汽車用的非金屬有哪些？

無機非金屬材料種類繁多，名稱各異，用途各異，因此無機非金屬材料沒有統壹完善的分類方法。它們通常分為兩類:普通(傳統)和先進(新)無機非金屬材料。傳統無機非金屬材料是工業和基本建設不可缺少的基礎材料。比如水泥是壹種重要的建築材料；耐火材料與高溫技術密切相關，尤其與鋼鐵工業的發展密切相關；各種規格的平板玻璃、儀器玻璃、普通光學玻璃，以及日用陶瓷、衛生陶瓷、建築陶瓷、化工炻器、電瓷等，都與人們的生產生活息息相關。它們產量大，用途廣。其他產品，如搪瓷、磨料(碳化矽、氧化鋁)、鑄石(輝綠巖、玄武巖)等。)、碳素材料和非金屬礦物(石棉、雲母、大理石等。)也屬於傳統的無機非金屬材料。20世紀中期以來，新的無機非金屬材料得到了發展，它們具有特殊的性能和用途。它們是現代新技術、新產業、傳統產業技術改造、現代國防和生物醫藥不可或缺的物質基礎。傳統陶瓷，包括高級陶瓷、非晶材料、人造水晶、無機塗料和無機纖維，在中國有著悠久的歷史，是中華民族古老文明的象征。Xi安秦始皇陵出土的大量陶制兵馬俑氣勢磅礴，栩栩如生，被認為是世界文化的奇跡和人類文明的寶庫。唐代的唐三彩和明清的景德鎮瓷器久負盛名。傳統陶瓷材料的主要成分是矽酸鹽。自然界中有大量的天然矽酸鹽，如巖石和土壤，還有許多礦物，如雲母、滑石、石棉和高嶺石等，都屬於天然矽酸鹽。此外，為了滿足生產和生活的需要，人們還生產了大量的人造矽酸鹽，主要包括玻璃、水泥、各種陶瓷、磚瓦、耐火磚、水玻璃和壹些分子篩。矽酸鹽產品性質穩定，熔點高，不溶於水，用途廣泛。矽酸鹽制品壹般由粘土(高嶺土)、應時和長石經高溫燒結而成。粘土的化學成分為Al2O3 2SiO2 2H2O，應時為SiO2，長石為Na2O Al2O3 6SiO2(鉀長石)或Na2O Al2O3 6SiO2(鈉長石)。這些原料都含有二氧化矽，所以矽和氧的結合是矽酸鹽晶體結構中最重要和最基本的。矽酸鹽材料是壹種多相結構材料，含有結晶部分和無定形部分，但結晶部分是主要部分。矽酸鹽晶體中的矽氧四面體[SiO _ 4]是矽酸鹽結構的基本單元。在矽氧四面體中，矽原子通過sp雜化軌道與氧原子成鍵，Si-O的鍵長為162 pm，比Si和O的離子半徑之和短，所以Si-O鍵的成鍵比較強。(2)精細陶瓷精細陶瓷的化學成分已經遠遠超出了傳統矽酸鹽的範圍。比如透明氧化鋁陶瓷、耐高溫氧化鋯陶瓷、高熔點氮化矽(Si3N4)、碳化矽(SiC)陶瓷都是無機非金屬材料，是傳統陶瓷材料的發展。精細陶瓷是為了適應社會經濟和科學技術的發展而發展起來的。信息科學、能源技術、航空航天技術、生物工程、超導技術、海洋技術等現代科學技術需要大量具有特殊性能的新材料，促使人們開發精細陶瓷，在超硬陶瓷、高溫結構陶瓷、電子陶瓷、磁性陶瓷、光學陶瓷、超導陶瓷、生物陶瓷等方面取得了良好的進展。下面舉幾個例子簡單介紹壹下。高溫結構的陶瓷汽車發動機壹般采用鑄鐵鑄造，耐熱性有限。由於需要使用冷卻水進行冷卻，熱能損失嚴重，熱效率只有30%左右。陶瓷發動機如果采用高溫結構陶瓷，發動機的工作溫度可以穩定在1 300℃左右，由於燃料燃燒充分，沒有水冷系統，熱效率大大提高。用陶瓷材料做發動機，還可以減輕汽車重量，對航天工業更有吸引力。用高溫陶瓷代替高溫合金制造飛機上的渦輪發動機會更好。目前，許多國家的大型汽車公司已經試用了非制冷陶瓷發動機汽車。中國也在1990組裝了壹臺，並完成了試運行。陶瓷發動機的材料是氮化矽，機械強度高，硬度高，熱膨脹系數低，導熱性好，化學穩定性高，是壹種很好的高溫陶瓷材料。氮化矽可以用許多方法合成。在工業上，高純矽與純氮在1 300℃反應得到:3Si+2N2→Si3N4 (1 300℃)。除了氮化矽，還有碳化矽(SiC)、二氧化鋯(ZrO2)和氧化鋁。透明陶瓷壹般來說，陶瓷是不透明的，但是光學陶瓷像玻璃壹樣透明，所以叫透明陶瓷。壹般陶瓷不透明的原因是內部有雜質和氣孔。前者能吸收光線，後者散射光，所以不透明。因此，如果選擇高純度的原料，通過技術手段消除氣孔，就可以得到透明陶瓷。早期通過這種方式獲得透明氧化鋁陶瓷，後來陸續開發出燒結白剛玉、氧化鎂、氧化鈹、氧化釔、氧化釔-二氧化鋯等多種氧化物系透明陶瓷。最近又開發了非氧化物透明陶瓷，如砷化鎵(GaAs)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、氟化鎂(MgF2)、氟化鈣(CaF2)等。這些透明陶瓷不僅具有優異的光學性能，而且耐高溫。壹般來說，它們的熔點都在2 000℃以上。如氧化釷-氧化釔透明陶瓷的熔點高達3 100℃，比普通硼酸鹽玻璃高1 500℃。透明陶瓷的重要用途是制造高壓鈉燈。其發光效率是高壓汞燈的兩倍，使用壽命達到20000小時。它是最長的高效電光源。高壓鈉燈的工作溫度高達1 200℃，壓力高，腐蝕性強。用透明氧化鋁陶瓷成功地制作了高壓鈉燈。透明陶瓷比普通玻璃具有更高的透明度、強度和硬度。它們耐磨且耐刮擦。透明陶瓷可用於制造防彈車窗、坦克觀察窗、轟炸機投彈瞄準器和高級防護眼鏡。光纖從高純二氧化矽或應時玻璃熔體中拉出直徑約為100微米的細絲，稱為石英玻璃纖維。玻璃可以傳輸光，但是在傳輸的過程中，光的損耗很大，使用石英玻璃纖維大大降低了光的損耗，所以這種纖維被稱為光纖，是精細陶瓷的壹種。光纖可用於光纖通信。激光方向性強、頻率高，是光纖通信的理想光源。與無線電通信相比，光纖通信可以提供更多的通信信道，滿足大容量通信系統的需求。光纖壹般由兩層組成，內層叫內芯，直徑幾十微米但折射率高；外層稱為包層，折射率較低。從光纖壹端入射的光被內芯反復折射並傳輸到該端。由於兩層之間折射率的差異，進入內芯的光總是保持在內芯中傳輸。光的傳輸距離與光纖的光損耗有關。如果光損耗小，傳輸距離就長，否則就要用直放站放大衰減的信號。由最新的氟玻璃制成的光纖可以將光信號傳輸到太平洋的另壹邊，而不需要任何中繼站。在實際使用中，往往是成千上萬根光纖進行組合加固，使光纜像電纜壹樣，既提高了光纖的強度，又大大增加了通信容量。用光纜代替通信電纜可以節約大量有色金屬，每公裏節約銅1.1 t，鉛2 ~ 3 t。光纜具有重量輕、體積小、結構緊湊、絕緣性能好、使用壽命長、傳輸距離遠、保密性好、成本低等優點。光纖通信與數字技術和計算機相結合，可以用來傳輸電話、圖像、數據，控制電子設備和智能終端，起到替代通信衛星的作用。光損耗大的光纖可以短距離使用，特別適合制作各種人體內窺鏡，如胃鏡、膀胱鏡、直腸鏡、宮腔鏡等。對各種疾病的診斷和治療極為有益。生物陶瓷人體器官、組織因各種原因需要修復或重建時，選用的材料應具有良好的生物相容性，對機體無免疫排斥反應；血液相容性好，無溶血和凝血反應；不會引起新陳代謝異常；對人體無毒，不會致癌。目前已經開發出來的生物合金、生物聚合物、生物陶瓷基本可以滿足這些要求。這些材料制成了許多人工器官，並廣泛應用於臨床。但是，這種人工器官壹旦植入體內，就要經受體內復雜生理環境的長期考驗。比如不銹鋼，在室溫下是非常穩定的材料，但是植入人工關節，三五年後就會出現腐蝕斑，微量金屬離子會析出，這就是生物合金的缺點。有機高分子材料制成的人造器官容易老化。相比之下，生物陶瓷是惰性材料，耐腐蝕，更適合植入。氧化鋁陶瓷制成的假牙非常接近天然牙齒，在很多部位也可以用作人工關節，如膝關節、肘關節、肩關節、指關節、髖關節等。氧化鋯陶瓷具有比氧化鋁陶瓷更好的強度、斷裂韌性和耐磨性，還可用於制造牙根、骨骼和股骨關節。羥基磷灰石[CA 10 (PO4) 6 (OH) 2]是骨組織的主要成分，與骨具有良好的生物相容性，可用於頜骨和耳聽骨的修復及人工牙種植。目前發現用熔融法制作的生物玻璃，如CaO-Na2O-SiO2-P2O5，具有與骨結合的能力。陶瓷材料最大的弱點是脆性大，缺乏韌性，嚴重影響了其作為人工人體器官的推廣應用。陶瓷材料要想在生物工程中占據壹席之地，就必須考慮解決它的脆性問題。(3)納米陶瓷在陶瓷材料發展史上經歷了三次飛躍。這是從陶器到瓷器的第壹次飛躍；從傳統陶瓷到精細陶瓷的發展是第二次飛躍。這期間，在原材料、制備工藝、產品性能、應用等諸多方面都有了很大的進步和提高，但陶瓷材料的致命弱點——脆性並沒有得到根本解決。陶瓷細粉顆粒較大，屬於微米級(10 m)。有人用新的制備方法將陶瓷粉體的顆粒加工到納米級(10 m)，用這種超細粉體顆粒制作陶瓷材料，得到新壹代納米陶瓷，這是陶瓷材料的第三次飛躍。納米陶瓷具有延展性，有些甚至出現超塑性。比如室溫合成的TiO2陶瓷，可以彎曲，其塑性變形高達100%，韌性極佳。因此，人們希望發展納米技術來解決陶瓷材料的脆性問題。納米陶瓷被稱為21世紀陶瓷。普通無機非金屬材料的特點是抗壓強度高、硬度高、耐高溫、耐腐蝕。此外，水泥具有優異的膠凝性能，玻璃具有優異的光學性能，陶瓷具有優異的耐腐蝕性和介電性能，耐火材料具有優異的隔熱性能，這些都是金屬材料和高分子材料所無法企及的。但與金屬材料相比，它是壹種脆性材料，斷裂強度低，缺乏延展性。與高分子材料相比，密度更高，制造工藝更復雜。無機非金屬材料用作電子器件專用無機非金屬材料的特點:①各有特點。比如高溫氧化物的高溫抗氧化性；氧化鋁和氧化鈹陶瓷的高頻絕緣特性:鐵氧體的磁性:光纖的光傳輸特性；金剛石和立方氮化硼的超硬性能:導體材料的導電性能:快硬早強水泥的快凝快硬性能。②各種物理效應和微觀現象。比如光敏材料的光電性、熱敏材料的熱電性、壓電材料的力電性、氣敏材料的氣電性、濕敏材料的濕電性等材料具有物理和化學參數之間的函數轉換特性。③將不同性質的材料復合形成復合材料。例如:金屬陶瓷、高溫無機塗層、無機纖維和晶須增強材料。