無機非金屬材料工程:培養目標要求,培養目標,培養要求,課程設定,課程體系,學制與學

無機非金屬材料工程，主要培養具備無機非金屬材料科學基礎理論與工程專業知識，能夠從事無機非金屬材料工業的項目規劃、設計、生產加工、研究開發，具有較強的科學實驗能力和計算機能力，素質優良，富有創新精神的高級工程技術專業人才。

基本介紹

中文名：無機非金屬材料工程
外文名：Inorganic non-metallic materials engineering
成熟產業：水泥、玻璃、混凝土、建築陶瓷等
授予學位：工學學士
開設院校：北京科技大學等

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培養目標要求

培養目標

培養要求

本專業學生主要學習無機非金屬材料及複合材料的生產過程、工藝及設備的基礎理論、組成、結構、性能及生產條件間的關係，具有材料測試、生產過程設計、材料改性及研究開發新產品、新技術和設備及技術管理的能力。

課程設定

主要課程：無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、無機非金屬材料概論、無機材料熱工基礎、矽酸鹽岩相學、材料科學基礎、粉體工程、無機非金屬材料工藝學、材料研究和測試方法等。

主要實踐教學環節：無機、有機、分析、物化等四大基礎化學實驗、材料科學實驗、金工實習、認識實習、生產實習、畢業實習、課程設計、畢業設計及畢業論文。

主要專業實驗：材料物化性能、材料工藝性能實驗、材料晶相分析等

課程體系

（一）通識教育課程主要讓學生掌握本專業必需的、系統的、紮實的數理基礎理論知識，具備較強的外語套用能力、計算機技術套用能力和良好的身心素質和思想道德文化素質。大學物理實驗、計算機實訓、英語自主學習以及思政教育第二課堂等實踐環節穿插其中。除這些實踐教學環節外，學生還將進行《專業認知與實踐》項目的訓練，讓學生了解作為工程師對知識、能力及素質的具體要求，了解本專業核心知識內容與實際產品的聯繫，從設計工程師的角度去面對即將開始的專業課程學習，建立所學與所用之間的聯繫。最後並就某一具體項目或題目，結合實習參觀,從市場分析、技術需要分析開始，就項目構思、概念設計等方面進行初步訓練。

（二）大類學科基礎與專業基礎課程是為增強學生的工程實踐基礎知識和讓學生掌握大材料核心知識點而設定。一部分課程涉及到化學、工程圖學、機電、傳熱傳質等方面的工程技術知識與技能的學習和實踐。另一部分則涉及到材料的組成結構、性能、表征及製備等方面知識的學習和實踐。前者涉及到的實踐教學環節有化學實驗基本技能訓練、計算機繪圖實訓、金工和電工實習等。後者除專業基礎實訓外，還將進行《材料科學與工程綜合實踐》項目訓練。該項目涉及到的課程有“材料科學與工程概論”、“材料科學基礎”、“材料研究方法”及“材料物理性能”，涵蓋的知識點材料組成、結構、性能及表征等內容。項目與課程同步進行，實現“學中做”和“做中學”兩者有機結合。

（三）專業與專業方向課程的為體現專業特色而設定。主要有“膠凝材料學”、“混凝土學”、“建築節能材料”、“無機非金屬材料工藝學”、“無機材料生產設備”、“材料工廠設計概論”等核心課程。該課程群主要涉及到建築材料組成、結構、性能、生產、工程套用等內容。在課程的學習過程中，學生還需完成涵蓋課程群主要知識點的《水泥基材料設計與控制》和《建築節能圍護體系選擇與評價》以及《材料工程設計》三個實踐項目的訓練（生產實習分散到各個項目中進行），達到構思—設計—實現—運作能力的訓練。在所有課程學習完成後，在大四下還將完成《畢業設計/論文》項目的訓練，達到綜合訓練的目的。

（四）《形勢與政策》、《大學生心理健康教育》、《安全教育》、《國防教育》、《就業創業》等課程不列入培養計畫，由相關課程承擔單位制定具體實施辦法另行安排

學制與學位

修業年限：四年

授予學位：工學學士

專業特色

本專業的畢業生專業基礎理論紮實，專業涉及範圍面廣。系統學習了水泥、混凝土等傳統無機非金屬材料的工藝過程和工程實踐知識及高性能無機新材料和複合材料的知識。

開設院校

武漢科技大學、長安大學、天津大學、瀋陽化工大學

河南理工大學、遼寧大學、合肥工業大學、安徽理工大學

安徽工業大學、同濟大學、上海大學、廣西大學

四川大學、西南財經大學、南昌大學、河海大學

蘇州大學、重慶大學、吉林大學、中南大學

武漢理工大學、華東理工大學、東華大學、大連理工大學

太原理工大學、北京科技大學、鹽城工學院、蘇州科技學院

江西理工大學、江蘇大學、南京工業大學、景德鎮陶瓷學院

大連工業大學、瀋陽建築大學、瀋陽理工大學

大連交通大學、遼寧科技大學、瀋陽工業大學、中北大學、太原工業學院

安徽建築大學、合肥學院、巢湖學院、滁州學院、昆明理工大學

西安建築科技大學、陝西科技大學、長春理工大學、湖南科技大學

長沙理工大學、湖南工業大學、吉林建築大學、齊齊哈爾大學

湖北工業大學、湖北大學、哈爾濱理工大學、長江大學、武漢工程大學

黑龍江科技學院、河南科技大學、洛陽理工學院、河南城建學院

閩江學院、蘭州理工大學、內蒙古科技大學、青島科技大學

內蒙古工業大學、桂林理工大學、山東科技大學、山東理工大學、山東輕工業學院

北京建築工程學院、河北理工大學、燕山大學、河北工程大學

石家莊鐵道學院、唐山學院、貴州大學

重慶科技學院、遼寧科技學院、太原工業學院、宿遷學院

長春理工大學、佳木斯大學、南京工業大學、浦江學院

華北水利水電大學光電信息學院

學生就業

水泥、玻璃、混凝土、建築陶瓷等建築材料業是無機非金屬領域中最大、最成熟的產業之一。例如我國2013年水泥產量24.1億噸，平板玻璃7.8億重量箱，商品混凝土11.7億立方米，均在億的級別上，而整個建築材料業營收6.3萬億元。所以，以水泥廠、玻璃廠、陶瓷廠、建築施工等企業是吸納無機非金屬材料，尤其是傳統無機非金屬材料專業人才的主要場所。
不過，由於無機非金屬材料的含義越來越寬泛，所以無機非金屬材料專業人才就業並不僅限於此。
半導體行業是另一個無機非金屬領域中較為龐大的行業，整個行業營收也在數萬億級別。研究方向為半導體材料的同學可以考慮前往電子元器件企業、半導體材料製造以及研發單位、半導體照明等半導體相關企事業單位。電池業的規模也相對較大。研究方向為電池材料的同學可以考慮電池材料生產、電池製造等電池業、新能源車、光伏製造業相關企事業單位。其他像晶體、特種陶瓷等研究方向，行業規模相對較小，對人才需求也較小。
一些前沿新材料，像超導材料、納米材料、石墨烯等等，也屬於無機非領域。所以無機非人才也可以前往相關高校、研究院從事新型無機非金屬材料研究工作。

發展趨勢

無機非金屬材料在國民經濟建設中的作用和地位

作為四大材料中（鋼鐵、有色、有機和無機非金屬材料）工業之一的無機非金屬材料工業在中國經濟建設中起著重要的作用。無機非金屬材料不僅在品種上有了空前的發展，而且在內涵上有了進一步的延伸。根據無機非金屬材料功能與作用的不同，可以將無機非金屬材料劃分為傳統無機非金屬材料（建築材料）和無機非金屬新材料。

傳統的無機非金屬材料材料品種繁多，主要是指大宗無機建築材料，包括水泥、玻璃、陶瓷與建築（牆體）材料等。其產量占無機非金屬材料的絕大多數。建築材料與人們的生活質量息息相關。新型無機非金屬材料是指具有如高強、輕質、耐磨、抗腐、耐高溫、抗氧化以及特殊的電、光、聲、磁等一系列優異綜合性能的新型材料，是其它材料難以替代的功能材料和結構材料。無機非金屬新材料具有獨特的性能，是高技術產業不可缺少的關鍵材料。例如稀土摻雜石英玻璃廣泛套用於飛彈、衛星及坦克火控武器等雷射測距系統，耐輻照石英玻璃套用於各種衛星及宇宙飛船的姿控系統；光學纖維面板和微通道板作為像增強器和微光夜視元件在全天候兵器中得到套用；航空玻璃為中國各類軍用飛機提供了關鍵部件。

二氧化矽氣凝膠是最輕的固體材料，也是導熱係數最低的材料，被廣泛開發套用於管道、設備保溫。是人工晶體材料中雷射、非線性光學和紅外等晶體，用於彈道制導、電子對抗、潛艇通訊、雷射武器等。特種陶瓷中，耐高溫、高韌性陶瓷可用於航空、航天發動機、衛星遙感，可製作特殊性能的防彈裝甲陶瓷及特種纖維及用於電子對抗等。已開發了近四千種高性能、多功能無機非金屬新材料新品種。這些高性能材料在發展現代武器裝備中起到十分重要的作用。

國際發展趨勢

近些年，隨著科學技術的進步，無論是傳統無機非金屬材料，還是無機非金屬材料都有了一些新的發展趨勢。

生態與環保意識加強，建立科學的評價體系，實現可持續發展

西方已開發國家在促進傳統無機非金屬材料產業健康、可持續發展方面的採取了許多重要措施。世界已開發國家十分重視建材工業的可持續發展與綠色評價。生態評價也成為世界可持續發展的一個重要手段。許多國家正在進行“生態城市”的建設與實踐，推廣建築節能技術材料，使用可循環材料等，改善城市生態系統狀況。由此，提出了綠色建材、環保建材與節能建材的概念，並開展了大量的研究與實踐工作。與西方已開發國家相比，中國還存在很大的差距，特別是缺乏立法支持與技術標準的指導以及相應組織的管理與監督，使中國的傳統無機非金屬材料工業發展還有很大的提升空間。面對資源和環境對中國經濟發展的嚴峻考驗，國民經濟的可持續發展戰略顯得愈加重要。

發展方向

節能、降耗的方向發展

傳統的無機非金屬材料工業是能源消耗大戶，在世界能源日益短缺的今天，如何生產節能、降耗，以及如何生產出高質量的建築節能、保溫產品是建材工業發展的重要趨勢。選擇資源節約型、污染最低型、質量效益型、科技先導型的發展方式。新型牆體材料、高質量門窗、中空玻璃將大量套用。向著提高材料性能、使用壽命的方向發展。低壽命設計、大量重複建設已經嚴重製約城市建設的發展。現代化建築需要高性能建築材料的支持，而提高建築的耐久性又對建築材料的使用壽命提出了更高的要求。

向大型化發展

無論是水泥工業、玻璃工業，還是陶瓷工業，單條生產線的生產能力有大型化的趨勢。生產線的大型化可以有效提高產品的質量，降低能源消耗。

向著智慧型化方向發展

建築的智慧型化需要建築材料的支持。隨著技術的進步和生活水平的提高，建築材料的安全性智慧型診斷等智慧型技術將更多的套用於建築中。

複合化方向發展

複合材料具有單一材料所無法滿足的使用功能，是建築材料的發展趨勢，對建築材料的功能要求越來越趨向於多功能化。

在美國、日本、西歐等所有已開發國家在其科技發展戰略中都把無機非金屬新材料的發展放在優先發展的重要位置。例如，美國為了保持在高技術和軍事裝備方面的領先地位，在先後制定的《先進材料與技術計畫（AMPP）》和《國家關鍵技術報告》中，新材料為六大關鍵技術之首，而無機非金屬新材料占有相當比例；日本發表的《21世紀初期產業支柱》所列的新材料領域的14項基礎研究計畫中，其中七項涉及無機非金屬新材料的研究領域。

例如已開發國家十分重視複合材料產業化生產和套用技術研究。通過關鍵技術的突破，實現材料的產業化；產業化套用，促進了技術的成熟和創新；套用新材料刺激新產業的產生，創造出新的套用領域。

差距問題

傳統無機非金屬材料

中國無機非金屬材料工業的發展中存在很多問題，特別是傳統的無機非金屬材料與國外先進水平有非常大的差距，主要有：

（1）產品等級低

在傳統無機非金屬材料中，無論是水泥、玻璃還是陶瓷的產品等級普遍偏低。例如：已開發國家的水泥熟料強度一般都在70MPa以上，而中國平均強度僅為50 MPa。中國高等級水泥（ISO≥42.5）僅占18%，大量生產的是中、低等級水泥（ISO≤32.5），而很多已開發國家的高等級水泥占90%以上。

（2）資源消耗高

在資源的消耗方面，水泥和陶瓷工業更為突出。由於大量的無序開採，未能充分利用有限資源，造成了極大浪費。例如：生產水泥熟料的主要原料是相對優質的石灰石，其化學成份須滿足CaO含量不低於45%、MgO不高於3%等要求。中國符合水泥生產要求，可以使用的量僅約250億噸。每年生產水泥消耗的優質石灰石約5.5億噸，因此該儲量僅可生產水泥熟料約200億噸，僅能提供約40年的水泥生產需要。

（3）能源消耗高

在建築材料的生產過程中，要消耗大量的能源。例如：水泥工業每年消耗標煤9106萬噸，電力 650億度。中國水泥生產能耗遠高於世界先進水平，以每噸熟料的綜合能耗計算，世界先進水平為117Kg標煤，中國為173.5Kg標煤，高出達50%以上。在國外，全氧燃燒技術已經在玻璃行業中得到了較為廣泛的套用，而僅有為數不多玻璃纖維生產線使用了該項技術。

（4）環境污染嚴重

水泥工業每年排放溫室氣體CO2約5.55億噸、SO2 68.6萬噸、NOx約206萬噸；其他先進國家平均噸熟料的粉塵排放<1Kg，而中國高達13Kg，全國水泥生產年排放的粉塵竟高達1000萬噸以上。

（5）單線生產規模小，落後工藝大量存在

以懸浮預熱和預分解技術為核心技術的“新型乾法”工藝，是目前世界水泥工業普遍採用的最先進的現代化水泥生產技術。日本有96%、義大利96.5%、韓國100%、泰國90%的水泥產量採用這種新型乾法生產線，而中國僅為15%。中國水泥製造業處於先進工藝與落後工藝並存的複雜狀態。在玻璃行業，中國浮法玻璃生產線的平均生產規模為450噸/天，而西方國家的法玻璃生產線的平均生產規模為550噸/天。而且在玻璃產品的品質上與國外相比有非常的差距。

無機非金屬新材料

雖然中國無機非金屬新材料取得了很多成就，但由於中國無機非金屬材料研製、開發至產業的形成起步較晚，底子薄，投入強度小等原因，使之與已開發國家相比，仍有較大差距

（1）基礎研究和關鍵技術落後

中國的無機非金屬新材料是從試製起步的，發展過程也主要是隨從於型號的需要進行。由於時間、人力的限制，加之中國長期以來對基礎研究重視不夠，投入較少，無機非金屬材料的系統的基礎非常薄弱。

（2）材料性能低、品種少、批生產質量不穩定

雖然中國已基本上建立了無機非金屬材料的研究、開發與部分產品的生產體系，但材料的品種尚不齊全，一些重要工程的關鍵配套材料還須進口。性能低、質量差的問題仍然存在，而且在進行批量生產時質量不穩定、成品率低、效益差的問題嚴重，必須下大力氣解決。例如，電磁禁止玻璃中國只能達到禁止85dB的水平，而美國已達到110dB。我們在禁止波段範圍等方面遠遠不能滿足國防工業發展的需要。而航空玻璃方面高強、多功能（隱身、防雷射等）圓弧整體風擋在中國還剛起步研究，極大的制約了中國航空工業的發展。

（3）製備技術落後

無機非金屬新材料工業，不但製備技術落後，而且生產能力低，效率低，直接影響高科技產品質量（性能）、成本、能耗等三個方面。例如，國外工業已開發國家玻璃纖維生產大都採用800-6000孔漏板池窯拉絲法生產，已占總量95%以上，無紡材料全部用池窯法生產，坩堝拉絲法早已被淘汰，而中國現有的池窯拉絲大部分採用800-2000孔生產技術，4000孔技術正在開發，坩堝拉絲還沒有完全淘汰，與國外相比還有較大的差距。中國纖維增強複合材料機械化生產只占40%，60%仍採用落後的手工成型，與工業已開發國家差距甚大。又如積體電路（IC）石英擴散管的製備技術，國內採用的單機間歇氣煉生產技術只能提供100mm以下IC 管，而國外採用一步法連熔拉管技術，生產∮200~300mm大口徑石英管供大規模積體電路用，使中國IC用石英擴散管失去競爭能力，完全依賴進口。

（4）技術裝備落後

中國無機非金屬新材料製備技術與裝備明顯落後，造成研製周期長、新產品發展困難，預研成果不能及時進入工程化研究，即便生產也會出現成品率低、規模小，經濟效率差等問題。

二級學科·材料

080201：冶金工程	080202：金屬材料工程	080203：無機非金屬材料工程	080204：高分子材料與工程	080205Y：材料科學與工程
080206W：複合材料與工程	080207W：焊接技術與工程	080208W：寶石及材料工藝學	080209W：粉體材料科學與工程	080210W：再生資源科學與技術
080211W：稀土工程	080212S：高分子材料加工工程	080213S：生物功能材料專業	080214S：電子封裝技術	080215S：功能材料專業
080216S：納米材料與技術	080217S：新能源材料與器件專業	080218S：資源循環科學與工程

無機非金屬材料工程