浅析功能材料的研究进展

功能材料的研究进展摘要功能材料作为现代技术的标志，引起了各国的关注，已经成为材料科学中的一个分支学科，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。本篇综述简单介绍了功能材料的基本性能、特点及其发展现状。为了满足这些现代技术对材料的需求，世界各国都非常重视功能材料的研究和开发。关键词功能材料性能特点发展现状引言功能材料的概念是美国MortonJA于1965年首先提出来的。功能材料是指具有一种或几种特定功能的材料，如磁性材料、光学材料等，它具有优良的物理、化学和生物功能，在物件中起着“功能”的作用[1]。20世纪60年代以来，各种现代技术的兴起，强烈刺激了功能材料的发展。同时，由于固体物理、固体化学、量子理论、结构化学、生物物理和生物化学等学科的飞速发展以及各种制备功能材料的新技术和现代分析测试技术在功能材料研究和生产中的实际应用，许多新功能材料不仅已经在实验室中研制出来，而且已经批量生产和得到应用，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。因此，功能材料学科已经成为材料科学中的一个分支学科。正文一、功能高分子材料的简介功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。它是上世纪60年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％所谓功能性高分子材料，一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料，但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括，不一定很确切，较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出，这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多，而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能[2]。二、功能材料的基本性能功能材料是以物理性能为主的工程材料的统称,即指在电、磁、声、光、热等方面具有特殊性质,或在其作用下表现出特殊功能的材料。功能材料按其显示功能的过程可分为一次功能和二次功能。一次功能是当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同种形式时,材料起能量传送部件作用,又称载体材料。主要有:(1)力学功能如惯性、粘性、流动性、润滑性、成型性、超塑性、高弹性、恒弹性、振动性和防震性;(2)声功能如吸音性、隔音性;(3)热功能如隔热性、传热性、吸热性和蓄热性;(4)电功能如导电性、超导性、绝缘性和电阻;(5)磁功能如软磁性、硬磁性、半硬磁性;(6)光功能如透光性、遮光性、反射光性、折射光性、吸收光性、偏振性、聚光性、分光性;(7)化学功能如催化作用、吸附作用、生物化学反应、酶反应、气体吸收;(8)其它功能如电磁波特性(常与隐身相联系)、放射性。二次功能[3]是当向材料输入的能量和输出的能量属于不同形式时,材料起能量转换部件作用,又称高次功能,主要有:(1)光能与其它形式能量的转换,如光化反应、光致抗蚀、光合成反应、光分解反应、化学发光、感光反应、光致伸缩、光生伏特效应、光导电效应;(2)电能与其它形式能量的转换,如电磁效应、电阻发热效应、热电效应、光电效应,场致发光效应、电光效应和电化学效应;(3)磁能与其它形式能量的转换,如热磁效应,磁冷冻效应、光磁效应和磁性转变;(4)机械能与其它形式能量的转换,如压电效应、磁致伸缩、电致伸缩、光压效应、声光效应、光弹性效应、机械化学效应、形状记忆效应和热弹性效应[3]。三、功能材料的特征功能材料是指具有优良的物理、化学和生物或其相互转化的功能，用于非承载目的的材料。迄今为止，功能材料尚无统一的和严格的定义。但一结构材料相比，有以下主要特征{4}:（1）功能材料的功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动，这是最本质的特征。（2）功能材料的聚集态和形态非常多样化，除了晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、准晶态、混合态和等离子态等。除了三维体相材料外，还有二维、一维和零维材料。除了平衡态，还有非平衡态。（3）结构材料常以材料形式为最终产品，而功能材料有相当一部分是以元件形式为最终产品，即材料元件一体化。（4）功能材料是利用现代科学技术、多学科交叉的知识密集型产物。（5）功能材料的制备技术不同于结构材料用的传统技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、密积化、智能化已经精细控制和检测技术。目前，现代技术对物理功能材料的需求最多，因此，物理功能材料发展最快，品种多，功能新，商品化和实用率高，在已使用的功能材料中占了绝大部分。四、国内功能材料发展的现状和差距我国非常重视功能材料的发展，在国家攻关、“863”、“973”、国家自然科学基金等计划中，功能材料都占有很大比例。在“九五”“十五”国防计划中还将特种功能材料列为“国防尖端”材料。这些科技行动的实施，使我国在功能材料领域取得了丰硕的成果。在“863”计划支持下，开辟了超导材料、平板显示材料、稀土功能材料、生物医用材料、储氢等新能源材料，金刚石薄膜，高性能固体推进剂材料，红外隐身材料，材料设计与性能预测等功能材料新领域，取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地。镍氢电池、锂离子电池的主要性能指标和生产工艺技术均达到了国外的先进水平，推动了镍氢电池的产业化；功能陶瓷材料的研究开发取得了显著进展，以片式电子组件为目标，我国在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在低烧瓷料和贱金属电极上形成了自己的特色并实现了产业化，使片式电容材料及其组件进入了世界先进行列；高档钕铁硼产品的研究开发和产业化取得显著进展，在某些成分配方和相关技术上取得了自主知识产权；功能材料还在“两弹一星”、“四大装备四颗星”等国防工程中做出了举足轻重的贡献[6]。目前世界各国功能材料的研究极为活跃，充满了机遇和挑战，新技术、新专利层出不穷。发达国家企图通过知识产权的形式在特种功能材料领域形成技术垄断，并试图占领中国广阔的市场，这种态势已引起我国的高度重视。近年来，我国在新型稀土永磁、生物医用、生态环境材料、催化材料与技术等领域加强了专利保护。但是，我们应该看到，我国目前功能材料的创新性研究不够，申报的专利数，尤其是具有原创性的国际专利数与我国的地位远不相称。我国功能材料在系统集成方面也存在不足，有待改进和发展。结束语随着经济的迅速发展，人们对材料的需求日益增加。为了满足这些现代技术对材料的需求，世界各国都非常重视功能材料的研究和开发。功能材料作为现代技术的标志，引起了各国的关注，已经成为材料科学中的一个分支学科，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。材料是现代科技和国民经济的物质基础。一个国家生产材料的品种、数量和质量是衡量其科技和经济发展水平的重要标志。随着新技术将更迅猛地发展，我们对功能材料的需求也日益迫切。因此，我们要加强对功能材料的研制和开发应用，把新成果应用于劳动生产。参考文献[1]功能材料及其应用手册编写组.功能材料及其应用手册.北京：北京机械工业出版社[2]褚幼义.材料科学与工程的特点及其当前国际学术活动的趋势.材料导报，1992（2）：1-7[3]王安乐.功能材料的航空工业中的应用.材料工程，1993（12）：5-6，17[4]师昌绪.新型材料与材料科学.北京:科学出版社,1988.14[5]马如璋,蒋民华,许祖雄.功能材料学概论.北京:冶金工业出版社,1999.5,27-29,58-90,103-113,120-263,323-582[6]李成功.面向21世纪的高技术新材料展望.材料导报，1992（1）：1-7河南理工大学万方科技学院创新实验设计与训练报告高分子纳米复合材料系别：能源系班级：材料08-1班姓名：尚建勋学号：0828200035指导老师：郭晖无机非金属材料的研究进展及应用（黄俊学号：2009440753）摘要：起初，无机非金属材料只包含传统的陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料，随着科学和技术的发展，又将半导体、先进陶瓷结构、功能陶瓷、新型功能玻璃、人工晶体等纳入无机非金属材料领域。无机非金属材料的高硬度、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐磨和优异的环保性能以及特殊的光声、电等性能，在航空航天、兵器、舰船等国防领域得到了越来越多的应用，如陶瓷基复合材料、结构陶瓷、特种功能陶瓷、人工晶体等已成为武器装备中不可或缺的关键材料。本文着重介绍了无机材料的研究进展和应用。并介绍了存在的问题以及解决方法。关键词：无机非金属材料、水泥、陶瓷、玻璃、其他材料Theresearchprogressanduseofinorganicnon-metallicmaterials(HuangJun,20029440753)(ChongqingUniversityofScienceandTechnology)Abstract：Atfirst,thetraditionalinorganicnon-metallicmaterialsonlycontainceramics,glass,cementandrefractories,asscienceandtechnology,inturnsemiconductors,advancedstructuralceramics,functionalceramics,newfunctionalglass,newfeatures,intraocularlensintotheinorganicnon-metallicmaterialsarea.Inorganicnon-metallicmaterialsofhighhardness,lowdensity,hightemperature,corrosion,wearandexcellentenvironmentalperformance,aswellasspeciallightacoustic,electricandotherproperties,inaerospace,weapons,ships,anddefensefieldshasbeenincreasingmanyapplicationssuchasceramicmatrixcomposites,structuralceramics,specialfunctionalceramics,artificialcrystalshavebecomeanindispensablekeyweaponsmaterial.Thisarticlefocusesontheprogressofinorganicmaterialsandapplications.Anddescribestheproblemsandsolutions.Keywords:Inorganicnon-metallicmaterials,ceramics,glass,cement引言：传统无机非金属材料，新型无机非金属材料和无机非金属基复合材料组成了庞大的无机非金属材料体系。其中以硅酸盐为基础的陶瓷、玻璃和水泥已经形成相当规模的产业，被广泛应用于工业、农业、国防和人们的生产生活中，成为国民经济的支柱产业之一。新型无机非金属材料因具有耐高温、耐腐蚀、高强度、多功能等多种优越性能，其中一些已在各个工业部门以及近几十年发展起来的空间技术、电子技术、激光技术、光电子技术、红外技术发展方面发挥了重要作用。因此，无机非金属材料的发展必将大大的促进现代科学技术的进步和人类文明程度的提高。本文将主要介绍：无机非金属材料的分匪类，无机非金属材料的地位（在材料中的地位、在国民经济中的地位），无机非金属材料的发展过程，无机非金属材料的应用，无机非金属材料企业的岗位设置，无机非金属材料的发展趋势以及无机非金属材料发展中遇到的问题。一、二无机非金属材料的分类和地位材料一般分为无机材料和有机材料，无机材料中除金属以外的材料都是无机非金属材料。最早，无机非金属材料只包含传统的陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料，随着科学和技术的发展，又将半导体、先进结构陶瓷、功能陶瓷、新型功能玻璃、人工晶体、非晶态材料、碳素材料等都纳入到无机非金属材料领域中。无机非金属材料品种繁多，新材料层出不穷，在国民经济和国防建设中的应用极其广泛。由于无机非金属材料学科具有多学科交叉的时代特征，其发展蓬蓬勃勃，新的生长点不断涌现。传统无机非金属材料是国家基本建设所必须的基础材料，量大面广，其质量提升和性能改进都将产生重大的经济效益和社会效益，新型耐火材料就是很好的说明。而无机非金属材料，如片式电子陶瓷元器件材料、光纤放大器材料、白光发光二极管、激光透明陶瓷、巨磁阻材料、生物医用材料等，在形成高技术产业、改造传统产业、节能和建立新能源、环保和节约资源等方面都对国民经济和社会进步发挥着重要作用。无机非金属材料的高硬度、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐磨和优异的环保性能以及特殊的光生、电等性能，在航天航空、兵器、舰船等国防领域得到越来越多的应用，如陶瓷基复合材料结构陶瓷、特种功能陶瓷、人工晶体、石英玻璃等已成为武器装备中不可或缺的关键材料。无机非金属材料对国防建设发挥着越来越重要的作用。无机非金属材料在学术上涉及多门学科，在组成上涵盖了多类材料，在应用上遍布国民经济、国防建设和社会需求等各个领域。所以，无机非金属材料对国民经济的发展、国防力量的增强和人民生活质量的提高等方面都有着重大作用。由于无机非金属材料的学科交叉性，其发展非常活跃，新材料层出不穷，新的学科不断涌现，成为当今最活跃的学科领域之一。三、无机非金属材料的发展过程3.1陶瓷的发展过程陶器的发明是人类文明的重要进程－－是人类第一次利用天然物，按照自己的意志创造出来的一种崭新的东西。从河北省阳原县泥河湾地区发现的旧石器时代晚期的陶片来看，在中国陶器的产生距今已有11700多年的悠久历史。陶器是用泥巴（粘土）成型晾干后，用火烧出来的，是泥与火的结晶。我们的祖先对粘土的认识是由来已久的，早在原始社会的生活中，祖先们是处处离不开粘土，他们发现被水浸湿后的粘土有粘性和可塑性，晒干后变得坚硬起来。对于火的利用和认识历史也是非常远久的，大约在205万年至70万年前的元谋人时代，就开始用火了。先民们在漫长的原始生活中，发现晒干的泥巴被火烧之后，变得更加结实、坚硬，而且可以防水，于是陶器就随之而产生了。陶器的发明，它揭开了人类利用自然、改造自然、与自然做斗争的新的一页，具有重大的历史意义，是人类生产发展史上的一个里程碑。从目前所知的考古材料来看，陶器中的精品有旧石器时代晚期距今1万多年的灰陶、有8000多年前的磁山文化的红陶、有7000多年的仰韶文化的彩陶、有6000多年的大汶口的“蛋壳黑陶”、有4000多年的商代白陶、有3000多年的西周硬陶，还有秦代的兵马俑、汉代的釉陶、唐代的唐三彩等。到了宋代，瓷器的生产迅猛发展，制陶业趋于没落，但是有些特殊的陶器品种仍然具有独特的魅力，如宋、辽三彩器和明、清至今的紫砂壶、琉璃、法花器及广东石湾的陶塑等，都是别具一格，倍受赞赏。但是陶器始终是文明初级阶段的低级产品，它本身存在的缺陷注定了它逐渐被历史淘汰的命运。瓷器是中国古代的一项伟大发明，在漫长的历史岁月中，勤劳智慧的中国先民们点土成金，写下光辉灿烂的篇章，为人类文明作出了巨大的贡献。亨有盛誉的中华古瓷，已成为世界各大博物馆里的明珠，也将越来越广泛地成为中国和世界各地的专家学者的研究对象，并受到广大收藏家和爱好者的珍重。中国瓷器的发明和发展，是有着从低级到高级，从原始到成熟逐步发展的过程。早在3000多年前的商代，我国已出现了原始青瓷，再经过1000多年的发展，到东汉时期终于摆脱了原始瓷器状态，烧制出成熟的青瓷器，这是我国陶瓷发展史上的一个重要里程碑。经过三国、两晋、南北朝和隋代共330多年的发展，到了唐朝中国政治稳定、经济繁荣。社会的进步促进了制瓷业的发展，如北方邢窑白瓷“类银类雪”，南方越窑青瓷“类玉类冰”。形成“北白南青”的两大窑系。同时唐代还烧制出雪花釉、纹胎釉和釉下彩瓷及贴花装饰等品种。宋代是我国瓷器空前发展的时期，出现了百花齐放，百花争艳的局面，瓷窑遍及南北各地，名窑迭出，品类繁多，除青、白两大瓷系外，黑釉、青白釉和彩绘瓷纷纷兴起。举世闻名的汝、官、哥、定、钧五大名窑的产品为世所珍。还有耀州窑、湖田窑、龙泉窑、建窑、吉州窑、磁州窑等产品也是风格独特，各领风骚，呈现出欣欣向荣的好局面，是我国陶瓷发展史上的第一个高峰。元代在景德镇设“浮梁瓷局”统理窑务，发明了瓷石加高岭土的二元配方，烧制出大型瓷器，并成功地烧制出典型的元青花和釉里红及枢府瓷等，尤其是元青花烧制成功，在中国陶瓷史上具有划时代的意义。宋、金时战乱后遗留下来的南北各地的主要瓷窑仍然继续生产，其中龙泉窑比宋时更加扩大，其中梅子青瓷是元代龙泉窑的上乘之作。还有“金丝铁线”的元哥瓷，应是仿宋官窑器之产物，也是旷世希珍。明代从洪武35年开始在景德镇设立“御窑厂”，200多年来烧制出许许多多的高、精、尖产品，如永宣的青花和铜红釉、成化的斗彩、万历五彩等都是希世珍品。御窑厂的存在也带动了民窑的进一步发展。景德镇的青花、白瓷、彩瓷、单色釉等品种，繁花似锦，五彩缤纷，成为全国的制瓷中心。还有福建的德化白瓷产品都十分精美。清朝康、雍、乾三代瓷器的发展臻于鼎盛，达到了历史上的最高水平，是中国陶瓷发展史上的第二个高峰。景德镇瓷业盛况空前，保持中国瓷都的地位。康熙时不但恢复了明代永乐，宣德朝以来所有精品的特色，还创烧了很多新的品种，并烧制出色泽鲜明翠硕、浓淡相间，层次分明的青花。郎窑还恢复了失传200多年的高温铜红釉的烧制技术，郎窑红、缸豆红独步一时。还有天兰、洒兰、豆青、娇黄、仿定、孔雀绿、紫金釉等都是成功之作，另外康熙时创烧的珐琅彩瓷也闻名于世。雍正朝虽然只有13年，但制瓷工艺都到了登峰造极的地步，雍正粉彩非常精致，成为与号称“国瓷”的青花互相比美的新品种。乾隆朝的单色釉、青花、釉里红、珐琅彩、粉彩等品种在继承前新的基础上，都有极其精致的产品和创新的品种。乾隆时期是我国制瓷业盛极而衰的转折点，到嘉庆以后瓷艺急转直下。尤其是道光时期的鸦片战争，使中国沦为半殖民地半封建社会，国力衰竭，制瓷业一落千丈，直到光绪时稍微有点回光返照，但1911年辛亥革命的爆发，清王朝寿终正寝。长达数千年的中国古陶瓷发展史，并至此落下帷幕。纵观中国几千年的古陶瓷发展史，它虽然是以衰退而告终，但是它给后人留下的这份珍贵而又丰富的遗产，将永远放射出灿烂的光辉。3.2玻璃的发展过程日常玻璃最初由火山喷出的酸性岩凝固而得。约公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃装饰品和简单玻璃器皿，当时只有有色玻璃，约公元前1000年前，中国制造出无色玻璃。公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料。18世纪，为适应研制望远镜的需要，制出光学玻璃。1873年，比利时首先制出平板玻璃。1906年，美国制出平板玻璃引上机。此后，随着玻璃生产的工业化和规模化，各种用途和各种性能的玻璃相继问世。现代，玻璃已成为日常生活、生产和科学技术领域的重要材料。3000多年前，一艘欧洲腓尼基人的商船，满载着晶体矿物“天然苏打”[2]，航行在地中海沿岸的贝鲁斯河上。由于海水落潮，商船搁浅了。于是船员们纷纷登上沙滩。有的船员还抬来大锅，搬来木柴，并用几块“天然苏打”作为大锅的支架，在沙滩上做起饭来。船员们吃完饭，潮水开始上涨了。他们正准备收拾一下登船继续航行时，突然有人高喊：“大家快来看啊，锅下面的沙地上有一些晶莹明亮、闪闪发光的东西！”当船员们把这些闪烁光芒的东西，带到船上仔细研究起来。他们发现，这些亮晶晶的东西上粘有一些石英砂和融化的天然苏打。原来，这些闪光的东西，是他们做饭时用来做锅的支架的天然苏打，在火焰的作用下，与沙滩上的石英砂发生化学反应而产生的晶体，这就是最早的玻璃。后来腓尼基人把石英砂和天然苏打和在一起，然后用一种特制的炉子熔化，制成玻璃球，使腓尼基人发了一笔大财。经过几千年漫长的岁月，人们已经由不透明玻璃制得了透明玻璃，它的用途也不仅仅是作为装饰品，现在玻璃器皿已经成为生活中的一个重要组成。到了十八世纪，产业革命的开始和路布兰制碱法的出现，为玻璃工业的发展带来了划时代的大变革。特别是十九世纪末至本世纪初，由于发生炉和蓄热式池窑的应用，玻璃熔制成型工艺设备的日益更新，使得玻璃制造业由几千年沿用不变的手工作业逐渐变成机械化生产。近几十年来，玻璃在人类社会的各个方面得到了广泛的应用，其生产技术也获得了极其迅速的发展。

我国近代的玻璃生产工业开始于19世纪末期，起初是生产玻璃瓶罐和玻璃器皿；之后，就开始生产玻璃灯泡、玻璃仪器、窗玻璃和玻璃保温瓶等。新中国成立以后，玻璃工业得到了的发展，不仅年产值逐年递增，技术也在不断更新，玻璃加工的核心技术正在逐步完善。

作为玻璃主要产品之一的瓶罐玻璃生产技术亦达到相当高的水平，目前绝大多数都是用机械化、自动化方法生产。其中先进的已发展到对原料精加工，利用微机辅助设计玻璃成分和控制配合料，选用优质耐火材料，采用搅拌、电助熔、窑体保温和微机控制新技术；制瓶机中，行列式已发展到八组双滴、十组三滴、十二组四滴等；检验包装已实现自动化。3.3水泥的发展过程cement一词由拉丁文caementum发展而来，是碎石及片石的意思。水泥的历史最早可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，这种混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似。用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于建筑工程。1756年，英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现：要获得水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制；用于水下建筑的砌筑砂浆，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。这个重要的发现为近代水泥的研制和发展奠定了理论基础。1796年，英国人J.帕克用泥灰岩烧制出了一种水泥，外观呈棕色，很像古罗马时代的石灰和火山灰混合物，命名为罗马水泥。因为它是采用天然泥灰岩作原料，不经配料直接烧制而成的，故又名天然水泥。具有良好的水硬性和快凝特性，特别适用于与水接触的工程。1813年，法国的土木技师毕加发现了石灰和粘土按三比一混合制成的水泥性能最好。1824年，英国建筑工人J.阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权。他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥。它具有优良的建筑性能，在水泥史上具有划时代意义。1907年，法国比埃利用铝矿石的代替粘土，混合烧制成了水泥。由于这种水泥含有大量的氧化铝，所以叫做“矾土水泥”。1871年，日本开始建造水泥厂。1877年，英国的克兰普顿发明了，并于1885年经兰萨姆改革成更好的回转炉。1889年，中国河北唐山开平煤矿附近，设立了用立窑生产的唐山“细绵土”厂。1906年在该厂的基础上建立了启新公司，年产水泥4万吨。1893年，日本远藤秀行和内海三贞二人发明了不怕海水的硅酸盐水泥。20世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，研制成功了一批适用于特殊建筑工程的水泥，如高铝水泥，特种水泥等。全世界的水泥品种已发展到100多种，2007年水泥年产量约20亿吨。中国在1952年制订了第一个全国统一标准，确定水泥生产以多品种多标号为原则，并将波特兰水泥按其所含的主要矿物组成改称为矽酸盐水泥，后又改称为硅酸盐水泥至今。2007年中国水泥年产量约11亿吨。3.4耐火材料的发展过程中国在4000多年前就使用杂质少的粘土，烧成陶器，并已能铸造青铜器。东汉时期（公元25～220）已用粘土质耐火材料做烧瓷器的窑材和匣钵。20世纪初，耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展，同时发展了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和高耐火纤维。3．4耐火材料的发展过程中国在4000多年前就使用杂质少的粘土，烧成陶器，并已能铸造青铜器。东汉时期（公元25～220）已用粘土质耐火材料做烧瓷器的窑材和匣钵。20世纪初，耐火材料向高纯、高致密和超高温制品方向发展，同时发展了完全不需烧成、能耗小的不定形耐火材料和高耐火纤维（用于160耐火材料0℃以上的工业窑炉）。前者如氧化铝质耐火混凝土，常用于大型化工厂合成氨生产装置的二段转化炉内壁,效果良好。50年代以来,原子能技术、空间技术、新能源开发技术等的迅速发展，要求使用耐高温、抗腐蚀、耐热震、耐冲刷等具有综合优良性能的特种耐火材料，例如熔点高四．无机非金属材料的应用4.1水泥的应用4.1.1水泥在医药上的应用

在修复骨缺损的同时，保持局部组织中有效的药物浓度是确保组织正常修复的必要条件。因此，寻找一种既可填充骨缺损又能将药物载入其中，使之在局部缓慢释放药物的生物材料是许多科研和临床工作者追求的目标。研究表明，多种骨修复材料可以充当药物缓释载体，如聚甲基丙烯酸甲酯、陶瓷型磷酸钙类人工骨和可吸收有机高分子材料等。磷酸钙骨水泥(calciumphosphatecement,CPC)~又称羟基磷灰石骨水泥，是1985年研制成功的自固化非陶瓷型羟基磷灰石类人工骨材料，在修复骨缺损方面具有明显的优越性，是一种较理想的新型骨骼修复材料。CPC克服了陶瓷型羟基磷灰石难以修整、不易降解等缺点，具有良好的生物相容性、优良的生物活性，可降解性，自固化能力以及易塑性和骨传导能力j。以CPC为载体的药物缓释体系(drugdelivery材料的发展趋势材料科学技术是兼具基础性和先导性的学科。该学科的交叉性很强，从传统意义上看，它交叉了物理、化学、数学和工程等几个大的学科，近年来的发展使该学科又交叉了生物、力学、医学等一大批学科；该学科的技术性也很强，因为它交叉了冶金、化工、机械、信息、电子、激光等一大批工程技system，DDS)是一种新型的给药方式，植入生物体内骨骼后载体所负载的药物能持续、稳定、高效地缓慢释放，达到修复骨缺损和药物治疗的双重目的，从而配合全身治疗以达到良好的效果。CPC药物缓释体系在骨髓炎、骨结核、骨肿瘤、骨折、骨不连和人工关节置换等领域有广阔的应用前景，有望成为骨骼系统理想的药物缓释载体。（磷酸钙骨水泥药物缓释体系的研究应用）4.2玻璃的应用4.2.1目前．在整彤外科、牙科及上须骨整形等临床方面．对于骨移植物的需求正日趋增加，传统的髂峙部采骨用作骨移植物的手术操作存在着许多问题，如残留的髂峙处的人为骨折和行走时的疼痛、不适及局部触痛都是潜在的并发症，更不用说其有限的骨的可利用性。同种异体骨，人源的冻千骨必须经过加工处理以降低其抗原性。减少其传播疾病的潜能，但同时亦可能减少其骨再生所必瘦的成骨蛋白数量。异种骨、球干小牛骨都是廉价的可选择移植物，但是其处理过程的不同又决定了它的不稳定性。正如同种异体骨那样可能降低其成骨能力。因而临床上强烈需要发展一种廉价的可台成的骨移植材料，以单独的或与有限的津移植共同用于机体自然的愈合过程。PerloGlas与自体骨混合用于截骨术中的植骨，手术后5个月x线片显示移植区有明显骨形成征象。通过25年的术后随访表明成骨区的密度逐渐浓聚，手术区域的临床测量选择在移植木后的6个月、1年、2年，结果表明缺陷区的范围明显缩小，在每一个手术移植的病例中，缺损都大大的减小了，并且填充有一种坚硬的、血管化的、类似于骨的组织（生物玻璃的研究进展和临床应用）4.2.2纳米抗菌玻璃的应用现状目前，许多研发人员正在努力研究改善载银抗菌剂及其制品的变色问题。例如日木住友公司的研究人员在Ag：O—NazO—BzO一SiO：抗菌玻璃中用Ag3PO4代替，使银离子稳定下来，以改善其着色程度等等。纳米抗菌剂分两类，一类是本身是有抗菌活性的金属纳米氧化物，以TiO2：、ZnO为代表，它们在紫外线照射下，在水和空气中产生活性氧，具有很强的化学活性，能与多种有机物发生反应，从而把大多数病菌和病毒杀死。因而可将它们应用于制作抗菌纤维、抗菌玻璃、抗菌陶瓷、抗菌建筑材料等。将抗菌剂添加到基体材料中，便可制得抗菌材料。近年来，抗菌剂广泛应用于纤维、塑料、建材、涂料、医药、化妆品等领域，其中应用最多的是纤维和塑料。我国抗菌材料的起源可以追溯到古代人们用银或铜制作的容器贮水，以抑制水的变质腐烂。到了17世纪，人们才将抗菌剂用于医药方面。第二次世界大战的使用。20世纪60年代以后，抗菌纤维开始出现，其中所用的抗菌剂是具有强抗菌性的化学物质，如有机锡、氯化酚等，到20世纪80年代中后期以来，出于安全性的考虑，多使用季铵盐类有机硅烷偶联剂处理纤维，以达到抗菌的目的。抗菌塑料出现在20世纪80年代初，日本在这方面发展较快。到20世纪90年代后，日本的抗菌塑料几乎覆盖PP、ABS等所有主要塑料品种。同时以无机化合物为载体的银系抗菌材料也开始广泛应用于制备抗菌陶瓷、涂料、塑料、纺织品、钢铁和日用品等领域。如果把目前日本抗菌材料的使用量看作100，我国的相应数值仅为0．5。由此可以看到抗菌材料在我国的发展空间是非常大的阐。随着人们的不断努力，特别是具有创新思维的抗菌材料的制备方法的引入，如有机一无机复合材料，纳米技术等，抗菌技术在国内将会得到不断的进步与提高。利用纳米氧化锌的体积效应，表面效应和高离散性，在低温低压下，纳米氧化锌可不经磨碎直接使用，使陶瓷制品的烧结温度降400～600℃，烧成品外观光亮、质地致密。另外，纳米氧化锌的陶瓷具有抗菌除臭和分解有机物的自洁作用，大大提高了产品质量。添加纳米氧化锌的玻璃可抗紫外线、耐磨、抗菌和除臭，可用作汽车玻璃和建筑玻璃。研制开发纳米级的TiO2光触媒等抗菌材料将是提高光催化反应的光量子产率，有效地减少光生电子和光生空穴的复合，使更多的电子和空穴参与氧化一还原反应的主要方法；同时由于比表面积的增大，巨大的表面有将反应物吸附在表面上，也有利于反应的进行，从而提高了光催化材料的活性，使抗菌性能大大改善。为有效克服TiO2：类光催化材料在紫外光条件下才能具有较好抗菌及净化空气功能的不足，实现室内条件下光催化抗菌和空气净化的研究目标。文献系统研究了我国富产的稀土元素铈对纳米TiO2：晶体结构、显微结构、表面电子结构、紫外吸收光谱以及产生羟基自由基(0H)性能的影响。制备的稀土／纳米TiO2光催化抗菌净化功能材料，在室内光条件下就具有优良的抗菌和空气净化性能。4.3陶瓷的应用五、无机非金属材料企业的工作岗位设置5.1水泥公司的工作岗位设置类、、、、、、、、、、、、、、、。类、、、、、、、、、、、、、。、、、、、、、、、、、、、、。、、、、、、、、、、、、、、督导、。、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、。5.2玻璃公司工作岗位设置电气工程师、镀膜工艺师、设计师、生产部经理、美工、切割主操、包装发货主操、包装发货主操。5.3陶瓷公司工作岗位设置5.4耐火材料公司部门设置董事会，总经理，生产质量副总经理，技术副总经理，经营副总经理，耐火砖分公司，烧注料分公司，研发中心，项目部，技术研发中心，耐火材料分中心，财务部，市场部，质检部，金加工车间，冷作车间，装配车间。六无机非金属的发展趋势材料科学技术是兼具基础性和先导性的学科。该学科的交叉性很强，从传统意义上看，它交叉了物理、化学、数学和工程等几个大的学科，近年来的发展使它交叉了生物、力学、医学等一大批学科；该学科的技术性也很强，因为它交叉了冶金、化工、机械、信息、电子、激光等一大批工程技术学科。材料科学技术的学科内涵极为丰富，它包括了所有的材料种类，跨接了众多的学科领域，涉及了材料从微观到介观（包括纳米）、宏观等不同范围内各方面的行为，覆盖了从基础科学到工程技术的相关内容。所以，材料科学技术是一门多学科交叉的前沿综合性学科，它既是一门涉及以探索材料科学技术自身规律为目标的基础学科，又是一门与工程技术密切相关的应用学科。总体看来，当代材料科学技术的主要发展趋势可以归纳为以下8个方面：材料科学技术更加多学科的交叉与综合。在物质科学技术的大学科背景下，通过多学科的交叉与融合，不断开拓创新，综合利用现代科学技术的最新成就，发展新的材料科学技术。材料的合成及制备技术已经并将进一步得到人们的高度重视。以原子、分子为起始物质进行材料合成，并在微观尺度上控制其成分和结构，以成为现代先进材料合成制备技术的重要发展方向。环境协调和低成本的合成制备技术受到人们重视，在某些领域，材料合成制备已与器件设计和制造实现一体化，相关新技术、新装备不断涌现。材料表征和评价科学技术是新材料发展的重要基础。对材料性能及其成分和结构的理解是现代材料科学技术的重要研究内容，对材料性能的各种测试和对材料结构与组织从宏观到微观不同层次的表征是材料科学技术的重要组成部分，对材料的寿命周期评估与预测受到重视，与材料表征和评价相关的新的方法、技术和装备层出不穷。材料设计与性能预测科学技术发展迅速。在微观、介观和宏观等不同层次上，在分子、原子、电子等不同层面，按预定性能设计和制备新材料日趋成熟；以“按需设计材料”为目标的多尺度跨层次材料设计受到重视；材料微结构的协同设计与制造受到关注。纳米材料科学技术的发展特别引人关注。纳米材料科学技术是当前以及未来一段时期内纳米科学技术的研究重点之一，在未来5~10年还会有重大的发展，并有可能导致经济、科技甚至生活方式的重要变化。新材料向高性能低成本和复合化、集成化、低维化、智能化方向发展。一大批的、影响深远的新材料相继涌现，对社会发展和人们生活水平的提高发挥重要作用。重视新材料发展与基础材料及传统材料的改进、更新与提高之间的相互促进。新材料的发展带动和促进了基础材料和传统材料的改进与更新，新材料技术促进了新产业的发展，也对传统产业的改造和升级发挥着越来越重要的作用。材料及其制品与生态环境及生态资源的协调性及与人类社会可持续发展的关系备受重视。材料科学科技术与环境学技术等学科的发展更加紧密，发展资源节约型、能源节约型、可持续发展的材料科学技术已在世界范围内引起高度重视。七．无机非金属材料发展中所遇到的问题（一）传统无机非金属材料我国无机非金属材料工业的发展中存在很多问题，特别是传统的无机非金属材料与国外先进水平有非常大的差距，主要有：(1)产品等级低在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。例如：发达国家的水泥熟料强度一般都在70MPa以上，而我国平均强度仅为50MPa。我国高等级水泥（ISO≥42.5）仅占18%，大量生产的是中、低等级水泥（ISO≤32.5），而很多发达国家的高等级水泥占90％以上。(2)资源消耗高在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，未能充分利用有限资源，造成了极大浪费。例如：生产水泥熟料的主要原料是相对优质的石灰石，其化学成份须满足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。我国符合水泥生产要求，可以使用的量仅约250亿吨。目前每年生产水泥消耗的优质石灰石约5.5亿吨，因此该储量仅可生产水泥熟料约200亿吨，仅能提供约40年的水泥生产需要。(3)能源消耗高在建筑材料的生产过程中，要消耗大量的能源。例如：水泥工业每年消耗标煤9106万吨，电力650亿度。我国水泥生产能耗远高于世界先进水平，以每吨熟料的综合能耗计算，世界先进水平为117Kg标煤，我国为173.5Kg标煤，高出达50%以上。在国外，全氧燃烧技术已经在玻璃行业中得到了较为广泛的应用，而仅有为数不多玻璃纤维生产线使用了该项技术。(4)环境污染严重水泥工业每年排放温室气体CO2约5.55亿吨、SO268.6万吨、NOx约206万吨；目前其他先进国家平均吨熟料的粉尘排放<1Kg，而我国高达13Kg，全国水泥生产年排放的粉尘竟高达1000万吨以上。(5)单线生产规模小，落后工艺大量存在以悬浮预热和预分解技术为核心技术的“新型干法”工艺，是目前世界水泥工业普遍采用的最先进的现代化水泥生产技术。日本有96%、意大利96.5%、韩国100%、泰国90%的水泥产量采用这种新型干法生产线，而我国仅为15％。我国水泥制造业处于先进工艺与落后工艺并存的复杂状态。在玻璃行业，我国浮法玻璃生产线的平均生产规模为450吨/天，而西方国家的法玻璃生产线的平均生产规模为550吨/天。而且在玻璃产品的品质上与国外相比有非常的差距。（二）无机非金属新材料虽然我国无机非金属新材料取得了很多成就，但由于我国无机非金属材料研制、开发至产业的形成起步较晚，底子薄，投入强度小等原因，使之与发达国家相比，仍有较大差距(1)基础研究和关键技术落后我国的无机非金属新材料是从试制起步的，发展过程也主要是随从于型号的需要进行。由于时间、人力的限制，加之我国长期以来对基础研究重视不够，投入较少，无机非金属材料的系统的基础非常薄弱。(2)材料性能低、品种少、批生产质量不稳定虽然我国已基本上建立了无机非金属材料的研究、开发与部分产品的生产体系，但材料的品种尚不齐全，一些重要工程的关键配套材料还须进口。性能低、质量差的问题仍然存在，而且在进行批量生产时质量不稳定、成品率低、效益差的问题严重，必须下大力气解决。例