无机非金属材料中的无铅化研究进展孟祥田

无机非金属材料中的无铅化研究进展孟祥田

孟祥田

神华准能资源综合开发有限公司010300

摘要：目前，大多数无机非金属材料都含有一定量的铅。然而，铅对人体健康和环境都是有害的，随着生活水平的提高，人们越来越重视生活质量，尤其是无害的材料的使用，已逐渐成为一种趋势，所以在材料行业全球范围今天一直在研究新的无铅材料。本文中介绍“一步酸溶法”生产氧化铝过程产生的废物白泥制作超白玻璃废物利用，同时对无机非金属材料中的无铅化研究进展进行论述。

关键词：超白玻璃

1前言

超白玻璃的特性

超白玻璃是一种高透过率的低铁玻璃，透过率在91%以上，含铁量低于120ppm，也称低铁玻璃，是一种高品质、多功能的新型高档玻璃。目前超白玻璃最重要的市场是高档建筑物及其装饰，今后超白玻璃的主要市场将是薄膜太阳能电池。

和普通浮法玻璃相比，超白浮法玻璃生产工艺难度较高，主要体现在两个地方：一是玻璃中铁的含量控制困难；二是在原料熔化过程中，产生的气泡难于消除。目前世界上主要供应商有日本旭硝子、板硝子、美国PPG、法国圣戈班、英国皮尔金顿等；国内供应厂家有限，目前仅金晶科技（引进PPG技术）形成大批量生产能力，可以稳定供货。南玻、信义和中航三鑫刚开始生产供货，但开发的技术还不够成熟，质量和供货能力均不稳定。

无机非金属新材料的兴起是为了我们国家军事的发展，之后由于对无机非金属的研究深入，从当今材料工业的发展趋势来看，无机非金属新材料及其复合材料，已在不少领域逐步取代传统材料，比如汽车制速、城市建设等行业中无机非全属材料取代全属材料的趋势很明显。在无机非金属材料的发展过程中，无铅化研究是不可避免的。无机非金属材料的前身是硅酸盐材料，是在上个世纪40年代开始兴起，在短短的几十年里，由于各类新功能产品的开发，给社会带来了巨大的价值，已迅速成为世界三大通用材料，主要包括耐火材料，玻璃、陶瓷等新型无机材料，它们具有高硬度、耐高温、防水、耐腐蚀等优点，是一种无机固体材料，结构紧凑，但也有一些缺点，如抗拉强度低、韧性差等。

2无机非金属新材料产业发展

经过30多年的发展，我们已经形成一支素质高、研究开发能力强的科技队伍。仅六个专业科研设计院所就拥有2500余名工程技术人员。其它科研院所、高等院校和企业也有相当数量的科技人员。我们还拥有技术较先进、功能配套的检测仪器设备和试验基地。可以说，我们已完全其备了无机非金属材料科研和开发应用的攻坚实力。

事实上，我们国家也已经相继研发出一批十分有前途的产品。据粗略统计，目前已经研制出八大类产品，已经开发了3500多品种。这些产品在我们国家的各个行业都有帮助，已广泛应用于国民经济各个领城，并有部分产品打入国际市场，很受国内外用户赞赏。可是目前面临的问题是，多数产品还是属于小批生产的范围，还没能有形成的产业，这种“小企业”还不具备大规模去开拓市场、占有市场的能力。

虽然，目前我国无机非金属新材料为建材行业创造的产值相时说来还很小，但是，由于它推动众多行业技术进步和提高国民经济惊人发展水平的直接或是间接经济效益是难以估算的。而多数无机非金属新材料及其制品的开发，又具有投资不大、收益快等特点，因而它们为建材行业创造财富的潜力是很大的[1]。一般说来，建设一条人造水晶、人造金刚石、玻璃纤维滤材、特种密封材料或手糊制品等生产线，当年投资，当年即可收益。而对于无机非金属新材料，出口创汇前景是也是很好的。

3无机非金属材料的应用

目前无机非金属新材料应用

无机非金属新材料基本上属高新技术产业，同时它又反过来促进、提高新技术产业的发展。比如，导弹头部要求能承受大气摩擦所引起的超高温，尾气管材料要能承受高速燃气流的强大压力和冲击。在这些方面，传统的金属材料是无能为力的，而无机非金属新材料及其复合材料却能够很好的胜任。而对于通讯方面，光导纤维也已经进入实用阶段，它正在引起信息的传输和通讯方式的革命。

在国外，无机非金属新材料的发展，大都经历了从国防军工及高技术领域向民用领城转移的过程。如最初在火箭导弹上已经应用，现在来说已广泛应用于船舶、建筑和化工等等方面，随着电子产业的发展，无机非金属材料中压电水晶，在钟表、彩电和电子玩具等民用领域的用途逐渐增加。总之，无机非金属新材料的发展，将推动高、新技术的发展，并影响着一个国家科学技术及国民经济的综合发展水平，无机非金属新材料在国民经济各部门中的地位和作用将越来越重要，这是毫无疑问的。

4无铅化无机非金属材料

4.1超白玻璃

超白压延玻璃按厚度主要分为普通、超薄、极超薄等。

神华氧化铝中试厂生产氧化铝所产生的白泥，废物利用经过提纯改良利用其富集的硅酸盐制作出的超白玻璃以其优越的物理、机械及光学性能，可像其他优质浮法玻璃一样进行各种深加工。如钢化、镀膜、彩釉、热弯、夹胶、中空装配等，在高档建筑和太阳能利用方面有重要的用途。

4.2水晶玻璃也被称为无铅晶质玻璃，广泛应用于各种高档水杯、餐具、灯具、首饰、工艺品等。铅水晶玻璃因其折射率高、密度高、音质脆等优点而被广泛应用于各种装饰产品中。发展无铅水晶玻璃最常用的方法是引入一种折射率较高的氧化物，以达到与铅晶质玻璃几乎相同的效果。例如氧化蹄、氧化钡等。然而，这些材料的透明性和熔化温度与铅化合物有很大不同，所以这些物质产生的无铅结晶玻璃很容易产生条纹等缺陷。

无铅电子真空玻璃包括电光源、电子管、阴极射线管、显示器和其它类型的电子器件基板。在电光源和电子管封接玻璃中，低碱硅酸硼体系通常是基本原料。阴极射线管，尤其是高清晰度显像管、X射线辐射随电压的增加而增强，为了满足保护要求，需要加入一定量的如Pb0之类重金属氧化物。显像管和投影管玻璃密封性能的要求也更高，通常为了达到膨胀系数、电绝缘性、热性能，也会将Pb0加入其原料中，因为铅化合物具有最相似的性质。

无铅玻璃焊料通常用于玻璃、陶瓷、金属、铁氧体和其他材料相互熔接在一起时，有非晶态焊料和结晶焊料之分。无铅非晶焊料玻璃通常根据焊接部件的膨胀系数使用不同类型的玻璃组合物系统。例如，在SiO2-B2O2-RO-R2O系统主要目的是降低玻璃的软化点，和B2O2-ZnO-V2O2系统不仅具有低的线膨胀系数，而且具有较低的软化温度。无铅焊料玻璃是指在焊接过程中产生一定程度结晶的玻璃。与非晶玻璃相比，软化温度升高。

4.3无铅陶瓷

无铅陶瓷主要指无铅压电陶瓷。近年来，无铅压电陶瓷得到了广泛的发展，并在人们生活的各个方面得到了广泛的应用。目前，无铅压电陶瓷的发展趋势：更新生产技术，如陶瓷的微观结构，可以显示出单晶体的一些特性；压电陶瓷系统模型：压电铁电理论和无铅压电陶瓷的研究结合在一起，在无铅压电陶瓷中充分利用压电铁电的理论。根据有关学者的分析，通过X射线分析，可以知道X的值是在0.06和0.10之间时，陶瓷材料的压电性能是最好的。当x的值正好为0.06时，陶瓷在热冲击过程中会发生一系列的变化，这将影响陶瓷的整体性能。

无铅压电陶瓷的研究有很多，如溶胶-凝胶法、水热法和熔盐法。溶胶-凝胶法是由金属醇盐或无机盐制成的。水解和缩合后，溶胶溶液形成，然后固化。然后，在热处理后形成无铅压电陶瓷。水热法是在封闭的环境中，水溶液的反应体系，溶液被加热到其沸点，使环境形成高压系统，在这种环境下合成与制作出无机材料。熔盐法比上述两种方法简单。熔盐是在相对较低的反应环境中和较短的时间内生产相对纯净粉末的方法。该方法操作简单，不需要其他专用仪器，反应时间短，所得到的杂质杂质少。

5结束语

综上所述，从当今材料工业的发展趋势来看，无机非金属材料及其复合材料的使用越来越多。无机非金属材料的无铅化是发展的必然趋势，随着研究人员的不断努力，国内外学者已经做了许多研究并取得了很大的进展，但无铅非金属材料工业尚未扩展到各个方面。然而，我们相信，在科学和广大科技工作者的共同努力下，我国将在无铅无机非金属材料研究的更大的进步。

参考文献

[1]张超邓显伟.无机非金属材料课程在复合材料专业中的教学探索[J].教育教学论坛.2016(44).

[2]朱秀许桂生刘锦峰.无铅压电材料的研究进展[J].中国材料进展.2017(04).

[3]闫冬.无机非金属材料行业的发展趋势[J].科技资讯.2010(22).

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