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无机非金属材料中的简史及发展
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无机非金属材料中的简史及发展
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## 无机非金属材料中的简史及发展

公元前6000～前5000年，中国发明了原始陶器。中国商代（约前17世纪初至前11世纪）有了原始瓷器，并出现了上釉陶器。公元200年（东汉时期）的青瓷是已知发现最早的瓷器。陶器的出现促进了人类进入金属时代。中国夏代炼铜用的陶质炼埚是已知最早的耐火材料。铁的熔炼温度远高于铜，故铁器时代的耐火材料相应地也有很大发展。18世纪以后，钢铁工业的兴起，促进耐火材料向多品种、耐高温、耐腐蚀方向发展。玻璃制品亦有非常悠久的历史。距今5000～6000年前的古埃及文物中即发现有绿色玻璃珠饰品，中国白色玻璃珠亦有近3000年的历史。公元初期罗马已能生产多种形状的玻璃制品。1000～1200年间，玻璃制造技术趋于成熟，意大利的威尼斯成为玻璃工业中心。17世纪以来，由于用工业纯碱代替天然草木灰与硅石、石灰石等矿物原料生产钠钙硅酸盐玻璃，各种日用玻璃和技术玻璃迅速进入普通家庭、建筑物和工业领域。在距今5000～6000年的古代建筑中已使用石灰和石膏等气硬性胶凝材料。公元初期有了水硬性石灰和火山灰胶凝材料。1700年以后制成水硬性石灰和罗马水泥。但是用人工方法合成硅酸盐水泥制品还只有100多年的历史。1824年，英国人J.阿斯普丁（Aspdin）发明用硅酸盐矿物和石灰原料经高温煅烧制成波特兰水泥（又称硅酸盐水泥），从而开始了高强度水硬性胶凝材料的新纪元。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要成分均为硅酸盐，因而长期以来，在学术界和工业界将其称为硅酸盐材料。18世纪工业革命以后，随着建筑、机械、钢铁等近代工业的兴起，无机非金属材料发展迅猛，出现了电瓷、化工陶瓷、金属陶瓷、平板玻璃、化学仪器玻璃、光学玻璃、平炉和转炉用的耐火材料和快硬早强等性能优异的水泥。发展了研磨材料、碳素及石墨制品、铸石等。20世纪中期以后，随着微电子、航天、能源、计算机、激光、通信、光电子、传感、红外、生物医学和环境保护等新技术的兴起，促进了先进无机非金属材料的发展。其在化学组成上远远超出了硅酸盐材料范围，扩展到了其他氧化物、氮化物、硼化物、碳化物、硫系化合物和钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等无机化合物。已有相当一些在其组成中已完全不含氧化硅，如刚玉瓷、镁质耐火材料、磷酸盐和硼酸盐光学玻璃等。而且在一些制品（如氧化锆陶瓷）的组成中，氧化硅反倒成为有害的杂质而必须严格控制。在国际上因陶瓷历史悠久，且应用广泛，内部显微结构涵盖了各种无机非金属材料结构，因此常用广义的陶瓷表示无机非金属材料。21世纪，航天、航空、能源、信息、生物医学和环境保护等技术的发展，又对无机非金属材料的性能和功能提出了新的要求，同时，无机非金属材料的技术水平对这些技术的发展也具有决定性的影响。与有机高分子材料和金属材料相比，无机非金属材料在耐高温、耐磨损、高硬度、抗氧化、光学与电学性能、高温稳定性等方面具有优势，是高性能发动机、高速飞行器、大功率集成电路、高功率微波器件、大功率激光器、储能电池、核反应堆、新型光源、高温净化器、轻量化透明防弹、红外窗口等材料的发展基础和制约瓶颈。材料科学的发展已经从宏观走进微观，从定性描述走进定量描述。随着超级计算机、人工智能的普及，大数据技术的发展，无机非金属材料的研究和制备方式也将发生革命性的变化。数字化技术将贯穿于材料的分子结构、微观结构的设计，实验、工程放大和生产的全部过程，材料的研制速度显著加快，复杂部件制造、个性化制造、材料制备的可控性水平大幅提升。材料基因组工程、自动化实验、三维打印技术等正是围绕这一技术发展趋势而开展的研究和探索。随着石墨烯、纳米碳管、介孔材料、超材料等新结构、新材料不断涌现，材料性能也将发生革命性的提升。