摘要：随着我国材料研究的不断深入，涌现了许多新型的无机非金属材料。现阶段我国使用最多的的有陶瓷、半导体以及玻璃等。站在晶体角度分析无机非金属结构，化学稳定性较好，并不会产生自由电子，同时还有更加复杂的离子键和混合键，使得无机非金属晶体结构的复杂程度远超过金属。无机非金属携带特有的化学键，导致这类材料通常具备高熔点、抗腐蚀性、高强度和高硬度等特点，同时还具备良好的隔热性和铁磁性等，这样无机非金属材料就能很好的应用到建筑、机械加工、医疗国防领域。本文就其制造状况以及应用进行了研究。
关键词：无机非技术材料；增材制造；应用现状
1 无机非金属材料的分类及优点
1.1 材料分类
无机非金属材料的分类从材料上可以分为四大类：即半导体材料、晶体材料BGO、硅酸盐材料和精细陶瓷材料。其中的半导体材料在实际的运用中又可以分为掺杂半导体材料、缺陷半导体材料和元素半导体等材料，关于半导体材料的室温电阻值主要是处于绝缘体和导体之间，并且在计算机技术和新能源的领域中得到了很好的利用。而晶体材料BGO是一种闪烁的硅晶体，能够接收到电子和电流传出的信号，并通过电子或者电粒子发出闪烁的光。而硅酸盐材料在实际的运用中可以划分为工业硅酸盐和天然硅酸盐材料，硅酸盐材料是制作无机材料的重要组成部分。由于硅酸盐材料在实际的运用中具有较好的耐腐蚀性，因此在工业生产和建筑行业的建设中都会普遍运用到硅酸盐材料。在现实的生活中，常见到的水泥、玻璃、白灰等都是由硅酸盐材料制作而成的。
1.2 材料的优势
从金属材料、有机材料和无机非金属材料三种材质之间作分析和研究，可以了解到无机非金属材料具有较强的整体性。无机非金属材料在特性上是属于固体材料，因此无机非金属材料在物理性能和化学性能上较为稳定，在使用过程中不容易出现无机非金属材料的老化和风化的问题。其次，无机非金属材料本身是属于无机物，因此无机非金属材质的属性是不容易易燃的。在通常情况下无机非金属材质能够承受0.5H—1.0H的高温影响，在防火材质中是属于一到三级的耐火材质。其次无机非金属材质的结构是比较稳定的，具有紧密的结构，所以无机非金属材料在防水方面的作用较强，无机非金属材质能够有效的预防地表和雨水的渗透。
2 无机非金属材料增材制造发展
2.1 无机非金属材料3DP成形发展
三维打印（3DP）技术由美国麻省理工学院研制成功，它是一种利用微滴喷射技术的增材制造方法，过程类似于打印机，在预先铺平的粉末上，在需要成形的位置喷射粘结剂，形成薄层，逐层堆积成形，最终获得三维零件。三维打印成形的材料多为粉末状材料，比如金属、陶瓷、原砂、石膏、水泥等粉末，其中的陶瓷、原砂这两大类材料正是目前三维打印成形的主要无机非金属材料。
2.2 无机非金属材料SLM成形发展
SLM是SLS的升级版本，SLM则是使用激光，筛选出粉末固体，然后和SLS的工序相类似，形成所需要的零件模型。在1995年，德国Fraunhofer激光研究院就提出了相关理论，SLM不用借助粘接剂成形，而是使用粉末的熔融固化成形的原理，SLM成形工艺多金属结构成形，相对于陶瓷成形使用率较低。2007年，使用SLM工艺成功打印了ZrO3-Y2O3复合材料粉末，制作的ZrO3陶瓷具有更高精度的外形尺寸以及更低的孔隙率的优势，但是不足在于气孔和裂纹的存在。为了改善这方面的不足，新添了一个预热的工艺流程，还不能有效的规避裂纹的存在，使得SLM工艺在当时没有得到推广。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.3 无机非金属材料SLS成形发展
SLS 成形技术是采用先预置粉末，激光有选择地分层烧结固体粉末，并让其烧结成形值周的固化层进行不断叠加而生成的性状零件。一般情况下 SLS 技术可以根据自身粉末成形结合机理而直接分为固相烧结、液相烧结、化学诱导融合以及绒布熔融这四种类型，并可以就其在成形过程中是否使用了粘结剂而将SLS 分为添加粘结剂与不添加粘结剂这两种类型。现阶段在 SLS成形技术中多应用到的打印混合料多是浆料与粉末料这两大类，并均是由粉末状的基料与粘结剂组合形成的。运用浆料来作为 SLS 的成形混合料时，其就需要在选择性激光烧结打印之前对浆料进行烘干处理，而粉末料则可以省去这一流程，并能够直接用于选择性激光烧结打印工作。此外在SLS 过程中，借助于合适的激光能量也能够让低熔点粉末材料进行融合的过程中来保持高熔点粉末材料的性能，这样也就可以借助于低熔点粉末材料来进行高熔点粉末材料的粘结工作，从而达到成形的效果。
3 无机非金属材料增材制造应用策略
3.1SLS、3DP、SLM三维成形技术
SLS、3DP、SLM三维成形技术直接影响材料成形的质量和性能，3DP成形工艺中，喷头挤出速度和压力、喷头的直径、模型构建的方向、分层厚度和扫描速度等都会引起铸件制造性能不良和质量问题。喷头直径直接影响成形件表面的粗糙程度和孔隙率，理想设计下的喷头直径较小，导致成形孔隙率小，成形件表面更加光滑，这样成形件具有较好的性能参数。但是实际生产加工中，难以制造出直径小的喷头，即使能够制造出来，也会给造成材料拥堵。SLS、SLM工艺中，预热温度、扫描速度、激光功率等影响成形件的性能和质量。预热温度的选择随着制造工艺的不同而变动，同时在给粉末预热时，能够很好的降低热应力，使得无机非金属材料的成形性能和质量得到显著的改善。但是SLS、SLM、3DP打印技术中涉及到大量的工艺参数，难以构建一个合理的优化模型，导致陶瓷典型的无机非金属材料找不到最佳的工艺参数。同时不同类型的陶瓷成形工艺中，要采取正交实验法来分析最佳工艺参数，工程繁琐阻碍了工艺参数的优化，进而性能参数和质量存在不少问题。
3.2 材料处理工艺
无机非金属材料增材制造中的材料多为添加剂、粘接剂以及基料等，粘接剂在整个成形过程中起到至关重要的作用，直接影响到成形材料的质量和性能。在SLS和SLM成形工艺中，粘接剂一般都是粉末形状。选择合理的粘接剂能够加快成形的速度。在3DP成形中，粘接剂多为液体形状，加入适量的粘接剂能够提高基料成形的强度。所以SLS、SLM、3DP增材制造中,前期材料处理工艺尤为关键，所有工序质量的控制点都和前期材料的准备有关，导致材料处理工艺工序繁多，既涉及到材料制备工艺，还牵涉到材料配方工序，这样材料处理工艺的质量难以把控，进而影响到无机非金属材料增材制造的性能。
3.3 后处理工艺
无机非金属材料增材制造后，都会添加后处理工艺，使得成形件具有更优的性能，满足铸件制造需求。陶瓷材料作为典型的无机非金属材料，增材制造工艺中共有浸渗、高温烧结、等静压三种不同类型的后处理工艺，能够提高陶瓷材料成件的抗腐蚀性能、光滑度、致密度、耐高温等性能。浸渗在SLS快速成形工艺中发挥着重要的作用，加固保护形坯，规避塌陷现象。等静压技术主要借助传压介质，保证所有制品在密闭容器中受力均匀，进而使得成形件具有出色的致密度。等静压技术受到加压工序中温度的影响，可分为冷、热两种等静压。高温烧结也是陶瓷材料快速成形后处理工艺中关键的流程。
近年来无机非金属材料其增材制造工艺得到了较为迅速的发展，而且通过该工艺所制备的一些无机非金属成件也在各个领域中得到了较为广泛的应用。但是因为抗压强度、致密性以及尺寸精度难以有效保障的原因，就要求相关研究人员就增材制造工艺中的材料处理工艺以及成形工艺进行不断的优化与完善，从而促进我国制作行业得到进一步的发展。
参考文献：
[1]陶俊哲.无机非金属材料的现状分析以及发展前景[J].科技风,2019(03):128.
[2]田华.无机非金属材料的应用与发展趋势[J].现代盐化工,2018,45(06):17-18.
[3]赵振果,曲传江,袁启明.金属马氏体相变研究及其向无机非金属材料增韧的过渡[J].硅酸盐通报,1987(05):31-34.
论文作者:王东皓1,张连才2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/18
标签：无机论文; 材料论文; 非金属材料论文; 工艺论文; 粉末论文; 硅酸盐论文; 非金属论文; 《基层建设》2019年第21期论文;