无机非金属材料的高性能

2023-08-11 理论教育版权反馈

【摘要】：无机非金属新材料主要有新型陶瓷、特种玻璃、非晶态材料和特种无机涂层材料等。气敏陶瓷传感器也可用于制作燃气报警器，当室内空气中含有一定量的煤气等可燃性气体时，它就会报警，提醒人们采取措施。它具有特殊的生理行为，即良好的生物相容性，放入生物体内不会引起不良反应，是现有的任何别的材料无法替代的。

无机非金属新材料主要有新型陶瓷、特种玻璃、非晶态材料和特种无机涂层材料等。

（一）新型陶瓷

新型陶瓷的原料是人工合成的超细、高纯的化工原料，粒度达到微米（10-6m）级以上，它用精密控制的制备工艺烧结而成。这种陶瓷在结构上大多以共价键或离子键相结合，高温下仍有高强度，并具有许多传统陶瓷没有的特殊性能。

1.高温结构陶瓷

高温结构陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐摩擦和高强度的优异性质，它可以在一些严酷环境下工作。发动机是飞机和汽车中的关键部件，通常用金属制成。一般情况下，发动机的工作温度越高，热效率也越大。然而，温度太高，金属的强度也就下降。可用氮化硅或碳化硅高温结构陶瓷代替金属制成发动机，因其具有良好的抗氧化能力和抗热震性，在高温下仍有足够的强度，且体积小、重量轻。据报道，我国已研制出了这种陶瓷发动机汽车，它可在沙漠里长时间运行，发动机不必用水冷却，这种汽车作为沙漠用车具有独特的优势。

2.半导体陶瓷

半导体陶瓷具有半导体的特性，因为它对环境中的气体、温度、湿度和光亮变化具备特有的敏感性，可将其相应地分为热敏陶瓷、气敏陶瓷、湿敏陶瓷和光敏陶瓷等类型。它们常用于制造陶瓷敏感器件及传感器件。比如，将气敏陶瓷制成的氧传感器安装在汽车的排气管中，便可测试汽车废气中的氧浓度，然后通过微电脑自动控制发动机中的空气与汽油的比例，使之处于最佳工作状态，达到节约汽油的目的。又如，为了制止驾驶员酒后开车，人们将陶瓷酒精传感器的一头安置在驾驶室中，另一头连接在汽车点火线路上，只要司机喝了酒，呼出的气体中含有的酒精气体达到一定浓度，传感器感觉后就使发动机熄火，汽车就无法启动，能防止交通事故的发生。气敏陶瓷传感器也可用于制作燃气报警器，当室内空气中含有一定量的煤气等可燃性气体时，它就会报警，提醒人们采取措施。

3.生物相容性陶瓷

生物相容性陶瓷也称为生物陶瓷。它具有特殊的生理行为，即良好的生物相容性，放入生物体内不会引起不良反应，是现有的任何别的材料无法替代的。

生物相容性陶瓷常用于制造人造骨骼和一些人体组织器官修复的材料，如美国研制的人造骨，它是用磷酸盐陶瓷材料制成的，植入人体后可以逐渐被体内的酶降解，经过一定的时间会转化为自然骨。现在，生物陶瓷大体有三种类型：惰性生物陶瓷、表面活性生物陶瓷和可吸收生物陶瓷，这些生物陶瓷有很高的化学稳定性和持久耐用的寿命，是人体医学材料发展的重大突破。

（二）特种无机涂层材料

它是涂层材料的一种，具有高温防热、耐磨、耐腐蚀、催化、红外辐射、导电等多种特性，广泛应用于工业和国防事业。

1.保护涂层

这些涂层涂于物体的表面，具有防热、隔热、耐腐蚀、防渗、防漏的功能，起到保护被涂物的作用，可延长被涂物在恶劣环境下的使用寿命。例如，防热隔热涂层，它是由耐高温的金属氧化物粉末和无机聚合物组成的，具有优越的耐高温性能。如用氧化锑涂层可对被涂物起隔热阻燃的作用；用氧化铝、氧化锆等高温喷涂层，可防高温，常用于火箭和导弹的外部涂层。还有一些涂料因为不易被水湿润，具有防渗、防漏的功能，用于建筑物楼顶，能有效防止水的渗漏，或涂在装水容器的接缝处，具有极佳的堵漏效果。

2.装饰涂层

随着真空镀膜和电镀工艺的发展，各种工程塑料经过表面装饰以后，大量地应用于家用电器和轻工产品。例如，在塑料表面镀金属化合物，已被广泛应用的有氮化钛、碳化钛等硬质涂层，它们会产生一种仿金、仿银的效果，现已被广泛用于手表表壳和表带、灯具、纽扣等耐用品。这种涂层既耐磨，又有漂亮的外观效果，受到了人们的欢迎，早已走进了千家万户。

3.功能涂层

一些无机非金属涂料具有光、电、磁、声等特殊功能，它们在被涂物上会起不同的作用。例如，现代战争中使用的“隐形”飞机和坦克，它们的“隐形”本领表现在表面覆盖了一层吸波涂层。这种吸波涂层能吸收对方防空系统发射过来的雷达电磁波，或者改变雷达电磁波的波长后，再反射回去，致使对方雷达得不到飞机和坦克的准确方位和距离等信号，或者产生一种错觉，这样，便可有效地避免敌方的攻击和侦破，得以出奇制胜。

无机非金属材料的高性能

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