无机非金属材料工程

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无机非金属材料工程【无机非金属材料工程】无机非金属材料工程，主要培养具备无机非金属材料科学基础理论与工程专业知识，能够从事无机非金属材料工业的项目规划、设计、生产加工、研究开发，具有较强的科学实验能力和计算机能力，素质优良，富有创新精神的高级工程技术专业人才。
基本介绍中文名：无机非金属材料工程
外文名：Inorganic non-metallic materials engineering
成熟产业：水泥、玻璃、混凝土、建筑陶瓷等
授予学位：工学学士
开设院校：北京科技大学等
培养目标要求培养目标无机非金属材料工程，主要培养具备无机非金属材料科学基础理论与工程专业知识，能够从事无机非金属材料工业的项目规划、设计、生产加工、研究开发，具有较强的科学实验能力和计算机能力，素质优良，富有创新精神的高级工程技术专业人才。培养要求本专业学生主要学习无机非金属材料及複合材料的生产过程、工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及生产条件间的关係，具有材料测试、生产过程设计、材料改性及研究开发新产品、新技术和设备及技术管理的能力。课程设定主要课程：无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、无机非金属材料概论、无机材料热工基础、硅酸盐岩相学、材料科学基础、粉体工程、无机非金属材料工艺学、材料研究和测试方法等。主要实践教学环节：无机、有机、分析、物化等四大基础化学实验、材料科学实验、金工实习、认识实习、生产实习、毕业实习、课程设计、毕业设计及毕业论文。主要专业实验：材料物化性能、材料工艺性能实验、材料晶相分析等课程体系（一）通识教育课程主要让学生掌握本专业必需的、系统的、扎实的数理基础理论知识，具备较强的外语套用能力、计算机技术套用能力和良好的身心素质和思想道德文化素质。大学物理实验、计算机实训、英语自主学习以及思政教育第二课堂等实践环节穿插其中。除这些实践教学环节外，学生还将进行《专业认知与实践》项目的训练，让学生了解作为工程师对知识、能力及素质的具体要求，了解本专业核心知识内容与实际产品的联繫，从设计工程师的角度去面对即将开始的专业课程学习，建立所学与所用之间的联繫。最后并就某一具体项目或题目，结合实习参观,从市场分析、技术需要分析开始，就项目构思、概念设计等方面进行初步训练。（二）大类学科基础与专业基础课程是为增强学生的工程实践基础知识和让学生掌握大材料核心知识点而设定。一部分课程涉及到化学、工程图学、机电、传热传质等方面的工程技术知识与技能的学习和实践。另一部分则涉及到材料的组成结构、性能、表征及製备等方面知识的学习和实践。前者涉及到的实践教学环节有化学实验基本技能训练、计算机绘图实训、金工和电工实习等。后者除专业基础实训外，还将进行《材料科学与工程综合实践》项目训练。该项目涉及到的课程有“材料科学与工程概论”、“材料科学基础”、“材料研究方法”及“材料物理性能”，涵盖的知识点材料组成、结构、性能及表征等内容。项目与课程同步进行，实现“学中做”和“做中学”两者有机结合。（三）专业与专业方向课程的为体现专业特色而设定。主要有“胶凝材料学”、“混凝土学”、“建筑节能材料”、“无机非金属材料工艺学”、“无机材料生产设备”、“材料工厂设计概论”等核心课程。该课程群主要涉及到建筑材料组成、结构、性能、生产、工程套用等内容。在课程的学习过程中，学生还需完成涵盖课程群主要知识点的《水泥基材料设计与控制》和《建筑节能围护体系选择与评价》以及《材料工程设计》三个实践项目的训练（生产实习分散到各个项目中进行），达到构思—设计—实现—运作能力的训练。在所有课程学习完成后，在大四下还将完成《毕业设计/论文》项目的训练，达到综合训练的目的。（四）《形势与政策》、《大学生心理健康教育》、《安全教育》、《国防教育》、《就业创业》等课程不列入培养计画，由相关课程承担单位制定具体实施办法另行安排学制与学位修业年限：四年授予学位：工学学士专业特色本专业的毕业生专业基础理论扎实，专业涉及範围面广。系统学习了水泥、混凝土等传统无机非金属材料的工艺过程和工程实践知识及高性能无机新材料和複合材料的知识。开设院校武汉科技大学、长安大学、天津大学、瀋阳化工大学河南理工大学、辽宁大学、合肥工业大学、安徽理工大学安徽工业大学、同济大学、上海大学、广西大学四川大学、西南财经大学、南昌大学、河海大学苏州大学、重庆大学、吉林大学、中南大学武汉理工大学、华东理工大学、东华大学、大连理工大学太原理工大学、北京科技大学、盐城工学院、苏州科技学院江西理工大学、江苏大学、南京工业大学、景德镇陶瓷学院大连工业大学、瀋阳建筑大学、瀋阳理工大学大连交通大学、辽宁科技大学、瀋阳工业大学、中北大学、太原工业学院安徽建筑大学、合肥学院、巢湖学院、滁州学院、昆明理工大学西安建筑科技大学、陕西科技大学、长春理工大学、湖南科技大学长沙理工大学、湖南工业大学、吉林建筑大学、齐齐哈尔大学湖北工业大学、湖北大学、哈尔滨理工大学、长江大学、武汉工程大学黑龙江科技学院、河南科技大学、洛阳理工学院、河南城建学院闽江学院、兰州理工大学、内蒙古科技大学、青岛科技大学内蒙古工业大学、桂林理工大学、山东科技大学、山东理工大学、山东轻工业学院北京建筑工程学院、河北理工大学、燕山大学、河北工程大学石家庄铁道学院、唐山学院、贵州大学重庆科技学院、辽宁科技学院、太原工业学院、宿迁学院长春理工大学、佳木斯大学、南京工业大学、浦江学院华北水利水电大学光电信息学院学生就业水泥、玻璃、混凝土、建筑陶瓷等建筑材料业是无机非金属领域中最大、最成熟的产业之一。例如我国2013年水泥产量24.1亿吨，平板玻璃7.8亿重量箱，商品混凝土11.7亿立方米，均在亿的级别上，而整个建筑材料业营收6.3万亿元。所以，以水泥厂、玻璃厂、陶瓷厂、建筑施工等企业是吸纳无机非金属材料，尤其是传统无机非金属材料专业人才的主要场所。不过，由于无机非金属材料的含义越来越宽泛，所以无机非金属材料专业人才就业并不仅限于此。半导体行业是另一个无机非金属领域中较为庞大的行业，整个行业营收也在数万亿级别。研究方向为半导体材料的同学可以考虑前往电子元器件企业、半导体材料製造以及研发单位、半导体照明等半导体相关企事业单位。电池业的规模也相对较大。研究方向为电池材料的同学可以考虑电池材料生产、电池製造等电池业、新能源车、光伏製造业相关企事业单位。其他像晶体、特种陶瓷等研究方向，行业规模相对较小，对人才需求也较小。一些前沿新材料，像超导材料、纳米材料、石墨烯等等，也属于无机非领域。所以无机非人才也可以前往相关高校、研究院从事新型无机非金属材料研究工作。发展趋势无机非金属材料在国民经济建设中的作用和地位作为四大材料中（钢铁、有色、有机和无机非金属材料）工业之一的无机非金属材料工业在中国经济建设中起着重要的作用。无机非金属材料不仅在品种上有了空前的发展，而且在内涵上有了进一步的延伸。根据无机非金属材料功能与作用的不同，可以将无机非金属材料划分为传统无机非金属材料（建筑材料）和无机非金属新材料。传统的无机非金属材料材料品种繁多，主要是指大宗无机建筑材料，包括水泥、玻璃、陶瓷与建筑（墙体）材料等。其产量占无机非金属材料的绝大多数。建筑材料与人们的生活质量息息相关。新型无机非金属材料是指具有如高强、轻质、耐磨、抗腐、耐高温、抗氧化以及特殊的电、光、声、磁等一系列优异综合性能的新型材料，是其它材料难以替代的功能材料和结构材料。无机非金属新材料具有独特的性能，是高技术产业不可缺少的关键材料。例如稀土掺杂石英玻璃广泛套用于飞弹、卫星及坦克火控武器等雷射测距系统，耐辐照石英玻璃套用于各种卫星及宇宙飞船的姿控系统；光学纤维面板和微通道板作为像增强器和微光夜视元件在全天候兵器中得到套用；航空玻璃为中国各类军用飞机提供了关键部件。二氧化硅气凝胶是最轻的固体材料，也是导热係数最低的材料，被广泛开发套用于管道、设备保温。是人工晶体材料中雷射、非线性光学和红外等晶体，用于弹道制导、电子对抗、潜艇通讯、雷射武器等。特种陶瓷中，耐高温、高韧性陶瓷可用于航空、航天发动机、卫星遥感，可製作特殊性能的防弹装甲陶瓷及特种纤维及用于电子对抗等。已开发了近四千种高性能、多功能无机非金属新材料新品种。这些高性能材料在发展现代武器装备中起到十分重要的作用。国际发展趋势近些年，随着科学技术的进步，无论是传统无机非金属材料，还是无机非金属材料都有了一些新的发展趋势。生态与环保意识加强，建立科学的评价体系，实现可持续发展西方已开发国家在促进传统无机非金属材料产业健康、可持续发展方面的採取了许多重要措施。世界已开发国家十分重视建材工业的可持续发展与绿色评价。生态评价也成为世界可持续发展的一个重要手段。许多国家正在进行“生态城市”的建设与实践，推广建筑节能技术材料，使用可循环材料等，改善城市生态系统状况。由此，提出了绿色建材、环保建材与节能建材的概念，并开展了大量的研究与实践工作。与西方已开发国家相比，中国还存在很大的差距，特别是缺乏立法支持与技术标準的指导以及相应组织的管理与监督，使中国的传统无机非金属材料工业发展还有很大的提升空间。面对资源和环境对中国经济发展的严峻考验，国民经济的可持续发展战略显得愈加重要。发展方向节能、降耗的方向发展传统的无机非金属材料工业是能源消耗大户，在世界能源日益短缺的今天，如何生产节能、降耗，以及如何生产出高质量的建筑节能、保温产品是建材工业发展的重要趋势。选择资源节约型、污染最低型、质量效益型、科技先导型的发展方式。新型墙体材料、高质量门窗、中空玻璃将大量套用。向着提高材料性能、使用寿命的方向发展。低寿命设计、大量重複建设已经严重製约城市建设的发展。现代化建筑需要高性能建筑材料的支持，而提高建筑的耐久性又对建筑材料的使用寿命提出了更高的要求。向大型化发展无论是水泥工业、玻璃工业，还是陶瓷工业，单条生产线的生产能力有大型化的趋势。生产线的大型化可以有效提高产品的质量，降低能源消耗。向着智慧型化方向发展建筑的智慧型化需要建筑材料的支持。随着技术的进步和生活水平的提高，建筑材料的安全性智慧型诊断等智慧型技术将更多的套用于建筑中。複合化方向发展複合材料具有单一材料所无法满足的使用功能，是建筑材料的发展趋势，对建筑材料的功能要求越来越趋向于多功能化。在美国、日本、西欧等所有已开发国家在其科技发展战略中都把无机非金属新材料的发展放在优先发展的重要位置。例如，美国为了保持在高技术和军事装备方面的领先地位，在先后制定的《先进材料与技术计画（AMPP）》和《国家关键技术报告》中，新材料为六大关键技术之首，而无机非金属新材料占有相当比例；日本发表的《21世纪初期产业支柱》所列的新材料领域的14项基础研究计画中，其中七项涉及无机非金属新材料的研究领域。例如已开发国家十分重视複合材料产业化生产和套用技术研究。通过关键技术的突破，实现材料的产业化；产业化套用，促进了技术的成熟和创新；套用新材料刺激新产业的产生，创造出新的套用领域。差距问题传统无机非金属材料中国无机非金属材料工业的发展中存在很多问题，特别是传统的无机非金属材料与国外先进水平有非常大的差距，主要有：（1）产品等级低在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。例如：已开发国家的水泥熟料强度一般都在70MPa以上，而中国平均强度仅为50 MPa 。中国高等级水泥（ISO≥42.5）仅占18%，大量生产的是中、低等级水泥（ISO≤32.5），而很多已开发国家的高等级水泥占90%以上。（2）资源消耗高在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开採，未能充分利用有限资源，造成了极大浪费。例如：生产水泥熟料的主要原料是相对优质的石灰石，其化学成份须满足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。中国符合水泥生产要求，可以使用的量仅约250亿吨。每年生产水泥消耗的优质石灰石约5.5亿吨，因此该储量仅可生产水泥熟料约200亿吨，仅能提供约40年的水泥生产需要。（3）能源消耗高在建筑材料的生产过程中，要消耗大量的能源。例如：水泥工业每年消耗标煤9106万吨，电力 650亿度。中国水泥生产能耗远高于世界先进水平，以每吨熟料的综合能耗计算，世界先进水平为117Kg标煤，中国为173.5Kg标煤，高出达50%以上。在国外，全氧燃烧技术已经在玻璃行业中得到了较为广泛的套用，而仅有为数不多玻璃纤维生产线使用了该项技术。（4）环境污染严重水泥工业每年排放温室气体CO2约5.55亿吨、SO2 68.6万吨、NOx约206万吨；其他先进国家平均吨熟料的粉尘排放<1Kg，而中国高达13Kg，全国水泥生产年排放的粉尘竟高达1000万吨以上。（5）单线生产规模小，落后工艺大量存在以悬浮预热和预分解技术为核心技术的“新型乾法”工艺，是目前世界水泥工业普遍採用的最先进的现代化水泥生产技术。日本有96%、义大利96.5%、韩国100%、泰国90%的水泥产量採用这种新型乾法生产线，而中国仅为15% 。中国水泥製造业处于先进工艺与落后工艺并存的複杂状态。在玻璃行业，中国浮法玻璃生产线的平均生产规模为450吨/天，而西方国家的法玻璃生产线的平均生产规模为550吨/天。而且在玻璃产品的品质上与国外相比有非常的差距。无机非金属新材料虽然中国无机非金属新材料取得了很多成就，但由于中国无机非金属材料研製、开发至产业的形成起步较晚，底子薄，投入强度小等原因，使之与已开发国家相比，仍有较大差距（1）基础研究和关键技术落后中国的无机非金属新材料是从试製起步的，发展过程也主要是随从于型号的需要进行。由于时间、人力的限制，加之中国长期以来对基础研究重视不够，投入较少，无机非金属材料的系统的基础非常薄弱。（2）材料性能低、品种少、批生产质量不稳定虽然中国已基本上建立了无机非金属材料的研究、开发与部分产品的生产体系，但材料的品种尚不齐全，一些重要工程的关键配套材料还须进口。性能低、质量差的问题仍然存在，而且在进行批量生产时质量不稳定、成品率低、效益差的问题严重，必须下大力气解决。例如，电磁禁止玻璃中国只能达到禁止85dB的水平，而美国已达到110dB 。我们在禁止波段範围等方面远远不能满足国防工业发展的需要。而航空玻璃方面高强、多功能（隐身、防雷射等）圆弧整体风挡在中国还刚起步研究，极大的制约了中国航空工业的发展。（3）製备技术落后无机非金属新材料工业，不但製备技术落后，而且生产能力低，效率低，直接影响高科技产品质量（性能）、成本、能耗等三个方面。例如，国外工业已开发国家玻璃纤维生产大都採用800-6000孔漏板池窑拉丝法生产，已占总量95%以上，无纺材料全部用池窑法生产，坩埚拉丝法早已被淘汰，而中国现有的池窑拉丝大部分採用800-2000孔生产技术，4000孔技术正在开发，坩埚拉丝还没有完全淘汰，与国外相比还有较大的差距。中国纤维增强複合材料机械化生产只占40%，60%仍採用落后的手工成型，与工业已开发国家差距甚大。又如积体电路（IC）石英扩散管的製备技术，国内採用的单机间歇气炼生产技术只能提供100mm以下IC 管，而国外採用一步法连熔拉管技术，生产∮200~300mm大口径石英管供大规模积体电路用，使中国IC用石英扩散管失去竞争能力，完全依赖进口。（4）技术装备落后中国无机非金属新材料製备技术与装备明显落后，造成研製周期长、新产品发展困难，预研成果不能及时进入工程化研究，即便生产也会出现成品率低、规模小，经济效率差等问题。相关建议针对中国无机非金属材料工业的现状，要实现其快速、健康、稳定的发展，就必须开展以下几个方面的工作。（1）加强政府在建材工业发展和产业结构调整中的政策引导；（2）加强资源综合利用和环境保护的立法并严肃执法；（3）促进形成若干个有国际竞争力的大型建材工业集团，建立以企业为主体的新型建材工业科技创新体系，促进产、学、研结合；（4）加强“绿色”和节能型建材工业的套用基础研究，加强建材工业实验基地建设，促进工程技术创新；（5）强化行业管理，建立科学、先进、合理的标準体系，建立产品质量认证制度，发挥行业协会、学会和各类中介机构的作用；（6）应儘快制定适应中国市场经济发展和科研体制和政府体制改革的科学、有力的政策措施和管理体系，加大投资力度和项目审计，以保证无机非金属新材料研究、开发和生产的健康发展;（7）应根据需求牵引和科技推进的原则，并结合无机非金属材料科学体系特点，统筹兼顾、协调发展，合理安排中长期科研项目。应重视和加强基础研究，充分注意相关领域科技前沿，提高中国无机非金属新材料的科技水平和开发能力；（8）为适应无机非金属材料的飞速发展，必须加快人才的培养，不断革新无机非金属材料教育的课程设定和教材，儘快反映本领域和相关领域不断增加的新知识。应重视以基本的物理、化学原理为基础，加强原始创新，研究探索有套用前景的未知新材料、研究新材料的合成、製备，特别是用基础分析和计算机建模、微观尺度结构控制、仿生等方法，发展具有创新意义的高性能低成本无机非金属新材料。应加强新设备、包括重大仪器的研究和装备，没有先进的仪器、装备就不可能在材料的科技前沿进行研究开发工作。另外，任何材料都必须经历工程化、实用化的过程。教育与培养一批工程能力突出、实践能力强的高素质人才，已经成为高等教育的重要内容。在学生的培养过程中，加强实践环节的教学是必由之路。与此相对应的实践教学与工程训练必须进行相应的改革，以适应对人才培养的要求。二级学科·材料080201：冶金工程080202：金属材料工程080203：无机非金属材料工程080204：高分子材料与工程080205Y：材料科学与工程080206W：複合材料与工程080207W：焊接技术与工程080208W：宝石及材料工艺学080209W：粉体材料科学与工程080210W：再生资源科学与技术080211W：稀土工程080212S：高分子材料加工工程080213S：生物功能材料专业080214S：电子封装技术080215S：功能材料专业080216S：纳米材料与技术080217S：新能源材料与器件专业080218S：资源循环科学与工程