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1、第十章其它机械工程材料第十章其它机械工程材料第一节工程塑料第一节工程塑料第二节工程橡胶第二节工程橡胶第三节工程陶瓷第三节工程陶瓷第四节复合材料第四节复合材料第一节工程塑料第一节工程塑料一、工程塑料概述一、工程塑料概述工程塑料工程塑料是指具有耐热、耐寒及良好的力学、电气、是指具有耐热、耐寒及良好的力学、电气、化学等综合性能，可以作为结构材料用来制造机器化学等综合性能，可以作为结构材料用来制造机器零件或工程构件的塑料总称。零件或工程构件的塑料总称。 塑料塑料是是以以树脂树脂为主要组分，加入各种添加剂，可塑制为主要组分，加入各种添加剂，可塑制成型的材料。成型的材料。 （一）塑料的组成和分类（一）塑料
2、的组成和分类1.塑料的组成塑料的组成 由由树脂树脂和各种和各种添加剂添加剂组成。组成。（1）树脂）树脂 树脂是塑料的主要组分。它胶粘着塑料中的其它一树脂是塑料的主要组分。它胶粘着塑料中的其它一切组成部分，并使其具有成型性能。绝大多数塑料切组成部分，并使其具有成型性能。绝大多数塑料就是以所用树脂命名的。就是以所用树脂命名的。 树脂分为树脂分为天然树脂天然树脂和和合成树脂合成树脂 工业上常用的是工业上常用的是合成树脂合成树脂如聚乙烯如聚乙烯 、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、酚醛、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、酚醛树脂等树脂等 （2）添加剂）添加剂为改善塑料某些性能而必须加入的物质称为改善塑料某些性
3、能而必须加入的物质称添加剂添加剂。分为以下几类：分为以下几类： 填料填料 为改善塑料的某些性能（如强度等），扩大为改善塑料的某些性能（如强度等），扩大其应用范围，降低成本而加入的一些物质称填其应用范围，降低成本而加入的一些物质称填料。它在塑料中占有相当大的比例料。它在塑料中占有相当大的比例（20%60%） 。常用的填料有木粉、玻璃纤维、石棉、云母常用的填料有木粉、玻璃纤维、石棉、云母粉、二硫化钼和石墨粉等。粉、二硫化钼和石墨粉等。 增塑剂增塑剂 提高树脂的提高树脂的可塑性可塑性与与柔顺性柔顺性的物质称增塑剂。的物质称增塑剂。常用熔点低的低分子化合物来增加大分子链间距常用熔点低的低分子化合物来增
4、加大分子链间距离，从而达到增加大分子链的柔顺性的目的。离，从而达到增加大分子链的柔顺性的目的。如氧化石蜡、磷酸脂类。如氧化石蜡、磷酸脂类。润滑剂润滑剂 为防止塑料在成型过程中粘在模具或其它设备上而为防止塑料在成型过程中粘在模具或其它设备上而加入的，同时可使制品表面光亮美观的物质称润加入的，同时可使制品表面光亮美观的物质称润滑剂（如硬脂酸等）。滑剂（如硬脂酸等）。着色剂着色剂 为使塑料制品具有美观的颜色及适合使用的要求而为使塑料制品具有美观的颜色及适合使用的要求而加入的染料称着色剂。加入的染料称着色剂。 固化剂固化剂 加入后可在聚合物中生成横跨链，使分子交联，加入后可在聚合物中生成横跨链，使分子
5、交联，并由受热可塑的线型结构变成体型结构的热稳定并由受热可塑的线型结构变成体型结构的热稳定塑料的一类物质称固化剂。塑料的一类物质称固化剂。 稳定剂稳定剂 提高树脂在受热和光作用时的稳定性，防止过提高树脂在受热和光作用时的稳定性，防止过早老化，延长使用寿命的一类物质称稳定剂。早老化，延长使用寿命的一类物质称稳定剂。常用的稳定剂有铅化物、硬脂酸盐、酚类和胺类常用的稳定剂有铅化物、硬脂酸盐、酚类和胺类物质。物质。 其它其它 发泡剂、催化剂、阻燃剂等。发泡剂、催化剂、阻燃剂等。 2.塑料的分类塑料的分类 （1）按树脂特性分类）按树脂特性分类依树脂受热时的行为分为依树脂受热时的行为分为热塑性塑料热塑性塑
6、料和和热固性塑料热固性塑料。热塑性塑料热塑性塑料指随温度升高变软，随温度降低硬化的指随温度升高变软，随温度降低硬化的一类塑料，是一类可以再生的塑料。一类塑料，是一类可以再生的塑料。其分子链结构通常是其分子链结构通常是线型线型和和支链线型支链线型结构。结构。热固性塑料热固性塑料指成型过程具有线型结构，成型后在室指成型过程具有线型结构，成型后在室温或加热到一定温度保温一段时间后，内部结构转温或加热到一定温度保温一段时间后，内部结构转化为化为体型网状结构体型网状结构的一类塑料，的一类塑料， a)线型线型 b)支链型支链型 c)体型体型 聚合物大分子的三种结构聚合物大分子的三种结构 （2）按塑料的应用
7、范围分类）按塑料的应用范围分类通用塑料通用塑料 指聚烯烃类塑料、酚醛塑料和氨基塑料。指聚烯烃类塑料、酚醛塑料和氨基塑料。它们占塑料总产量的它们占塑料总产量的3/4以上，大多数用于生活制品。以上，大多数用于生活制品。工程塑料工程塑料 作为结构材料在机械设备和工程结构中使用的塑料。作为结构材料在机械设备和工程结构中使用的塑料。力学性能较高，耐热、耐蚀性也较好，力学性能较高，耐热、耐蚀性也较好，是当前大力发展的塑料（如是当前大力发展的塑料（如ABS塑料、聚四氟乙烯、塑料、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚酰胺等）。聚甲醛、聚酰胺等）。（二）塑料的特性（二）塑料的特性密度小密度小 （ 0.92.3g/cm3）良好
8、的耐蚀性能良好的耐蚀性能 优异的电气绝缘性能优异的电气绝缘性能 减磨、耐磨和自润滑性能减磨、耐磨和自润滑性能 可以作为轴承、齿轮、活塞环和密封圈等在腐蚀性可以作为轴承、齿轮、活塞环和密封圈等在腐蚀性介质中或在少油、无油润滑条件下有效工作。介质中或在少油、无油润滑条件下有效工作。消声吸振性消声吸振性独特的成型工艺性独特的成型工艺性 大部分塑料都可以直接注塑和挤压成型，也可以模大部分塑料都可以直接注塑和挤压成型，也可以模压成型等，易制作复杂零件，生产效率高。压成型等，易制作复杂零件，生产效率高。 二、热塑性塑料及应用二、热塑性塑料及应用（一）聚烯烃类塑料（一）聚烯烃类塑料1.聚乙烯聚乙烯(PE)可
9、作为化工设备与贮罐的耐腐蚀涂层衬里、化工可作为化工设备与贮罐的耐腐蚀涂层衬里、化工耐腐蚀管道、阀件、衬套、滚动轴承保持器等。耐腐蚀管道、阀件、衬套、滚动轴承保持器等。还可以用来制造小齿轮、轴承等；电缆包皮；食还可以用来制造小齿轮、轴承等；电缆包皮；食品包装袋、奶瓶、食品容器。品包装袋、奶瓶、食品容器。全塑球阀全塑球阀2.聚氯乙烯聚氯乙烯 （PVC）产量仅次于产量仅次于PE，是最早工业化生产的塑料品种之一。，是最早工业化生产的塑料品种之一。硬质聚氯乙烯制品有管、板、棒、焊条、管件、离硬质聚氯乙烯制品有管、板、棒、焊条、管件、离心泵、通风机等。心泵、通风机等。软质聚氯乙烯用于常温电气绝缘材料和电线
10、的绝缘软质聚氯乙烯用于常温电气绝缘材料和电线的绝缘层。层。3.聚丙烯聚丙烯 （PP）是常用塑料中唯一能经受高温（是常用塑料中唯一能经受高温（130）消毒）消毒的品种。的品种。常用来制造各种机械零件，如法兰、接头、常用来制造各种机械零件，如法兰、接头、泵叶轮、汽车上取暖及通风系统的结构件。泵叶轮、汽车上取暖及通风系统的结构件。4.聚苯乙烯（聚苯乙烯（PS）产量仅次于产量仅次于PE、PVC。可作为各种仪表外壳、汽。可作为各种仪表外壳、汽车灯罩、化工贮酸槽等。车灯罩、化工贮酸槽等。（二）（二）ABS塑料塑料由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种组元为主共聚而成。由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种组元为主共聚而成。常
11、用来制造齿轮、泵叶片、轴承、把手、管道、贮槽常用来制造齿轮、泵叶片、轴承、把手、管道、贮槽内衬、电机外壳、仪表盘、蓄电池槽、水箱外壳、冷内衬、电机外壳、仪表盘、蓄电池槽、水箱外壳、冷藏库和冰箱衬里等。藏库和冰箱衬里等。（三）其他热塑性塑料（三）其他热塑性塑料1.聚碳酸脂聚碳酸脂 （PC）具有强度高、刚性好、耐冲击、耐磨和尺寸稳定性具有强度高、刚性好、耐冲击、耐磨和尺寸稳定性好，是良好的摩擦传动零件材料，好，是良好的摩擦传动零件材料，如轴承、齿轮、齿条、蜗轮，也可做金刚砂磨轮粘如轴承、齿轮、齿条、蜗轮，也可做金刚砂磨轮粘结剂。结剂。2.有机玻璃有机玻璃 （PMMA）是目前最好的透明材料，透光率是
12、目前最好的透明材料，透光率92%以上，比普以上，比普通玻璃好。通玻璃好。用于制造具有一定透明度和强度的零件，如油标、用于制造具有一定透明度和强度的零件，如油标、油杯、化学镜片、设备标牌、透明管道、飞机、油杯、化学镜片、设备标牌、透明管道、飞机、船舶、汽车的座窗和仪器仪表部件、电气绝缘材船舶、汽车的座窗和仪器仪表部件、电气绝缘材料以及各种文具、生活用品等。料以及各种文具、生活用品等。3.聚甲醛聚甲醛 （POM） 具有优良的综合性能，其抗拉强度达到具有优良的综合性能，其抗拉强度达到70MPa，可在可在104以下长期使用，脆化温度以下长期使用，脆化温度-40，吸水，吸水性极小，尺寸稳定性高，但热稳定
13、性差，遇火会性极小，尺寸稳定性高，但热稳定性差，遇火会燃烧，在大气中暴晒还会老化。燃烧，在大气中暴晒还会老化。聚甲醛塑料价格低廉，性能优于尼龙，可代替有聚甲醛塑料价格低廉，性能优于尼龙，可代替有色金属和合金，并逐步取代尼龙制作轴承、衬套色金属和合金，并逐步取代尼龙制作轴承、衬套等。等。用量最大的是汽车工业。用量最大的是汽车工业。4.聚酰胺聚酰胺 （PA，又称尼龙或锦纶），又称尼龙或锦纶）是目前机械工业中应用最广泛的一类工程塑料。是目前机械工业中应用最广泛的一类工程塑料。机械强度很高，耐磨减摩，自润滑性能好，而且机械强度很高，耐磨减摩，自润滑性能好，而且耐油、耐蚀、消声、减振。耐油、耐蚀、消声、
14、减振。大量用于制造小型零件，代替非铁（有色）金属大量用于制造小型零件，代替非铁（有色）金属及其合金。尼龙易吸水，吸水后性能和尺寸变化及其合金。尼龙易吸水，吸水后性能和尺寸变化大。大。5.聚四氟乙烯聚四氟乙烯 （F-4、PTFE）俗称俗称氟塑料、塑料王氟塑料、塑料王，商品名称，商品名称特氟隆特氟隆。聚四氟乙烯具有优异的耐化学腐蚀性，不受任何化聚四氟乙烯具有优异的耐化学腐蚀性，不受任何化学试剂的浸蚀，故有学试剂的浸蚀，故有“塑料之王塑料之王”之称。在之称。在-195+250范围内长期使用其力学性能几乎不发生变化。范围内长期使用其力学性能几乎不发生变化。 主要用来制作化工机械上的各种零部件，如管道、
15、主要用来制作化工机械上的各种零部件，如管道、反应器、活门、阀门、泵等，还广泛用于高频电子反应器、活门、阀门、泵等，还广泛用于高频电子仪器的绝缘，还可用来制作各种垫圈、阀座、阀瓣、仪器的绝缘，还可用来制作各种垫圈、阀座、阀瓣、轴承、活塞环等。轴承、活塞环等。 聚四氟乙烯夹层垫片聚四氟乙烯夹层垫片 聚四氟乙烯密封带、密封条聚四氟乙烯密封带、密封条 三通三通,异径三通异径三通,弯头弯头 三、热固性塑料及应用三、热固性塑料及应用（一）酚醛塑料（一）酚醛塑料(PF)以酚醛树脂为基，加入木粉、布、石棉、纸等填料以酚醛树脂为基，加入木粉、布、石棉、纸等填料经固化处理而形成的交联型热固性塑料。经固化处理而形成
16、的交联型热固性塑料。具有较高的强度和硬度、耐热性、耐磨性、耐蚀性及具有较高的强度和硬度、耐热性、耐磨性、耐蚀性及良好的绝缘性。良好的绝缘性。主要用于制造齿轮、轴承等结构件和各种电气绝缘主要用于制造齿轮、轴承等结构件和各种电气绝缘零件，可用来做涂料、胶粘剂和日常生活用的电木零件，可用来做涂料、胶粘剂和日常生活用的电木制品（插头、开关、电话机外壳等），也可制作汽制品（插头、开关、电话机外壳等），也可制作汽车的刹车片，化学工业用耐酸泵，纺织工业用无声车的刹车片，化学工业用耐酸泵，纺织工业用无声齿轮及制作玻璃钢、模压塑料等。齿轮及制作玻璃钢、模压塑料等。 （二）环氧塑料（二）环氧塑料(EP)以环氧树脂
17、为基，加入各种添加剂经固化处理形以环氧树脂为基，加入各种添加剂经固化处理形成的热固性塑料。成的热固性塑料。有有“万能胶万能胶”之称。之称。具有比强度高、耐热性、耐蚀性、绝缘性及加工具有比强度高、耐热性、耐蚀性、绝缘性及加工成型性好的特点。成型性好的特点。 主要用于制作塑料模具、精密量具、电子仪器的抗主要用于制作塑料模具、精密量具、电子仪器的抗振护封的整体结构以及电气、电子元件、线圈的灌振护封的整体结构以及电气、电子元件、线圈的灌封，还可用作清漆、浇铸塑料、层压塑料及电绝缘封，还可用作清漆、浇铸塑料、层压塑料及电绝缘材料等。材料等。 （三）有机硅塑料（三）有机硅塑料有机硅树脂的热稳定高，耐高温老
18、化和耐热性很有机硅树脂的热稳定高，耐高温老化和耐热性很好，具有优良的电绝缘性，特别是高温下电绝缘好，具有优良的电绝缘性，特别是高温下电绝缘性好，耐稀酸、稀碱、耐有机溶剂，主要用于压性好，耐稀酸、稀碱、耐有机溶剂，主要用于压制工作温度达制工作温度达180-200的电绝缘零件。的电绝缘零件。 第二节第二节 工程橡胶工程橡胶一、橡胶材料概述橡胶橡胶是以高分子化合物为基础的、具有显著高弹是以高分子化合物为基础的、具有显著高弹性的材料。以性的材料。以生胶生胶为原料加入适量的为原料加入适量的配合剂配合剂而形而形成的高分子弹性体。成的高分子弹性体。（一）橡胶的组成和分类（一）橡胶的组成和分类1.1.橡胶的组
19、成橡胶的组成生胶生胶橡胶主要组分，来源可以是天然的，也可以是合成橡胶主要组分，来源可以是天然的，也可以是合成的。起着粘结其它配合剂的作用，是决定橡胶制品的。起着粘结其它配合剂的作用，是决定橡胶制品性能的关键因素。性能的关键因素。 配合剂配合剂 提高和改善橡胶制品的各种性能而加入的物质。提高和改善橡胶制品的各种性能而加入的物质。主要有主要有硫化剂硫化剂、防老剂防老剂、着色剂着色剂等。等。 2.橡胶的分类橡胶的分类 按原料来源：按原料来源：天然橡胶天然橡胶和和合成橡胶；合成橡胶；按应用范围：按应用范围：通用橡胶通用橡胶与与特种橡胶。特种橡胶。通用橡胶通用橡胶是指用于制造轮胎、工业用品、日是指用于制
20、造轮胎、工业用品、日常用品的量大面广的橡胶。常用品的量大面广的橡胶。特种橡胶特种橡胶是指用于制造在特殊条件（高温、是指用于制造在特殊条件（高温、低温、酸、碱、油、辐射等）下使用的零部件低温、酸、碱、油、辐射等）下使用的零部件的橡胶。的橡胶。 （二）橡胶的性能（二）橡胶的性能高弹性高弹性橡胶最显著的性能特点是具有高弹性，橡胶最显著的性能特点是具有高弹性，其宏观弹性其宏观弹性变形量可高达变形量可高达100%1000%。机械强度机械强度机械强度是决定橡胶制品使用寿命的重要因素。工机械强度是决定橡胶制品使用寿命的重要因素。工业生产中常以业生产中常以抗撕裂强度抗撕裂强度（或拉伸强度）及（或拉伸强度）及定
21、伸定伸强度强度来表示。来表示。 耐磨性耐磨性 耐磨性是橡胶抵抗磨损的能力。磨损与橡胶的强度耐磨性是橡胶抵抗磨损的能力。磨损与橡胶的强度成反比，强度越高，磨损量越小。成反比，强度越高，磨损量越小。 二、常用橡胶材料及应用二、常用橡胶材料及应用（一）天然橡胶（一）天然橡胶具有较高的弹性、较好的力学性能、良好的电绝具有较高的弹性、较好的力学性能、良好的电绝缘性及耐碱性。缘性及耐碱性。主要用于制造轮胎、胶带、胶管等。主要用于制造轮胎、胶带、胶管等。（二）通用合成橡胶（二）通用合成橡胶 （1）丁苯橡胶）丁苯橡胶由丁二烯和苯乙烯共聚而成的。其耐磨性、耐热由丁二烯和苯乙烯共聚而成的。其耐磨性、耐热性、耐油、
22、抗老化性均比天然橡胶好。缺点是生性、耐油、抗老化性均比天然橡胶好。缺点是生胶强度低、粘接性差、成型困难、硫化速度慢。胶强度低、粘接性差、成型困难、硫化速度慢。主要用于制造轮胎、胶带、胶管、工业密封件和主要用于制造轮胎、胶带、胶管、工业密封件和电气绝缘材料等。电气绝缘材料等。 橡橡胶胶法法兰兰垫垫2.顺丁橡胶顺丁橡胶顺式顺式-1、4聚丁二烯橡胶的简称，是目前聚丁二烯橡胶的简称，是目前橡胶中弹橡胶中弹性最好的一种性最好的一种。主要用于制作轮胎、胶带、胶管、减振器、橡胶主要用于制作轮胎、胶带、胶管、减振器、橡胶弹簧等减振部件、绝缘零件等。弹簧等减振部件、绝缘零件等。3.氯丁橡胶氯丁橡胶 由氯丁二烯聚
23、合而成。由氯丁二烯聚合而成。具有天然橡胶和一般通用橡胶所没有的优良性能。具有天然橡胶和一般通用橡胶所没有的优良性能。故有故有“万能橡胶万能橡胶”之称。之称。用于制造矿井的运输管、胶管、电缆、高速带、垫用于制造矿井的运输管、胶管、电缆、高速带、垫圈等。圈等。4.乙丙橡胶乙丙橡胶 乙烯和丙烯共聚而成。乙烯和丙烯共聚而成。抗老化性抗老化性是通用橡胶中最是通用橡胶中最好的。好的。主要用于制作轮胎、输送带、电线套管、蒸汽导主要用于制作轮胎、输送带、电线套管、蒸汽导管、密封圈、汽车部件等。管、密封圈、汽车部件等。 （三）特种合成橡胶三）特种合成橡胶1.丁腈橡胶丁腈橡胶 由丁二烯与丙烯腈聚合而成。其由丁二烯
24、与丙烯腈聚合而成。其耐油性耐油性好，耐热、好，耐热、耐燃烧、耐磨、耐碱、耐有机溶剂。缺点是耐寒耐燃烧、耐磨、耐碱、耐有机溶剂。缺点是耐寒性差，其脆化温度为性差，其脆化温度为-10-20。主要用于制作耐油制品，如油桶、油槽、输油管、主要用于制作耐油制品，如油桶、油槽、输油管、耐油密封件、印刷胶辊和化工设备衬里及各种耐耐油密封件、印刷胶辊和化工设备衬里及各种耐油减震制品等。油减震制品等。 2.硅橡胶硅橡胶 由二甲基硅氧烷与其它有机硅单体共聚而成。由二甲基硅氧烷与其它有机硅单体共聚而成。具有高耐热性和耐寒性，抗老化能力强、绝缘性具有高耐热性和耐寒性，抗老化能力强、绝缘性好。好。主要用于制造各种耐高低
25、温橡胶制品，如各种耐主要用于制造各种耐高低温橡胶制品，如各种耐热密封垫片、垫圈、透气橡胶薄膜和耐高温的电热密封垫片、垫圈、透气橡胶薄膜和耐高温的电线、电缆等。线、电缆等。 3.氟橡胶氟橡胶 以碳原子为主链，含有氟原子的聚合物。以碳原子为主链，含有氟原子的聚合物。其化学稳定性高、耐蚀性能居各类橡胶之首其化学稳定性高、耐蚀性能居各类橡胶之首，耐，耐蚀性好，最高使用温度为蚀性好，最高使用温度为300。主要用于国防。主要用于国防和高技术中的密封件。和高技术中的密封件。 遥控器按键 第三节第三节 工程陶瓷工程陶瓷一、陶瓷材料概述陶瓷陶瓷亦称亦称无机非金属材料无机非金属材料，是指用，是指用天然硅酸盐天然硅
26、酸盐（粘土、长石、石英等）或（粘土、长石、石英等）或人工合成化合物人工合成化合物（氮（氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、氟化化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、氟化物）为原料，经物）为原料，经粉碎、配料、成型和高温烧制粉碎、配料、成型和高温烧制而而成的无机非金属材料。成的无机非金属材料。 陶瓷是陶器与瓷器的总称。陶瓷是陶器与瓷器的总称。陶瓷的分类陶瓷的分类按化学组成：按化学组成：硅酸盐陶瓷硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷（氮化物（氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和复合陶瓷）陶瓷、碳化物陶瓷和复合陶瓷）按性能：按性能：普通陶瓷普通陶瓷（如日用陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷等）（
27、如日用陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷等）和和特种陶瓷特种陶瓷（结构陶瓷、功能陶瓷）（结构陶瓷、功能陶瓷）按用途：按用途：日用瓷、艺术瓷、建筑瓷、工程陶瓷等日用瓷、艺术瓷、建筑瓷、工程陶瓷等 陶瓷的晶体结构陶瓷的晶体结构陶瓷晶体一般是由陶瓷晶体一般是由离子键构成的离子晶体离子键构成的离子晶体（MgO、Al2O3等），也有由等），也有由共价键组成的共价晶体共价键组成的共价晶体（Si3N4、SiC），晶体类型远比金属材料复杂。），晶体类型远比金属材料复杂。陶瓷的显微组织陶瓷的显微组织 晶相晶相（主要组成相）：（主要组成相）：氧化物和硅酸盐，氧化物和硅酸盐，玻璃相玻璃相气相气相各组成相结构、数量、形态、大小
28、及分布对陶瓷性能各组成相结构、数量、形态、大小及分布对陶瓷性能有显著影响。有显著影响。陶瓷的性能陶瓷的性能 高硬度高硬度 大多数陶瓷材料的硬度比金属高得多，故其大多数陶瓷材料的硬度比金属高得多，故其耐磨耐磨性好性好（它的硬度仅次于金刚石）。（它的硬度仅次于金刚石）。 高弹性模量与高脆性高弹性模量与高脆性 陶瓷在拉伸时几乎没有塑性变形，在拉应力作用陶瓷在拉伸时几乎没有塑性变形，在拉应力作用下产生一定弹性变形后直接脆断，下产生一定弹性变形后直接脆断，大多数的陶瓷大多数的陶瓷材料的弹性模量都比金属高材料的弹性模量都比金属高。 低抗拉强度和较高的抗压强度低抗拉强度和较高的抗压强度 由于陶瓷内部存在大量
29、气孔，其作用相当于裂纹，由于陶瓷内部存在大量气孔，其作用相当于裂纹，故其抗压强度较高。故其抗压强度较高。 1.力学性能力学性能 陶瓷、钢和橡胶的应力陶瓷、钢和橡胶的应力-应变曲线应变曲线 优良的高温强度和低的抗热震性优良的高温强度和低的抗热震性 陶瓷的熔点高于金属，具有优于金属的高温强度。陶瓷的熔点高于金属，具有优于金属的高温强度。 陶瓷在高温下不仅保持高硬度，而且基本保持其陶瓷在高温下不仅保持高硬度，而且基本保持其室温下的强度，室温下的强度，具有高的蠕变抗力具有高的蠕变抗力，同时抗氧化，同时抗氧化的性能好，广泛用作高温材料。的性能好，广泛用作高温材料。 但陶瓷承受温度急剧变化的能力差（热震性
30、差）但陶瓷承受温度急剧变化的能力差（热震性差）,当温度剧烈变化时易裂。当温度剧烈变化时易裂。2.电学性能电学性能 陶瓷是陶瓷是传统的绝缘材料传统的绝缘材料，只有当温度升高到熔点，只有当温度升高到熔点附近时，离子热振动加强，才表现出一定的电导附近时，离子热振动加强，才表现出一定的电导能力。现代陶瓷中已出现了一批具有各种电性能能力。现代陶瓷中已出现了一批具有各种电性能的陶瓷，如的陶瓷，如压电陶瓷、磁性陶瓷、透明铁电陶瓷压电陶瓷、磁性陶瓷、透明铁电陶瓷等，为陶瓷的应用开拓了广阔的前景。等，为陶瓷的应用开拓了广阔的前景。3.化学性能化学性能即使即使1000以上的高温也不会氧化。此外，陶瓷以上的高温也不
31、会氧化。此外，陶瓷对酸、碱、盐等的腐蚀也有较强的抵抗能力，也能对酸、碱、盐等的腐蚀也有较强的抵抗能力，也能抵抗熔融金属的侵蚀。所以陶瓷是非常好的耐蚀材抵抗熔融金属的侵蚀。所以陶瓷是非常好的耐蚀材料。料。 4.光学性能光学性能 目前已研制出了如制造固体激光器材料，光导纤目前已研制出了如制造固体激光器材料，光导纤维材料、光存储材料等陶瓷新品种，并已在通信、维材料、光存储材料等陶瓷新品种，并已在通信、摄影、计算机技术等领域获得了应用。摄影、计算机技术等领域获得了应用。二、常用工程结构陶瓷材料二、常用工程结构陶瓷材料（一）氧化铝陶瓷（一）氧化铝陶瓷以以Al2O3为主要成分，含有少量为主要成分，含有少量
32、SiO2的陶瓷，的陶瓷，Al2O3为主晶相。为主晶相。根据根据Al2O3含量的不同分为：含量的不同分为：75瓷瓷（75% Al2O3），又称），又称刚玉刚玉莫来石瓷莫来石瓷；95瓷瓷（95% Al2O3）99瓷瓷（99% Al2O3）。后两者又称）。后两者又称刚玉瓷刚玉瓷。常用作高温实验的容器和盛装熔融的铁、镍、常用作高温实验的容器和盛装熔融的铁、镍、钴等的坩埚，测温热电偶的绝缘套管等。钴等的坩埚，测温热电偶的绝缘套管等。内内燃机的火花塞、火箭和导弹流罩、轴承、切燃机的火花塞、火箭和导弹流罩、轴承、切削刀具，以及密封环等。削刀具，以及密封环等。 氧化铝热电偶套管氧化铝热电偶套管氧化铝陶瓷密封环
33、氧化铝陶瓷密封环氧化铝陶瓷喷咀氧化铝陶瓷喷咀（三）氮化硅（三）氮化硅（Si3N4）陶瓷陶瓷 按其制造工艺不同可分为按其制造工艺不同可分为热压烧结氮化硅（热压烧结氮化硅（- Si3N4）陶瓷）陶瓷和和反应烧结氮化硅（反应烧结氮化硅（- Si3N4）陶）陶瓷瓷。 特点特点：硬度高，摩擦因子小，只有：硬度高，摩擦因子小，只有0.10.2，具，具有自润滑性；蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热有自润滑性；蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热震性能在陶瓷中最佳，化学稳定性好，抗氢氟酸震性能在陶瓷中最佳，化学稳定性好，抗氢氟酸以外的各种无机酸和碱溶液的侵蚀，也能抵抗熔以外的各种无机酸和碱溶液的侵蚀，也能抵抗熔融非铁金
34、属的侵蚀；同时具有优异的电绝缘性能。融非铁金属的侵蚀；同时具有优异的电绝缘性能。 应用应用：反应烧结氮化硅陶瓷反应烧结氮化硅陶瓷主要用于制作形状复主要用于制作形状复杂、尺寸精度高、耐热、抗蚀、耐磨、绝缘制品。杂、尺寸精度高、耐热、抗蚀、耐磨、绝缘制品。热压烧结氮化硅陶瓷热压烧结氮化硅陶瓷只用于制作形状简单的耐磨、只用于制作形状简单的耐磨、耐高温零件。耐高温零件。氮氮化化硅硅密密封封环环（四）（四）Sialon陶瓷陶瓷是在是在氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷中添加一定的中添加一定的Al2O3构成的构成的Si-Al-O-N系系的新型陶瓷材料。的新型陶瓷材料。是目前所知强度最高的陶瓷材料是目前所知强度最高的陶瓷
35、材料，并兼有有益的，并兼有有益的化学稳定性、耐磨性、良好的热稳定性以及不高化学稳定性、耐磨性、良好的热稳定性以及不高的密度，可用作发动机部件、耐腐蚀夹具、刀具的密度，可用作发动机部件、耐腐蚀夹具、刀具材料等。材料等。（五）碳化硅陶瓷（五）碳化硅陶瓷 碳化硅晶体中主要包括两种晶型：碳化硅晶体中主要包括两种晶型：-SiC（属六方晶系，是高温稳定型）和（属六方晶系，是高温稳定型）和-SiC（属六方晶系，是低温稳定型）。（属六方晶系，是低温稳定型）。特点：特点：高温强度大，热压碳化硅是目前高温强度最高的高温强度大，热压碳化硅是目前高温强度最高的陶瓷。陶瓷。应用：应用：某些要求高温强度高的结构材料，如用
36、于火箭尾某些要求高温强度高的结构材料，如用于火箭尾喷管的喷嘴、浇铸金属用的喉嘴以及热电偶导管、喷管的喷嘴、浇铸金属用的喉嘴以及热电偶导管、高温电炉电热棒和炉管等，也可用于燃气轮机的高温电炉电热棒和炉管等，也可用于燃气轮机的叶片和轴承等。还可用作高温热交换器的材料，叶片和轴承等。还可用作高温热交换器的材料，核燃料的包封材料等，因其耐磨，常用于制作各核燃料的包封材料等，因其耐磨，常用于制作各种泵的密封圈。种泵的密封圈。燃气喷嘴燃气喷嘴热电偶套管热电偶套管（六）氮化硼陶瓷（六）氮化硼陶瓷 BN晶体属六方晶系，其晶体结构与石墨相似，晶体属六方晶系，其晶体结构与石墨相似，具有很好的润滑性和导热性，有具有
37、很好的润滑性和导热性，有“白石墨白石墨”之称，之称，BN是绝缘体，而石墨是导体。是绝缘体，而石墨是导体。特点：特点：具有良好的耐热性和导热性，其热导率与不锈钢具有良好的耐热性和导热性，其热导率与不锈钢相当；热膨胀系数小，绝缘性好，化学稳定性高；相当；热膨胀系数小，绝缘性好，化学稳定性高；硬度较其它陶瓷低，可进行切削加工；有自润滑硬度较其它陶瓷低，可进行切削加工；有自润滑性。性。应用：应用：六方六方BN陶瓷陶瓷常用于制作热电偶套管、坩埚、高温常用于制作热电偶套管、坩埚、高温容器和管道。容器和管道。立方立方BN目前只用于磨料和金属切削目前只用于磨料和金属切削刀具。刀具。（七）碳化硼陶瓷（七）碳化硼
38、陶瓷碳化硼为六方晶系。碳化硼为六方晶系。B4C是强共价键化合物，其突出特性是非常坚硬，是强共价键化合物，其突出特性是非常坚硬，仅次于金刚石和立方仅次于金刚石和立方BN，具有很高的耐磨性。，具有很高的耐磨性。应用：应用：主要是用作松散的磨料，加工硬质陶瓷，烧结主要是用作松散的磨料，加工硬质陶瓷，烧结体可作为喷砂的喷嘴，研钵之类的研磨工具、体可作为喷砂的喷嘴，研钵之类的研磨工具、切削工具和高温热交换器，也可用来制作防弹切削工具和高温热交换器，也可用来制作防弹背心，可广泛作为原子反应堆的控制剂使用。背心，可广泛作为原子反应堆的控制剂使用。碳化硼喷嘴碳化硼喷嘴第四节第四节 复合材料复合材料一、复合材料
39、概述复合材料由两种或两种以上在物理和化学上不同的由两种或两种以上在物理和化学上不同的物质结合起来而得到的一种多相固体材料。物质结合起来而得到的一种多相固体材料。复合材料的性能复合材料的性能1.高比强度、高比模量；高比强度、高比模量；2.抗疲劳性能好；抗疲劳性能好；3.减摩耐磨、自润滑性能好；减摩耐磨、自润滑性能好；4.破损安全性能好；破损安全性能好；5.化学稳定性好；化学稳定性好；6.其它特殊性能其它特殊性能 如隔热性，烧蚀性及特殊的电、光、如隔热性，烧蚀性及特殊的电、光、磁等性能。此外复合材料适合于整体成型，具有磁等性能。此外复合材料适合于整体成型，具有良好的工艺性能。良好的工艺性能。复合材
40、料的分类与命名复合材料的分类与命名按基体材料按基体材料非金属基复合材料非金属基复合材料金属基复合材料（有色金属及合金）金属基复合材料（有色金属及合金）聚合物基聚合物基陶瓷基陶瓷基按增强材料的形状按增强材料的形状 纤维复合材料纤维复合材料 层合复合材料层合复合材料 颗粒复合材料颗粒复合材料 复合材料的命名：复合材料的命名：根据根据增强材料增强材料和和基体材料基体材料的名称来命名，的名称来命名， 1. 以以基体材料为主基体材料为主命名，命名，2. 如金属基复合材料、聚合物基复合材料。如金属基复合材料、聚合物基复合材料。2. 以以增强材料为主增强材料为主命名，命名，如碳纤维增强复合材料、氧化铝纤维增
41、强复合材料。如碳纤维增强复合材料、氧化铝纤维增强复合材料。3. 基体与增强材料基体与增强材料并用。并用。一般是将增强材料名称放在前面，基体材料名称放在一般是将增强材料名称放在前面，基体材料名称放在后面，最后加后面，最后加“复合材料复合材料”。二、玻璃纤维二、玻璃纤维/ /聚合物复合材料聚合物复合材料（玻璃钢）玻璃钢）它是以它是以玻璃纤维作为增强材料玻璃纤维作为增强材料，以，以热固性树脂热固性树脂（常用环氧、酚醛树脂）为粘结材料（常用环氧、酚醛树脂）为粘结材料而得的复合而得的复合材料。材料。 玻璃钢贮罐玻璃钢贮罐 玻璃钢管配件玻璃钢管配件 （一）玻璃纤维（一）玻璃纤维/聚合物复合材料的性能聚合物
42、复合材料的性能1.质轻、比强度高。超过一般高强度钢及铝、钛等合金的质轻、比强度高。超过一般高强度钢及铝、钛等合金的比强度。比强度。2.具有优良的电绝缘性能。具有优良的电绝缘性能。3.具有很好的耐化学腐蚀性和耐大气腐蚀性能。具有很好的耐化学腐蚀性和耐大气腐蚀性能。4.能短期承受超高温的作用，抗烧蚀性好。能短期承受超高温的作用，抗烧蚀性好。5.具有防磁和透过微波的特殊性能。具有防磁和透过微波的特殊性能。6.成型工艺简单，可以制成不同厚度和形状非常复杂的制成型工艺简单，可以制成不同厚度和形状非常复杂的制件或大型整体件。件或大型整体件。缺点主要是弹性模量不高，只有钢的缺点主要是弹性模量不高，只有钢的1
43、/5-1/10，刚性较差，刚性较差，不耐高温，容易老化和蠕变等，不耐高温，容易老化和蠕变等，通常只能在低于通常只能在低于300以下以下使用。使用。用途：用途：机器护罩、车辆车身、绝缘抗磁仪表、耐蚀耐压容器机器护罩、车辆车身、绝缘抗磁仪表、耐蚀耐压容器和管道及各种复杂的机器构件和车辆配件。和管道及各种复杂的机器构件和车辆配件。二、碳纤维二、碳纤维/聚合物复合材料聚合物复合材料 碳纤维复合材料的性能特点：碳纤维复合材料的性能特点：弹性模量高弹性模量高比强度和比模量高比强度和比模量高耐冲击性能好耐冲击性能好高潮湿或高温条件下强度损失少高潮湿或高温条件下强度损失少应用：应用：宇宙飞船和航天器的外层材料
44、，人造卫星和火箭的宇宙飞船和航天器的外层材料，人造卫星和火箭的机架、壳体，各精密机器的齿轮、轴承以及活塞、密封圈，机架、壳体，各精密机器的齿轮、轴承以及活塞、密封圈，化工容器和零件等。化工容器和零件等。三、硼纤维三、硼纤维/聚合物复合材料聚合物复合材料 硼纤维硼纤维/聚合物复合材料是以聚合物复合材料是以环氧聚合物环氧聚合物和和聚酰亚聚酰亚胺胺等为基料。等为基料。特点：特点：具有高的比强度、比模量，良好的耐热性。其缺具有高的比强度、比模量，良好的耐热性。其缺点是各向异性明显。点是各向异性明显。 应用：应用：除在航空工业上用于制造飞机的机翼、水平稳定除在航空工业上用于制造飞机的机翼、水平稳定器罩板和方向舵等外，其应用远不如玻璃纤维和器罩板和方向舵等外，其应用远不如玻璃纤维和碳纤维复合材料广泛。碳纤维复合材料广泛。of Chapter 10of Chapter 10