无机非金属材料

无机非金属材料以前主要指含有二氧化硅酸性氧化物的硅酸盐材料。陶瓷、玻璃、砖瓦、耐火材料、水泥等都是人们所熟悉的硅酸盐材料。经过几十年的发展，无机非金属材料早已超出硅酸盐的范围而日趋多样化。

无机非金属材料有广泛的用途：

化学工业需要不怕腐蚀、耐高温的陶瓷、玻璃设备;电力工业需要绝缘材料，而不导电的陶瓷是理想的绝缘材料;照明器具需要大量的玻璃;建筑行业需要大量的砖瓦水泥;而冶金工业则离不开耐火材料。虽然金属材料和有机材料发展迅速，但却取代不了无机材料，因为在耐高温性能上，无机材料几乎是不可替代的。

硅酸盐材料本身存在不少缺点。如陶瓷、玻璃都易碎，高温下会软化等，使它的应用受到限制。近十几年来，人们对硅酸盐材料进行了深入细致的研究，采用新技术新方法制成的硅酸盐材料与往日已不可同日而语。它们性能不同，异彩纷呈，为无机非金属材料带来了***性的变化。下面我们就分别介绍这些材料。

陶瓷

在远古时代，我们的祖先就开始用粘土作成器皿盛装食物，后来人们发现这些器皿经火烧后，更加坚固耐用，这就是最初的陶瓷。在我国的半坡村氏族遗址中已有了精美的彩陶盆。我们的祖先对制陶技术不断加以完善，生产出图案精美、色泽鲜艳的陶器，出口世界，深受各国人民喜爱。我们中国的英文名字China，就是瓷器的意思。

陶瓷的主要原料是粘土、长石、石英石等。先把它们磨成粉，再按一定配方混匀，加工成型，然后送入窑内高温烧结即可得到陶瓷。如果在毛坯上涂上各种釉质，刻上花纹，就可烧得精美的花瓶、盆、碗等日用品。

陶瓷硬度高、耐高温、抗腐蚀，因而在工业上有广泛用途。1924年德国科学家以纯氧化铝为原料烧结出坚硬非凡的氧化铝陶瓷。这种陶瓷作成的刀具，甚至能切削硬度较高的合金钢。第二次世界大战以来，人们普遍用氧化铝陶瓷做火花塞。发动机的火花塞每秒引爆20～30次，瞬时温度高达2500℃，最大工作压力达100个大气压。在如此恶劣的条件下，氧化铝陶瓷仍能正常地长期工作。1957年，美国通用电气公司的工程师选用纯度达99.99%的氧化铝细粉作原料，烧制出半透明的陶瓷。用它制成的高压钠灯，亮度高、寿命长、清晰度高，能透过浓雾。

导弹飞行的速度是声速的5～6倍，由于空气摩擦会使导弹头部温度高达1000℃。为了准确命中目标，导弹头部装有自动跟踪系统，能根据目标所发出的红外射线而自动调整飞行方向。什么材料既能耐1000℃以上的高温，又能透射红外射线呢?这就是著名的红外陶瓷。用纯净的原料通过真空热压或高温烧结，使陶瓷小晶粒迅速扩散而融合成晶莹透明的整体，就可得到能透射红外射线的透明陶瓷。

氮化硅新型陶瓷是近十几年来发展起来的一种精密陶瓷。其制作方法是：把硅粉在1200℃高温的环境中氮化，使氮钻入硅粉坯体中，然后加工成型，再在1400℃高温下第二次氮化，即得氮化硅陶瓷。这种陶瓷具有足够高的强度和硬度，又有惊人的耐高温、耐腐蚀性能和抗急冷急热性能，是一种用途广泛的工程陶瓷。

碳化硅陶瓷是另一种新型精密陶瓷。它质地坚硬，可作金刚石的代用品。人们采用热压烧结法得到的碳化硅陶瓷，在1400℃的高温下，其抗弯强度每平方厘米仍达5000～6000公斤以上，是制造高温燃气涡轮发动机的理想材料。

1880年，法国科学家发现了某些晶体的压电效应，即沿晶体的某一方向施加压力，晶体表面会出现电荷，电荷大小与压力成正比。1944年，人们首次制得钛酸钡压电陶瓷，但性能不太理想。1955年，人们制得了性能较高的锆钛酸铅压电陶瓷。用这种压电陶瓷可生产大功率的超声和水声的换能器，也可作为高灵敏度的压电测量装置，在高频通讯技术、导弹技术、地震预报和医疗上都有广泛用途。这种陶瓷也是一种透明陶瓷，加上电场后具有双折射效应，去掉电场后又变成各向同性。用它可制成立体电视眼镜，戴上这种眼镜，你就可以看到立体电视或电影，医生用这种眼镜可以通过电视看到病人体内的立体图像，便于诊断治疗。

目前陶瓷研究的方向是研制高温陶瓷，以便它能在1500℃以上的条件下工作，这在空间技术和军事技术上都有广泛用途。陶瓷研究的另一个方向是提高陶瓷的韧性，主要是陶瓷基复合材料。在现代科技的催化下，古老的陶瓷技术又开新花。

玻璃

一队远行的商人在野外露宿，他们用几块石头垒成灶，生火做饭。在烈焰的烧烤下石头熔化了，锅里的水倒下来浇灭了火，人们只好重新生火做饭。第二天早晨，有人在浇灭的火堆里发现了透明的小球，这就是第一颗玻璃球。原来那些石头的主要成分是硅酸钠和硅酸钙，在高温下熔化后又被迅速冷却，原子还来不及结晶处于液体状态就凝固，形成了一种新的材料玻璃。

人类认识玻璃、制造玻璃已有5000多年的历史，但要生产精美的玻璃制品很困难，因此几千年来，它一直是一种奢侈品，供少数人作为炫耀的资本。

玻璃真正成为大众化的材料是从本世纪初开始的。1908年，美国人发明了平拉法，1910年，比利时人发明了有槽垂直上拉法，才使平板玻璃的生产摆脱了手工的吹制法而迅速发展。1959年，英国的皮尔金格兄弟公司花了7年时间，耗资400万英镑，终于研制出浮法玻璃生产工艺，大大提高了生产率并且降低了生产成本。1971年，日本人研制出对辊法，又使玻璃生产大大前进了一步。

早期生产的玻璃主要是钠钙玻璃，常用作窗玻璃。这种玻璃受热不均时易破裂，不能作化学仪器。1915年美国研制出硼玻璃，把它加热到200℃后立即投入20℃的冷水中也不会破裂。因此它很快成为一种重要的化学用玻璃。用碳酸钾代替纯碱作原料生产出来的钾玻璃，熔点高，也是一种优秀的化学玻璃。

玻璃易碎，但如果在玻璃型材制成后进行特殊的淬火处理：即把玻璃加热到600～650℃以上，用油或其他介质使玻璃骤冷，就可使玻璃的抗弯强度提高7～8倍，这种玻璃打碎后成为小钝角形的碎粒，没有刺伤人的危验，这就是钢化玻璃，很适合作汽车等的车窗。

在一般玻璃中加入少量的澄清剂，如硝酸钠、氧化砷等，就可使玻璃更加晶莹透明，这种玻璃又叫玻晶。用它作成的器皿精美华丽，深受人们喜爱。更新于：2021-04-11 15:44