無機非金屬材料工程

無機非金屬材料工程

普通高等學校本科專業
主要學習陶瓷、玻璃、水泥、半導體、無機晶體、複合材料等各類新型無機材料與傳統材料的成分、微觀結構、制備工藝與宏觀性能之間關系的基礎理論與研究方法,材料的生産原理、工藝過程與設備,各類無機非金屬材料的技術開發、工藝設計、質量評價和性能優化的理論與實踐。旨在培養掌握材料科學與工程基本理論,具備無機非金屬材料的研究開發能力及材料性能與結構檢測評價和工藝設計技能的高素質專門人才。
    中文名:無機非金屬材料工程 主要課程:無機非金屬材料概論 主要專業實驗:材料工藝性能實驗 學制:四年 學位:工學學士

發展曆程

1986年,《高等學校工科本科專業名稱對照表》中,無機非金屬材料由調整前的無機非金屬材料、無機材料、無機材料科學與工程、無機非金屬材料科學與工程、新型無機材料、膠凝材料、水工建築材料、矽酸鹽材料、無機材料工程、技術陶瓷、高壓電瓷、電瓷材料和膠凝材料及制品合并而來 。

1993年,《普通高等學校本科專業目錄新舊專業對照表》中無機非金屬材料(080206)由原無機非金屬材料(工科0404)和建築材料與制品(工科1112)合并而來   。

1998年,《普通高等學校本科專業目錄新舊專業對照表》中無機非金屬材料工程(080203)由無機非金屬材料(080206)、矽酸鹽工程(080207)和複合材料(部分)(080210)合并而來   。

2012年,《普通高等學校本科專業目錄新舊專業對照表》中無機非金屬材料工程專業代碼由080203調整為080406   。

2020年2月,在教育部發布的《普通高等學校本科專業目錄(2020年版)》中,無機非金屬材料工程專業隸屬于工學、材料類(0804),專業代碼:080406  。

專業簡介

作為四大材料中(鋼鐵、有色、有機和無機非金屬材料)工業之一的無機非金屬材料工業在中國經濟建設中起着重要的作用。無機非金屬材料不僅在品種上有了空前的發展,而且在内涵上有了進一步的延伸。根據無機非金屬材料功能與作用的不同,可以将無機非金屬材料劃分為傳統無機非金屬材料(建築材料)和無機非金屬新材料。

專業培養具備無機非金屬材料及其複合材料科學與工程方面的知識,能在無機非金屬材料結構與分析、材料的制備、材料成形與加工等領域從事科學研究、技術開發、工藝和設備設計,生産及經營管理等方面的高級工程技術人才。

專業特色

面向國民經濟建設主戰場,為國家制造業培養合格的具備金屬材料方面基本技能的應用研究型人才,本專業具有學士、碩士學位授予權和工程碩士授予權,學生畢業後可以在材料設計開發、産品制造業從事技術、管理等方面的工作,也可以從事相關研究工作。采用先進的教學模式,部分課程采用外語(雙語)教學,在強化學生專業基礎知識的同時,注重培養學生的工程實踐能力、科學研究實踐能力和創新能力,培養學生計算機應用能力。

培養目标

本專業培養具備無機非金屬材料及其複合材料科學與工程方面的知識,能在無機非金屬材料結構研究與分析、材料的制備、材料成型與加工等領域從事科學研究、技術開發、工藝和設備設計、生産及經營管理等方面工作的高級工程技術人才。

文化素質和創新能力培養

1、增強學生文化素質的培養。教學計劃中開設文化素質類課程,同時開辟第二課堂,營造工科院校的文化氛圍,豐富文化生活,提高文化品位,使學生受到優良的校園文化的熏陶。2、鼓勵學生參加各種有益于身心發展的文娛、體育及各種文學藝術類社團組織的活動,參與多種形式的生産、社會實踐和人文社科類系列講座或培訓,并取得相應的學分。3、努力培養學生的創新意識和創新能力,加強學生現代設計思想、方法和科研能力的訓練以及科學思維方法的教育,把培養創新能力融合于教學的全過程之中。此外,在二、三年級選拔一些基礎好、能力強的學生,指定專業教師指導其科研訓練,從中發現部分有個性和專長的學生,培養學生的創新能力。4、鼓勵和支持學生參加科學研究和學術活動 

培養規格

本專業學生主要學習無機非金屬材料及複合材料的生産過程、工藝及設備的基礎理論、組成、結構、性能及生産條件間的關系,具有材料測試、生産過程設計、材料改性及研究開發新産品、新技術和設備及技術管理的能力。

畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力:

1.掌握無機非金屬材料學及複合材料學的基礎理論。

2.掌握材料制備工藝原理和材料結構性能與生産工藝的關系。

3.掌握無機非金屬材料及複合材料的工業生産過程和設備等方面的專業基礎知識。

4.掌握複合材料的合成與改性方法。

5.掌握聚合物加工流變學、成型加工工藝和成型模具設計的基本理論和基本技能。

6.掌握本專業所必需的機、電、微型計算機應用的基本知識技能。

7.具有制品的工業生産、質量控制和技術管理的初步能力。

8.具有正确選用材料、設備并進行工藝設計的能力。

9.具有研究改進材料性能、開發新材料、新制品、新工藝的初步能力。

10.具有工程優化設計的初步能力。

專業前景

就業方向

水泥、玻璃、混凝土、建築陶瓷等建築材料業是無機非金屬領域中最大、最成熟的産業之一。例如我國2013年水泥産量24.1億噸,平闆玻璃7.8億重量箱,商品混凝土11.7億立方米,均在億的級别上,而整個建築材料業營收6.3萬億元。所以,以水泥廠、玻璃廠、陶瓷廠、建築施工等企業是吸納無機非金屬材料,尤其是傳統無機非金屬材料專業人才的主要場所。

不過,由于無機非金屬材料的含義越來越寬泛,所以無機非金屬材料專業人才就業并不僅限于此。

半導體行業是另一個無機非金屬領域中較為龐大的行業,整個行業營收也在數萬億級别。研究方向為半導體材料的同學可以考慮前往電子元器件企業、半導體材料制造以及研發單位、半導體照明等半導體相關企事業單位。電池業的規模也相對較大。研究方向為電池材料的同學可以考慮電池材料生産、電池制造等電池業、新能源車、光伏制造業相關企事業單位。其他像晶體、特種陶瓷等研究方向,行業規模相對較小,對人才需求也較小。

一些前沿新材料,像超導材料、納米材料、石墨烯等等,也屬于無機非領域。所以無機非人才也可以前往相關高校、研究院從事新型無機非金屬材料研究工作。

發展方向

無機非金屬材料在國民經濟建設中的作用和地位

作為四大材料中(鋼鐵、有色、有機和無機非金屬材料)工業之一的無機非金屬材料工業在中國經濟建設中起着重要的作用。無機非金屬材料不僅在品種上有了空前的發展,而且在内涵上有了進一步的延伸。根據無機非金屬材料功能與作用的不同,可以将無機非金屬材料劃分為傳統無機非金屬材料(建築材料)和無機非金屬新材料。

傳統的無機非金屬材料材料品種繁多,主要是指大宗無機建築材料,包括水泥、玻璃、陶瓷與建築(牆體)材料等。其産量占無機非金屬材料的絕大多數。建築材料與人們的生活質量息息相關。新型無機非金屬材料是指具有如高強、輕質、耐磨、抗腐、耐高溫、抗氧化以及特殊的電、光、聲、磁等一系列優異綜合性能的新型材料,是其它材料難以替代的功能材料和結構材料。無機非金屬新材料具有獨特的性能,是高技術産業不可缺少的關鍵材料。例如稀土摻雜石英玻璃廣泛應用于導彈、衛星及坦克火控武器等激光測距系統,耐輻照石英玻璃應用于各種衛星及宇宙飛船的姿控系統;光學纖維面闆和微通道闆作為像增強器和微光夜視元件在全天候兵器中得到應用;航空玻璃為中國各類軍用飛機提供了關鍵部件。

二氧化矽氣凝膠是最輕的固體材料,也是導熱系數最低的材料,被廣泛開發應用于管道、設備保溫。是人工晶體材料中激光、非線性光學和紅外等晶體,用于彈道制導、電子對抗、潛艇通訊、激光武器等。特種陶瓷中,耐高溫、高韌性陶瓷可用于航空、航天發動機、衛星遙感,可制作特殊性能的防彈裝甲陶瓷及特種纖維及用于電子對抗等。已開發了近四千種高性能、多功能無機非金屬新材料新品種。這些高性能材料在發展現代武器裝備中起到十分重要的作用。

國際發展趨勢

近些年,随着科學技術的進步,無論是傳統無機非金屬材料,還是無機非金屬材料都有了一些新的發展趨勢。

生态與環保意識加強,建立科學的評價體系,實現可持續發展西方發達國家在促進傳統無機非金屬材料産業健康、可持續發展方面的采取了許多重要措施。世界發達國家十分重視建材工業的可持續發展與綠色評價。生态評價也成為世界可持續發展的一個重要手段。許多國家正在進行“生态城市”的建設與實踐,推廣建築節能技術材料,使用可循環材料等,改善城市生态系統狀況。由此,提出了綠色建材、環保建材與節能建材的概念,并開展了大量的研究與實踐工作。與西方發達國家相比,中國還存在很大的差距,特别是缺乏立法支持與技術标準的指導以及相應組織的管理與監督,使中國的傳統無機非金屬材料工業發展還有很大的提升空間。面對資源和環境對中國經濟發展的嚴峻考驗,國民經濟的可持續發展戰略顯得愈加重要。

學科發展

節能、降耗

傳統的無機非金屬材料工業是能源消耗大戶,在世界能源日益短缺的今天,如何生産節能、降耗,以及如何生産出高質量的建築節能、保溫産品是建材工業發展的重要趨勢。選擇資源節約型、污染最低型、質量效益型、科技先導型的發展方式。新型牆體材料、高質量門窗、中空玻璃将大量應用。向着提高材料性能、使用壽命的方向發展。低壽命設計、大量重複建設已經嚴重制約城市建設的發展。現代化建築需要高性能建築材料的支持,而提高建築的耐久性又對建築材料的使用壽命提出了更高的要求。

向大型化發展

無論是水泥工業、玻璃工業,還是陶瓷工業,單條生産線的生産能力有大型化的趨勢。生産線的大型化可以有效提高産品的質量,降低能源消耗。

智能化方向

建築的智能化需要建築材料的支持。随着技術的進步和生活水平的提高,建築材料的安全性智能診斷等智能技術将更多的應用于建築中。

複合化、多功能化

複合材料具有單一材料所無法滿足的使用功能,是建築材料的發展趨勢,對建築材料的功能要求越來越趨向于多功能化。

在美國、日本、西歐等所有發達國家在其科技發展戰略中都把無機非金屬新材料的發展放在優先發展的重要位置。例如,美國為了保持在高技術和軍事裝備方面的領先地位,在先後制定的《先進材料與技術計劃(AMPP)》和《國家關鍵技術報告》中,新材料為六大關鍵技術之首,而無機非金屬新材料占有相當比例;日本發表的《21世紀初期産業支柱》所列的新材料領域的14項基礎研究計劃中,其中七項涉及無機非金屬新材料的研究領域。

例如發達國家十分重視複合材料産業化生産和應用技術研究。通過關鍵技術的突破,實現材料的産業化;産業化應用,促進了技術的成熟和創新;應用新材料刺激新産業的産生,創造出新的應用領域。

差距問題

傳統無機非金屬

中國無機非金屬材料工業的發展中存在很多問題,特别是傳統的無機非金屬材料與國外先進水平有非常大的差距,主要有:

(1)産品等級低

在傳統無機非金屬材料中,無論是水泥、玻璃還是陶瓷的産品等級普遍偏低。例如:發達國家的水泥熟料強度一般都在70MPa以上,而我國平均強度僅為50MPa。我國高等級水泥(ISO≥42.5)僅占18%,大量生産的是中、低等級水泥(ISO≤32.5),而很多發達國家的高等級水泥占90%以上。

(2)資源消耗高

在資源的消耗方面,水泥和陶瓷工業更為突出。由于大量的無序開采,未能充分利用有限資源,造成了極大浪費。例如:生産水泥熟料的主要原料是相對優質的石灰石,其化學成份須滿足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。中國符合水泥生産要求,可以使用的量僅約250億噸。目前每年生産水泥消耗的優質石灰石約5.5億噸,因此該儲量僅可生産水泥熟料約200億噸,僅能提供約40年的水泥生産需要。

(3)能源消耗高

在建築材料的生産過程中,要消耗大量的能源。例如:水泥工業每年消耗标煤9106萬噸,電力650億度。中國水泥生産能耗遠高于世界先進水平,以每噸熟料的綜合能耗計算,世界先進水平為117Kg标煤,中國為173.5Kg标煤,高出達50%以上。在國外,全氧燃燒技術已經在玻璃行業中得到了較為廣泛的應用,而僅有為數不多玻璃纖維生産線使用了該項技術。

(4)環境污染嚴重

水泥工業每年排放溫室氣體CO2約5.55億噸、SO268.6萬噸、NOx約206萬噸;目前其他先進國家平均噸熟料的粉塵排放<1Kg,而我國高達13Kg,全國水泥生産年排放的粉塵竟高達1000萬噸以上。

(5)單線生産規模小,落後工藝大量存在

以懸浮預熱和預分解技術為核心技術的“新型幹法”工藝,是目前世界水泥工業普遍采用的最先進的現代化水泥生産技術。日本有96%、意大利96.5%、韓國100%、泰國90%的水泥産量采用這種新型幹法生産線,而我國僅為15%。我國水泥制造業處于先進工藝與落後工藝并存的複雜狀态。在玻璃行業,中國浮法玻璃生産線的平均生産規模為450噸/天,而西方國家的法玻璃生産線的平均生産規模為550噸/天。而且在玻璃産品的品質上與國外相比有非常的差距。

無機非金屬

雖然中國無機非金屬新材料取得了很多成就,但由于中國無機非金屬材料研制、開發至産業的形成起步較晚,底子薄,投入強度小等原因,使之與發達國家相比,仍有較大差距。

(1)基礎研究和關鍵技術落後

中國的無機非金屬新材料是從試制起步的,發展過程也主要是随從于型号的需要進行。由于時間、人力的限制,加之中國長期以來對基礎研究重視不夠,投入較少,無機非金屬材料的系統的基礎非常薄弱。

(2)材料性能低、品種少、批生産質量不穩定

雖然中國已基本上建立了無機非金屬材料的研究、開發與部分産品的生産體系,但材料的品種尚不齊全,一些重要工程的關鍵配套材料還須進口。性能低、質量差的問題仍然存在,而且在進行批量生産時質量不穩定、成品率低、效益差的問題嚴重,必須下大力氣解決。例如,電磁屏蔽玻璃目前我國隻能達到屏蔽85dB的水平,而美國已達到110dB。我們在屏蔽波段範圍等方面遠遠不能滿足國防工業發展的需要。而航空玻璃方面高強、多功能(隐身、防激光等)圓弧整體風擋在中國還剛起步研究,極大的制約了我國航空工業的發展。

(3)制備技術落後

無機非金屬新材料工業,不但制備技術落後,而且生産能力低,效率低,直接影響高科技産品質量(性能)、成本、能耗等三個方面。例如,國外工業發達國家玻璃纖維生産大都采用800-6000孔漏闆池窯拉絲法生産,已占總量95%以上,無紡材料全部用池窯法生産,坩埚拉絲法早已被淘汰,而中國現有的池窯拉絲大部分采用800-2000孔生産技術,4000孔技術正在開發,坩埚拉絲還沒有完全淘汰,與國外相比還有較大的差距。中國纖維增強複合材料機械化生産隻占40%,60%仍采用落後的手工成型,與工業發達國家差距甚大。又如集成電路(IC)石英擴散管的制備技術,國内采用的單機間歇氣煉生産技術隻能提供100mm以下IC管,而國外采用一步法連熔拉管技術,生産∮200~300mm大口徑石英管供大規模集成電路用,使我國IC用石英擴散管失去競争能力,完全依賴進口。

(4)技術裝備落後

目前中國無機非金屬新材料制備技術與裝備明顯落後,造成研制周期長、新産品發展困難,預研成果不能及時進入工程化研究,即便生産也會出現成品率低、規模小,經濟效率差等問題。

對策建議

針對中國無機非金屬材料工業的現狀,要實現其快速、健康、穩定的發展,就必須開展以下幾個方面的工作。

(1)加強政府在建材工業發展和産業結構調整中的政策引導;

(2)加強資源綜合利用和環境保護的立法并嚴肅執法;

(3)促進形成若幹個有國際競争力的大型建材工業集團,建立以企業為主體的新型建材工業科技創新體系,促進産、學、研結合;

(4)加強“綠色”和節能型建材工業的應用基礎研究,加強建材工業實驗基地建設,促進工程技術創新;

(5)強化行業管理,建立科學、先進、合理的标準體系,建立産品質量認證制度,發揮行業協會、學會和各類中介機構的作用;

(6)應盡快制定适應我國市場經濟發展和科研體制和政府體制改革的科學、有力的政策措施和管理體系,加大投資力度和項目審計,以保證無機非金屬新材料研究、開發和生産的健康發展;

(7)應根據需求牽引和科技推進的原則,并結合無機非金屬材料科學體系特點,統籌兼顧、協調發展,合理安排中長期科研項目。應重視和加強基礎研究,充分注意相關領域科技前沿,提高我國無機非金屬新材料的科技水平和開發能力;

(8)為适應無機非金屬材料的飛速發展,必須加快人才的培養,不斷革新無機非金屬材料教育的課程設置和教材,盡快反映本領域和相關領域不斷增加的新知識。應重視以基本的物理、化學原理為基礎,加強原始創新,研究探索有應用前景的未知新材料、研究新材料的合成、制備,特别是用基礎分析和計算機建模、微觀尺度結構控制、仿生等方法,發展具有創新意義的高性能低成本無機非金屬新材料。應加強新設備、包括重大儀器的研究和裝備,沒有先進的儀器、裝備就不可能在材料的科技前沿進行研究開發工作。

另外,任何材料都必須經曆工程化、實用化的過程。教育與培養一批工程能力突出、實踐能力強的高素質人才,已經成為高等教育的重要内容。在學生的培養過程中,加強實踐環節的教學是必由之路。與此相對應的實踐教學與工程訓練必須進行相應的改革,以适應對人才培養的要求。

開設學院

地區

院校名錄

北京

北京科技大學

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天津

天津工業大學

天津城建大學

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河北

河北工業大學

燕山大學

華北理工大學

唐山學院

石家莊鐵道大學四方學院

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河南

河南科技大學

河南工業大學

洛陽理工學院

河南城建學院

河南城建學院

河南理工大學 [16] 

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山東

青島科技大學

齊魯工業大學

山東建築大學

山東交通學院

山西

中北大學

太原工業學院

山西工程技術學院

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陝西

長安大學

陝西科技大學

西安科技大學

西安工業大學

内蒙古

内蒙古建築職業技術學院

内蒙古科技大學

内蒙古工業大學

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遼甯

遼甯大學

沈陽建築大學

大連工業大學

沈陽化工大學

遼甯工程技術大學

遼甯科技大學

沈陽理工大學

遼甯石油化工大學

營口理工學院

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吉林

吉林大學

長春理工大學

吉林建築大學

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黑龍江

哈爾濱理工大學

黑龍江科技大學

齊齊哈爾大學

佳木斯大學

上海

華東理工大學

上海大學

東華大學

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江蘇

蘇州大學

南京工業大學

蘇州科技大學

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安徽

合肥工業大學

安徽工業大學

安徽理工大學

安徽建築大學

合肥學院

安徽科技學院

滁州學院

巢湖學院

安徽建築大學城市建設學院

蚌埠學院

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江西

南昌航空大學

江西理工大學

景德鎮陶瓷大學

萍鄉學院

景德鎮陶瓷大學科技藝術學院

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湖北

武漢理工大學

湖北大學

武漢科技大學

武漢工程大學

湖南

中南大學

湖南科技大學

南華大學

湖南工業大學

湖南工學院

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重慶

重慶科技學院

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四川

四川輕化工大學

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貴州

貴州大學

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廣東

韶關學院

韓山師範學院

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廣西

桂林理工大學

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甘肅

蘭州理工大學

西北民族大學

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