無機非金屬材料的應(yīng)用與發(fā)展研究

潘義洋

（中鐵物資集團東北有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 無機非金屬材料的概況

無機非金屬材料的種類很多，根據(jù)材料的定義，除了金屬材料和有機聚合物材料外，還可以加入無機材料中，比如，氧化物、碳化物、硅酸鹽等。在18世紀(jì)，由于非金屬材料的大量使用和發(fā)展，導(dǎo)致了工業(yè)的迅速發(fā)展。20世紀(jì)以來，隨著計算機、航空航天等諸多新技術(shù)的出現(xiàn)，材料學(xué)的特性得到了極大的提高，并得到了更廣泛的應(yīng)用。隨著科研工作者的進一步深入，新型無機非金屬的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需求也在迅速增長，從而實現(xiàn)了多領(lǐng)域、多產(chǎn)品的綜合利用，突破了傳統(tǒng)的工藝局限，促進了生產(chǎn)和科研的現(xiàn)代化發(fā)展。

2 無機非金屬材料特性研究

（1）無機非金屬物質(zhì)具有相對較好的物理化學(xué)性能，對酸、堿的敏感性不高，能確保其在長期的應(yīng)用中起到良好的作用。無機非金屬材料硬度大，導(dǎo)電性能好，具有光學(xué)特性、水泥凝固特性，耐高溫、耐腐蝕等特點。無機非金屬是一種非金屬的物質(zhì)，它無法與有機聚合物物質(zhì)相媲美。目前，無機非金屬的應(yīng)用非常的廣泛，普通的無機非金屬都具有耐高溫、耐腐蝕、高硬度等優(yōu)點。

（2）與金屬材料一樣，非無機材料也是較為完善和綜合的物質(zhì)體系。從結(jié)構(gòu)上來判斷，無機非金屬化合物具有較強的離子鍵和混合性。離子鍵是由陰、陽兩種不同的離子結(jié)合而成，最后結(jié)晶。這種離子的結(jié)晶，其結(jié)合能力極強，且有較高的溶解度和較高的韌性，在它們相互運動時，極易發(fā)生失衡。該產(chǎn)品硬度大，耐高溫，耐腐蝕，同時還能傳導(dǎo)和透光性。目前我國的各類物質(zhì)類型、名稱較為繁多，功能各異，尚未建立完整而又系統(tǒng)化的分類體系。

（3）特種非金屬材料具有不同的特性，例如，耐熱、抗氧化、磁性、絕緣、導(dǎo)光等。根據(jù)材料的性質(zhì)和性質(zhì)，根據(jù)材料的性質(zhì)和類型，對光學(xué)敏感材料的光電特性、熱敏感材料的熱效應(yīng)等，可以合成多種材料。無機纖維、陶瓷、金屬等，已經(jīng)取代了無機非金屬，給人類的生活提供了巨大的便利，尤其是隨著工業(yè)的發(fā)展、科技的進步，已經(jīng)越來越重要。

3 無機非金屬材料的類別

（1）半導(dǎo)體材料。由于其物理化學(xué)性質(zhì)的特殊性，在電子工業(yè)中有著非常重要的用途，其導(dǎo)電率會隨著環(huán)境的溫度而呈反比，因此它具有與金屬材料完全不同的性質(zhì)，因而具有很高的研究和使用前景。在半導(dǎo)體器件中，單個單元的外層的電子是完全充填的，例如，Si、Ge、Se等都是半導(dǎo)電的。有些化合物物質(zhì)還具備類似閃鋅礦、酞菁等的半導(dǎo)體特性。半導(dǎo)體是一種非常普遍的物質(zhì)，并且因為它的制造費用低廉，所以它的推廣使用是非常重要的。在對其進行工藝加工時，可以將其制成單片、薄膜材料等，其純度非常高，可以用作優(yōu)良的基質(zhì)材料，從而保證其在電子產(chǎn)品的應(yīng)用中具有最大的尺寸。它的適用范圍很廣，在通信、航空等領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，納米級的半導(dǎo)體器件能夠更好地推動大規(guī)模集流技術(shù)的發(fā)展，提高芯片內(nèi)部的集成性，并充分發(fā)揮其獨特的性能，從而實現(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展。

（2）晶體材料BGO。晶粒的種類主要有金剛石、硅板等，這些都是用在電子電路設(shè)計、機械工程設(shè)備等領(lǐng)域，而陶瓷、玻璃等都是多晶化合物，用途非常廣泛，涉及日用、建筑、冶金、工業(yè)等多個領(lǐng)域，是一種與人類生活密切相關(guān)的無機非金屬物質(zhì)。在晶體材料中，顆粒之間的排列和分布，使得這種物質(zhì)的物理性質(zhì)變得更加的穩(wěn)固，并且可以在實驗室內(nèi)進行培養(yǎng)，從而促進了材料科學(xué)的發(fā)展。由于各種晶體材料的導(dǎo)電性能和光學(xué)性能都有很大的差別，因此可以為特定的用途提供多種選擇。BGO是一種特殊的晶態(tài)物質(zhì)，它的晶格與X射線中的能量顆粒產(chǎn)生了撞擊，使其產(chǎn)生了晶體的熒光。BGO在探頭上裝載BGO可以更好地探測周圍光線，結(jié)合光電轉(zhuǎn)換、電路處理等技術(shù)，擴展到很多領(lǐng)域。按BGO的成分不同，BGO可以分為氧化物和鹵化物等，具有很好的醫(yī)療、物理和工業(yè)用途。

（3）硅酸鹽材料。玻璃、微晶玻璃、陶瓷等都是由玻璃制成的，這些物質(zhì)具有很高的強度，因此，在建筑業(yè)中有著廣闊的使用前景。硅和氧原子的位置比較穩(wěn)定，與身體的四邊形位置相匹配，其他的元素可以通過不同的方法來生成硅酸鹽。在硅材料中，由于具有較高的黏附性，因此具有較高的耐壓性和耐腐蝕性，并且經(jīng)過微結(jié)晶后，具有較好的光導(dǎo)率和透射性，可以逐漸取代常規(guī)材料。采用硅酸鹽材料代替常規(guī)的混凝土，可以提高混凝土的隔熱性能。作為一種新的硅材料，它具有更加優(yōu)異的耐磨特性，能夠達到良好的抗酸堿侵蝕和抗高溫的環(huán)境，是一種很好的工業(yè)使用原料。

（4）特殊水泥。水泥作為一種傳統(tǒng)材料，在我國建筑行業(yè)具有很大作用。特種水泥在原制作流程中摻入了特殊材料和纖維材料，使水泥更加緊密，具有更強的抗壓能力，使用特種水泥可以有效延長建筑行業(yè)的工程壽命。無機非金屬材料的使用為各種大型施工提供了新的技術(shù)和原料。

水泥在核電方面也有所應(yīng)用，為了實現(xiàn)長期運營目的，該工程建設(shè)對建筑材料的要求較高，水泥必須能隔絕高溫，且具有良好的應(yīng)用效果。另外，特種水泥還包括海工水泥、油井水泥等，這些材料都被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)領(lǐng)域。

（5）其他新的物質(zhì)。隨著無機非金屬材料的廣泛使用和發(fā)展，也出現(xiàn)了許多新的材料，它們給人們的生活和生產(chǎn)生活造成了巨大的變化。例如，某些特定的光敏物質(zhì)可以被用作制造光電顯示器的原材料，而高純度的硅片則可以被應(yīng)用到制造新的電子器件中。隨著無機非金屬材料的發(fā)展，新的化學(xué)性質(zhì)和有機物的性能也發(fā)生了很大的變化。這種高硬度的材質(zhì)，在很多的機械制品里面都有著非常的用途，它的抗磨性非常好，而且在長期的機械運動后，它的外表還保持著光潔，是一種非常關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)制品，可以取代傳統(tǒng)的機械制造設(shè)備。復(fù)合氧化物陶瓷的熔點很高，在高溫下仍能保持其良好的特性，其彎曲強度達到了數(shù)千兆帕，被廣泛用于機械加工刀具、軸承等行業(yè)，以及用于冶煉、蒸餾的坩鍋等產(chǎn)品。在開發(fā)新的無機非金屬材料時，對氧、硅、碳等化合物進行了較深的探索，并獲得了較好的應(yīng)用效果。

4 無機非金屬材料的優(yōu)越性

無機非金屬是新型建材的主要原料，它的種類繁多，可以滿足各種工業(yè)的需要。由于其具有高強度、光電效應(yīng)、晶體特性等特性，因此能夠很好地保存和發(fā)展無機非金屬材料的特殊性。

高質(zhì)量的陶瓷是一種特殊的無機非金屬材料，它的抗高溫能力比一般的材料要好很多，用它來做引擎的部件可以有效地解決長期使用帶來的熱量問題，也不用再通過水循環(huán)來冷卻它，提高了設(shè)備的熱傳導(dǎo)能力，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單、更加可靠，便于大規(guī)模地生產(chǎn)。

光導(dǎo)纖維是當(dāng)前通信技術(shù)中最常用的一種傳輸媒介，它能夠充分利用這種特性來降低在傳送時所帶來的損失。其主要成分為二氧化硅，經(jīng)過一種非常獨特的拉絲技術(shù)，可以將它變成一種極細(xì)的薄膜，然后，再將其纏繞在一起，形成一條類似電纜的纖維。它的光學(xué)導(dǎo)電特性是其他金屬材料和有機材料無法相比的，這里它在現(xiàn)代工業(yè)和生活中的一個主要用途。

5 無機非金屬材料的用途

5.1 軍事防御領(lǐng)域的應(yīng)用

在軍事領(lǐng)域應(yīng)用的非無機材料，包括人造晶體、石英玻璃、陶瓷等。在激光等軍用兵器的研制中，通常都會使用人造晶體。在衛(wèi)星和飛行器的制造中，石英是最常見的一種，它們的主要部件都是由水晶制成的。由于其高強度、低腐蝕性、高強度、低重量等性能，因此廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域，例如，用于衛(wèi)星的遙控、引擎等。此外，陶瓷的堅硬程度和防御力都很高，所以在飛機上、彈衣、車輛上都十分常用，它的作用是為了保護乘客和車輛的安全。

5.2 將無機非金屬材料用于建造

目前，國內(nèi)的建筑業(yè)發(fā)展很快，很多地方都會使用到很多的建材，比如，建筑和橋梁。通常情況下，這些都是采用自然和人造的高級材質(zhì)。這些天然的材質(zhì)一般都是非常堅固的，一般都會被用于建筑的主要部分，達到一定的規(guī)范和要求。而且在房屋中的防火效果也很好，如果在發(fā)生火災(zāi)的時候，可以防止火勢蔓延，將造成的破壞降到最低。其次，采用的是無機非金屬材質(zhì)，它能夠保證建筑的結(jié)構(gòu)達到國家有關(guān)規(guī)范，從而提高結(jié)構(gòu)的安全性。無機非金屬的保溫性能也很好，比如，巖棉這種人造的非金屬材料，可以起到很好的保護作用。

5.3 將無機非金屬材料用于隔熱

無機非金屬材料廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，其應(yīng)用范圍非常廣泛，而且在外墻和外墻的隔熱和保護上，都采用了無機非金屬材料，可以最大限度地提高建筑的隔熱性能，提高建筑的整體性能。

采用巖棉、泡沫玻璃、硅藻土等無機非金屬物質(zhì)進行隔熱。在實際應(yīng)用中，根據(jù)具體的環(huán)境，選用的材質(zhì)也是不一樣的。石棉是一種由硅酸鹽組成的絮狀物，這種絮狀物的主要成分是一種非常穩(wěn)定的化學(xué)藥品，而且質(zhì)地柔軟，抗酸堿度高，在建筑的周圍形成一道護墻，既可以起到隔熱的效果，又可以防止建筑被其他物體所破壞。作為一種相對封閉型的泡沫塑料，其優(yōu)勢就在于其不會發(fā)霉，導(dǎo)熱性能好，耐腐蝕性能好，用途廣，而且可以作為一種裝飾品，所以在建筑業(yè)中應(yīng)用非常的廣泛。硅藻土是一種生物化學(xué)沉積物，由硅組成，這種材料可以吸收水分，不溶解于酸性和堿性，可以用作建筑材料，還可以起到很好的隔熱作用，可以提高建筑的質(zhì)量。

5.4 將無機非金屬材料用于信息技術(shù)領(lǐng)域

在信息技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的無機非金屬材料，其主要體現(xiàn)在兩個方面。首先，在資訊科技的某些必需的硬件設(shè)施上，必須使用半導(dǎo)體。其次，隨著信息技術(shù)的普及，對通信技術(shù)的需求也在逐漸的提高，以前的技術(shù)無法完全適應(yīng)人類的需求，隨著科技的發(fā)展，光纖技術(shù)應(yīng)運而生，光纖是一個非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

6 無機非金屬材料發(fā)展趨勢

6.1 精細(xì)化

無機非金屬的研究一直在朝著膜、光纖等方向發(fā)展，比如，某些微電子學(xué)和結(jié)構(gòu)學(xué)的應(yīng)用，這些膜在微電子學(xué)上有很好的應(yīng)用前景，而在通信領(lǐng)域中，光纖也可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和擴展。

6.2 綜合性發(fā)展

隨著我國的非金屬材料的發(fā)展，無機非金屬材料、有機高分子材料和金屬材料的綜合應(yīng)用越來越廣泛，在許多方面都取得了巨大的應(yīng)用，比如，鋼筋混凝土、玻璃鋼等材料，這些材料的性能各不相同，可以完全適應(yīng)人類的需求。

6.3 節(jié)能化

目前可供選用的無機非金屬材質(zhì)種類繁多，但由于其工藝限制，在生產(chǎn)過程中存在著對環(huán)保、能耗高等問題。在科技進步的同時，非無機材料的制造技術(shù)也在不斷進步，使用的過程中也出現(xiàn)了一些節(jié)約能源的現(xiàn)象。從目前的發(fā)展情況看，目前還無法完全解決上述問題。

6.4 智能化

無機非金屬材料正逐漸走向智能低。目前，國內(nèi)在新的材料領(lǐng)域有了長足的進步，制造出了多個金屬薄板和金屬薄板，這種高科技的應(yīng)用越來越廣泛，對工業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動作用。比如，在建筑業(yè)中應(yīng)用智能化技術(shù)，可以極大地推動建筑業(yè)的安全與穩(wěn)健發(fā)展。

7 結(jié)語

總之，目前國內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)逐步呈現(xiàn)出大規(guī)模、科學(xué)化的發(fā)展態(tài)勢，能夠全面提高質(zhì)量、減少資源消耗、實現(xiàn)智能化，是當(dāng)前各大公司的發(fā)展重點。今后，無機非金屬材料將在復(fù)合性、智能化、節(jié)能性、低維化等多個領(lǐng)域中充分地利用，從而使其應(yīng)用范圍更廣泛。在科技不斷進步的今天，在科技物質(zhì)的發(fā)展中，通過對各類高精度儀器的試驗與研發(fā)，將會使其不斷地向著既定的發(fā)展方向邁進。