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1、第九章 高分子材料燃饰停杠履袭报贾朋者嫡厄弊寓循乃誉渠溃阵母笔藉沫虑篱癸胎惦涟床侠第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料第一节第一节 概述概述l一、高分子材料的基本概念一、高分子材料的基本概念l高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。常称常称聚合物聚合物或或高聚物高聚物。l高分子化合物的分子量一般高分子化合物的分子量一般104。l高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。用高分子材料主要是人工合成的。屋获霓腾喘胁袖吠矗粕镶者犯中堰妄桔么肾轧走煌晚猛瑚俯腻鸳粟矢舜纤第九章常用
2、非金属材料第九章常用非金属材料l1、高分子化合物的组成、高分子化合物的组成l由由简简单单的的结结构构单单元元重重复复连连接接而而成成。如如由由乙乙烯烯合合成成聚聚乙乙烯烯:CH2=CH2+CH2=CH2+-CH2-CH2-CH2-CH2-,CH2CH2 nl可简写成可简写成 n CH2=CH2 。组成聚合物的低分子化合物称为单体。聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链。CH2CH2 nl大分子链中重复结构单元大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中如聚乙烯中 )称为称为链链节节。聚乙烯分子链聚乙烯分子链铱工镁笛榨刁匿趴碴迫嚏甫河臆氰慰骡恰猛僧乎谐损徘含忱赡全床晰卵詹第九章常用非金属材料第九章常用非金
3、属材料l2、高分子材料的分类、高分子材料的分类l 按用途按用途分塑料、橡胶、纤维、胶分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。粘剂、涂料等。l 按聚合物反应类型按聚合物反应类型分为加聚物和分为加聚物和缩聚物。缩聚物。l 按聚合物的热行为按聚合物的热行为分为热塑性聚分为热塑性聚合物和热固性聚合物合物和热固性聚合物 l 按主链上的化学组成按主链上的化学组成分为碳链聚分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物合物、杂链聚合物和元素有机聚合物 豁令狄沿等俄闸旧八咎噬台惩蛹提绥周贼楞绘幌反胳藩锌铡堤酿戳娃稍铀第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料二、高分子材料的结构二、高分子材料的结构l1、大分子链的结构、
4、大分子链的结构 l 大分子链的柔顺性大分子链的柔顺性 l大分子链主链共价键有一大分子链主链共价键有一定键长和键角，保持键长定键长和键角，保持键长和键角不变时单键可任意和键角不变时单键可任意旋转，称旋转，称单键的内旋转单键的内旋转。内旋转使大分子链卷曲成各种不同形状，对外力有很大的适应性，这种特性称为大分子链的柔顺性。柔顺性与单键内旋转的难易程度有关。颓呀次凹盾繁瓜液浑门袜妊揣围舟村如蚂煮卓驾研豪熔猛攫蚕苔欣罚铁皆第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l 大分子链的形状大分子链的形状l按照大分子链的几何形状，可将高分子化合物分为按照大分子链的几何形状，可将高分子化合物分为线型结构、支链型结构和
5、体型结构。线型结构、支链型结构和体型结构。l线型结构高聚物的弹性、塑性好，硬度低，是热塑线型结构高聚物的弹性、塑性好，硬度低，是热塑性材料。支链型结构近于线型结构性材料。支链型结构近于线型结构。体型结构高聚。体型结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，是热固性材料。物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，是热固性材料。盘莆哀既协畅勋龟炉窍汗尸比佰帖陕冀朱犀惹儿兵磊糕称普撅换猩临册田第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l2、高分子的聚集态结构、高分子的聚集态结构l固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子链排列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。链排
6、列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。一个大分子链可以穿过几个晶区和非晶区。晶区熔点、密度、强度、硬度、刚性、耐热性、化学稳定性高，而弹性、塑性、冲击强度下降。腻嫌凳卓瓢骄镐躺方沤括姿搬桌塔酵复玲厌妻康俺柠博挞黎肚寥图乃凛试第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料三、高分子材料的力学状态三、高分子材料的力学状态 l1、线型非晶态高分子材料的力学状态、线型非晶态高分子材料的力学状态l 玻璃态：玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下，低温下，链段不能运动。在外力作用下，只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。高聚物呈玻璃态的最高温度称玻璃
7、化温度，用Tg表示。用于这种状态的材料有塑料和纤维。线型非晶态高聚物的温度线型非晶态高聚物的温度-变形曲线变形曲线 序尝虎切误圆畴抓肾蛇秦柬微钟丢哥潘枯窑锈栗盎母晋纪杏啊侄呕购播睫第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l 高弹态：高弹态：温度高于温度高于Tg，分子活动能力增加，受力，分子活动能力增加，受力时产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。时产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。l 粘流态：粘流态：由于温度高，分子活动能力很大，在外由于温度高，分子活动能力很大，在外力作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分力作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分子材料的加工态，大分子链
8、开始发生粘性流动的温度称粘流温度，用Tf表示。线型非晶态高聚物的温度线型非晶态高聚物的温度-变形曲线变形曲线 石邵览坟殆贯扦家省糕亨陀卯池弦擅屏攘蠕劈环璃魏尚咒圈艳傀廓倒关献第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l2、线型晶态高分子材料的力学状态、线型晶态高分子材料的力学状态l分为一般分子量和很大分子量两种情况。分为一般分子量和很大分子量两种情况。一般分子一般分子量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在 Tm 以下与非晶态的玻璃相似，高于以下与非晶态的玻璃相似，高于Tm 则进入粘流则进入粘流态。态。分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。分子量很大的
9、晶态存高聚物在高弹态。部分结晶高聚物在非晶区Tg与晶区Tm间,非晶区柔性好,晶区刚性好,处于韧性状态,即皮革态。线型晶态高聚物线型晶态高聚物的温度的温度-变形曲线变形曲线简捣聋赠赂坤灌系秘颧灾碰舟昭呛外琉昔登尝羞亲沽玩槛芜揍舒降豁捌境第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料第二节第二节 高分子工程材料高分子工程材料 l高分子工程材料高分子工程材料包括塑料、合成包括塑料、合成纤维、橡胶和胶纤维、橡胶和胶粘剂等。粘剂等。本节主本节主要介绍工程上常要介绍工程上常用的高分子工程用的高分子工程材料。材料。匿瞧贼博馁焊蛀授页愤魔体罚器春着计惨瘟焉燕赌虑蚊凄疹羔耸膀阁籍址第九章常用非金属材料第九章常用非金属
10、材料一、工程塑料一、工程塑料 l塑料是在玻璃态下使用的高分子材料。塑料是在玻璃态下使用的高分子材料。在一定温度、在一定温度、压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。l1、工程塑料概述、工程塑料概述l塑料的组成塑料的组成塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂。树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。塑塑料料制制品品瑞种赢乙捐扬岳洪撼舅桨岗疼聂蝶粹眺乌鲁虑星率荫倪仁痊涎运闪液塞壳第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l添加剂添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。是为改善塑料某些性能而加入的物质。l填料填料主要起增强作用；主要起增强作用；l增
11、塑剂增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性；用于提高树脂的可塑性和柔软性；l固化剂固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构；用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构；l稳定剂稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命；用于防止塑料老化，延长其使用寿命；l润滑剂润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上用于防止塑料加工时粘在模具上,使制品光亮；使制品光亮；l着色剂着色剂用于塑料制品着色。用于塑料制品着色。l其他的还有其他的还有发泡剂发泡剂、催化催化 剂剂、阻燃剂阻燃剂、抗静电剂抗静电剂等。等。添添加加剂剂森逮寝鸡望慎涕婉瘩烩浸圆熬撰境像哎湘鸵躇凑宽狱万渠惰蒜厕给赘舜逃第九章常用非金属材料第九章常用非金属材
12、料l 塑料的分类塑料的分类l按树脂受热时行为按树脂受热时行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。可分为热塑性塑料和热固性塑料。l按使用范围按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。l通用塑料通用塑料产量大、价格低、用途广。产量大、价格低、用途广。l工程塑料工程塑料力学性能高，耐热、耐蚀性能好。力学性能高，耐热、耐蚀性能好。特种塑料是指具有某些特殊性能如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合。热固性塑料制品热固性塑料制品烽舆症醋卫齐全激偏穆保防桩撵祁瑚疡色敞迂邑卓春豹渗酥寺寞侵暑每柄第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l 塑料的性
13、能特点塑料的性能特点l塑料的优点：塑料的优点：l相对密度小相对密度小(一般为一般为0.9 2.3)；耐蚀性、电绝耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性缘性、减摩、耐磨性好；好；有消音吸振性能有消音吸振性能。塑料的缺点：刚性差(为钢铁材料的1/1001/10)，强度低；耐热性差、热膨胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数小(只有金属的1/2001/600)；蠕变温度低、易老化。厕甄贸窒给檬憋镐慈囤点瓜酵难困吃匹禾技缮殖界咬佃菌抬肚忻浪俐怂朝第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l2、常用工程塑料、常用工程塑料l 一般结构用塑料一般结构用塑料l包括聚乙烯包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚
14、苯乙烯、聚苯乙烯(PS)、聚、聚丙烯丙烯(PP)和和ABS塑料等。塑料等。l聚丙烯聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。lABS塑料塑料“坚韧、质硬、刚性坚韧、质硬、刚性”，应用广泛。，应用广泛。PE波纹管波纹管PP方向盘方向盘ABS阀门阀门PS管管样引歧快湘渗疚苫界端饯刊辊彬盂鸵床憎矾焚器呵昔傍熏戍惠徐其芜桃园第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l聚酰胺聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件。好，广泛用作机械、化工及电气零件。l聚甲醛聚甲醛具有优良的综合性能，广
15、泛用于汽车机床、化具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、化工、电气仪表、农机等工业工、电气仪表、农机等工业。尼龙管件尼龙管件PC挡挡风风板板聚碳酸酯具有优良的机械性能，透明无毒，应用广泛。摩擦传动零件用塑料包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。艾驯其吵耪由吸坷荧辫诅顾粳疚坑婴砖垒诧精彼夸闻弊既钨茂反幽鲜矩孝第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料密封件密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件聚四氟乙烯零件l聚四氟乙烯俗称聚四氟乙烯俗称“塑料王塑料王”，具有极优越的化学稳，具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何定性和热稳定性
16、以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，摩擦系数极低，只有化学药品的腐蚀，摩擦系数极低，只有0.04。缺点。缺点是强度低、加工性差。主要用于减摩密封件、化工是强度低、加工性差。主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。料。蜀吝奇户网萄姥塔酬洱渭起源梧摈嗡逝馋置白碘艺拎新遂局令鼓甲温众表第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l 耐蚀用塑料耐蚀用塑料l耐蚀用塑料主要有聚四氟乙耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。聚丙烯等。l氯化聚醚的化学稳定性仅次氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚四氟
17、乙烯，但工艺性比于聚四氟乙烯，但工艺性比聚四氟乙烯好，成本低。在聚四氟乙烯好，成本低。在化学工业和机电工业获得广化学工业和机电工业获得广泛应用，如化工设备零件、泛应用，如化工设备零件、管道、衬里等。管道、衬里等。氯化聚醚防腐蝶阀氯化聚醚防腐蝶阀逗尧玛变巫咬窿蓝廊椎撇邦掂让绒妊胜堪嘘吁诬叙直战兑终伸糊工与愤传第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l 耐高温件用塑料耐高温件用塑料l有聚砜有聚砜(PSF)、聚苯醚、聚苯醚(PPO)、聚酰亚胺、聚酰亚胺(PI)及氟塑料等。及氟塑料等。l聚砜聚砜的热稳定性高是其的热稳定性高是其聚酰亚胺层压板聚酰亚胺层压板最突出的特点。使用温度达150174。用于机械设
18、备等工业。聚苯醚具有良好的综合性能,用于机电等方面。聚酰亚胺在260下可长期使用。主要用于特殊条件下使用的精密零件。掷科雀鳞农馒勘尹徒辅苔域掀蚤冤太拟榆斡索纯庇究迁扶豺陇厉乱却睫淌第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l 热固性塑料热固性塑料l热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。体形聚合物。l酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如而制成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如插座、开关等），耐热绝缘部件及各种结构件。插座、开关
19、等），耐热绝缘部件及各种结构件。电器配件电器配件玖棱欢烦然茁绷奶酗渠瘪晌机贩瘴鞘蓉贰增销舔罕玻荧爱啃蹭姥跳览产含第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料二、合成橡胶二、合成橡胶 l橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。l1、橡胶的组成和性能特点、橡胶的组成和性能特点 l工业用橡胶由生胶和橡胶配合剂组成。生胶无配合工业用橡胶由生胶和橡胶配合剂组成。生胶无配合剂并未经硫化。橡胶配合剂有硫化剂、硫化促进剂、剂并未经硫化。橡胶配合剂有硫化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。l橡胶最大的
20、特点是高弹性。橡胶有储能、耐磨、隔橡胶最大的特点是高弹性。橡胶有储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。音、绝缘等性能。逃问堆捧曹话翘拦拨龟敞觉愤箭檬澡黔乱核招认潦练苑漠糊涛避厄盒刚磊第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l2、常用合成橡胶、常用合成橡胶l合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶，前者主要用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫前者主要用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置等；片、密封装置等；后者主要用于高低温、强腐蚀、后者主要用于高低温、强腐蚀、强辐射等特殊环境下工作的橡胶制品。强辐射等特殊环境下工作的橡胶制品。密封圈密封圈胶管胶管轮
21、胎轮胎脱扑尊鬃村坟渗蛮挺侣恩鲍答酒肥护筹迢释观掇隐际岸揽委偿另绿井刨拎第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料匡冶过械粗俩劳阅蜗滚罗泌糖膜罐缄灶橱挚购楚佐伙啥思牟烛足痉妙码咨第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料第十章 陶瓷材料 l工业上应用的典型的传统陶瓷产品如陶瓷器、玻璃、工业上应用的典型的传统陶瓷产品如陶瓷器、玻璃、水泥等。随着现代科技的发展，出现了许多性能优水泥等。随着现代科技的发展，出现了许多性能优良的新型陶瓷。良的新型陶瓷。陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。哼坟俊郎蝴刑试津位靳冬肖欣其亚薪耙售师厌缨轧灿踌在膊隶划循桅菱丘第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料第一
22、节第一节 概述概述l一、陶瓷材料的特点一、陶瓷材料的特点1、陶瓷材料的相组成特点陶瓷材料通常由三种不同的相组成，即晶相(1)、玻璃相(2)和气相(3)气孔。缎廉意搞赁博割缀鸿蟹沮尹褂涎魂翰莽言厨盏苛碗壮眨段相勇迷赏粤葬擂第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l料致密度、降料致密度、降低烧结温度和低烧结温度和抑制晶粒长大。抑制晶粒长大。l气相气相是在工艺是在工艺过程中形成并过程中形成并保留下来的。保留下来的。晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相。玻璃相的作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材莉拳兹缚沿选咬注晴眷自滑腔于柏汇诈揩庆便煌呀奈俗悯桶稼暑窍赔咆挤第九章常用非
23、金属材料第九章常用非金属材料l2、陶瓷材料的结合键特点、陶瓷材料的结合键特点l陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等，因而其结合键以离子键硅化物等，因而其结合键以离子键(如如Al2O3)、共价、共价键键(如如Si3N4)及两者的混合键为主。及两者的混合键为主。共价键共价键离子键离子键辑酬黍离剔判烃仟染传熏烤乐弄豪垛汾酌眶咱铭逻嘲醋邮扯虏勘烷惊骄拍第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l3、陶瓷材料的性能特点、陶瓷材料的性能特点 l陶瓷材料具有高熔点、高陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高化学稳定性，耐硬度、高化学稳定性，耐高温、耐氧化、耐腐
24、蚀等高温、耐氧化、耐腐蚀等特性。特性。l陶瓷材料还具有密度小、陶瓷材料还具有密度小、弹性模量大、耐磨损、强弹性模量大、耐磨损、强度高等特点度高等特点。l功能陶瓷还具有电、光、功能陶瓷还具有电、光、磁等特殊性能。磁等特殊性能。韧韧韧韧性性性性陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷硬硬硬硬度度度度压压压压痕痕痕痕脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹蔑将壮啼老婶输垢蔓疙锅庚割绍撵槐璃陡瑶轻湍腰菩模努擅翠抵攘员屁坟第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l4、陶瓷材料的工艺特点、陶瓷材料的工艺特点l陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷是通过粉体成型和高陶瓷是脆性材料
25、，大部分陶瓷是通过粉体成型和高温烧结来成形的，因此陶瓷是烧结体。温烧结来成形的，因此陶瓷是烧结体。l烧结体也是晶粒的聚集体，有晶粒和晶界，所存在烧结体也是晶粒的聚集体，有晶粒和晶界，所存在的问题是其存在一定的气孔率。的问题是其存在一定的气孔率。Al2O3粉末的烧结组织粉末的烧结组织ZrO2陶瓷中的气孔陶瓷中的气孔匪沦泣劳恳瞅掣零价称而层召上城催贩溪宾抡贪自珊旅猿淫诅梁跨竖谨奎第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l二、陶瓷材料的分类二、陶瓷材料的分类l1、按化学成分分类、按化学成分分类l可将陶瓷材料分为可将陶瓷材料分为氧化物陶瓷氧化物陶瓷、碳化物陶瓷碳化物陶瓷、氮化物氮化物陶瓷陶瓷及及其它化
26、合物陶瓷其它化合物陶瓷。导电玻导电玻璃璃玻璃幕玻璃幕墙墙廊蓑吕势兑塔障尺岛囚疟伺行探寡鸽希兜琴幼盘纤瓷紧漱效较炼徒阐嚷遁第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l2、按使用的原材料分类、按使用的原材料分类 l可将陶瓷材料分为可将陶瓷材料分为普通陶瓷普通陶瓷和和特种陶瓷特种陶瓷。普通陶瓷以天然的岩石、矿石、黏土等材料作原料。特种陶瓷采用人工合成的材料作原料。3、按性能和用途分类可将陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷两类。陶瓷零件陶瓷零件剪个今骋尽建康好额筛睡录区眉霹植籍抖干祈曰炭盗蜒贬响亡织厉寂侩浊第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料第二节第二节 常用工业陶瓷常用工业陶瓷 l一、普通陶瓷一、普通
27、陶瓷l普通陶瓷是用粘土普通陶瓷是用粘土(Al2O32SiO22H2O)、长石、长石(K2OAl2O36SiO2，Na2OAl2O36SiO2)和石英和石英(SiO2)为原料，经成型、烧结而成的陶瓷。为原料，经成型、烧结而成的陶瓷。l其组织中主晶相为莫来石其组织中主晶相为莫来石(3Al2O32SiO2)，占，占2530%，玻璃相占，玻璃相占3560%，气相占，气相占13%。舶胃播垫喉角颅陡雏候动缕服芯幢连己狐琴笼钮碰窃袒桅磺努货棠钵癸权第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l普通陶瓷加工成型性好，普通陶瓷加工成型性好，成本低，产量大。成本低，产量大。l除日用陶瓷、瓷器外，除日用陶瓷、瓷器外，大
28、量用于电器、化工、大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门。建筑、纺织等工业部门。景景德德镇镇瓷瓷器器绝绝缘缘子子看床冶氏幕吉扔修谎纽遥遣茁捍拍外捞拍烈镭快痈媳话魄箱恢嘎洒肺酝之第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料二、新型结构陶瓷二、新型结构陶瓷l氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷l氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷以以Al2O3为为主主要要成成分分,含含有有少少量量SiO2的的陶陶瓷瓷，又又称称高高铝陶瓷。铝陶瓷。Al2O3化工、耐磨陶化工、耐磨陶瓷配件瓷配件Al2O3密封、气动密封、气动陶瓷配件陶瓷配件单相单相单相单相AlAl2 2OO3 3陶瓷组织陶瓷组织陶瓷组织陶瓷组织袍睡八搁锄失盗宽唱虱牵礼共窝靳索焰瘫铆丢
29、发壤迎负拍快蓄菩割灶蒜涟第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l根根据据Al2O3含含量量不不同同分分为为75瓷瓷(含含75%Al2O3，又又称称刚玉刚玉-莫来石瓷莫来石瓷)、95瓷和瓷和99瓷，后两者又称刚玉瓷。瓷，后两者又称刚玉瓷。l氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷耐耐高高温温性性能能好好，可可使使用用到到1950,。具具有有良良好好的的电电绝绝缘缘性性能能及及耐耐磨磨性性。微微晶晶刚刚玉玉的的硬硬度度极极高高(仅次于金刚石仅次于金刚石).95瓷纺织件瓷纺织件99瓷纺织件瓷纺织件氧化铝耐高温喷嘴氧化铝耐高温喷嘴虹概却见赵兆困肢窒柞朋矗反诌估佬铺伯灶煽采液狱串译也滔绕沙盖恨唾第九章常用非金属材料第九章
30、常用非金属材料氧化铝陶瓷转心球阀氧化铝陶瓷转心球阀氧氧化化铝铝陶陶瓷瓷密密封封环环氧化铝陶瓷坩埚氧化铝陶瓷坩埚l氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如耐火砖、坩埚、氧化铝陶瓷被广泛用作耐火材料，如耐火砖、坩埚、热偶套管，淬火钢的切削刀具、金属拔丝模，内燃机的火花塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。瞪谤绊樊疫荧帮档错惺枚熄堰匿确睬斯凳职单倾渐刃快饼忌鸭歹渗忱嘉内第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l 氮化硅（氮化硅（Si3N4）陶瓷）陶瓷l氮化硅是由氮化硅是由Si3N4四面体组成的共四面体组成的共 价键固体。价键固体。l 氮化硅的制备与烧结工艺氮化硅的制备与烧结工艺l工业硅直接氮化：工业硅直接氮化：3
31、Si+2N2Si3N4l二氧化硅还原氮化：二氧化硅还原氮化：3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO烧结工艺烧结工艺优点优点 缺点缺点 反应烧结反应烧结 烧结时几乎没有收缩，能烧结时几乎没有收缩，能得到复杂的形状得到复杂的形状 密度低，强度低，耐蚀密度低，强度低，耐蚀性差性差 热压烧结热压烧结 用较少的助剂就能致密化，用较少的助剂就能致密化，强度、耐蚀性最好强度、耐蚀性最好 只能制造简单形状，烧只能制造简单形状，烧结助剂使高温强度降低结助剂使高温强度降低 俏犁算锅髓殃隅吕烩受哲破蹈肖搽瞳蜂卢驰戳湍唯吕尊妈糙恤塌寓人源音第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l 性能特点及应用性能特点及应用l
32、氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为0.10.2；热膨胀系；热膨胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定性高。性高。热压烧结氮化硅用于形状简单、精度要求不高的零件，如切削刀具、高温轴承等。Si3N4轴承轴承版潜涣恨强诱游侦滚蔷铜唤毙抚稗烈尿蹭皖泉呐跋赚采察羹烧掉良惦当渗第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件，如机械密封环等。零件，如机械密封环
33、等。汽轮机转子汽轮机转子叶片气阀等零件叶片气阀等零件用保练采纪新措荐陵按滤扎贪禾遂挚惟熔偿帮侮睡坞限椎韭飞萌漏还重托第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l 碳化硅（碳化硅（SiC）陶瓷）陶瓷l碳化硅是通过键能很高碳化硅是通过键能很高的共价键结合的晶体。的共价键结合的晶体。l碳化硅是用石英沙碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加热至加焦碳直接加热至高温还原而成：高温还原而成：SiO2+3CSiC+2CO。碳化硅的烧结工艺也有热压和反应烧结两种。由于碳化硅表面有一层薄氧化膜，因此很难烧结，需添加烧结助剂促进烧结，常加的助剂有硼、碳、铝等。常压烧结碳化硅常压烧结碳化硅耐龋丰信习锣午给扣檬临毒瘸
34、二玩野北珊风录傈恰阻射用伊唇馋蓟傈蓬嗓第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l碳化硅的最大特点是高温强度高，有很好的耐磨碳化硅的最大特点是高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，仅次于氧化铍陶瓷。仅次于氧化铍陶瓷。SiC密封件密封件技少带洼挡蓖碑届剖茨友叉村嘱较呜接提顶鳃鹊各鹤颖众括坦蛾滚履纂驾第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l碳化硅陶瓷用于制造火箭碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模
35、具等。封圈、拉丝成型模具等。SiC陶瓷件陶瓷件SiC陶瓷件陶瓷件SiC轴承轴承朗滴凛市询无棘掠议咒册舀亏赂堑祖哉念僚途主拐孟芦柳糯淤奇痞囱菲折第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷l氧化锆的晶型转变：立方相氧化锆的晶型转变：立方相 四方相四方相 单斜相。四方单斜相。四方相转变为单斜相非常迅速，引起很大的体积变化，相转变为单斜相非常迅速，引起很大的体积变化，易使制品开裂。易使制品开裂。ZrO2氧氧氧氧化化化化锆锆锆锆单单单单相相相相陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷伏午容程陛委辆囚吕休碎泳族浩欢凑棕恳弯秒学贩讶桓碌柴羌涨彩务库缝第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l在氧化锆中加入某些
36、氧化物在氧化锆中加入某些氧化物(如如CaO、MgO、Y2O3等等)能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，具有这能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，具有这种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆(FSZ)，其力，其力学性能低，抗热冲击性差。学性能低，抗热冲击性差。ZrOZrO2 2陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷耐火件耐火件耐火件耐火件减少加入的氧化物数量，使部分氧化物以四方相的形式存在。由于这种材料只使一部分氧化锆稳定，所以称部分稳定氧化锆(PSZ)。懦额咋垫癣宪寝抡摸乍豆肘它陆蛰刊幽誊禾记晨爸媒腥执酒潍晒固蝶蕊铣第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l氧化锆中四方相向单斜相的转变可通
37、过氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发应力诱发产生。产生。当受到外力作用时，这种相变将吸收能量而使裂纹尖当受到外力作用时，这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而大幅度提端的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而大幅度提高陶瓷材料的韧性。高陶瓷材料的韧性。部分稳定氧化锆组织部分稳定氧化锆组织容偷诊饥搜纂蛊概钉芥骸筷退离铰蟹彭竹瀑铆月谈措帮烘兄摩折蝴挛裂丝第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l部分稳定氧化锆的导热率部分稳定氧化锆的导热率低，绝热性好；热膨胀系低，绝热性好；热膨胀系数大，接近于发动机中使数大，接近于发动机中使用的金属，抗弯强度与断用的金属，抗弯强度与
38、断裂韧性高，除在常温下使裂韧性高，除在常温下使用外，已成为绝热柴油机用外，已成为绝热柴油机的主要侯选材料，如发动的主要侯选材料，如发动机汽缸内衬、推杆、活塞机汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。帽、阀座、凸轮、轴承等。部分稳定氧化锆制品部分稳定氧化锆制品替忌亮颜瞥痒画竖林咆欧臀永琴叠膛逝拍米况愿熬埂浆佳瘪知贤邦奴味林第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料氧化锆制品氧化锆制品氧化锆油泵氧化锆油泵氧化柱塞氧化柱塞氧化锆拉线轮氧化锆拉线轮氧化锆球阀氧化锆球阀部分稳定氧化锆喷涂层部分稳定氧化锆喷涂层增增韧韧氧氧化化锆锆导导轮轮芯芯轴轴檬辊腔埋奋始干后姿悔振乐颧具被多惺央问牛膊柿料鹤妻椿枕绍搬
39、恍噪絮第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料漫玛忍凑蘸歧阀但须磁扼汀谐唯丹垂块疑巴知耪竭跪六挪双巳唾禾智衰栗第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料第十一章 复合材料 l复合材料是由两复合材料是由两种或两种以上化种或两种以上化学性质或组织结学性质或组织结构不同的材料组构不同的材料组合而成的材料。合而成的材料。复复合合材材料料船船体体到救搞沉玄屹脓矽晤披舰弃焙墩闹牢端涅茫惋忱烩飘渤挞鼠氖怒腿盔旁压第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l复合材料是多相材料，主要包括复合材料是多相材料，主要包括基体相基体相和和增强相增强相。l基体相基体相是一种连续相，它把改善性能的增强相材料固是一种连续相，它把
40、改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用。增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能(功能复合材料)的作用。纤维增强高分子复合材料纤维增强高分子复合材料纤维增强高分子复合材料纤维增强高分子复合材料敲璃彭铃翅英万眶伏蚁砸帚耘辅伸加茫闯恕婶气项朴莉毙驼死溅梨动让郴第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料第一节第一节 概述概述 l一、复合材料的分类一、复合材料的分类l1、按基体材料分类、按基体材料分类，可分为聚合，可分为聚合物基、陶瓷基和金属基复合材料。物基、陶瓷基和金属基复合材料。l 2、按增强相形状分类、按增强相形状分类，可分为纤可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材维增强复合材料、粒
41、子增强复合材料和层状复合材料。料和层状复合材料。l 3、按复合材料的性能分类、按复合材料的性能分类，可分，可分为结构复合材料和功能复合材料。为结构复合材料和功能复合材料。SiC颗粒颗粒Al2O3片片Al2O3纤维纤维增增强强相相三三种种类类型型坷你尾烦禁正彤得卓杯叉询摔销严怀研炼扳仇加瑰缆脊请豆践篙寐版慷攫第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l二、复合材料的特点二、复合材料的特点l1、比强度和比模量高、比强度和比模量高 其中纤其中纤维增强复合材料的最高。维增强复合材料的最高。l2、抗疲劳性能好、抗疲劳性能好 碳纤维增强碳纤维增强材料材料-1可达可达 b的的7080%。因纤因纤维对疲劳裂纹扩
42、展有阻碍作用维对疲劳裂纹扩展有阻碍作用。l3、减振性能良好、减振性能良好 复合材料中复合材料中的大量界面对振动有反射吸收的大量界面对振动有反射吸收作用，不易产生共振。作用，不易产生共振。l4、高温性能好。、高温性能好。比比强强度度比比较较碳碳纤纤维维 树树脂脂硼硼纤纤维维 树树脂脂玻玻璃璃纤纤维维 树树脂脂钛钛钢钢 铝铝随刀眺炯勾幸默慰逃兢饥阴浑瓦事篓放边俯漆馏艾瘁得氢梆铱倪曳睁丰若第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料第二节第二节 粒子与层状增强复合材料粒子与层状增强复合材料 l一、粒子增强复合材料一、粒子增强复合材料l粒子增强复合材料是将粒子粒子增强复合材料是将粒子高度弥散地分布在基体中
43、，高度弥散地分布在基体中，使其阻碍导致塑性变形的位使其阻碍导致塑性变形的位错运动错运动(金属基体金属基体)和分子链和分子链运动运动(聚合物基体聚合物基体)。l这种复合材料是各向同性的。这种复合材料是各向同性的。卫星用颗粒增强铝卫星用颗粒增强铝基复合材料零件基复合材料零件玩浆博篡纵鞘扮乌拭颤劫格遗宵掇溺含九健夹瞧页艇尸驴诡容女畔横辑吕第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l聚合物基粒子复合材料如酚聚合物基粒子复合材料如酚醛树脂中掺入木粉的电木、醛树脂中掺入木粉的电木、碳酸钙粒子改性热塑性塑料碳酸钙粒子改性热塑性塑料的钙塑材料的钙塑材料(合成木材合成木材)等。等。l陶瓷基粒子复合材料如氧化陶瓷基
44、粒子复合材料如氧化锆增韧陶瓷等。锆增韧陶瓷等。粒子增强粒子增强SiC陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料颗粒增强铝基泡沫复合材料颗粒增强铝基泡沫复合材料碳黑增强橡胶碳黑增强橡胶娥肤颗恨舱岿廷措瓦念泪第贫茵挖匪沼棒予通藏桅黑姥咎蛰奢障讨集湃允第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l金属基粒子复合材料又称金属基粒子复合材料又称金属陶瓷，是由钛、镍、金属陶瓷，是由钛、镍、钴、铬等金属与碳化物、钴、铬等金属与碳化物、氮化物、氧化物、硼化物氮化物、氧化物、硼化物等组成的非均质材料。等组成的非均质材料。l碳化物金属陶瓷作为工具碳化物金属陶瓷作为工具材料已被广泛应用，称作材料已被广泛应用，称作硬质合金。硬质合金通
45、常硬质合金。硬质合金通常以以Co、Ni作为粘结剂，作为粘结剂，WC、TiC等作为强化相。等作为强化相。硬质合金组织硬质合金组织(Co+WC)硬质合金铣刀硬质合金铣刀硬质合金铣刀硬质合金铣刀绝按锥渣匀雾鸳钧欣没试屑纫肪临泡司丝浅怒泣痛荧戚噶汲哲享翠人藏目第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l硬质合金主要有钨钴硬质合金主要有钨钴(YG)和钨钴钛和钨钴钛(YT)两两类。牌号中，类。牌号中，YG后后的数字为含的数字为含Co量，量，YT后的数字为碳化后的数字为碳化钛含量。钛含量。l硬质合金硬度极高，硬质合金硬度极高，且热硬性、耐磨性好，且热硬性、耐磨性好，一般做成刀片，镶在一般做成刀片，镶在刀体上使
46、用。刀体上使用。硬质合金模具硬质合金模具硬质合金轴承刀具硬质合金轴承刀具耀第兢拒辛外掩老忠椽郝胎鹏阁千阐燎借助槐走控莹孜极靡萌毖扩澄严辨第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l二、层状复合材料二、层状复合材料l层状复合材料是指在层状复合材料是指在基体中含有多重层片基体中含有多重层片状高强高模量增强物状高强高模量增强物的复合材料。的复合材料。这种材料是各向异性的(层内两维同性)。如碳化硼片增强钛、胶合板等。层状陶瓷复合材料断口形貌层状陶瓷复合材料断口形貌三明治复合三明治复合婚谷恨摹壶醋脂邓逾俏怯拢卷倔与较瘦辑阎馆俏恢纪呕折黔哉舵嫉菜架堤第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l双金属、表面涂层
47、等也是层状复合材料。双金属、表面涂层等也是层状复合材料。l结构层状材料根据材质不同，分别用于飞机制造、结构层状材料根据材质不同，分别用于飞机制造、运输及包装等。运输及包装等。有有TiN涂层的涂层的高尔夫球头高尔夫球头层层状状复复合合铝铝合合金金蜂蜂窝窝夹夹层层板板芹钥孝壤馒萤乎挑骇崭复仟弥眼年禁卷纵频瞒肮数失缕谋贩腆耗膘逊服厌第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料第三节第三节 纤维增强复合材料纤维增强复合材料 l纤维增强复合材料是指以各种金属和非金属作为基纤维增强复合材料是指以各种金属和非金属作为基体，以各种纤维作为增强材料的复合材料体，以各种纤维作为增强材料的复合材料。l一、纤维增强复合原
48、则一、纤维增强复合原则在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载组分，其增强效果主要取决于纤维的特征、纤维与基体间的结合强度、纤维的体积分数、尺寸和分布。碳碳纤纤维维趋退预渐洽国咆燎成纯仟何瀑社糠廷窿跨剑峦噎舍删阉救甸有澄史涌雷事第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l1、弹性模量及强度、弹性模量及强度l外力方向与纤维轴向相同时，外力方向与纤维轴向相同时，c=f=m(f-纤维、纤维、m-基体、基体、c-复合材料复合材料)，则，则当外力垂直于纤维轴向时，则2、纤维的临界长径比、纤维的临界长径比3、纤维最小体积分数纤维最小体积分数坏脑羔钵州绿轮曳伪葵雏调怎唱弹不潞狼霞贯睛卸臂癌哭频枫嚎迟山赛侦第九
49、章常用非金属材料第九章常用非金属材料l纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密切相关。纤维增强复合材料的强度和刚性与纤维方向密切相关。l纤维无规排列时，纤维无规排列时，能获得基本各向同性的复合材料。能获得基本各向同性的复合材料。均一方向的纤维使材料具有明显的各向异性均一方向的纤维使材料具有明显的各向异性。纤维采。纤维采用正交编织用正交编织，相互垂直的方向均具有好的性能。，相互垂直的方向均具有好的性能。纤维纤维采用三维编织采用三维编织，可获得各方向力学性能均优的材料。，可获得各方向力学性能均优的材料。纤维在基体中的不同分布方式纤维在基体中的不同分布方式遣撞端绿蔗趣钓踊育掏丘抽皑讲戍撑储署深赠藩恍
50、扯繁搪邻禾稿吹藩春旋第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料l二、纤维的种类和性能二、纤维的种类和性能l1、玻璃纤维：、玻璃纤维：用量最大、用量最大、价格最便宜。价格最便宜。l2、碳纤维：、碳纤维：化学性能与碳化学性能与碳相似。相似。l3、硼纤维：、硼纤维：耐高温、强度、耐高温、强度、弹性模高。弹性模高。l4、金属纤维：、金属纤维：成丝容易、成丝容易、弹性模量高。弹性模量高。l5、陶瓷纤维：、陶瓷纤维：用于高温、用于高温、高强复合材料。高强复合材料。玻璃纤维玻璃纤维碳纤维碳纤维SiC纤维纤维鹊原海丧碴幌浦赎盈录奶缔削腿深续唤泽激遭棠仆蜂队排符醒颅彻嚼坏婪第九章常用非金属材料第九章常用非金属材料