声明：，，，。概况

　　无机非金属资料，是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的资料。是除有机高分子资料金属资料以外的一切资料的总称。无机非金属资料的提法是20世纪40年代今后，跟着现代科学技能的开展从传统的硅酸盐资料演化而来的。无机非金属资料是与有机高分子资料和金属资料并排的三大资料之一。

　　金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类资料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和杰出的抗氧化性等底子特点,以及广大的导电性、隔热性、透光性及杰出的铁电性、铁磁性和压电性。

　　无机非金属资料种类和名字极端繁复,用处各异,因而,还没有一个一致而完善的分类办法。一般把它们分为一般的(传统的)和先进的(新式的)无机非金属资料两大类。传统的无机非金属资料是工业和底子建设所必需的根底资料。如水泥是一种重要的修建资料;耐火资料与高温技能,特别与钢铁工业的开展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和一般的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、修建陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的出产、日子休戚相关。它们产量大,用处广。其他产品,如珐琅、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素资料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都归于传统的无机非金属资料。新式无机非金属资料是20世纪中期今后开展起来的,具有阳关大道功用和用处的资料。它们是现代新技能、新产业、传统工业技能改造、现代国防和生物医学所不行短少的物质根底。主要有先进陶瓷(advanced ceramics)、非晶态资料(noncrystal material〉、人工晶体〈artificial crys-tal〉、无机涂层(inorganic coating)、无机纤维(inorganic fibre〉等。

　　3.半导体陶瓷 钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过滤金属元素氧化物系资料等。

　　光学资料：钇铝石榴石激光资料，氧化铝、氧化钇通明资料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等

　　1.高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物超硬资料 碳化钛、人工金刚石和立方氮化硼等

　　传统无机非金属资料和新式无机非金属资料的比较：传统无机非金属资料具有性质广大，抗腐蚀耐高温等长处，但质脆，经不起热冲击。新式无机非金属资料除具有传统无机非金属资料的长处外，还有某些特征如：强度高、具有电学、光学特性和生物功用等。

　　其间，瓷是粉体的相貌烧结体，较之较早的陶，其气孔率显着下降，相貌度升高。

　　陶瓷在我国有悠长的前史，是中华民族陈旧文明的标志。从西安区域出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势雄伟，形象传神，被认为是国际文化奇观，人类的文明宝库。唐代的唐三彩、明清景德镇的瓷器均久负盛名。

　　传统陶瓷资料的主要成分是硅酸盐，自然界存在许多天然的硅酸盐，如岩石、土壤等，还有许多矿藏如云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都归于天然的硅酸盐。此外，人们为了满意出产和日子的需求，出产了许多人工硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质广大，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用处。

　　硅酸盐制品一般都是以黏土（高岭土）、石英和长石为质料经高温烧结而成。黏土的化学组成为Al传3·2SiO·2H传，石英为SiO，长石为K传·Al传3·6SiO（钾长石）或Na2O·Al2O3·6SiO2（钠长石）。这些质料中都含有SiO2，因而在硅酸盐晶体结构中，硅与氧的结合是最重要也是最底子的。

　　硅酸盐资料是一种多相结构物质，其间含有晶态部分和非晶态部分，但以晶态为主。硅酸盐晶体中硅氧四面体[SiO4]是硅酸盐结构的底子单元。在硅氧四面体中，硅原子以sp杂化不免与氧原子成键，Si—O键键长为162 pm，比起Si和O的离子半径之和有所缩短，故Si—O键的结合是比较强的。

　　精细陶瓷的化学组成已远远超出了传统硅酸盐的规模。例如，通明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆（ZrO2）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC）陶瓷等，它们都是无机非金属资料，是传统陶瓷资料的开展。精细陶瓷是习惯社会经济和科学技能开展而开展起来的，信息科学、动力技能、宇航技能、生物工程、超导技能、海洋技能等现代科学技能需求许多阳关大道功用的新资料，促进人们研发精细陶瓷，并在超硬陶瓷、高温结构陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、超导陶瓷和生物陶瓷等方面取得了很好的开展，下面挑选一些实例做扼要的介绍。

　　高温结构陶瓷轿车发动机一般用铸铁铸造，耐热功用有必定极限。因为需求用冷却水冷却，热能流失严峻，热功率只要30%左右。假如用高温结构陶瓷制作陶瓷发动机，发动机的工作温度能广大在1 300 ℃左右，因为燃料充沛焚烧而又不需求水冷体系，使热功率大幅度进步。用陶瓷资料做发动机，还可减轻轿车的质量，这对航天航空事业更具吸引力，用高温陶瓷替代高温合金来制作飞机上的涡轮发动机作用会更好。

　　已有多个国家的大的轿车公司试制无冷却式陶瓷发动机轿车。我国也在1990年装配了一辆并完成了试车。陶瓷发动机的资料选用氮化硅，它的机械强度高、硬度高、热膨胀系数低、导热性好、化学广大性高，是很好的高温陶瓷资料。氮化硅可用多种办法组成，工业上广泛选用高纯硅与纯氮在1 300 ℃反响后取得：

　　高温结构陶瓷除了氮化硅外，还有碳化硅（SiC）、二氧化锆（ZrO2）、氧化铝等。

　　通明陶瓷一般陶瓷是不通明的，但光学陶瓷像玻璃相同通明，故称通明陶瓷。一般陶瓷不通明的原因是其内部存在有杂质和气孔，前者能吸收光，后者使光发生散射，所以就不通明晰。因而假如选用高纯质料，并通过工艺手法扫除气孔就可能取得通明陶瓷。前期便是选用这样的办法得到通明的氧化铝陶瓷，后来连续研究出如烧结白刚玉、氧化镁、氧化铍、氧化钇、氧化钇-二氧化锆等多种氧化物系列通明陶瓷。又研发出非氧化物通明陶瓷，如砷化镓（GaAs）、硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnSe）、氟化镁（MgF2）、氟化钙（CaF2）等。这些通明陶瓷不只有优异的光学功用，而且耐高温，一般它们的熔点都在2 000 ℃以上。如氧化钍-氧化钇通明陶瓷的熔点高达3 100 ℃，比一般硼酸盐玻璃高1 500 ℃。通明陶瓷的重要用处是制作高压钠灯，它的发光功率比高压汞灯进步一倍，运用寿命达2万小时，是运用寿命最长的高效电光源。高压钠灯的工作温度高达1 200 ℃，压力大、腐蚀性强，选用氧化铝通明陶瓷为资料成功地制作出高压钠灯。通明陶瓷的通明度、强度、硬度都高于一般玻璃，它们耐磨损、耐划伤，用通明陶瓷能够制作防弹轿车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的轰炸瞄准器和高档防护眼镜等。

　　生物陶瓷人体器官和安排因为种种原因需求修正或再造时，选用的资料要求生物相容性好，对肌体无免疫排异反响；血液相容性好，无溶血、凝血反响；不会引起代谢作用异常现象；对人体无毒，不会致癌。已开展起来的生物合金、生物高分子和生物陶瓷底子上能满意这些要求。运用这些资料制作了许多人工器官，在临床上得到广泛的运用。可是这类人工器官一旦植入体内，要饱尝体内杂乱的生理环境的长时间检测。例如，不锈钢在常温下是非常广大的资料，但把它做成人工关节植入体内，三五年后便会呈现腐蚀斑，而且还会有微量金属离子分出，这是生物合金的缺陷。有机高分子资料做成的人工器官巨人老化，比较之下，生物陶瓷是慵懒资料，耐腐蚀，更适合植入体内。

　　氧化铝陶瓷做成的假牙与天然齿非常挨近，它还能够做人工关节用于许多部位，如膝关节、肘关节、肩关节、指关节、髋关节等。ZrO2陶瓷的强度、断裂耐性和耐磨性比氧化铝陶瓷好，也可用以制作牙根、骨和股关节等。羟基磷灰石〔Ca10(PO4)6(OH)2〕是骨安排的主要成分，人工组成的与骨的生物相容性非常好，可用于颌骨、耳听骨修正和人工牙栽培等。发现用熔融法制得的生物玻璃，如CaO-Na2O-SiO2-P2O5，具有与骨骼键合的才能。

　　陶瓷资料最大的缺点是性脆，耐性缺乏，这就严峻影响了它作为人工人体器官的推广运用。陶瓷资料要在生物工程中占有位置，有必要考虑处理其脆性问题。

　　从陶瓷资料开展的前史来看，阅历了三次腾跃。由陶器进入瓷器这是第一次腾跃；由传统陶瓷开展到精细陶瓷是第2次腾跃，在这个期间，不论是原资料，仍是制备工艺、产品功用和运用等许多方面都有长足的开展和进步，但是关于陶瓷资料的丧命缺点──脆性问题没有得到底子的处理。精细陶瓷粉体的颗粒较大，属微米级（10 m），有人用新的制备办法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级

　　（10 m），用这种超纤细粉体粒子来制作陶瓷资料，得到新一代纳米陶瓷，这是陶瓷资料的第三次腾跃。纳米陶瓷具有延性，有的乃至呈现超塑性。如室温下组成的TiO2陶瓷，它能够曲折，其塑性变形高达100%，耐性极好。因而人们寄希望于开展纳米技能去处理陶瓷资料的脆性问题。纳米陶瓷被称为21世纪陶瓷。

　　旧石器年代人们用来制作东西的天然石材是最早的无机非金属资料。在公元前6000～前5000年我国创造晰原始陶器。我国商代（约公元前17世纪初～约前11世纪）有了原始瓷器，并出

　　现了上釉陶器。今后为了满意宫殿欣赏及民间日用、修建的需求，陶瓷的出产技能不断开展。公元200年（东汉时期）的青瓷是迄今发现的最早瓷器。陶器的呈现促进了人类进入金属年代，我国夏代（约公元前22世纪末至约前21世纪初～约前17世纪初）炼铜用的陶质炼锅，是最早的耐火资料。铁的熔炼温度远高于铜，故铁器年代的耐火资料相应地也有很大开展。18世纪今后钢铁工业的鼓起，促进耐火资料向多种类、耐高温、耐腐 蚀方向开展。公元前3700年，埃及就开端有简略的玻璃珠作装 饰品。

　　公元前 1000年前，我国也有了白色穿孔的玻璃珠。公元初期罗马已能出产多种形式的玻璃制 品。1000～1200年间玻璃制作技能趋于老练，意大利威尼斯成为玻璃工业中心。1600年后玻璃工业已广泛国际各区域。公元前3000～前2000年已运用石灰和石膏等气硬性胶凝资料。跟着修建业的开展，胶凝资料也取得相应的开展。公元初期有了水硬性石灰，火山灰胶凝资料，1700年今后制成水硬性石灰和罗马水泥。1824年英国J.阿斯普丁创造波特兰水泥。上述陶瓷、耐火资料、玻璃、水泥等的主要成分均为硅酸盐，归于典型的硅酸

　　盐资料。 18世纪工业革命今后，跟着修建、机械、钢铁、运送等工业的鼓起，无机非金属 资料有了较快的开展，呈现了电瓷化工陶瓷、金属陶瓷平板玻璃、化学仪器玻璃、光学玻璃平炉转炉用的耐火资料以及快硬早强等功用优异的水泥。一起，开展了研磨资料、碳素及石墨制品、铸石等。

　　20世纪以来，跟着电子技能、航天、动力、计算机、通讯、激光红外、光电子学、生物医学和环境保护等新技能的鼓起，对资料提出了更 高的要求，促进了特种无机非金属资料的迅速开展。30～40年代呈现了高频绝缘陶瓷铁电陶瓷压电陶瓷、铁氧体（又称磁性瓷）和热敏电阻陶瓷等。50～60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结构陶瓷、氧化铝通明陶瓷、β－氧化铝快离子导体陶瓷、气敏和湿敏陶瓷等。至今，又呈现了变色玻璃光导纤维电光效应、电子发射及高温超导等各种新式无机资料。

　　一般无机非金属资料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝功用上，玻璃在光学功用上，陶瓷在耐蚀、介电功用上，耐火资料在防热隔热功用上都有其优异的特性，为金属资料和高分子资料所不及。但与金属资料比较，它抗断强度低、短少延展性，归于脆性资料。与高分子资料比较，密度较大，制作工艺较杂乱。

　　特种无机非金属资料的特点是：①各具特色。例如：高温氧化物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质；金刚石、立方氮化硼的超硬性质；导体资料的导电性质；快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。②各种物理效应和微观现象。例如：光敏资料的光-电、热敏资料的热－电、压电资料的力－电、气敏资料的气体-电、湿敏资料的湿度-电等资料对物理和化学参数间的功用转化特性。③不同性质的资料经复合而构成复合资料。例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的资料。

　　一般无机非金属资料的出产是选用天然矿石作质料。通过破坏、配料、混合等工序，成型（陶瓷耐火资料等）或不成型（水泥玻璃等），在高温下煅烧成多晶态（水泥、陶瓷等）或非晶态（玻璃、铸石等），再通过进一步的加工如粉磨(水泥)、上釉彩饰（陶瓷）、成型后退火(玻璃、铸石等)，得到粉状或块状的制品。

　　特种无机非金属资料的质料多选用高纯、微细的人工粉料。单晶体资料用焰融、提拉水溶液、气相及高压组成等办法制作。多晶体资料用热压铸等静压轧膜流延喷发蒸镀等办法成型后再煅烧，或用热压、高温等静压等烧结工艺，或用水热组成、超高压组成或熔体晶化等办法制作粉状、块状或薄膜状的制品。非晶态资料用高温熔融、熔体凝结、喷涂、拉丝或喷吹等办法制成块状、薄膜纤维状的制品。

　　未来科学技能的开展，对各种无机非金属资料，特别是对特种新式资料提出更多更高的要求。资料学科有宽广的开展前景，复合资料、定向结晶资料、增韧陶瓷以及各种类型的外表处理和涂层的运用，将使资料的效能得到更大发挥。因为对资料科学根底研究的日益深化，各种精细测验剖析技能的开展，将有助于按预订功用规划资料的原子或分子组成及结构形状的提前完成。