。教師評(píng)語：教師簽字：年 月 日無機(jī)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(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(jià)鍵更強(qiáng)的離子鍵和混合鍵。這種化學(xué)鍵所特有的高鍵能、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(gè)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、非晶態(tài)材料、人工晶體、無機(jī)涂層、無機(jī)纖維等。 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。 我國新型無機(jī)非金屬材料現(xiàn)狀雖然我國新型無機(jī)非金屬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 我國的新型無機(jī)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(hào)的需要進(jìn)行。由于時(shí)間、人力的限制，加之我國長期以來對(duì)基礎(chǔ)研究重視不夠，投入較少，新型無機(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(shí)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?cè)谄帘尾ǘ畏秶确矫孢h(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 新型無機(jī)非金屬材料工業(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(gè)方面。例如，國外工業(yè)發(fā)達(dá)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(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)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)散管失去競爭能力，完全依賴進(jìn)口。 (4) 技術(shù)裝備落后 目前我國新型無機(jī)非金屬材料制備技術(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(shí)進(jìn)入工程化研究，即便生產(chǎn)也會(huì)出現(xiàn)成品率低、規(guī)模小，經(jīng)濟(jì)效率差等問題。 無機(jī)非金屬材料行業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 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)非金屬材料（建筑材料）和新型無機(jī)非金屬材料。 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。新型無機(jī)非金屬材料具有獨(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)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(duì)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(dòng)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(duì)抗等。目前已開發(fā)了近四千種高性能、多功能新型無機(jī)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(shì) 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(shì)。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(píng)價(jià)。生態(tài)評(píng)價(jià)也成為世界可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)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(duì)資源和環(huán)境對(duì)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(shì)。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(duì)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(shì)。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,建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(shì),對(duì)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)略中都把新型無機(jī)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(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（AMPP）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，而新型無機(jī)非金屬材料占有相當(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)涉及新型無機(jī)非金屬材料的研究領(lǐng)域。感想及認(rèn)知 材料是人類生活必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。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(shù)；沒有特殊的新型材料，神州五號(hào)飛船就無法上天?？梢姡萍嫉陌l(fā)展和社會(huì)的進(jìn)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