非金屬材料(釋義):簡介,起源發展,原始陶器,耐火材料,無機非金屬材料,新型無機材

非金屬材料指具有非金屬性質（導電性導熱性差）的材料。自19世紀以來，隨著生產和科學技術的進步，尤其是無機化學和有機化學工業的發展，人類以天然的礦物、植物、石油等為原料，製造和合成了許多新型非金屬材料，如水泥、人造石墨、特種陶瓷、合成橡膠、合成樹脂（塑膠）、合成纖維等。

這些非金屬材料因具有各種優異的性能，為天然的非金屬材料和某些金屬材料所不及，從而在近代工業中的用途不斷擴大，並迅速發展。

基本介紹

中文名：非金屬材料
外文名：non-metallic material
特點：無金屬光澤、熱電不良導體
分類：無機材料和有機材料
性能：耐磨、耐腐蝕等
特點：耐壓強度高、硬度大等

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簡介

通常指以無機物為主體的玻璃、陶瓷、石墨、岩石以及以有機物為主體的木材、塑膠、橡膠等一類材料。由晶體或非晶體所組成。無金屬光澤。是熱和電的不良導體(碳除外)。一般非金屬材料的機械性能較差(玻璃鋼除外)，但某些非金屬材料可代替金屬材料，是化學工業不可缺少的材料。

無機非金屬材料也和金屬材料以及有機高分子材料等一樣，是當代完整的材料體系中的一個重要組成部分。

起源發展

原始陶器

在公元前6000～前5000年中國發明了原始陶器。中國商代（約公元前17世紀初～約前11世紀）有了原始瓷器，並出現了上釉陶器。以後為了滿足宮廷觀賞及民間日用、建築的需要，陶瓷的生產技術不斷發展。公元 200年（東漢時期）的青瓷是迄今發現的最早瓷器。陶器的出現促進了人類進入金屬時代，中國夏代（約公元前22世紀末至約前21世紀初～約前17世紀初）煉銅用的陶質煉鍋，是最早的耐火材料。鐵的熔煉溫度遠高於銅，故鐵器時代的耐火材料相應地也有很大發展。

耐火材料

18世紀以後鋼鐵工業的興起，促進耐火材料向多品種、耐高溫、耐腐蝕方向發展。公元前3700年，埃及就開始有簡單的玻璃珠作裝飾品。公元前1000年前，中國也有了白色穿孔的玻璃珠。公元初期羅馬已能生產多種形狀的玻璃製品。1000～1200年間玻璃製造技術趨於成熟，義大利的威尼斯成為玻璃工業中心。1600年後玻璃工業已遍及世界各地區。公元前3000～前2000年已使用石灰和石膏等氣硬性膠凝材料。隨著建築業的發展，膠凝材料也獲得相應的發展。公元初期有了水硬性石灰，火山灰膠凝材料，1700年以後製成水硬性石灰和羅馬水泥。1824年英國J.阿斯普丁發明波特蘭水泥（見水泥）。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要{HotTag}成分均為矽酸鹽，屬於典型的矽酸鹽材料。

無機非金屬材料

18世紀工業革命以後，隨著建築、機械、鋼鐵、運輸等工業的興起，無機非金屬材料有了較快的發展，出現了電瓷、化工陶瓷、金屬陶瓷、平板玻璃、化學儀器玻璃、光學玻璃、平爐和轉爐用的耐火材料以及快硬早強等性能優異的水泥。同時，發展了研磨材料、碳素及石墨製品、鑄石等。

新型無機材料

20世紀以來，隨著電子技術、航天、能源、計算機、通信、雷射、紅外、光電子學、生物醫學和環境保護等新技術的興起，對材料提出了更高的要求，促進了特種無機非金屬材料的迅速發展。30～40年代出現了高頻絕緣陶瓷、鐵電陶瓷和壓電陶瓷、鐵氧體（又稱磁性瓷）和熱敏電阻陶瓷（見半導體陶瓷）等。50～60年代開發了碳化矽和氮化矽等高溫結構陶瓷、氧化鋁透明陶瓷、β－氧化鋁快離子導體陶瓷、氣敏和濕敏陶瓷等。後來又出現了變色玻璃、光導纖維、電光效應、電子發射及高溫超導等各種新型無機材料。

分類

非金屬材料可分為無機材料和有機材料兩大類。在機械工程中較常使用的有許多品種。

①屬於無機材料的有耐火材料、陶瓷、磨料、碳和石墨材料、石棉等；

②屬於有機材料的有木材、皮革、膠粘劑和高分子合成材料──合成橡膠、合成樹脂、合成纖維等；

③以非金屬纖維增強樹脂基所構成的複合材料。

性能用途

高強度結構材料

非金屬材料的密度較鋼、鐵、銅、鉛等金屬材料小得多，有些比鋁、鎂、鈦等還輕。按比強度（強度/比重）計算，有的纖維樹脂複合材料的常溫比強度超過高強度鋼和高強度鋁。這些材料被用來製造手輪、手柄、支架、罩殼、儀錶板等一般輕質結構件，也可用來製造飛機機翼和葉片、整體船艇、汽車車身和傳動軸、高速紡織綜框、高壓容器等高強度結構件，這樣可以減輕自重、增加運載能力或提高運行速度、節約能源。

減摩耐磨材料

某些無機非金屬材料因硬度高而耐磨，如用金剛石、碳化矽、剛玉等製作的砂輪、砂布（紙）、油石、研磨劑和刀具，可供磨削和切削之用；有些材料因有高彈性而耐磨，如橡膠輪胎和運輸皮帶能抵抗泥沙、礦石、煤炭等顆粒的磨損；有些材料借其自身固有的潤滑性能和低摩擦係數而能減少摩擦和磨損，如塑膠、石墨、氮化矽等製成的軸承、導軌、活塞環、密封圈等機械零件，能在無油乾摩擦或少油潤滑條件下安全運行，這對忌油脂或不便供給油潤滑的場合特別有利。

耐腐蝕材料

如陶瓷、搪瓷、石墨、鑄石、塑膠等的大多數品種，都能耐酸、鹼、鹽、有機溶劑和很多其他化學藥品。如不透性石墨能抵抗濃酸和濃鹼，聚四氟乙烯塑膠則幾乎能耐所有化學藥品，甚至在氧化性最強的沸騰王水中也不受侵蝕。這些材料適於製造化工用的容器、塔器、鼓風機、泵、管、閥等機械設備和零部件。

密封材料

如橡膠、塑膠、石棉和柔性石墨等因有良好的柔性和彈性而適於製造動態和靜態的密封零件，如壓縮機的活塞環、密封填料、O型和V型密封圈等。20世紀60年代以來，還出現了一種以樹脂或橡膠為基體、稱為液體密封膠的密封材料，適用於各種靜態密封，使用方便。

電絕緣材料

如橡膠、塑膠、陶瓷、石棉、雲母、玻璃布層壓板（屬複合材料）都是套用廣泛的電絕緣材料。

耐高溫保溫材料

如耐火材料、石棉、蛭石、氧化鋁、耐火纖維等具有良好的高溫性能和低的熱導率，適用於高溫窯爐如化鐵爐、轉爐、電爐、熱處理爐、隧道窯等的爐體、內襯或保溫層，以防止熱量外流；塑膠因傳熱慢，人體與之接觸時有溫暖感，適用於製造手輪、手柄、方向盤之類物件。

非金屬材料還有一項特殊用途，就是用作耐燒蝕材料，如酚醛和石棉、石英等纖維複合製成的用於宇航方面的燒蝕部件，能在2500℃以上較長時間內燃燒、分解、散熱、碳化，形成隔熱層，有效地保護內部結構。此外，一些非金屬材料還有消音、消振、透光、無磁性等特點，可用於製造如橡膠彈簧、避振墊片、光學透鏡等零件。

非金屬材料的強度一般不及金屬材料高。其中無機非金屬材料的共同缺點是質地脆、不耐衝擊；有機非金屬材料則耐熱性不高，存在老化、尺寸穩定性較差等問題。

無機材料

無機非金屬材料也和金屬材料以及有機高分子材料等一樣，是當代完整的材料體系中的一個重要組成部分。以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和矽酸鹽、鈦酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等含氧酸鹽為主要組成的無機材料的泛稱。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型無機材料等。其中陶瓷一詞，隨著與陶瓷工藝相近的無機材料的不斷出現，其概念的外延也不斷擴大。最廣義的陶瓷概念幾乎與無機非金屬材料的含意相同。

生產工藝分類

分為陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、碳素材料等類，同時新型材料按其生產工藝、用途和發展狀況，又逐步形成一些新的材料類別，例如無機複合材料、無機多孔材料等。有些品種按習慣併入傳統分類中，例如：鐵電、壓電陶瓷併入陶瓷；微晶玻璃、光導纖維等併入玻璃等。

主要成分分類

有的還可按照材料中的主要成分分類，有矽酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽、磷酸鹽、氧化物、氮化物、碳化物材料等；根據材料的用途分，有日用、建築、化工、電子、航天、通信、生物、醫學材料等。

材料性質分類

根據材料的性質分，有膠凝、耐火、隔熱、耐磨、導電、絕緣、耐腐蝕、半導體材料等；根據材料的物質狀態分，有晶體(單晶體、多晶體、微晶體)、非晶體及複合材料等,還可以從材料的外觀形態分,有塊狀、多孔、纖維、晶須、薄膜材料等。

特點

耐壓強度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。此外，水泥在膠凝性能上，玻璃在光學性能上,陶瓷在耐蝕、介電性能上,耐火材料在防熱隔熱性能上都有其優異的特性，為金屬材料和高分子材料所不及。但與金屬材料相比，它抗斷強度低、缺少延展性，屬於脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，製造工藝較複雜。特種無機非金屬材料的特點是：

①各具特色,例如:高溫氧化物等的高溫抗氧化特性；氧化鋁、氧化鈹陶瓷的高頻絕緣特性；鐵氧體的磁學性質；光導纖維的光傳輸性質;金剛石、立方氮化硼的TodayHot}超硬性質；導體材料的導電性質；快硬早強水泥的快凝、快硬性質等。

②各種物理效應和微觀現象,例如：光敏材料的光-電、熱敏材料的熱－電、壓電材料的力－電、氣敏材料的氣體-電、濕敏材料的濕度-電等材料對物理和化學參數間的功能轉換特性。

③不同性質的材料經複合而構成複合材料，例如：金屬陶瓷、高溫無機塗層，以及用無機纖維、晶須等增強的材料。

非金屬材料(釋義)