无机非金属材料工程篇（1）

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。

无机非金属材料工程篇（2）

无机非金属材料专业主要培养具备无机非金属材料特别是建筑材料科学与工程方面的知识，能够从事该领域的科学研究、技术开发、工艺和设备设计、建筑施工、监理、技术及经营管理等方面的高级工程技术人才。学生通过系统学习及专业训练，掌握该领域的基础理论、专业知识和基本技能，研究无机非金属材料及其复合材料的组成、结构与性能之间的关系，探索无机非金属材料的制备、加工工艺技术及性能测试评价。笔者结合无机非金属专业的特点和毕业生的就业方向，探讨和研究无机非金属材料专业的专业课实验教学，从调整课程设置、修改教学内容、改进考核方法、加大实验室的开放力度等几个方面进行了探讨性研究，提出了改革方案，为无机非金属材料工程专业实验教学改革提供了理论依据。

一、专业实验课的设置及实验内容

在20世纪90年代，高等学校的课程设置和教学内容都进行了改进，无机非金属材料专业经过调整后，把原有的胶凝材料、水泥工艺学、混凝土工艺学等专业课程的实验课的内容，统一调整为无机材料测试技术专业课的实验内容，由于无机材料测试技术课程实验学时较少，删除了现在无机行业使用较少的材料实验内容，如，石灰的消解温度、产浆量；石膏的性质、细度的比表面测定方法等实验内容，增加了一些新型材料的实验内容，这样能使学生及时掌握无机材料科学发展的方向，也增强了学生适应社会的能力。但是新型材料的发展，离不开基础材料，基础材料在无机材料的发展中起着重要作用，新材料及复合材料的实验也是在基础材料实验的基础上有所发展的，拼命地追求新材料的实验内容，忽略了基础实验和传统的实验内容，使得无机非金属材料专业学生在完成本科毕业论文阶段明显感觉到实验动手能力不足，在毕业后的工作中，表现出缺乏基础实验技能的训练。所以，基础材料的实验教学在实验课教学中尤为重要，专业实验课的实验内容更应重视基础材料的内容。

二、专业实验实行独立设课，引导学生重视实验课

高等学校的学生存在一个普遍的现象，重视理论课和考试课，忽视考查课和实验课。这种现象是中国应试教育模式的延伸，在这种教育模式下，学生习惯了考试，不适应考核与考查。只有把实验课与专业课分开，独立设置成一门课程，进行单独考核，单独计入学分，才能引起学生足够的重视，从而提高学生的专业技能。

在建筑领域对无机非金属材料的研究越来越广，各种新材料、复合材料大量更新。实验内容和实验工作量越来越大，在原来的基础上增加实验内容远远满足不了实验课的需求，所以无机材料专业的专业实验课应独立设课。课程时间设置成一段时间（一周或两周），课程应分三个阶段，第一阶段：学生必修实验内容（基础实验）；第二阶段：教师布置实验内容（综合性、设计性实验内容）；第三阶段：学生自主设计实验内容。通过这三个阶段的学习，学生能够把本科阶段的专业课以及专业基础课的内容贯穿起来，形成一个系统的知识链。

三、加大实验室的开放力度，培养学生的动手能力

要满足实验课独立设课的要求，实验室必须进行全面的开放，满足学生的实验需求。

在学生实验集中阶段，首先选一些验证性实验内容，并同时开放所有的实验室，学生可随时选做必修实验内容的任意一个，但是在规定时间内必须完成所有的必修内容。在这一阶段，要求学生熟悉必修试验项目涉及的实验仪器、原理、操作方法及国家的相关技术规程，掌握必修实验材料的技术性质。通过这一阶段的实践，使学生掌握基础材料的实验方法和评定方法，培养学生的动手能力。在第一阶段结束后，提交实验报告，教师布置下一阶段实验任务，这一过程也是必修内容，教师给定几个综合性试验或者设计性试验题目，学生分组选择后进行实验方案的设计，经教师同意后进行试验并写出实验报告。这一过程提高了学生的实验方案设计能力。最后，由学生根据自己的兴趣爱好提出实验题目、设计实验内容，经教师同意认可后，自行进行试验并提交报告。

学生经过这样一个过程后，使理论知识和实践技能有了衔接，同时也是对各门专业课知识的一个系统的总结，不但提高了理论水平，而且提高了学生的动手能力。

四、注重学科交叉渗透，开设综合性实验，提高学生的专业素质

无机非金属材料学涉及多学科领域，所以在专业实验教学过程中，应注重学科知识的交叉渗透。利用综合性试验项目，把许多相关的学科知识进行融合，使学生掌握相关知识，把理论与实践进行衔接。

在国家开展本科教学水平评估以来，学校为了提高本科教学质量，要求本科毕业设计题目是一人一题，不允许出现雷同论文。本科毕业设计时间持续一个学期，由教师命题，学生自主选择，然后根据自己的论文题目，设计实验方案。由于论文命题都是结合教师的科研内容和研究方向定的，所以实验内容除无机材料学外，还包括有机化学、无机化学、声、光、电、力学等多学科的方方面面。这时大多数学生显得很盲目。使学生在专业试验阶段掌握这些相关的实验内容，开设综合性试验、设计性试验就显得尤为重要。综合性、设计性试验能使学生对所学知识和感兴趣的知识进行整合和改进，在实验过程中掌握实践技能，培养学生的专业素质。

专业实验课改革和实践是一项长期的工作，它涉及相关学科的方方面面，是一项系统而艰巨的任务，必须寻求各方面的支持和帮助。无机非金属材料工程专业的毕业生分布在科研、生产、检测等不同领域，要使毕业生都能在自己的岗位上熟练地发挥自己的特长，充分发挥自己的潜能，是我们教学研究要达到的目的。为了达到这一目的，就要不断进行教学研究，探索无机非金属专业的教学改革和建设，培养学生理论联系实际的能力，增强分析问题、解决问题的能力，开发学生的潜在能力，把学生培养成实用型人才。

参考文献：

[1]陈桂华.材料化学专业实验教学研究[J].洛阳师范学院学报，2009：150-151.

[2]张刚.环境科学专业实验课教学改革探讨[J].实验室科学，2009（2）：44-46.

无机非金属材料工程篇（3）

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.

无机非金属材料工程篇（4）

“卓越工程师培养计划”是指高等学校培养具有工程师基本能力、并有获得工程师执业资质或者工程师职称潜力的后备工程师。借鉴世界先进国家高等工程教育的成功经验，创建具有中国特色工程教育模式，通过教育和行业、高校和企业的密切合作，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，培养造就一大批创新能力强、适应企业发展需要的多种类型优秀工程师。通过实施“卓越工程师培养计划”，主动服务国家战略、服务社会需求。

一、无机非非金属材料专业特点

沈阳建筑大学是以建筑、土木等学科为特色，因此学校各专业人才培养的主要目标是围绕建筑、土木学科展开的。材料是土木工程实施的物质基础，二十一世纪建筑业迅猛发展，新材料、新工艺的不断更新，对材料的人才需求提出了新得挑战。因此无机专业的培养是为土木工程材料的研发、生产及应用等服务。

无机非金属材料工程专业人才应具备无机非金属工程材料相关领域的基础理论，掌握土木工程材料的研究开发、生产应用、工程施工管理质量检测的基本方法，实验技能和工程应用技术，能够从事各类土木工程材料的工程应用、质量检测及研究、开发和生产的高级工程技术人才。

二、卓越工程师培养模式研究的背景

教育部启动“卓越工程师教育培养计划”以来，以清华大学为首的61所高校成为第一批“卓越工程师教育培养计划”高校，2013年沈阳建筑大学无机非金属材料工程专业获批教育部第三批“卓越工程师教育培养计划”建设高校。

“卓越工程师培养计划”对于本科生制定通用标准和专业标准两方面要求。通用标准是指对所有工科学生的毕业生的基本要求。在通用标准的基础上，为满足各行业对工程技术人员职业资格要求，各行业根据具体专业特点制定工程型人才培养要求。本科层次卓越工程师工程能力的评价重点在学生分析和解决实际工程问题的能力、生产系统运行和维护能力、创新意识、新产品开发和设计能力、技术改造和创新能力等。因此培养计划的制定应围绕着专业特点和卓越工程师培养计划要求制定。

依据卓越工程师培养计划要求，通过对长安大学、西北建筑科技大学等多个“卓越工程培养计划，建设院校相关专业进行调研的基础上，修改制定了本校的专业培养方案。明确了本专业卓越工程师培养计划的定位，加强了实践环节的设置和过程管理，增加了工程界参与的深度，克服了理论和实践脱节的现象，保证了理论与实践环节的连续性。

三、培养模式的建设

1、优化培养方案：为了卓越工程人才培养计划的顺利实施，保证卓越工程师培养过程中有足够的工程实践训练，首先调整教学培养方案的进程，调整理论课内容至五一六学期完成，专业实验和课程设计调整到第七学期的13-20周。通过对课程进程的调整，保证卓越培养计划的学生有足够时间参与工程实践和顶岗实习。其次修改教学内容，增设了设计性实验内容和顶岗实习实践，调整校内的实验教学内容和方式，并聘请了企业工程技术人员作为导师，强化实践环节的过程管理。

2、加强实验实践教学过程建设：

教学实验实践主要是指与通识课程和专业课程相关联的各种课程教学需要的实验实践、以及专门实验课的实验实践。实践场地以校内的各种基础实验室、工程训练中心和专业实验室为主，以校外实践基地为辅。通过校内外导师联合培养和强化实践环节的过程管理，训练学生的工程实践能力和创新思维。

（1）强化校内教学实验体系建设

培养方案增加了综合、设计性实验内容。在现有专业实践教学内容基础上，对于“卓越工程培养计划”的学生增加了4周的材料设计试验，材料设计实验以土木工程背景下的新型建筑材料发展的热点问题进行，实验内容强调开发设计性、综合性和创新性实验，实验内容灵活多样，学生可自行选择。增加课程设计部分的工艺设计内容，同时工厂设计采取局部和整体结合的方式，学生根据生产工艺进行组合设计，创新探索新的生产工艺的可行性，让学生掌握行业发展动态。

（2）凸显专业特点的实习实践教学环节

顶岗实习实践是加强学生实践能力训练的另一个重要的实践教学环节。无机非金属材料工程专业依托建筑行业背景，结合现代的建筑产业的发展趋势，建立了具有行业特色卓越工程师培养计划校外实践教学体系建设，

首先是以混凝土生产及应用为主线的实践教学。中建商品混凝土有限公司是国内商品混凝土行业内的领军企业，具有鲜明的行业特点，契合无机非金属专业的培养方向，企业可为学生的生产实践提供了良好的践基地和大量的就业机会，使学生实践能力培养和工作培训融合，缩短了学生适应岗位能力的时间。本专业第一批学生已经顺利完成顶岗实习，并取得良好的效果。

其次是以建筑装配式产业化生产为主线的实践教学。装配式建筑是国家近几年推荐的新型建筑结构形式，住建部已经在沈阳开展了试点，并逐步在多个撑死推广。在这种行业需求下，学院与沈阳亚泰装配式建筑有限公司建立了校外实践基地，引导部分学生参与到装配式建筑设计、生产和应用过程，培养符合装配式建筑设计生产应用复合型人才。

此外与辽宁秦恒科技、恒威水泥，利盟高科等建立了一批实习实践基地，这些实践基地为学生提供了建筑行业背景下的特色培养需求。

校外实践基地是对校内实践训练的有益补充，是实践教育环节的重要组成部分。基于无机非金属材料专业结构和特色优势，实践体系的建设思路是：以建筑行业为背景，以水泥混凝土生产应用为主，结合玻璃、陶瓷、建筑装配式化等建立培养面向建筑领域的工程技术人才的实践教育体系。

（3）增加与企业相关毕业设计的环节

无机非金属材料工程篇（5）

0 引言

人类的发展历史证明，在人类生存和发展中，主要的物质基础就是材料，现代文明基础的重要支柱就是材料工业和能源。材料工业的发展在人类社会发展中占据着比较重要的位置，人们常常将主要的材料体系分为四个：一是金属材料；二是有机高分子材料；三是无机非金属材料；四是复合材料等。无机非金属材料是由比较传统的硅酸盐材料形成的，对于现代来说，无机非金属材料得到了较大规模的扩展，涉及从最早的硅酸盐领域到现在的碳化物、卤化物以及磷酸盐等等多个方面的领域。

1 无机非金属材料的结构以及特性

无机非金属材料的相关元素结合力主要分为三种，一是离子键；二是共价键；三是离子共价键的结合。这种化学键具有的高键较强的特点，就会给材料带来一些主要的特性，一是熔点高；二是具有较高硬度；三是较强的耐磨损性能；四是很高的强度；五是较好的抗氧化性能，六是良好的导电性能；七是较好的透光性；八是铁电性能；九是铁磁性能；十是具有一定的压电性能。

2 无机非金属材料的发展

无机非金属材料主要分为两大类，一是比较传统的无机非金属材料；二是新型无机非金属材料。传统的无机非金属材料主要有四类：一是水泥和一些相关的制品；二是玻璃和一些相关的制品；三是日常能够遇到的陶瓷；四是电瓷和磨料等等，它们不仅和人们的生活有密切的联系，同时还和生产有着联系，也是工业以及基础建设过程中不能缺少的材料之一。新型无机非金属材料不仅具有一些比较特殊的功能，同时也是具有一定用途的材料，它是现代新技术和产业、生物工程中都不能缺少的物质基础，主要有非晶体材料、人工晶体等等。无机非金属材料都是在高温的情况下才能够制成的，产生高温的主要来源就是能源，由此可以看出，无机非金属材料在一定程度上和能源相关的工业具有一定的联系。

3 相关行业技术状况的分析

随着人类文明以及科学技术不断的发展，无机金属材料工业也在不断的发展起来，我们主要介绍一下无机非金属材料在相关能源行业技术状况。

3.1 陶瓷工业

随着经济不断的发展，先进技术得到了比较广泛的使用，发展了具有现代技术的窑车式隧道窑，不仅产品的质量得到了比较大的提高，还降低了能源损耗，同时也减少了工人的劳动强度，对生活的环境起到了一定的改善作用，并在窑车的基础上进行不断的改造，最后推出了像步进窑以及气垫窑等等。辊道窑的使用，促进了烧成的速度，辊道窑在进行烧成的过程中，要求也是比较严格的，使其实现了全自动控制的相关操作，在一定程度上对人力资源起到了节省的作用。使用高质量的燃料对其进行烧成，并会烧制成高质量的产品，大多数的厂家都会抛弃传统的燃料，转而使用比较洁净低污染的燃料，减少了对环境的污染。

3.2 水泥工业

随着对水泥生产的工艺进行不断的改善和发展，产生了充分利用现代技术的科学管理方法，同时制造出新型的干法回转窑系统，水泥的生产开始朝向高质量、低料消耗和低热消耗以及低电消耗等方面发展。随着水泥窑单机生产的规模不断扩大，产生了一种新的干型法水泥回转窑生产的相关系统，它在水泥生产的整个过程中占有着比较重要的位置，可以进一步对生产的能耗进行降低，促进了生产效率的提高，符合低消耗生产的发展规律。由此可以看出，传统的无机非金属材料已经朝向低污染、高增长的方向发展。

3.3 新型无机非金属材料

针对新型无机非金属材料来说，虽然在用量上不是很大，但它所具有的特殊性能会在一定程度上满足各种比较特殊的需求，随着经济和科技不断的发展，人们对其进行了比较深刻的研究，在一定程度上扩宽了其发展的领域。现在的使用范围主要分为：一是纳米材料上的应用；二是梯度材料上的应用；三是超导陶瓷材料上的应用；四是电压陶瓷材料上的应用；五是生物陶瓷材料上的应用以及仿生材料上应用；六是复合新技术材料生的应用等等。

3.4 无机非金属能源材料

从无机非金属能源材料和与其相关比较密切的能源工业方面来看，无机非金属材料在工业上用的主要就是燃料以及电能，燃料主要是在工业的生产上进行应用，电能主要在新型的无机非金属材料生产的过程中进行有效的应用。相对来说燃料是一次性能源，而无机非金属行业经常用到的燃料主要是煤、天然气、以及城市煤气等等。煤的燃烧会给环境带来一定的污染，而天然气对环境污染的程度相对来说是比较小的。

4 总结

大多数的无机非金属工业在生产的过程中，使用的都是非清洁的燃料，在生产消耗上有较大的浪费，热效率相对来说也是比较低的，由此可以看出，能源是不能够进行持续发展的，在一定程度上也会给环境带来污染。同时生产过程中使用的也是一些不可再生的资源，这样就会导致资源枯竭的可能，所以要找到一种新的能源进行替补，才能保护我们赖以生存的环境，促进国民经济健康发展。

【参考文献】

[1]徐宏，黄伟，程存康，古宏晨.钛乙二醇盐的制备及其在聚酯缩聚催化与原位功能复合中的应用[C]//北京：科技、工程与经济社会协调发展――中国科协第五届青年学术年会论文集，2004，25（12）：130-138.

[2]吴冬梅.悬浮液进样电感耦合等离子体原子发射光谱在无机非金属材料分析中的应用[D].华东师范大学，2007，23（02）：135-140.

无机非金属材料工程篇（6）

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。

无机非金属材料工程篇（7）

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).

无机非金属材料工程篇（8）

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).

无机非金属材料工程篇（9）

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.

无机非金属材料工程篇（10）

中图分类号：TH122 文章编号：1009-2374（2017）11-0104-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.11.053

1 概述

机械设备在日常生活中无处不在，大到飞机、火车、轮船、各种工程设备，小到手机、手表、各种电子产品等，都属于机械设备。在机械制造过程中，设计是第一步。而在机械设计中，材料的选择又是非常关键的一环。材料选用合理是实现机械产品价格合理、质量耐用、产品寿命长的基础。在历史上，一种新材料的问世，往往会开辟一个新的时代。例如，人类掌握了青铜的冶炼技术以后，就进入了青铜器时代；掌握了炼铁技术后，人类进入了铁器时代。从20世纪下半叶到21世纪初，又有很多新材料相继问世，如碳纤维复合材料、石墨烯、钛合金等，每一种材料的出现都会给工业，特别是机械制造业带来革命性的变化。下面本文就浅显地谈一谈机械设计中材料的选用问题。

2 常见材料的分类

目前在机械制造中应用的材料主要有四类，即金属材料、无机非金属材料、有C高分子材料和复合材料。下面分别叙述：

2.1 金属材料

金属材料是现代社会中使用非常广泛的一类材料，从汽车、飞机、轮船，到手机、打火机等机械产品，都有金属材料的身影。金属材料按照颜色分，可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要有三种：铁、锰和铬，其他金属如金、银、铜等均为有色金属。按照密度来分，可以分为轻金属和重金属，轻金属有铝、镁等，重金属有铜、汞等。

2.2 无机非金属材料

无机非金属材料包括陶瓷、氮化硅、玻璃、氮化硼、金刚石、石墨、碳化硅等，这类材料一般具有硬度高、抗压强度高、耐腐蚀等特点，但是许多材料价格偏高，容易脆断。这类材料使用相对较少，主要用于制造密封性原件、显示屏等。

2.3 有机高分子材料

有机高分子材料主要是塑料、橡胶以及合成纤维。塑料自从发明以来，便得到广泛的应用。它价格便宜、轻便、耐腐蚀，具有一定的强度，还可以与碳纤维等制成玻璃钢等复合材料。在机械制造中，塑料应用相当广泛，主要用于机械外壳、导线绝缘层等。

2.4 复合材料

复合材料是从20世纪末开始兴起的一类新型材料，它是通过化学或物理的方法将两种或两种以上的材料进行复合，最终得到具有特定应用性能、满足不同工艺要求的材料。目前应用得比较多的复合材料有碳纤维、玻璃钢等，这些材料密度小、强度高、韧性好，应用前景广阔。相信随着科技的发展，这些材料还会得到更多的应用。

3 机械设计中材料选用的原则

3.1 注重材料的经济性与适用性

所谓经济性与适用性，就是选材要量体裁衣，根据机械产品的质量要求、用途以及机械制造过程中的铸造工艺、装配工艺和焊接工艺等环节的要求，选择既能满足要求，又价格低廉的材料。比如，在金属材料中，钢铁的价格是很便宜的，因此在选材时，在满足要求的前提下，可以尽可能地选择钢铁。再比如，铜和铝都是电的良导体，铜的电阻率比铝更小，但是铝的价格比铜便宜许多，当满足需要时，尽量选用铝而不是铜作导电材料。这样就可以在保证产品质量的前提下实现最大的经济效益。

3.2 在选材时考虑节能与环保因素

节能与环保是21世纪以来全球广泛关注的话题，我党提出了“绿色发展”“人与自然和谐相处”等议题。在机械设计中，尤其要重视节能与环保。尽量选择可再生、易回收、环境友好的材料。在选材过程中，要优先选用可再生资源材料，优先选用环境友好材料，优先选用便于回收的材料。例如在选用塑料时，要避免选用不可降解的塑料，在可行的前提下优先选用可降解塑料。再比如，尽量减少金属材料等不可再生资源的使用，尝试用可再生资源代替。

4 机械设计中材料选用的几点注意事项

机械设计中材料的选择应用直接影响到机械产品的实用性能。在进行机械加工过程中，首要前提是满足机械设计的要求，在此基础上考虑资源供应的可靠性、材料的功能与特性等。基于此，下文针对不同材料的特点对其选择及应用进行了分析。

4.1 材料的荷载能力要满足要求

材料的荷载能力是材料性能的一个非常重要的方面，也是非常基础的一个方面。如果荷载能力达不到要求，材料在加工过程中就有可能发生断裂、失效等情况。即使在加工过程中没有出现故障，在使用中也很容易出现故障，缩短机械设备的使用寿命。在根据荷载能力选材时，材料的荷载能力需留有一定的余量或者说安全系数，这个安全系数具体是多少，要根据使用场合来确定。越是重要的场合，越是对安全要求高的场合，安全系数越大。如果所选材料的荷载能力不清楚，则需要用实验的方法进行测试。

4.2 尽量避免选用有毒有害的材料

有一些材料会对周围环境造成危害或者危害人体健康，比如金属铅、镍、汞，还有一些塑料等，这些都容易对环境造成污染。在机械设计中，要尽量不用或者少用这些材料。如果必须要选用这些材料时，要采取一定的措施，防止这些有害物质进入环境当中。

4.3 尽可能选择便于回收或可再生的材料

到目前为止，构成机械产品的大部分材料都是金属材料，其中最常见的就是钢铁。而金属资源属于不可再生资源，其在地球上的蕴藏量也是很有限的。因此对资源特别是金属资源的回收利用就成了一个值得研究的课题。金属材料的种类很多，比如钢材的种类就有很多种，低碳钢、中碳钢、高碳钢、各种合金钢等。每一种金属材料的回收难度是不同的，有的容易回收，而有的回收起来则比较困难。在机械设计中，在同等条件下，要尽可能选用回收方便的材料，让资源得以回收

利用。

当然，也可以尽可能地选用可再生材料代替不可再生材料。比如在一些场合使用塑料代替金属材料。

4.4 尽可能选用加工过程中资源消耗少、环境友好的材料

在材料选用过程中，不仅要考虑材料的荷载能力、材料本身的资源属性、材料本身对环境的影响，还要考虑将材料制成产品的过程中，加工过程、加工工艺是否节能环保。例如，现在的许多金属材料，在加工过程中需要进行热处理，而热处理过程消耗的能源等资源较多，对环境的污染也偏大，如果能够选择在冷和热轧状态下仍可保持较好性能的材料，就可以避免热处理过程，从而节约资源，保护环境。如果不能找到理想的材料，加工过程中不得不使用热处理，那也要尽量选用操作流程方便的材料，从而减少资源的消耗和对环境的

破坏。

5 结语

材料是机械制造的基石，材料的合理选用对于机械产品的质量、成本、寿命等都有巨大的影响。随着科学技术的发展，新的材料在不断被发现、发明，新材料在不断推动人类社会的进步。作为一名机械制造领域的从业者，要密切关注材料科学的发展，敢于尝试使用新的材料、新的技术，只有这样才能推动机械制造行业不断向前发展。

参考文献