无机非金属材料十篇

无机非金属材料篇1

关键词：无机非金属；材料应用；材料发展

非金属材料是由非金属元素或化合物构成的材料，自19世纪以来，随着生产和科学技术的进步，尤其是无机化学和有机化学工业的发展，人类一天热的矿物、植物、石油等为原料，制造和合成了许多新型非金属材料，如水泥、人造石墨、特种陶瓷、合成橡胶、合成树脂、合成纤维等；这些非金属材料因具有各种优异的性能，为天然的非金属材料和某些金属材料所不及，从而在近代工业中的用途不断扩大，并迅速发展。非金属材料的种类比较多，它分为有机金属材料和无机金属材料两种。而无机金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一，市场前景非常好。

1 无机非金属材料行业存在的问题

我国在无机非金属新材料上虽然有一些不错的成绩，但是由于起步比较晚，基础太差、投入少，目前，我国无机非金属材料行业与发达国家相比，仍然处于落后的地位。其主要表现在四个方面：（1）基础落后，产品等级偏低。（2）材料性能低，质量不稳定。（3）生产设备落后，资源利用率太低。（4）技术滞后，生产成品率低等。我国的无机非金属新材料的制作设备落后，技术也落后，这些是造成产品研制周期长、生产规模小、经济效益低等问题的关键所在。

2 无机非金属材料的特点和应用

以往的无机非金属材料的品种比较多，主要包括水泥、陶瓷与建筑材料等，而建筑材料是最贴近人们生活的。新型无机非金属材料是后来才出现的，现如今它是现代新技术，新产业和生物医学中不可或缺的材料。

2.1 无机非金属的特点

传统的无机非金属缺点非常多，而现代的无机非金属材料的优点相对就明显很多。其主要表现在以下几点：（1）整体性，无机非金属材料抗腐蚀性强，这对材料的完整性非常重要。（2）防高温性能，因为其本是就是无机物，属于非燃烧材料。（3）防水性能，因为无机非金属其内部结构非常的密集，所以其有防水渗透的能力。（4）防腐蚀性，因无机非金属的物理化学性能，决定了其有一定的防腐蚀性和对一般生物侵害时，也可以正常使用。（5）耐磨性，无机非金属材料的耐磨性能是生物医学最看重的一点，比如陶瓷在生物医学上的作用，因它的耐磨性能比一般的合金金属好，所以它可以代替传统的人工关节置换的金属材料。

2.2 无机非金属材料的应用

无机非金属新材料具有独特的性能，是高技术产业不可缺少的关键材料。例如稀土掺杂石英玻璃广泛应用于导弹、卫星及坦克火控武器等激光测距系统，耐辐照石英玻璃应用于各种卫星及宇宙飞船的姿控系统；光学纤维面板和微通道板作为像增强器和微光夜视元件在全天候兵器中得到应用；航空玻璃为中国各类军用飞机提供了关键部件；人工晶体材料中激光、非线性光学和红外等晶体，用于弹道制导、电子对抗、潜艇通讯、激光武器等。特种陶瓷中，耐高温、高韧性陶瓷可用于航空、航天发动机、卫星遥感，可制作特殊性能的防弹装甲陶瓷及特种纤维及用于电子对抗等。目前已开发了近四千种高性能、多功能无机非金属新材料新品种。这些高性能材料在发展现代武器装备中起到十分重要的作用。

3 无机非金属材料的发展趋势

目前，科学技术的不断发展，带来了技术上的革新。不管是传统无机非金属材料还是无机非金属材料都有了长足的进步。其在未来的趋势主要表现在三个方面：（1）走可持续化发展道路，西方发达国家运用生态环境来影响着世界资源可持续性的发展，并且已经取得了很好的效果；但我们国家在这方面还只能望其项背，特别是缺乏立法支持与技术标准的指导以及相应组织的管理与监督，使中国的传统无机非金属材料工业发展还有很大的提升空间；面对资源和环境对中国经济发展的严峻考验，国民经济的可持续发展战略显得愈加重要。（2）节约资源，以往的无机非金属材料在工业上的消耗非常巨大。可世界资源正在短缺，那么怎么做好资源的节能、以及找到可替代资源的重要性就不言而喻了。在未来，材料的使用寿命也将会是一个值得关注的问题。提高材料的使用寿命将大大节约资源。（3）集中生产，以后将不会是像现在一样，各个工业之间各自为营的生产，未来工业的需求必须要将单条生产线的产能提高的同时，除了注意产品的质量问题，还应能降低能源的消耗。为此，将水泥工业、陶瓷工业等集中在一起走向大型化是未来的一个趋势。

4 结语

随着技术的进步和生活水平的提高，建筑材料的安全性智能诊断等智能技术将更多的应用于建筑中。目前，国内无机非金属材料的应用越来越广泛，在国民经济建设上也越来越重要。它在工业上的运用已经大大超过了其自身的范畴，它为国家科学的发展事业添了砖，也为经济建设加了瓦。

参考文献

[1] 刘佳欣.无机非金属材料的应用与发展趋势[J].中国粉体工业，2014 （5）.

无机非金属材料篇2

1.工程化实践教学能力师资队伍是教学的主导力量，提高无机非金属材料工程化人才培养质量，必须加强工程实践的师资队伍建设。如果专业教师本身缺少工程实践训练，工程实践能力低，无法将理论与实际紧密结合并指导学生工程实践环节，无法调动学生主动实践的积极性。无机非金属材料工程专业“工程化"师资队伍建设薄弱，教师工程化素质与实践能力偏低，不能深入工程化实际开展实践教学活动。依托“工程化"教学，加强构建中青年教师“工程化"培养模式，培养“双能型"专业教师，组织青年教师到企业进行专业实践，实施“工程化"培养，加强教师工程实践的训练，可以了解学科专业的现实需求，加深教师对工程实际和产业的了解，可以促进理论教学与实践教学的结合。蚌埠市无机非金属材料工程相关科研院所，如蚌埠玻璃设计院、玻璃企业、水泥企业较多，专业人才丰富，为校企合作提供了优势，只要教师积极探索校企合作，开展产学研合作，必定能提高“工程化"水平，加强“双能型"建设，提高无机非金属材料工程专业工程化培养水平。

2.无机非金属材料工程专业“工程化"师资队伍实践水平的提高必须寻求校企合作，依托校企合作交流平台，建设双师型师资队伍，要求企业定期为教师开展培训班，教师直接从生产第一线获取企业的新技术、新知识、新工艺、新材料、新方法，并应用于教学过程。支持教师参加岗位职业资格培训，强化师资队伍的工程实践能力。我系逐步建设一支熟悉行业企业需求、工作经验丰富、实践教学能力强的专兼职结合的“双能型"教师队伍。同时，企业可以推荐专业骨干教师与高技能人才承担无机非金属材料工程实践教学任务，保证实践队伍高素质、高水平。组织“双能型"专业教师的培养，鼓励教师到企业进行整个工程实践进行针对性训练，提高师资队伍的工程化教学能力。对于工厂实践教学我们将学生带到工厂，利用工厂的生产设备，聘请生产一线的企业工程师现场授课，比如玻璃窑炉的实验课程，我们就组织学生到企业去，聘请企业技术人员依据企业的窑炉现场讲解整个窑炉的结构、工作原理及工作过程，非常生动形象，也大大提高了学生的学习兴趣，提高了工程化实践能力。同时现场教学也增强了学生“工程化"思想，在工程化实践教学过程中让学生明确自己的学习目标是成为工程师，将来能将科技转化为现实生产力。“工程化"教育中学生体会和掌握工程设计、工程实践的基本分析方法，提升综合实践素质。

二、促进实习实践基地建设

实习实践基地建设一直是工科专业的薄弱环节，如何借助“工程化"提升专业实习实践基地建设是值得考虑的问题。利用无机非金属材料工程专业实习基地和产学研基地工程化方面的优势，对学生进行工程化方面的培养，包括校内实习基地和企业实习基地建设。校内实习基地建设，通过基本仪器设备的添置与更新组建成工程中心，尽可能贴近生产实际，满足专业工程实践教学的基本需要，满足相关专业内涵与外延拓展需要。我院无机非金属材料工程专业利用蚌埠玻璃设计院等具有丰富工程化水平和实践经验的智力资源，利用中航三鑫太阳能光电玻璃有限公司、安徽鑫民玻璃制品有限公司、安徽德力集团、凤阳珍珠水泥集团、海螺水泥集团等企业先进的实践教学基地，共同提高无机非金属材料专业工程化人才培养质量。

三、校企合作办学和产学研合作

无机非金属材料篇3

[关键词]无机非金属材料 应用 发展

中图分类号：TB321 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0111-01

随着我国经济的不断的发展，各个领域对于能源的需求量不断地增大，无机非金属材料在各个行业的发展中的重要作用越来越凸显，无机非金属材料的良好的发展将对于我国经济发展有着非常重要的作用，所以要加快无机非金属材料的研究开发，为我国国民经济的发展做保障。

一、无机非金属材料行业的特点

无机非金属材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材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。

（1）在晶体结构上，无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比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？材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性，以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。

（2）无机非金属材料品种和名目极其繁多，用途各异，通常把它们分为普通的和先进的无机非金属材料两大类。

普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。

特种无机非金属材料的特点是：①各具特色。例如：高匮趸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等。②各种物理效应和微观现象。例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热-电、压电材料的力-电、气敏材料的气体-电。③不同性质的材料经复合而构成复合材料。例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。

（3）传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料；耐火材料与高温技术，尤其与钢铁工业的发展关系密切；各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。它们产量大，用途广。其他产品，如搪瓷、磨料（碳化硅）、铸石（辉绿岩）、碳素材料、非金属矿（石棉、云母等）也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的，具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。

二、无机非金属材料行业存在的问题。

（1）基础研究和关键技术落后。我国无机非金属材料产品等级低。在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。中国的无机非金属新材料是从试制起步的，发展过程也主要是随从于型号的需要进行。由于时间、人力的限制，加之中国长期以来对基础研究重视不够，投入较少，无机非金属材料的系统的基础非常薄弱。

（2）材料性能低、品种少、生产质量不稳定。虽然中国已基本建立了无机非金属材料的研究、开发与部分产品的生产体系，但材料的品种尚不齐全，一些重要工程的关键配套材料还需进口。产品性能低、质量差的问题仍然存在，而且在进行批量生产时质量不稳定、成品率低、效益差的问题严重。

（3）制备技术落后，资源利用率低。我国无机非金属新材料工业，不但制备技术落后，而且生产能力低，生产效率低，直接影响高科技产品质量、成本、能耗等三个方面。在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，往往未能充分利用资源，从而造成了极大的浪费。

（4）技术装备落后。我国企业现有生产线单线生产规模小，落后工艺大量存在。在建筑材料的生产过程中，需要消耗大量的能源。中国无机非金属新材料制备技术与装备明显落后，造成研制周期长、新产品发展困难，预研成果不能及时进入工程化研究，即便生产也会出现成品率低、规模小，经济效率差等问题。

三、无机非金属材料的未来发展趋势。

近些年，随着科学技术的进步，无论是传统无机非金属材料，还是新型无机非金属材料都有了一些新的发展趋势。

（1）生态与环保意识加强，建立科学的评价体系，实现可持续发展。

西方发达国家在促进传统无机非金属材料产业健康、可持续发展方面的采取了许多重要措施。世界发达国家十分重视建材工业的可持续发展与绿色评价。生态评价也成为世界可持续发展的一个重要手段。目前，许多国家正在进行“生态城市”的建设与实践，推广建筑节能技术材料，使用可循环材料等，改善城市生态系统状况。由此，提出了绿色建材、环保建材与节能建材的概念，并开展了大量的研究与实践工作。与西方发达国家相比，我国还存在很大的差距，特别是缺乏立法支持与技术标准的指导以及相应组织的管理与监督，使我国的传统无机非金属材料工业发展还有很大的提升空间。面对资源和环境对我国经济发展的严峻考验，国民经济的可持续发展战略显得愈加重要。

（2）向着节能、降耗的方向发展。

传统的无机非金属材料工业是能源消耗大户，在世界能源口益短缺的今天，如何生产节能、降耗，以及如何生产出高质量的建筑节能、保温产品是建材工业发展的重要趋势。选择资源节约型、污染最低型、质量效益型、科技先导型的发展方式。新型墙体材料、高质量门窗、中空玻璃将大量应用。向着提高材料性能、使用寿命的方向发展。低寿命设计、大量重复建设已经严制约城市建设的发展。现代化建筑需要高性能建筑材料的支持，而提高建筑的耐久性又对建筑材料的使用寿命提出了更高的要求。

（3）单线生产能力向大型化发展。

尤论是水泥工业、玻璃工业，还是陶瓷工业，单条生产线的生产能力有大型化的趋势。生产线的大型化可以有效提高产品的质量，降低能源消耗。

（4）向着智能化方向发展。

建筑的智能化需要建筑材料的支持。随着技术的进步和生活水平的提高，建筑材料的安全性智能诊断等智能技术将更多的应用于建筑中。

（5）向着复合化、多功能化方向发展。

无机非金属材料篇4

关键词：生物技术；无机非金属材料；应用前景

在本世纪70年代， 逐步发展形成的现代生物技术（ 亦称生物工程技术）， 从广义上说， 它包括人类对动物、植物以及微生物有目的利用、控制和改造。随后80年代， 美国和口本便分别召开了 “用生物方法合成材料”和“使用生物技术创制新材料”等专题学术研公寸会。由此可见， 现代生物技术在材料学与上程中的应用前景颇为看好。例如现代生物技术在金属材料行业中的系统应用已经成功地形成生物冶金分支学科。所谓生物冶金或称细菌冶金， 即细菌萃取金属或生物浸出金属， 是一种利用细菌的氧化作用把不溶性金属化合物转变成可溶性化合物， 再用湿法冶金从溶液中回收金属的方法。又如开发研究生物降解高分子材料， 及时防止和解决当今世界上极为严重的“白色污染”的决定性措施， 亦是现代生物技术在有机高分子材料行业中的应用热点。至于现代生物技术在尤机非金属材料行业的应用前景， 是又可望又可即的。

1 生物提纯硅酸盐矿物原料

生物提纯是指现代生物技术利用生物浸出法在非金属矿选矿过程中的应用。这种技术的应用原理主要就是利用微生物能够让金属矿物进行液化的功能， 使得生物技术在矿物融滤过程中得到广泛的应用。由于这些铁杂质一般都以黄铁矿的形态存在于硅酸矿物质中， 人们可以利用氧化铁硫杆菌和其他菌类对黄铁矿变成可溶性化合物， 在形成这一反应时。根据调查显示， 这种真菌可以对高岭土壤中铁的含量至少降低4 %左右， 并且让高岭土的白亮度有很大的提高， 这成为陶瓷和造纸行业产品的质量关键的因素。根据上述分析， 现代生物技术将会为硅酸盐矿物原料。

2生物矿化过程

生物矿化过程是在一定的细菌分泌和特殊机质的作用下的成矿过程， 也是在特定的机质下长成晶体结构。以珍珠贝的珍珠层为例， 珍珠层的结构是由霞石的碳酸钙晶体组成， 并在这种情况下形成了大小不一的螺旋形， 由于这种基质的网络结构中存在不规则的钙物质， 能够使碳酸钙在一定的距离成核并且按照自身的生长规律形成霞石螺旋。碳酸钙的生物矿化过程既是一个化学过程， 也是一个生物过程，这是两者共同作用过程的结果。日本研究人员还培育出一种海藻和一种单胞藻， 它们都可以联系生产处石灰石颗粒， 每天这些形状的石灰石最佳生产率为15毫克每升和90 毫克每升， 并可以对回收后的细胞进行再生产。根据上述材料表明， 人类可以在人工手段下实现细胞固定化技术， 并利用生物的成矿能录生产石灰石质纳木材料和生物装饰材料， 也可能利用生物的成矿功能进行复合材料的生产。

3 用稻壳制备高纯度高性能碳化硅

从仿生学的角度来看， 人们可以利用稻壳制造出高浓度、高性能的碳化硅。主要的步骤为： 首先， 将稻壳进行碳化， 使稻壳中的纤维素进行分解， 形成不定性碳化物； 其次， 在还原性和惰性的条件下， 对稻壳进行高文炼烧下形成碳化硅。在稻壳中所存在的二氧化硅凝胶会与多糖基质进行紧密的结合， 多糖的谈话会在二氧化硅的表层发生， 并且二氧化硅一直处于高化学活性的多孔和微粒状态下， 因此， 在对它进行炼烧时，可以最快速度与二氧化硅产生反应。德国的一位建筑师利用自己设计的一种水下装置放到海中， 在经过两到三个月的时间用过海藻作用可以产生2 5尺长、五尺宽、2寸厚的生物大理石材料板。近期， 日本的工业技术研究所成功利用稻壳制备出碳化硅的新工艺， 这种技术与原来的硅石和煤气还原法相比， 同时达到了降低成本和实现了对稻壳的最大利用。在稻壳中存在碳、二氧化硅等有效化学成分， 这就具备了形成碳化硅的先决条件， 但是一旦在发生反应时磷成分过多时， 就无法形成碳化硅， 那么就必须研究减少磷产生的方法。这种工艺的原理是以弱酸性缓冲剂进行爆破性处理， 在多种酶的作用下可以溶出碳， 然后再对其进行氧化处理， 在无氧加热条件下形成高浓度、高性能的碳化硅。

4 生物混凝土

在很早以前， 我国就应经学会利用存在于粘土中的细菌对粘土进行发酵来增强它的可塑性。目前， 我国很多学者都预言几千年后老鼠建造洞穴的材料将用比混凝土还牢固的白蚁排泄物。这种材料是天然的高分子非金属材料的符合混凝土， 也是细菌作用下形成的生物混凝土。与此同时， 在日本也有相关报道曾预言提出这种单材质发酵技术的应用。新型生物混凝土具有多层结构：第一层是防水层，能够防止雨水渗入，避免对建筑结构造成破坏；第二层是生物层，能够收集雨水以供植物生长，例如它可以为微型藻类、菌类、地衣和苔藓等提供天然生物屏障；第三层是覆盖层，能够让雨水通过这一层渗入生物层，并可防止水分流失。与传统混凝土相比，这种新产品的最大优势是既能吸收二氧化碳，改善城市环境空气质量；又可美化墙体，改变城市色彩单一的外观面貌；还能提升建筑物的保温性，降低能源消耗。

5 生物铁氧体功能陶瓷材料

在常温条件下， 可以利用海洋水中想磁性细菌合成比较均匀的磁性微粒， 磁性微粒通常情况下也被称为生物铁氧体功能陶瓷材料， 它与人工制成的磁微粒材料相比， 它的表面积比较大， 而且表面部位被坚硬的有机薄膜覆盖， 在这种情况下很难将铁浸。

6 结语

将现代生物技术应用到非金属材料领域中比较重要的工程， 这也将大大推动生物非金属材料工业的发展和进步。我们必须积极探索现代生物技术的作用， 抓住现代生物技术的特点， 现代生物技术作为一种低能耗、高效益的新兴技术， 必将在非金属材料领域大面积的应用， 以推动我国经济和科技的发展。

参考文献：

[1]朱跃钊，卢定强，万红贵，韦萍，周华，欧阳平凯. 工业生物技术的研究现状与发展趋势[J]. 化工学报，2004（12）.

[2]王大博，孙艳艳.浅谈我国无机非金属材料的应用与发展[J]. 黑龙江科技信息，2011（13）.

无机非金属材料篇5

关键词：材料物理性能微课；无机非金属专业；教学内容

引言

21 世纪科学技术高度发达和经济快速发展，材料的发展和应用水平已成为衡量一个国家国力强弱的重要指标。新材料的发展与应用，依赖于材料的物理性能的应用，因此要深入掌握材料的物理性能。材料物理性能课程是无机非金属材料专业平台重要的基础课，它从材料的组成、结构的角度阐述材料的物理性能及本质，包括力学、热学、电学、光学、磁学等性能，这些性能基本上都是各个领域在研制和应用无机非金属材料中对材料提出的基本技术要求，在实际工作中具有重要的意义 [1 ]。通过教学，让学生掌握无机非金属材料的关键物理性能及本质，以及无机材料物理性能的研究方法。对于这门课，学生普遍认为内容抽象、理论性强，难于理解掌握，作为教师授课难度较大。本文结合笔者多年的教学实践及经验，就如何提高无机非金属材料专业材料物理性能教学效果而采用微课教学进行了探索。

对于微课的发展，首先发起于国外，微课程（ Micro-lecture） 的雏形最早见于英国纳皮尔大学T.P.Kee 提出的一分钟演讲（The One Minute Lecture，简称OML ）和美国北爱荷华大学LeRoy A. McGrew 教授所提出的60秒课程（ 60-Second Course） [2 ]。美国理查德・沃曼在1984 年发起创办了TED（指technology、entertainment、design在英语中的缩写，即技术、娱乐、设计），该机构为私有非盈利机构。特别从2006年起，TED演讲视频上传到网络上，短短几年时间就获取了大量的点击率 [3 ]。在国内，2011年佛山市教育局胡铁生率先提出了以微视频为中心的新型教学资源“微课”。他认为，“微课”是指按照新课程标准及教学实践要求，以教学视频为主要载体，反映教师在课堂教学过程中针对某个知识点或教学环节而开展教与学活动的各种教学资源的组合 [2，4 ]。因此基于微课的平台，本文探讨了针对材料物理性能微课教学的探讨。

1 材料物理性能微课选题

材料物理性能“微课”主要针相应的教学大纲展开教学，所以在“微课”的选题上严格扣住教学重点，并致力于将重要知识点分解清晰。

1.1 材料物理性能微课编写

材料物理性能“微课”不是简单的一段段的视频，还应包括材料物理性能教案、教学课件等其他资源要素，所以在选好题后，着手电子教案的编写。材料物理性能教案编写一般包括本门课教学背景、教学目标、教学方法和教学总结等方面内容。

1.2 材料物理性能课件制作

材料物理性能“微课”课件通常采用PPT联合视频等多媒体格式，针对选定的知识点设计PPT。而多媒体技术是利用各种多媒体软件对文本、声音、图形、图像、动画等信息进行综合处理。而多媒体的制作通常采用PowerPoint、Moviemaker、屏幕录像专家等软件，即操作方便，电脑操作系统一般自带PowerPoint、Moviemaker软件，另外软件屏幕录像专家也非常容易操作。

1.3 材料物理性能微视频制作

对于材料物理性能课程的视频制作，主要是针对于课程相关的实验和性能及设备的演示。由于在课堂上的板书信息量有限，必须借助这些视频等手段来增加信息量，如在电子理论部分讲解电子的导电、热运动以及费米面的特征等等。理论上讲解非常抽象，采用这些微视频手段就容易讲解清楚。微视频的制作主要采用现场设备的录制、网络资源下载等等手段来实现。

2 创新材料物理性能微课教学方法和手段

材料物理性能课程属于理论性较强的课程，要想让学生主动地认真地听讲，不仅作为老师要努力的做好充分的备课，更要创新微课教学的方法和手段。作为多媒体的手段，不仅仅体现在PPT的制作上，更应该穿插更多的符合教学内容的教学视频及动画等内容，把学生的注意力牢牢的控制在屏幕上，达到事半功倍的效果。

2.1理论与实践相结合

材料物理性能在理论上对于材料的性能的分析较深入，因此相关的实践教学也具有重要的地位。在理论学时极为有限的状态下，仍然开设了一定量的实验课程，主要是针对于设计型、综合型实验课。例如在材料的磁性这段内容里，开设了一个居里点的测定。学生在学生磁性材料这段内容时，总是感觉磁性性质直观性不强，对于居里点的概念也停留在概念上。采用实验设备居里点测定仪，让学生从实验指导书联合教材的磁能内容，能够理解实验设备的基本原理及测试方法，并结合磁性的一个重要参数χ与温度关系曲线能够用数学的理论判断出居里点，这样使学生不仅仅懂得怎样测定居里点，更懂得居里点的真正的物理意义。

2.2 理论与实际相结合

材料物理性能内容范围较宽，相应的知识点较多，与实际上情况联系紧密。如在热膨胀的部分，课堂上会引申出什么是热力管路的膨胀节，它的功能是什么？在提出这个问题后，让学生思考一下，给予讨论的时间，学生们也能够积极的回答，极大地活跃了教学气氛。

2.3启发互动式教学

材料物理性能课程内容较深，所以完全把书本上的内容在课堂上讲完，在学时上也是完成不了的。为了能够使学生能够把相关内容都学习完整，在本课程内容偏重于扩张方面的知识，让学生课下自己来完成。例如我们在讲解磁性方面的知识时，联系到地球的大磁场，让学生分析为什么地球的南北极能够产生极光，并分析极光对于我们人类的作用。

3 充实材料物理性能微课教学内容

材料物理性能课程体系也是随着科技的快速发展而更新其内容，以满足不断发展的社会要求。对于21世纪快速发展的科技时代来说，材料物理性能微课教学内容体系在保持原有的内容体系上，也要紧跟时代的发展。并根据内容的需要适当调整课程的内容及结构，增添学科的前沿知识，激发了学生的学习兴趣，开拓了学生的视野。

因此作为教师本身就要搜索大量的材料物理性能的前沿信息，使学生在学习材料物理性能的理论的同时，也能了解材料物理性能发展的前沿，使学生的学习兴趣大大提高，知识面也大大拓宽，从而为将来从事的研究工作岗位奠定了坚实的基础。

4 更新材料物理性能微课实践方法

材料物理性能微课是通过材料物理性能的相关的知识网络表现的，对某个教学环节的教学内容及实施的其教学活动的总和。但这还不能体现“材料物理性能微课”的独特之处和完整内涵， 因为材料物理性能微课的核心资源或最重要的载体是“材料物理性能微视频”（不是一般的文本、PPT 课件或图片等其它媒体资源）， 而材料物理性能视频是所有资源类型中情境最真实、信息量最丰富的一种资源，因为视频是直观形象的。材料物理性能微课应该是以“材料物理性能微型视频”为主要内容和呈现方式的一种新型微型网络课程――“材料物理性能微型视频网络课程”。

结语

通过材料物理性能微课的探索研究，探索了一套是指可行的方法，较好地满足了材料学科无机非金属材料专业教学的要求，取得了良好的效果。面对21 世纪科学技术的飞速发展，无材料物理性能微课还必须不断推陈出新，积极吸收新的科技成果作为教学内容，以适应社会需求。在教学过程中，还要不断创新教学方法、教学手段、考评方式，努力提高学生素质，重视学生创新能力和科研能力的培养，充分发挥学生的主动性，为社会培养更多材料类优秀人才。

参考文献：

[1]孟凡桂.材料化学专业无机非金属材料课程教学的实践与探索[J].广州化工，2010，38（2）：205～207.

[2]胡铁生. “微课”：区域教育信息资源发展的新趋势[J].电化教育研究，2011，（10）：61～65.

无机非金属材料篇6

关键词 卓越工程师；无机非金属材料工程；实践教学

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）08-0072-03

目前，工程技术人才培养已提升到国家战略高度。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》明确提出实施“卓越计划”，探索建立工程技术人才校企联合培养的新机制，创新工程师培养模式，完善卓越工程师培养体系，以期培养适应我国社会发展需要的工程技术人才 [1]。

洛阳理工学院是一所具有鲜明建材特色的本科院校。无机非金属材料工程专业作为河南省特色专业，在长期的办学过程中，一直以为建材行业和地方经济建设培养优秀人才为己任，工程实践教学中高校、科研院所与企业广泛参与，全程监督，重视技术能力的训练，重视工程素养的发展，培养了一大批“下得去、用得上、留得住”的工程技术人才。本文以无机非金属材料工程专业为例，根据教育部卓越工程师计划的培养目标及学校办学特色和专业建设经验，对卓越工程师人才培养体系的构建进行研究与探索。

1 卓越工程师的培养模式

国外卓越工程师培养模式 国外卓越工程师培养具有代表性的是以美国为代表的《华盛顿协议》成员模式和以德、法为代表的欧洲大陆国家模式。美国工程教育经历了最初的以实用主义为目的的工程技术教育（20世纪30年代以前）、重基础科学研究（20世纪40―50年代）、通识教育与基础科学教育并重（20世纪60―80年代）和回归工程教育（20世纪90年代以后）等过程，即美国在经历了“技术模式”“科学模式”后，正实践着当前的“工程模式”[2]。美国大学生在校期间完成基础科学、人文与社会科学和工程科学的学习，毕业后通过职业教育考试获取职业资格认证后成为工程师。而欧洲大陆国家工程教育呈现“分合辩证统一”的特点，如德国工程教育采用了由理工科大学（TU/TH）培养研究型工程师和应用技术大学（FH）培养应用型工程师的办学模式，法国则采用“双轨制”高教体制，通识教育与精英教育在职业教育中互为补充[3]。德法国家大学生在校期间完成工程师的基本训练，毕业时获得工程师学位以及职业资格。国外卓越工程师的培养，都要求注重实践教学，企业的参与和支持非常普遍。

我国卓越工程师的培养模式 对应于目前我国高等教育的人才培养模式，卓越工程师的培养采用三段式人才培养模式：应用型工程师培养阶段（四年制本科）、设计型工程师培养阶段（2年全日制硕士）和研究型工程师培养阶段（3～5年工程博士）。各个培养阶段安排相应的企业实习时间，强化工程能力的培养。不同类型的高校对工程人才的培养目标定位不同，洛阳理工学院作为新建应用型本科院校，在办学定位、服务面向、人才培养目标以及教学模式与途径等方面有别于办学实力雄厚的传统大学，应结合自身发展特点，在应用型卓越工程师人才培养上找到突破点，创新工程技术人才培养模式，提高人才培养质量。

2 卓越工程师培养方案的设计

培养方案应充分体现培养工程技术人才的工程知识、工程素质和工程能力的特征[4]。洛阳理工学院无机非金属材料工程专业在实施卓越工程师计划试点时，以为企业培养所需的工程师储备人才为目标，加大实践教学环节比例，培养基础扎实、素质全面、工程实践能力强且具有一定创新能力的应用型技术人才和工程管理人才。

人才培养模式的构建 根据学校办学特色与办学规格，“卓越工程师”人才培养模式采用“3+1”培养模式，即累计有3年时间在校学习，1年时间在企业学习。企业学习阶段主要包括两方面的训练内容，即企业培训内容和专业培训内容。企业培训内容包括企业课程、企业文化与规章制度教育、行业法规与技术标准学习、生产技能培训、生产过程控制与生产实习等，这部分内容主要由企业的人力资源部门和企业兼职教师负责实施。专业培训是针对承担具体企业业务所需要的相关专业知识的学习，并通过毕业设计（毕业论文）培养学生综合应用所学知识解决工程实际问题的能力，为其后续的发展打好基础。专业培训可以在学校教师和企业兼职教师的共同指导下在学校相关平台或企业工作平成。

专业方向的定位 洛阳理工学院无机非金属材料工程专业以服务建材行业为主，对国内建材企业进行充分调研，了解当前与未来的市场和企业对人才的需求，分析、比较国内设置同专业高校的培养目标与学生工作定位。根据学校建材方向上的传统优势，确定水泥工艺方向为“卓越工程师”计划的主要实施点。学校选择洛阳水泥工程设计研究院、河南天瑞集团水泥有限公司、中国联合水泥集团公司等企业作为合作伙伴，与其建立产学研战略联盟，协助完成本专业“卓越工程师”企业学习阶段的培养。企业的参与是实施“卓越计划”人才培养的关键，因此，学校与河南省内具有较强实力和良好合作基础的多家企业共同承担培养无机非金属材料工程专业卓越工程师的任务，培养的后备人才可以直接进入对口的企业就业，既解决了学生的就业问题，也为企业培养了“下得去、用得上、留得住”的合格人才，企业参与积极性很高。

课程体系的设置 在课程体系的设置上，按“通识教育、专业教育及综合教育”的方式实施无机非金属材料工程专业卓越工程师人才培养。通识教育与专业教育以第一课堂（校内）为主要形式实施，教学任务的实施由学校和合作企业共同完成。“通识教育”课程主要包括公共基础课与人文社会科学等课程，通过这些课程对学生的价值观、个人品德、职业道德、逻辑思维及语言表达等基本能力和素质进行培养。“专业教育”课程包括专业基础课程和专业课程。专业基础课主要包括无机化学、物理化学、分析化学、工程图学、机械设计与制造基础、材料工艺CAD基础、热工检测与自动控制、电工与电子技术、材料科学基础、材料工程基础和材料研究与测试方法等。在这些课程的教学中，明确要求教师在授课时要引入相应工程案例，让学生在学习中了解专业基础知识在实际生产中的实用性，激发他们的学习兴趣。专业课程主要包括水泥工艺学、新型干法水泥生产技术与设备、水泥厂工艺设计概论、水泥性能检测、混凝土工艺学和低温余热发电技术等。综合教育在人才培养中起到开拓视野、强化能力、提高素质、增强团队协作和交流等作用，通过课外科技创新、学术讲座活动、基础技能竞赛等形式，对学生的动手能力、创新能力和团队协作能力进行培养[5]。

3 卓越工程师的培养方式与途径

校企共建，联合培养 洛阳理工学院先后与中国建材国际工程有限公司、河南天瑞集团公司、中国联合水泥有限责任公司、河南省同力水泥集团、洛阳水泥工程设计研究院等建立了产学研战略联盟，以此为平台，建立了学科链、专业链对接产业链的办学模式，专业设置紧贴产业需求。采取校企联合培养的方式，邀请企业全过程参与学校相关专业培养方案的制订、课程教学内容的优化、实践教学工作的安排等人才培养环节，共同实施培养方案，共同评价培养质量，实现学校与企业的零距离对接，人才培养规格很好地满足社会需求，成为培养具有“勤奋、求是、创新、奉献”精神的卓越工程师的摇篮。

构建校内实践平台，培养学生工程能力 近年来，实践教学受到学生人数规模、工程实践条件等限制，实践要求与实践条件存在巨大反差，其教学效果明显下降。为了有效保障实践教学效果，进一步深化专业教学改革和满足高等工程教育培养应用型人才的需要，不断加强具有建材特色的校内实践教学平台的构建[6]。目前，学校与建材专业相关的省级实践教学平台有水泥工程实验教学中心和建材机械基础实验教学中心，此外，还有粉体工程实训中心、材料测试中心、河南省固废开发利用工程实验室和洛阳市硅酸盐材料重点实验室等。借助校内实践教学平台，有效开展教学与科研工作，学生熟练掌握工程设计、生产操作、材料设计与检测等基本技能，培养学生工程观念与工程实践能力。同时，这些平台也是企业的技术人员培训基地，如中国建筑材料工业协会、中国机冶建材工会全国委员会的洛阳培训基地就是以此为依托建立的。校内实践教学平台的构建，包含有一项重要的内容就是具有自主知识产权工程教学软件系统的研究开发，通过产、学、研的紧密结合，既锻炼教师队伍，又培养了大批工程技术人才，取得良好的成绩。如水泥工程的仿真教学系统获得河南省教学成果一等奖，学生在参加全国首届水泥中控操作技能大赛中获得团体一等奖。

构建产学研实践基地，服务建材行业 产、学、研的紧密结合，有利提升科研水平，加快科技转化，解决企业生产难题，是企业与高校专业服务对接、互动的桥梁与纽带。自洛阳理工学院升本以来，该专业与国内20多家建材企业签订了实习基地协议，开展产、学、研的互动活动。一方面，企业生产上的难题可以提出、讨论，通过校企之间的合作解决生产问题，企业获得技术支持，学生得到实践锻炼；另一方面，学校也可为企业提供优秀人才和优质的职工技术培训服务。

4 “卓越计划”的组织与管理

为了加强对无机非金属材料工程专业实用型“卓越工程师”教育培养工作的领导与指导，材料系成立了一个由系领导、专业教师和企业专家组成的“卓越工程师培养计划”项目工作小组，负责制定“卓越工程师培养计划”的培养目标、培养方案等，并聘请专家对“卓越计划”实施内容进行论证。

无机非金属材料工程专业“卓越工程师”培养计划试点班的生源采取“学生自愿报名，学院择优录取”的双向选择原则，建立了“因材施教、分流培养、能进能出”的“卓越工程师计划”试点班动态管理机制，旨在培养实践能力突出、富有创新精神且有志于从事水泥工程设计、技术开发、生产技术管理的工程技术人才。

5 结语

卓越工程师培养是一项长期的、复杂的人才培育工程。地方高校在构建应用型人才培养体系时，应突出自身的专业特色，找准专业技术人才培养的定位，在实际操作中积极探索，在发展中不断完善，将应用型人才培养专业越办越出色。

参考文献

[1]教育部高等教育司.2011年教育部关于卓越工程师教育培养计划实施与工程技术人才培养方案及专业课程教学标准：上卷[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]王世斌，郄海霞，余建星，等.高等工程教育改革的理念与实践：以麻省、伯克利、普渡、天大为例[J].高等工程教育研究，2011（1）：18-23.

[3]刘鸿.法、美、德、俄高等工程教育“卓越”之缘[J].大学教育科学，2012（2）：46-50.

[4]周英.落实卓越工程师教育培养计划，大力培养工程科技创新人才[J].中国大学教学，2011（8）：11-13.

无机非金属材料篇7

[关键词]材料 发展 金属材料 无机非金属材料 高分子材料

人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的。历史上,材料被视为人类社会进化的里程碑。对材料的认识和利用的能力,决定着社会的形态和人类生活的质量。历史学家也把材料及其器具作为划分时代的标志:如石器时代、青铜器时代、铁器时代、高分子材料时代……

100万年以前,原始人以石头作为工具,称旧石器时代。1万年以前,人类对石器进行加工,使之成为器皿和精致的工具,从而进入新石器时代。现在考古发掘证明我国在八千多年前已经制成实用的陶器,在六千多年前已经冶炼出黄铜,在四千多年前已有简单的青铜工具,在三千多年前已用陨铁制造兵器。我们的祖先在二千五百多年前的春秋时期已会冶炼生铁,比欧洲要早一千八百多年以上。18世纪,钢铁工业的发展,成为产业革命的重要内容和物质基础。19世纪中叶,现代平炉和转炉炼钢技术的出现,使人类真正进入了钢铁时代。与此同时,铜、铅、锌也大量得到应用,铝、镁、钛等金属相继问世并得到应用。直到20世纪中叶,金属材料在材料工业中一直占有主导地位。20世纪中叶以后,科学技术迅猛发展,作为发明之母和产业粮食的新材料又出现了划时代的变化。首先是人工合成高分子材料问世,并得到广泛应用仅半个世纪时间,高分子材料已与有上千年历史的金属材料并驾齐驱,并在年产量的体积上已超过了钢,成为国民经济、国防尖端科学和高科技领域不可缺少的材料。其次是陶瓷材料的发展。陶瓷是人类最早利用自然界所提供的原料制造而成的材料。50年代,合成化工原料和特殊制备工艺的发展,使陶瓷材料产生了一个飞跃,出现了从传统陶瓷向先进陶瓷的转变,许多新型功能陶瓷形成了产业,满足了电力、电子技术和航天技术的发展和需要。

现在人们也按化学成分的不同将材料划分为金属材料,无机非金属材料和有机高分子材料三大类以及他们的复合材料。

金属材料科学主要是研究金属材料的成分组织、结构、缺陷与性能之间内在联系的一门学科。金属材料科学与工程的工作者还要研究各种金属冶炼和合金化的反应过程和相的关系,金属材料的制备方法和形成机理,结晶过程以及材料在制造及使用过程中的变化和损毁机理。对其按化学成份进行分类可以分为钢铁、有色金属以及复合金属材料。按用途分类包括结构材料和功能材料。

金属基复合材料(MMC)因其良好的性能而得到了人们广泛的关注。它是一类以金属或合金为基体,以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒状组分为增强相的非均质混合物,其共同点是具有连续的金属基体。目前,特别是航空航天部门推进系统使用的材料,其性能已经达到了极限。因此,研制工作温度更高、比刚度和比强度大幅度增加的金属基复合材料,已经成为发展高性能结构材料的一个重要方向。1990年美国在航天推进系统中形成了3250万美元的高级复合材料(主要为MMC)市场,年平均增长率16%,远高于高性能合金的年增长率1.6%。

无机非金属材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材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂,并且没有自由的电子。具有比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材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。无机非金属材料已从传统的水泥、玻璃、陶瓷发展到了新型的先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维、半导体材料以及光学材料。由于新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外,还有某些特征如:强度高、具有电学、光学特性和生物功能等,因此它们已成为现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。

高分子材料为有机合成材料,亦称聚合物。自20世纪20年代德国著名科学家斯托丁格开创这一学科以来,高分子科学和技术的发展极为迅猛,如今已形成非常庞大的高分子工业。它具有较高的强度,良好的塑性,较强的耐腐蚀性能,很好的绝缘性能,以及重量轻等优良性能,在是工程上的发展最快的一类新型结构材料。高分子材料按其分子链排列有序与否,可分为结晶聚合物和无定型聚合物两类。结晶聚合物的强度较高,结晶度决定于分子链排列的有序程度。工程上通常根据机械性能和使用状态将其分为三大类:塑料、橡胶以及合成纤维。其中,我国的合成纤维、合成树脂和合成橡胶已分别居世界产能的第一、二和三位。

参考文献:

[1]谢盛辉.《材料科学发展史》课程构想及教学纲要. 2006,26,(5).

[2]许顺生.金属材料科学概述.中国科学院上海冶金研究所.

无机非金属材料篇8

[关键词]冶金设备 防腐材料 防腐方法

中图分类号：TD327.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0038-01

在湿法冶金行业里，各类设备在生产运行过程中，不同程度地受到各类酸、碱、盐、金属、大气、水等各种气相、液相、固相介质的作用而产生腐蚀，特别是在湿法冶金企业生产过程中，腐蚀更是无时无处不在。因此，加强设备设施的防腐蚀管理，对湿法冶金企业及工业化生产有着很大的意义。

为防止冶金设备的腐蚀，首先应考虑设备所处的工作环境和条件，从设备选材（结构材料自身防腐）、材料表面衬涂防腐层、电化学防腐等多方面采取措。

设备防腐方法一 ―― 结构材料自身防腐

结构材料自身防腐是设备防腐蚀的首要考虑手段，可使设备制作简化，无须单独进行防腐处理。 非金属耐腐材料因性脆（无机）或强度低（有机），仅用作部分非反应器类设备的结构材料。反应器类设备一般都用金属材料作为结构材料。1、结构材料选择的依据：（1）根据金属（合金）-腐蚀介质组合选择结构材料，例如：钢――浓硫酸，铝――非污染大气，铅――稀硫酸，钛――热的强氧化性溶液等。（2）根据材料-环境体系选用设备结构材料，例如：在还原性环境中选用镍、铜及其合金；对氧化性环境，采用含铬的合金；在氧化性极强的环境中宜选用钛及钛合金。2、选择时应遵循的原则：考虑腐蚀介质的性质、温度和压力；考虑设备的类型、结构：考虑对产品质量的要求；材料价格及来源等。选材时应立足国内资源，应大力推广耐腐蚀铸铁、低合金钢及无铬镍不锈钢的应用。高铬镍不锈钢尽可能少用。我国国内钛资源丰富，在钛材质量、价格均佳的前提下应提倡使用。

设备防腐方法二 ―― 材料表面衬涂防腐层

在金属结构材料表面衬、涂、镀防腐层，使金属设备与腐蚀介质隔开，是防止金属腐蚀的常用措施之一。采用机械或物理的方法将防腐层贴附于被保护设备的表面上。防腐层耐腐蚀材料分金属和非金属覆盖层。1、金属覆盖层：低熔点金属在钢表面热镀，如镀锌、镀铅；零部件表面渗镀，如渗铝、渗铬；电镀，如镀金、银、铜、镍、铬；喷镀；化学镀等。使耐腐蚀层牢固附着在主体金属表面上，保护主体设备免遭腐蚀破坏。金属涂层的方法有：（1）、电化学方法：利用电极反应，在工件表面形成镀层。主要的方法：①电镀：在电解质溶液中，工件为阴极，在外电流作用下，使其表面形成镀层的过程，称为电镀。镀层可为金属、合金、半导体或含各类固体微粒，如镀铜、镀镍等。②氧化：在电解质溶液中，工件为阳极，在外电流作用下，使其表面形成氧化膜层的过程，称为阳极氧化，如铝合金的阳极氧化。（2）、化学方法：这种方法是无电流作用，利用化学物质相互作用，在工件表面形成镀覆层。主要是：①化学转化膜处理在电解质溶液中，金属工件在无外电流作用，由溶液中化学物质与工件相互作用从而在其表面形成镀层的过程，称为化学转化膜处理。如金属表面的发蓝、磷化、钝化、铬盐处理等。②化学镀在电解质溶液中，工件表面经催化处理，无外电流作用，在溶液中由于化学物质的还原作用，将某些物质沉积于工件表面而形成镀层的过程，称为化学镀，如化学镀镍、化学镀铜等。（3）、热加工方法：在高温条件下令材料熔融或热扩散，在工件表面形成涂层。主要方法是：①热浸镀：金属工件放入熔融金属中，令其表面形成涂层的过程，称为热浸镀，如热镀锌、热镀铝等。②热喷涂：将熔融金属雾化，喷涂于工件表面，形成涂层的过程，称为热喷涂，如热喷涂锌、热喷涂铝等。③热烫印：将金属箔加温、加压覆盖于工件表面上，形成涂覆层的过程，称为热烫印，如热烫印铝箔等。④化学热处理：工件与化学物质接触、加热，在高温态下令某种元素进入工件表面的过程，称为化学热处理，如渗氮、渗碳等。⑤堆焊：以焊接方式，令熔敷金属堆集于工件表面而形成焊层的过程，称为堆焊，如堆焊耐磨合金等。（4）、真空法：在高真空状态下令材料气化或离子化沉积于工件表面而形成镀层的过程。主要是：①物理气相沉积：在真空条件下，将金属气化成原子或分子，或者使其离子化成离子，直接沉积到工件表面，形成涂层的过程，称为物理气相沉积，其沉积粒子束来源于非化学因素，如蒸发镀、溅射镀、离子镀等。②离子注入：高电压下将不同离子注入工件表面令其表面改性的过程，称为离子注入，如注硼等。③化学气相沉积：低压（有时也在常压）下，气态物质在工件表面因化学反应而生成固态沉积层的过程，称为化学气相镀，如气相沉积氧化硅、氮化硅等。（5）、其它方法：主要是机械的、化学的、电化学的、物理的方法。其中的主要方法是：①涂装：闲喷涂或刷涂方法，将涂料（有机或无机）涂覆于工件表面而形成涂层的过程，称为涂装，如喷漆、刷漆等。②冲击镀：用机械冲击作用在工件表面形成涂覆层的过程，称为冲击镀，如冲击镀锌等。③激光面表处理：用激光对工件表面照射，令其结构改变的过程，称为激光表面处理，如激光淬火、激光重熔等。④超硬膜技术：以物理或化学方法在工件表面制备超硬膜的技术，称为超硬膜技术。如金刚石薄膜，立方氮化硼薄膜等。⑤电泳及静电喷涂：工件作为一个电极放入导电的水溶性或水乳化的涂料中，与涂料中另一电极构成电解电路。在电场作用下，涂料溶液中已离解成带电的树脂离子，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。这些带电荷的树脂离子，连同被吸附的颜料粒子一起电泳到工件表面，形成涂层，这一过程称为电泳。在直流高电压电场作用，雾化的带负电的油漆粒子定向飞往接正电的工件上，从而获得漆膜的过程，称为静喷涂。2、非金属覆盖层：非金属覆盖层具有优良的防腐蚀能力，在冶炼设备的防腐中占有重要的地位。非金属涂层应满足的条件：非金属涂层材料在腐蚀介质中非常稳定；涂层应完整无孔，不能透过介质；涂层与主体金属应粘结牢固，具有一定的机械强度和适当的硬度与弹性。非金属衬里保护是应用最广和最重要的防腐方法。衬里材料包括塑料板（硬、软聚氯乙烯，聚四氟乙烯）、橡胶板、瓷板（砖）、陶板、石墨板、玻璃钢等。

设备防腐方法三――电化学防腐

电化学防腐是根据金属电化学腐蚀机理发展起来的一类防止金属腐蚀的方法，可分为阴极保护和阳极保护两种。阴极保护是利用外接电源或活泼金属，往金属设备上输送电子，使腐蚀电池的阳极转变为阴极或阴、阳极电位差为零；阴极保护可以用来防止各种水溶液及土壤对钢、铁、铅与黄铜等金属的腐蚀，防止各种不锈钢或铝等可钝化金属的点腐蚀，防止黄铜、低碳钢的应力腐蚀开裂，防止金属的交变应力腐蚀。阳极保护是利用外电源使金属设备变为阳极，金属表面形成耐腐蚀薄膜而钝化，降低腐蚀速度：阳极保护可以用来保护阳极化后容易钝化的金属和合金（碳钢和不锈钢），但不能保护锌、镁、隔、银、铜或铜基合金。

冶金设备防腐没有一种万能的方法。为防止设备腐蚀，可采用多种措施，综合考虑设备选材、结构设计及设备所处的工作环境等各方面的因素，合理利用上述三种设备防腐方法，寻求最佳的防腐措施！

无机非金属材料篇9

玻璃缘起

3000多年前，一艘欧洲腓尼基人的商船，满载着晶体矿物“天然苏打”，航行在地中海沿岸的贝鲁斯河上。由于海水落潮，商船搁浅了。于是船员们来到岸上，烧火做饭。做饭时他们用天然苏打来做锅的支架。吃完饭后，有船员突然发现锅下面的沙地上有一些晶莹明亮、闪闪发光的东西，船员们把这些闪着光的东西带到船上仔细研究起来。他们发现，这些亮晶晶的东西上沾有一些石英砂和融化的天然苏打。原来，这些闪光的东西就是他们做饭时用来做锅的支架的天然苏打，在火焰的作用下，天然苏打与沙滩上的石英砂发生化学反应，进而生成了这种晶体，它就是最早的人工玻璃。后来腓尼基人把石英砂和天然苏打混合在一起，在一种特制的炉子中熔化后制成玻璃球去卖，腓尼基人因此发了一笔横财。大约在4世纪，罗马人开始把玻璃应用在门窗上。1291年，意大利的玻璃制造技术已经非常发达。1688年，一名叫纳夫的人发明出制作大块玻璃的工艺，从此，玻璃成了我们生活中非常平常的物品。

其实早在公元前约4000年，埃及人就已经能够制造出被称为费昂斯(fa-ience)的原始玻璃了，它具有不同于后期真正玻璃的晶粒结构。费昂斯制品曾长期流行于西亚及地中海一带，其后被真正的玻璃替代。我国古代也曾制造出无色或半透明的玻璃，人称琉璃。琉璃也属于费昂斯。相传琉璃是公元前493年范蠡督造王者之剑时所发现的。这种神奇的物质被称为“蠡”。之后范蠡遍访能工巧匠，将“蠡”打造成一件精美的首饰，作为定情之物送给西施。琉璃是中国传统建筑中的重要装饰构件，通常用于宫殿、庙宇、陵寝等重要建筑。琉璃的主要成分为二氧化硅。但与西方水晶玻璃的始祖

“费昂斯”的二氧化硅含量(92％～99％)相比，中国古代琉璃中的二氧化硅比例略低。

自然界中也存在玻璃，它是由火山喷出的酸性岩凝固而得。人工制造的玻璃则是以石英砂、纯碱、长石和石灰石等为主要原料，经熔融、成型、冷却固化而成的非结晶无机材料。普通玻璃在熔融时会形成连续网络结构

，冷却过程中材料黏度逐渐增大并硬化，成为不结晶的硅酸盐类非金属材料。它具有一般材料难以具备的透明性，具有优良的机械力学性能和热工性质。

玻璃态

固态物质一般分为晶体和非晶体，构成晶体的原子(或离子或分子)具有一定的空间结构(即晶格)，晶体具有一定的晶体形状和固定熔点，并不具有各向同性(材料在各个方向上的力学性能和物理性能指标都相同)。而玻璃是一种非晶体，具有无定型固体状态(固体内部原子或分子的排列没有周期性和规则性，如同液体那样杂乱无章地分布)，这种结构被称为玻璃态(glassy stale)。

玻璃态是固态物质的特殊结构。有同样结构的固体其实还有很多，大多数高分子聚合物也都属于玻璃态物质，如松香、石蜡、沥青、橡胶等都是非晶态固体。它们共同的结构特征是内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的高度无序分布状态。玻璃态也可以看成是保持液体结构的固体，是常压下低于O~C而不结冰的水，本质上来说它仍属于液态，但流动性比起普通的液态水要弱很多，这时的水其实就是过冷液体，介于液态与固态之间，也可以称其为玻璃态的水。玻璃态物质没有固定的形状和固定熔点，具有各向同性。它们随着温度的升高逐渐变软，最后才熔化，变软后可以被加工成各种形状。玻璃态物质在熔融状态下具有很高的黏度，形成无序的三维网络结构

，在温度降低时，容易处于过冷状态，使其无序态得以在固相中保持。

玻璃表面看上去是固体，实际上是具有固体状态的液体，这是科学家经过50多年来不断探索才认识到的。英国、澳大利亚及日本的科学家联合研究发现，玻璃无法成为固体的原因在于玻璃冷却时所形成的特殊的原子结构。英国布里斯托尔大学的帕特里克・罗亚尔说：“一些材料在冷却时会形成结晶，其原子会以高度规则的模式进行排列，称为‘晶格’。不过玻璃在冷却时，原子拥堵在一起，几乎随机排列，妨碍了规则晶格的形成。”这种无规则结构的非结晶状态就是玻璃态，发现玻璃态对理解亚稳态材料(热力学上处于次一级稳定状态的一大类材料，是国际上材料科学的热点研究领域。亚稳态材料的某些性能有时要高于稳态材料)来说是个重大的突破，它将使进一步开发金属玻璃等新材料成为可能。另外，如果能够通过操作使金属在冷却时形成玻璃―样的内部结构，将大大减少金属内部的缺陷。

玻璃之王

科学家发现，在一定的条件下，金属也能做成玻璃，这种金属做的玻璃被称为金属玻璃、玻璃态金属或非晶态合金。1959年，美国加利福尼亚理工学院杜威兹教授等人用制备玻璃的方法，将高温金一硅合金熔体喷射到高速旋转的铜辊上，以每秒100万摄氏度的冷却速度快速冷却熔体，第一次制备出了不透亮的玻璃。当时的一位物理学家看到这种合金材料时，曾嘲讽地说这是一种“愚蠢的合金”。这种不透亮、看起来“愚蠢的”东西，就是在材料科学领域开辟出一条新道路的金属玻璃。

通常情况下，金属及合金在从液体凝固成固体时，原子总是从液体的混乱排列转变成整齐的排列，即成为晶体。但是，如果金属或合金的凝固速度非常快，原子来不及排列整齐便被冻结住了，最终的原子排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金。因为非晶合金原子的混乱排列情况类似于玻璃，所以又被称为金属玻璃。金属玻璃兼有金属和玻璃的优点，又克服了各自的弊病。它具有一定的韧性和刚性，强度高于钢，硬度超过高硬工具钢，断裂强度也比―般的金属材料高得多，有良好的化学稳定性。有些还有良好的磁学性质，可用于制造高压容器、火箭等关键部位的零部件、机械振荡器、电流脉冲变压器、磁泡器件等。非晶态软磁材料则可以用来制造录音机、录像机的磁头、磁带。

从理论上说，任何物质只要它的液体冷却速度足够快，原子来不及整齐排列就凝固，那么原子在液态时的混乱排列被迅速冻结，就可以形成非晶态。但是，不同的物质形成非晶态所需要的冷却速度大不相同。例如，普通的玻璃液体只要慢慢冷却下来，得到的玻璃就是非晶态的。单一的金属则需要每秒高达1亿摄氏度以上的冷却速度才能形成非晶态。由于目前工艺水平的限制，实际生产中难以达到如此高的冷却速度，也就是说，单一的金属难以在生产上被制成非晶态。为了获得非晶态的金属，人们一般将金属与其他物质混合形成合金。这些合金具有两个重要性质：第一，合金的熔点远低于纯金属，例如纯铁的熔点为1538℃，而铁硅硼合金的熔点―般在1200℃以下；第二，液体状态的合金原子更加难以移动，在冷却时更加难以整齐排列，也就是说更容易被“冻结”成非晶体。例如，铁硼合金只需要每秒100万摄氏度的冷却速度就可以形成非晶态。

玻璃态金属有很多优点以及独特的功用，如：高强韧性、优良的磁性、简单的制造工艺等，人们赞扬它是“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”。美国、欧洲等国家和地区的研究人员称之为“21世纪的材料”。我们在日常生活中接触的非晶态材料很多，如采用非晶态合金制备的高耐磨音频视频磁头在高档录音机、录像机中被广泛应用，采用非晶态合金的高尔夫球杆、钓鱼杆也已经面世。迄今为止，国内外非晶合金开发最多的是作为软磁材料的一类。它们是由铁磁性元素(铁、钻、镍或者它们的组合)和类金属元素(硅、硼、碳，也叫做玻璃化元素)等组成的。非晶态软磁材料在图书馆或超市中被做成条带夹在书籍或者商品中，也可以做成商品标签。如果尚未付款，货品就被带出，则在出口处的检测装置会发出报警信号。非晶合金还被大量应用在电力系统。

航天方面，现在卫星收集太阳能维持运转的伸展机构大多使用的是高分子有机材料，存在易挥发和易老化的问题，会给整个系统运转造成障碍，因此，耐腐蚀、抗撞击、耐冷热的金属玻璃有可能在未来成为理想的候选材料。

军事方面，由于其优异的力学性能，金属玻璃可用来制造反坦克的动能穿甲弹。金属玻璃和钨复合制成的穿甲弹头，密度高、强度大、穿甲性能好，具有自锐效应，也具有贫铀弹头的高绝热剪切敏感性，有望取代对人类健康和环境造成严重危害的贫铀弹。

超强金属玻璃

无机非金属材料篇10

关键词：食品机械；腐蚀；选材

食品是人类生存中必不可少的，食品行业的发展对人们的生活水平和经济的发展都是有很大的影响的。在进行食品加工中，食品机械是必备的设备，食品机械在设计、制造、选材和防腐蚀方面都要进行很多的研究，只有这样才能更好的使食品生产技术得到提高。食品机械在使用的过程中非常容易出现腐蚀的情况，对出现的腐蚀情况一定要进行很好的研究，找到食品机械腐蚀的机理，然后对食品机械应该采取何种金属材料进行制造找到解决的方法。

1 食品机械的腐蚀机理

在进行食品生产过程中，进行生产的物料在性质上是存在着很大的差异的，很多材料是带有酸性的，有些则是带有碱性的，有些物料本身就是酸的，或者是碱的，这样在进行食品生产过程中，这样物料都会给生产的机械带来一定的影响。很多的生产物料在生产的时候要和机械直接进行接触，这样非常有可能对金属材料产生腐蚀作用。很多的食品在生产过程中要处于水、盐、高温的情况进行生产，这样就使得生产机械出现恶劣的工作环境下，这样就加快金属的腐蚀速度。对生产物料进行更好的掌握，可以更好的掌握腐蚀的机理，找到更合理的选材，同时也可以针对生产进行有效的防腐措施。预防和控制各种物料对食品机械设备的腐蚀是食品机械防腐的重点。食品生产过程中物料对机械设备进行腐蚀主要是通过化学腐蚀和电化学腐蚀两种。

1.1 化学腐蚀

化学腐蚀主要针对的是金属表面和非电解质发生的纯化学反应引起的损坏。化学腐蚀主要发生在干燥以及非电解质溶液中，它的反应特点是金属表面的原子和非电解质中的氧化剂发生氧化还原反应，形成腐蚀产物。在化学腐蚀过程中，电子的传递在金属和氧化剂之间，这样在腐蚀中是不会出现电流的。食品工业中用来储存和运输液态非电解质的设备受到的腐蚀通常都是化学腐蚀。食品生产过程中经常会出现物料的分解情况，在这个过程中会出现二氧化碳和氧化物，这样也会引起金属的化学腐蚀情况。在化学腐蚀中，高温情况下的气体腐蚀是最严重的。

1.2 电化学腐蚀

电化学腐蚀是机械金属表面和电解质溶液发生的电化学反应引起的损坏，在反应的过程中会出现电流。在电化学反应中要有至少一个阳极反应和一个阴极反应。阳极反应是一个氧化的过程，阴极反应是一个还原的过程。在金属腐蚀中出现的电化学反应和原电池的反应是非常相似的，同样会发生多相的氧化还原反应。将同一种金属浸入到不同的溶液中是会出现不同的电位，在有介质的容器中，电化学腐蚀的强度是比化学腐蚀更加严重的，同时危害也更加大。金属在潮湿的情况会出现大气的腐蚀，同样在酸碱溶液中也是会出现腐蚀的，不同的金属在接触了不同的溶液时出现的电化学腐蚀情况也是不同的。食品机械在使用的过程中会常常在潮湿的空气中，同时也会和酸碱溶液接触，这样都会导致电化学腐蚀的发生。

1.3 影响腐蚀的因素

食品机械在生产过程中会有很多的因素导致腐蚀情况的出现，首先是金属材料因素，在进行食品机械制造的时候，通常使用的金属材料都是合金结构材料，在制造过程中使用纯金属的情况非常少见，同时也是因为纯金属的材料在制造过程中成本是非常高的。使用合金结构制造出来的食品机械在耐腐蚀方面是非常差的。金属的表面越粗糙，其耐腐蚀性就越差，粗糙的金属表面会存在着缝隙处，这样非常容易接触空气，也非常容易受到液体的腐蚀。机械在制造的时候，要求一定要保持表面的光滑，同时也保证表面的平整性。这样不仅仅是为了保证机械的美观性，同时也是为了提高材料的耐腐蚀性，在进行食品生产的时候也能保证食品的卫生情况。金属材料出现变形的情况也是非常常见的，在这种情况下，受到腐蚀的时候损坏情况会出现增大的情况。其次是腐蚀介质的因素，食品介质的浓度、稠度和性质度机械的耐腐蚀性都是有很大影响的，在食品生产过程中，很多的食品天添加剂是有明确规定的，食品添加剂在浓度上出现问题以后导致金属腐蚀情况的加重。

金属在不同介质在酸性、中性和碱性中发生的腐蚀过程各不相同。例如，铁在碱性溶液中较稳定，而在酸性和中性溶液中不稳定；铝在酸性和碱性溶液中不稳定，但在中性溶液中稳定。食品生产中无论是酸性或碱性反应生成的产物都具有腐蚀性。最后是设备结构因素，不合理的结构会导致内应力、受热不均匀，出现局部过热的情况，异种金属相互接触、间隙、槽孔、死角、不致密性等不利因素，促使产生腐蚀源或使腐蚀扩展。因此，合理正确的结构设计是控制腐蚀的一种有效措施。

2 食品机械的合理选材

制造食品机械的材料不仅仅要满足机械的性能，同时要保证食品生产过程中对环境的要求，要保证食品生产的卫生情况，在耐腐蚀方面要非常的主要，因此，在食品机械制造中，对材料要非常主要。

2.1 金属材料的选用

食品机械中很多的材料都是不锈钢材的，这种材料可以更好的抵抗食品介质的腐蚀，同时在食品生产中有很好的性能。在进行机械生产中，不锈钢材料在进行加工和焊接的时候，性能是非常好的，不锈钢材料逐渐成为了金属材料的首要选择。但是这种材料在使用的时候，价格是非常昂贵的，这样在进行机械制造的过程中，就要减少不锈钢材料的用量，而且可以主要在与食品物料接触的零件上使用。在进行食品机械制造的时候，对于设备承载负荷的构件可以采用普通的铸铁来进行生产。机械制造过程中将普通的碳钢材料进行耐腐蚀处理，可以更好的降低生产成本。在进行表面防腐蚀处理的时候，采用的方法是有很多的，主要有电镀、氧化、磷化、油漆、塑料喷涂、金属喷镀、珐琅层等。机械中与食品直接进行接触的部分可以采用塑料喷涂的方式来进行，在喷涂材料上可以选择环氧树脂、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等，这些材料在进行食品生产的时候稳定性是非常好的。这样可以更好的保证食品生产不会受到影响。

2.2 非金属材料的选用

在食品机械中，非金属材料的选用，是降低设备生产成本的又一有效途径。选材时必须满足刚强度、化学稳定性、耐腐蚀性、加工性能的要求，同时必须考虑食品生产所用介质的卫生要求，尤其是直接与食品接触的材料应保证对人体无毒害，且无异味，不得与食品发生化学反应，造成食品污染。目前，食品机械常用的非金属材料有，陶瓷、搪瓷、玻璃钢、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、环氧树脂等，陶瓷承受挤压应力的能力较承受拉伸应力的能力强，对高温无机酸和有机酸的作用稳定，对苛性碱、氢氟酸的作用不稳定，搪瓷的耐腐蚀性好，且具备较高的机械性能，但是搪瓷设备不能遭激冷，设备激冷时会造成搪瓷层破裂。破璃钢适宜于制造食品机械的防护罩等结构。各种聚合物多用来作保护性涂层。

3 结束语

食品生产过程中，机械是必备的生产工具，但是，机械在使用的过程中经常会出现腐蚀的情况，机械出现腐蚀的情况不仅仅会影响生产的效率，同时对食品的卫生情况也会进行影响。针对食品机械出现腐蚀的问题，要进行分析，找到腐蚀出现的机理，然后对机械的制造材料进行改进，这样更能保证食品生产的安全。

参考文献