非晶质结构的玻璃材料也是无机非金属材料的一个重要成员，大都为一些氧化物。但是，现代新型玻璃的成分已远远超出了这一范围。
金刚石是目前已知硬度最大的无机非金属材料。这一特性使得金刚石具有十分广泛的用途。金刚石可以是人造的，也可以是天然产出的。天然产出的金刚石、石墨、云母等，叫天然无机非金属矿物材料。它们都有各自的特性而具不同的用途。
根据材料的性质和用途，还可将上述三大类材料（金属材料、有机高分子材料和无机非金属材料）分为工程（结构）材料和功能材料两个大类。工程材料是指由其结构特点而决定的材料的强度、硬度等力学性能能够满足工程技术结构上的需要，主要应用于工程技术方面的一类材料，包括金属、陶瓷、聚合物和复合材料四类工程材料。图1.2表示这四类工程材料随时间推移的历史发展相对重要性。图1.2的横座标代表年代（时间是非线性的）；纵座标代表材料的相对重要性，各类材料的相对重要性是以其在纵座标上所占比例的大小来衡量的。从图1.2中可以看出，在20世纪50年代，是以金属材料占绝对优势。根据近几十年来陶瓷、聚合物和复合材料迅速发展的趋势预测，到21世纪中叶将会形成金属、陶瓷、聚合物和复合材料四大类工程材料四足鼎立的局面。
图1.2 工程材料在各历史发展时期的示意图
现代新技术，例如字航、计算机、能源、遥感、激光等技术领域，对材料的要求已远远超出了工程（结构）材料的范围，仅利用材料的强度、硬度等力学性能已不能满足它们的需要。它们对材料提出了许多特殊的物理性能要求。我们称具有光、电、磁、声、热等特殊物理性能的材料为功能材料。例如，半导体材料、磁性材料、光电材料、超导材料等都是功能材料，可以彼此组合成复合材料（图1.1）。复合材料是由两种或多种不同的材料复合而成的一种材料。这样的复合材料结合了其组成的各种不同材料的优良性能。如玻璃纤维强化环氧树脂就形成质轻且力学性能好的复合材料。水泥、砾石和钢筋制成的钢筋混凝土也是一种复合材料。
材料的性质
材料在外部因素的作用下要发生相应的反应。如具脆性的玻璃受力后会破碎，而橡胶具有弹性和柔性，且受力敲打不破碎。材料的这种在外部因素作用下所表现的反应特点称为材料的行为。因此，材料的性质可以定义为材料在外部因素作用下的行为特点。根据外部作用因素的类型，材料的性质可以分为三类：
（1）力学性质：在力的作用下材料的变形行为。
（2）物理性质：材料在温度、电磁场和光等物理因素作用下的行为。
（3）化学性质：材料在具有化学活性环境中的行为。
工程师们设计的某项方案能否实现，经常受到可供其使用的材料的性质所限制。重大的技术进步几乎总是与材料性质的改良或新材料的发展和使用紧密相连的。例如在对提高高温条件下工作的燃气轮机（飞机发动机）和柴油机的燃油效率的可能性进行长期探索后，终于使得满足其工作性能要求的新材料的研制获得成功。这种高效发动机的制造成功是耐高温的金属合金或新型陶瓷材料被成功应用的结果。
材料的某些性质是直接由其内部原子的种类、原子的排列和化学键性质所决定的。如金属的不透明性、玻璃的透明性或橡胶的延伸性都是如此。
多数情况下，材料的内部结构是由其组成的颗粒或微观级别的粒子等构成的。这些组分的形态及其相互间的嵌接就构成了材料的显微结构（microstructure）。材料重要的物理性质、化学性质和力学性质都紧密依赖于它们的显微结构。
材料的利用
在材料的利用中，有一个如何选择最理想的材料的问题。选择最理想的材料应考虑下列因素：
·材料部件的主要功用，也就是说负荷形式、温度和一般使用条件。
·材料的内在行为，即抗断裂、抗磨损、抗腐蚀、电导性等等。
·材料的各种成本费用。
在每一项技术进步中，或者是为了性能的原因，或是为了经济的目的，一种材料常被另一种材料所代替。例如，汽车的车厢最初使用的是木材，但由于木材车厢的负荷力及强度等方面的缺陷，木材车厢逐渐地被金属车厢所代替；后来，金属车厢的金属材料又部分地被有机高分子材料所代替。如果木材具有与金属材料和有机高分子材料同样的力学性质和使用效果，由于木材价格低，易于加工成形，且便于大规模的流水线生产，那么，选用木材代替金属材料做汽车车厢对上述选材的因素就都完全满足了。
为了实现节约能源和经济，人们千方百计设法减轻汽车车身重量。这就要求使用比重小的材料，因而有机高分子材料就是一种较为适合的材料。这是因为有机高分子材料的单位体积质量（p）近于1.5×103kg／m3，而构成汽车车厢大部分的钢板的体积质量（p）近于8×103kg／m3。这就解释了为什么制造汽车大量使用有机高分了材料的原因。同时，人们也尽量采用高强而极薄的钢板来减轻汽车车厢的重量。
手表表盖材料的发展历史同样经历了这样一个显著的演化过程。最初，人们用抗撞击但易刻划的有机玻璃代替易碎的石英玻璃。如今，人们又利用（至少部分利用）一种具有既抗撞击又抗刻划的双重优点的合成蓝宝石片的陶瓷材料来代替有机玻璃作表盖材料。
上述实例说明，随着科学技术的进步，对所使用的材料的性能要求越来越高。这就迫使人们不断地研制出性能更为优良而价格更为低廉的新型材料，来满足人类日益增长的各种新的需求。
材料和资源的循环
材料是进行生产、制造产品的物质基础。众所周知，制造各种仪器、机械设备、车辆等离不开金属材料，建一座工业窑炉必须用耐火材料，生产电灯泡则不能没有玻璃材料、钨丝等。那么，材料是从何而来的？材料使用后又到哪里去了呢？这就是材料和资源的循环问题。
材料是生产产品的原始物料。材料是从天然原料中取得的，它包括人类在动、植物或矿物原料基础上转化的所有物质。由原料制成的材料（钢、铁、合金、聚合物、陶瓷、玻璃等）经过一定的加工制成各种零部件，再将各种零部件组装成为产品（如机器、仪表、汽车、电视机等）。这些制成的产品在使用了一定的时间以后，就变成不能继续使用的废品。这些废品或者被再次回收制成材料被重新利用，或者被作为废料重新回到地球中。材料的这种循环过程示于图1.3。
图1.3 材料的循环
材料的生产能力是与自然资源的贮藏量、生产技术水平及废品的重新利用能力紧密相关的。地球上的自然资源，经开采后得到可被冶炼或加工成材料的原料。原料在加工或冶炼过程中经过各种物理的、化学的或物理化学的变化而转变成为材料。在此，仅以钢、铁为例来具体说明图1.4表示的材料和资源的循环过程。钢、铁的矿产资源是地下的铁矿床，对铁矿床进行开采获得铁矿石（原料），铁矿石经冶炼而成为钢或铁（材料），钢或铁被加工为产品的各种零部件，将这些零部件组装在一起就成为一件产品，比如一台机器或一辆汽车。
生产一件较复杂的产品如飞机或汽车，要用到各类不同的材料。不同的产品所选用的材料种类的数量及各类材料之间的重量比是不相同的。表1.1给出的是法国重量为700kg的“雷诺一超五型”小汽车所选用各类材料的重量百分比。
机器运行寿命到期后成为废品。这些钢、铁废品或直接回收经重新冶炼成钢或铁后被重新利用，或直接作废品又回到地球资源中。
表1.1法国“Renault Super 5”型小汽车所选用的各种材料材料重量（％）材料重量（％）
钢板39橡胶4
铸钢13机械设备5.1
生铁13电力设备5.0
塑料8.5玻璃3.5
铝合金4其他4.9
金属废品的回收利用是较容易的。而其他一些材料，如有机高分子材料具有复杂的化学结构，回收利用则较为困难。图1.3表示的是从资源的开采到废品的形成的一个理想的循环过程，而在实际中则是更为复杂的。
