無機(jī)非金屬材料的主要應(yīng)用研究

鄒良偉

摘 要：無機(jī)非金屬材料是除有機(jī)高分子材料和金屬材料外，都是從傳統(tǒng)硅酸鹽材料演變而來的材料。這種由碳化物、鹵化物、硅酸鹽、氧化物、磷酸鹽、硼酸鹽等某些元素的物質(zhì)組成的材料，與金屬材料和有機(jī)高分子材料并列三大材料之一。由于其耐高溫、耐腐蝕、硬度高，以及特殊的光聲和電學(xué)性能，該材料在國防領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，具有良好的就業(yè)形勢和廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：無機(jī)非金屬材料;應(yīng)用;研究

一.無機(jī)非金屬材料的特點

無機(jī)非金屬材料是當(dāng)代完整的材料體系中十分重要的組成部分，金屬與其相比晶體結(jié)構(gòu)更加簡單且擁有自由的電子，純共價鍵和金屬鍵的混合鍵與離子鍵于比無機(jī)非金屬材料差。這類材料，化學(xué)鍵特有的高鍵能賦予其耐腐蝕和磨損、硬度、熔點、強(qiáng)度高且抗氧化性能強(qiáng)等基本屬性，同時該類材料的壓電性、鐵磁性和鐵電性良好，隔熱性、透光性及導(dǎo)電性寬廣。由于該類材料擁有眾多的使用途徑且名目和品種繁多，因此到目前為止還未有完善統(tǒng)一的分類方法，一般將其分為新型和傳統(tǒng)兩種類型。抗腐蝕性能良好、硬度高、耐高溫、耐壓強(qiáng)度大是普通無機(jī)非金屬材料的特點。陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料分別在耐蝕和介電、光學(xué)、膠凝、防熱隔熱性能方面展示出獨(dú)特的優(yōu)異性，這些優(yōu)異的特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高分子與金屬材料。但無機(jī)非金屬材料相較于高分子材料需要較為復(fù)雜的制造工藝且密度較大;相較于金屬材料延展性不足且抗斷強(qiáng)度低。特種無機(jī)非金屬材料擁有各種微觀現(xiàn)象及物理效應(yīng)、不同的特色、經(jīng)過復(fù)合的各種性質(zhì)的材料構(gòu)成復(fù)合材料三種特點。如微觀現(xiàn)象和物理效應(yīng)方面有熱敏材料的熱—電、氣敏材料的氣體—電、濕敏材料的濕—電等材料對化學(xué)及物理參數(shù)鍵的功能轉(zhuǎn)換特性;特色方面則是指氧化鈹、氧化鋁陶瓷的高頻絕緣特性、光導(dǎo)纖維的光傳輸性質(zhì)、鐵氧體的磁學(xué)性質(zhì)等;復(fù)合材料則是指高溫?zé)o機(jī)涂層、使用晶須、無機(jī)纖維等增強(qiáng)的材料等。

二.無機(jī)非金屬材料的應(yīng)用

建筑工程中使用的隔熱及保溫隔熱材料主要是為了避免室內(nèi)熱量外流和對室內(nèi)熱量外流進(jìn)行有效控制，材料傳導(dǎo)性能的高低會對絕熱材料的優(yōu)劣起到?jīng)Q定性作用，材料的絕熱性能與其傳導(dǎo)性能成反比。當(dāng)前無機(jī)絕熱材料、金屬和有機(jī)絕熱材料成為三大類絕熱材料，但相較于無機(jī)絕熱材料有機(jī)材料受到的限制因素多，穩(wěn)定性差且耐腐蝕性弱，沒有與其他構(gòu)建較好的結(jié)合性且產(chǎn)生的副產(chǎn)物容易損害人體，較差的防火性能及承載力且容易老化等因素使其使用受到限制。相較于無機(jī)非金屬材料金屬類絕熱材料沒有廣泛的使用和來源，耐腐蝕性低且在雷電多發(fā)區(qū)域容易受到嚴(yán)苛的設(shè)計和技術(shù)要求的限制。由此可看出無機(jī)非金屬材料與這兩種材料相比擁有更大的優(yōu)勢，其耐熱性、承載力、防火性強(qiáng)、來源廣、生產(chǎn)工藝簡單等諸多優(yōu)點使其在各個領(lǐng)域中的運(yùn)用更加廣泛。無機(jī)非金屬材料應(yīng)用于建筑保溫隔熱中可對建筑的外表面積結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)，保護(hù)建筑的同時保證其保溫性能，防止建筑物在大氣環(huán)境中直接暴露從而避免受到大氣環(huán)境中的破壞及腐蝕作用。人造輕質(zhì)硅酸鹽非連續(xù)的絮狀纖維材料及巖棉擁有較好的化學(xué)穩(wěn)定性能且質(zhì)地松軟，彈性好而耐酸堿;鎂含水硅酸鹽類礦物作為建筑絕熱材料擁有良好的性能;建筑工程中經(jīng)常使用的絕熱、輕質(zhì)、隔聲材料是硅藻土，這是一種硅藻的硅質(zhì)的細(xì)胞壁組成的生物化學(xué)沉積巖不會溶于酸堿且多孔輕質(zhì)、質(zhì)地松軟、容易研磨成粉末;作為一種天然纖維的木纖維能夠?qū)Ω鞣N粘貼式保溫隔熱起到極為重要的作用，內(nèi)外墻膩子防水涂料和復(fù)層涂料及建筑保溫隔熱中使用能夠增加稠度、防裂和觸變;在碎玻璃和石英砂礦粉中加入促進(jìn)劑及發(fā)泡劑等添加劑均勻混合并超細(xì)粉碎后形成的配合料，通過溶化、發(fā)泡、退火形成的泡沫玻璃其內(nèi)部充滿封閉式氣泡，不容易霉變、不燃燒且機(jī)械性能高、密度低、本身無毒、耐化學(xué)腐蝕。

三.無機(jī)非金屬材料的應(yīng)用領(lǐng)域

1.生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

該類材料應(yīng)用于生物領(lǐng)域中能夠成為對人體健康進(jìn)行保障的必需品，當(dāng)前主要用于生物器官及組織的修復(fù)與替代。由于人的生物體是無機(jī)非金屬材料與有機(jī)生物體的復(fù)合體，因此無機(jī)非金屬材料如無機(jī)復(fù)合材料、生物陶瓷、玻璃等能夠在藥物控制系統(tǒng)、人體器官修復(fù)等方面的生物應(yīng)用中發(fā)揮作用。本世紀(jì)進(jìn)入第3代的細(xì)胞基因活化的生物材料再生人體器官和組織或經(jīng)過組織誘導(dǎo)重建，使其生理功能增進(jìn)從而實現(xiàn)永久修復(fù)，未來生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可借助該材料對有生命的人體部件進(jìn)行制造和設(shè)計從而制造出整個人體器官。

2.建筑工程領(lǐng)域

建筑行業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致能源短缺，無機(jī)非金屬材料良好的保溫隔熱性能可對建筑物的外表和結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)，確保建筑物的使用和保溫性能并避免其受到外界環(huán)境的腐蝕與破壞。

3.國防裝備領(lǐng)域

現(xiàn)代化國防建設(shè)中所應(yīng)用的武器非金屬材料有無機(jī)纖維、人工晶體和先進(jìn)陶瓷等。激光武器、潛艇通訊、彈道制導(dǎo)等各方面主要應(yīng)用人工晶體;航空航天方面如衛(wèi)星遙感、發(fā)動機(jī)等主要應(yīng)用擁有高韌性和耐高溫優(yōu)點的特種陶瓷，加上特種陶瓷的質(zhì)量輕且硬度高，使其成為了防彈衣、飛機(jī)及汽車等防御方面的應(yīng)用材料;各類宇宙飛船及衛(wèi)星的自控系統(tǒng)經(jīng)常使用石英玻璃，各種國內(nèi)軍用飛機(jī)的重要部件則經(jīng)常使用航空玻璃。

4.航空航天領(lǐng)域

航空航天等發(fā)展借助復(fù)合材料與高溫結(jié)構(gòu)陶瓷得到了巨大的發(fā)展。而擁有最大潛力的陶瓷基復(fù)合材料很可能成為各個領(lǐng)域中需求巨大的材料。如高溫防熱、熱結(jié)構(gòu)、抗沖刷結(jié)構(gòu)材料等會選用碳化物陶瓷及復(fù)合材料。

四.結(jié)語

綜上所述，無機(jī)非金屬材料與國計民生息息相關(guān)。它們的良好表現(xiàn)和在生產(chǎn)生活各個領(lǐng)域的應(yīng)用，對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展起到了極其重要的作用。對無機(jī)非金屬材料提出了越來越高的要求?？梢灶A(yù)見，隨著時代的發(fā)展，無機(jī)非金屬材料將成為各行業(yè)發(fā)展的主流。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋杰光，王秀琴，劉悅，尚超峰，劉志平.無機(jī)非金屬材料專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)策略[J].課程教育研究，2020（12）.

[2]王成.無機(jī)非金屬材料的應(yīng)用研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2019（30）.

[3]田華.無機(jī)非金屬材料的應(yīng)用與發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代鹽化工，2018，45（06）.

[4]孫鵬超，王思雨，宋曉東.無機(jī)非金屬材料的應(yīng)用與發(fā)展[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（05）.