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1、第8章 常用非金属材料 第8章 常用非金属材料 8.1 高分子材料高分子材料 8.2 陶瓷材料陶瓷材料 8.3 复合材料复合材料 知识窗知识窗先进陶瓷的精密注射成型先进陶瓷的精密注射成型 自测习题自测习题 第8章 常用非金属材料 8.1 高高分分子子材材料料 8.1.1 塑料塑料1塑料的组成塑料的组成塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的高分子材料。树脂的种类、性能、数量决定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以树脂的名称命名的，例如聚氯乙烯塑料的树脂就是聚氯乙烯。工业中用的树脂主要是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。第8章 常用非金属材料 添加剂的种类较多
2、，常用的主要有以下几种：(1)填料。填料可使塑料具有所要求的某些物理化学性能，且能降低成本。用木屑、纸屑、石棉纤维、玻璃纤维等有机材料作填料，可增加塑料强度，例如酚醛树脂中加入木屑即是俗称的电木。用高岭土、滑石粉、氧化铝、石墨、铁粉、铜粉和铝粉等无机物为填料，可使塑料具有较高的耐热性、导热性、耐磨性、耐蚀性等。第8章 常用非金属材料(2)增塑剂。增塑剂用以增加树脂的可塑性、柔软性、流动性，提高塑料的弹性、韧性和塑性，但会降低其强度和耐热性。常用的增塑剂有磷酸酯类化合物、甲酸酯类化合物和氯化石蜡等。(3)稳定剂(防老化剂)。稳定剂可增加塑料对光、热、氧等老化作用的抵抗力，延长塑料的寿命。常用的稳
3、定剂有硬脂酸盐、环氧化合物等。(4)润滑剂。加入少量润滑剂可改善塑料成型时的流动性和脱模性，使制品表面光滑美观。常用的润滑剂有硬脂酸等。第8章 常用非金属材料 2.塑料的特性塑料的特性(1)质轻、比强度高。塑料的密度为0.92.2 g/cm3，只有钢铁的1/81/4。泡沫塑料的密度约为0.01 g/cm3。塑料的强度比金属低，但比强度高。这对减轻机械产品的重量具有重要意义。(2)化学稳定性好。塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。例如，聚四氟乙烯在沸腾的“王水”中仍很稳定。(3)优异的电绝缘性。塑料有良好的电绝缘性，介质损耗小，其电绝缘性可与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美。第8章 常用非金属材料
4、(4)减摩、耐磨性好。塑料的硬度低于金属，但多数塑料的摩擦系数小，有些塑料(如聚四氟乙烯、尼龙等)具有自润滑性。因此，塑料可用于制作在无润滑条件下工作的某些零件。(5)消声和吸振性好。塑料轴承和齿轮工作时平稳无声，大大减小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。(6)成型加工性好。塑料有注射、挤压、模压、浇塑等多种成型方法，且工艺简单，生产率高。第8章 常用非金属材料(7)耐热性差。多数塑料只能在100左右使用，少数品种可在200左右使用；易老化(因光、热、载荷、水、碱、酸、氧等的长期作用，使塑料变硬、变脆、开裂等现象称为老化)；导热性差，约为金属的1/500；热膨胀系数大，约为金属的310倍。
5、第8章 常用非金属材料 3常用塑料常用塑料(1)热塑性塑料。热塑性塑料加热时变软、熔融，冷却后变硬、固化，再加热又可变软、熔融，可反复成型，且基本性能不变。热塑性塑料成型工艺简便，可直接经注射、挤压、吹塑成型，生产率高，其制品使用温度低于120。常用的热塑性塑料有以下几种：聚乙烯(PE)：按生产工艺不同，分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯。高压聚乙烯化学稳定性高，柔软性、绝缘性、透明性、耐冲击性好，宜吹塑成薄膜、软管、瓶等。低压聚乙烯质地坚硬，耐磨性、耐蚀性、绝缘性好，适宜制作化工用管道、槽，电线、电缆包皮，承载小的齿轮、轴承等；又因其无毒，可制作茶杯、奶瓶、食品袋等。第8章 常用非金属材
6、料 聚氯乙烯(PVC)：分为硬质和软质两种。硬质聚氯乙烯强度较高，绝缘性和耐蚀性好，耐热性差，在-1560的温度范围使用，用于化工耐蚀的结构材料，如输油管、容器、离心泵、阀门管件等，用途很广。软质聚氯乙烯强度低于硬质聚氯乙烯，伸长率大，绝缘性较好，在-1560的温度范围使用，用于电线、电缆的绝缘包皮，农用薄膜，工业包装等。因其有毒，不能包装食品。第8章 常用非金属材料 聚丙烯(PP)：密度小，是常用塑料中最轻的一种。强度、硬度、刚性、耐热性均高于低压聚乙烯，可在120以下长期工作。绝缘性好，且不受湿度影响，无毒无味，但低温脆性大，不耐磨，易老化，用于一般机械零件(如齿轮)，耐蚀件(如泵叶轮、化
7、工管道、容器)，绝缘件(电视机、收音机、电扇、电机罩等壳体)，生活用具，医疗器械，食品和药品包装等。第8章 常用非金属材料 聚酰胺(PA)：俗称尼龙或锦纶。强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、吸振性、自润滑性、成型性好，摩擦系数小，无毒无味，可在100以下使用。蠕变值大，导热性差，吸水性高，成型收缩率大。常用的有尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010等。用于制造耐磨、耐蚀的某些承载和传动零件，如轴承、机床导轨、齿轮、螺母及一些小型零件。也可用于制作高压耐油密封圈，或喷涂在金属表面作防腐、耐磨涂层，应用较广。第8章 常用非金属材料 聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)：俗称有机玻璃。透光性、着色性、绝缘性、
8、耐蚀性好，在自然条件下老化发展缓慢，可在-60100的温度范围内使用。不耐磨，脆性大，易溶于有机溶剂中，硬度不高，表面易擦伤。用于航空、仪器、仪表、汽车中的透明件和装饰件，如飞机窗、灯罩、电视和雷达屏幕、油标、油杯、设备标牌等。ABS塑料：是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)的三元共聚物。综合力学性能好，尺寸稳定性、绝缘性、耐水和耐油性、耐磨性好，长期使用易起层。用于制造齿轮，叶轮，轴承，把手，管道，储槽内衬，仪表盘，轿车车身，汽车挡泥板，电话机、电视机、电机、仪表的壳体，应用较广。第8章 常用非金属材料 聚甲醛(POM)：耐磨性、尺寸稳定性、着色性、减摩性、绝缘性好，可在-40100长
9、期使用。加热易分解，成型收缩率大。用于制造减摩、耐磨件及传动件，如轴承、滚轮、齿轮、绝缘件，化工容器，仪表外壳，表盘等，可代替尼龙和有色金属。聚四氟乙烯(F-4)，也称塑料王。有极强的耐蚀性，可抗王水腐蚀，绝缘性、自润滑性好，不吸水，摩擦系数小，可在-195250的温度范围内使用，但价格较高。用于耐蚀、减摩、耐磨件，密封件，绝缘件，如高频电缆、电容线圈架、化工用反应器、管道等。第8章 常用非金属材料 聚碳酸脂(PC)：强度高，韧性、尺寸稳定性、透明性好，可在-60120长期使用。耐疲劳性不如尼龙和聚甲醛。用于制造齿轮、蜗轮、凸轮，电气仪表零件，大型灯罩，防护玻璃，飞机挡风罩，高级绝缘材料，用途
10、很广。聚砜(PSF)：强度、硬度、成型温度高，抗蠕变、尺寸稳定性、绝缘性好，可在-100150长期使用。不耐有机溶剂和紫外线。用于制造耐热件，绝缘件，减摩、耐磨件，高强度件，如凸轮、精密齿轮、真空泵叶片、仪表壳体和罩、汽车护板、电子器件等。第8章 常用非金属材料(2)热固性塑料：加热时软化，冷却后坚硬。固化后再加热，则不再软化或熔融，不能再成型。热固性塑料抗蠕变性强，不易变形，耐热性高，但树脂性能较脆，强度不高，成型工艺复杂、生产率低。常用的热固性塑料有以下几种：酚醛塑料(PF)，俗称电木。强度、硬度、绝缘性、耐蚀性、尺寸稳定性好，工作温度大于100，脆性大，耐光性差，只能模压成型，价格低。用
11、于制造仪表外壳，灯头、灯座、插座，电器绝缘板，耐酸泵，刹车片，电器开关，水润滑轴承等。第8章 常用非金属材料 氨基塑料，俗称电玉。颜色鲜艳，半透明如玉，绝缘性好，长期使用温度小于80，耐水性差。用于制造装饰件、绝缘件，如开关、插头、旋钮、把手、灯座、钟表外壳等。环氧塑料(EP)，俗称万能胶。强度、韧性、绝缘性、化学稳定性好，能防水、防潮、防霉，可在-80155的温度范围内长期使用，成型工艺简便，成型后收缩率小，粘结力强。用于制造塑料模具、仪表和电器零件、电子元件及线圈及用于涂覆、包封和修复机件。第8章 常用非金属材料 8.1.2 橡胶橡胶1橡胶的组成与性能橡胶的组成与性能橡胶是以生胶为主要原料
12、，加入适量配合剂而制成的高分子材料。生胶是指未加配合剂的天然胶或合成胶，它也是将配合剂和骨架材料粘成一体的粘结剂。配合剂是指为改善和提高橡胶制品性能而加入的物质，如硫化剂、活性剂、软化剂、填充剂、防老剂、着色剂等。(1)硫化剂。硫化剂的作用类似于热固性塑料中的固化剂，天然橡胶常用硫磺做硫化剂。橡胶制品经硫化处理后，可提高弹性、强度、耐磨性、耐蚀性和抗老化能力。橡胶经硫化处理后才能使用。第8章 常用非金属材料(2)软化剂。使用软化剂可增强橡胶塑性，改善粘附力，降低硬度和提高耐寒性。(3)填充剂。使用填充剂可提高橡胶强度，减少生胶用量，降低成本和改善工艺性。(4)防老剂。使用防老剂可在橡胶表面形成
13、稳定氧化膜，以抵抗氧化作用，防止和延缓橡胶发粘、变脆等老化现象。第8章 常用非金属材料 此外，为减少橡胶制品变形，提高其承载能力，可在橡胶内加入骨架材料。常用的骨架材料有金属丝、纤维织物等。橡胶具有弹性大(最高伸长率可达800%1000%，外力去除后能迅速恢复原状)，吸振能力强，耐磨性、隔声性、绝缘性好，可积储能量，有一定的耐蚀性和足够的强度等优点，其主要缺点是易老化。第8章 常用非金属材料 2常用橡胶常用橡胶按原料来源不同，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶；根据应用范围宽窄，橡胶可分为通用橡胶和特种橡胶。合成橡胶是用石油、天然气、煤和农副产品为原料制成的。常用橡胶的种类、性能和用途见表8-1。第
14、8章 常用非金属材料 表8-1 常用橡胶的种类、性能和用途 第8章 常用非金属材料 8.2 陶陶 瓷瓷 材材 料料 1陶瓷的分类与性能陶瓷的分类与性能1)陶瓷的分类陶瓷按原料不同分为普通陶瓷和特种陶瓷；按用途不同分为日用陶瓷和工业陶瓷。普通陶瓷又称传统陶瓷，其原料是天然的硅酸盐产物，如粘土、长石、石英等。这类陶瓷又称硅酸盐陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。特种陶瓷又称近代陶瓷，其原料是人工合成的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特种陶瓷具有一些独特的性能，可满足工程结构的特殊需要。第8章 常用非金属材料 2)陶瓷的性能(1)硬度高，刚性好，抗压强度高，但脆性大，冲
15、击韧度值很低，抗拉强度低，不能弯、拉、剪切，不能敲打、碰撞。陶瓷的硬度一般大于1500HV。(2)耐高温，耐磨损，抗氧化。但急冷、急热性能差。(3)耐蚀性好。例如化工陶瓷，除氢氟酸和含氟的其他介质及热浓磷酸和碱液外，能耐几乎其他所有的化学介质，如热浓硝酸、硫酸，甚至王水。陶瓷的电导能力因陶瓷品质而异，少数电导性良好，大多数是绝缘体。第8章 常用非金属材料 2常用工业陶瓷常用工业陶瓷(1)普通陶瓷。质地坚硬、不氧化、不导电、耐腐蚀、成本低，加工成型性好。强度低，使用温度为1200。广泛用于电气、化工、建筑和纺织行业，例如：受力不大，在酸、碱中工作的容器、反应塔、管道，绝缘件，要求光洁、耐磨、低速
16、、受力小的导纱零件。第8章 常用非金属材料(2)氧化铝陶瓷。主要成分是Al2O3。强度比普通陶瓷高26倍，硬度高(仅低于金刚石)；耐高温(陶瓷可在1600时长期使用，空气中使用温度最高为1980)，高温蠕变小；耐酸、碱和化学药品腐蚀，绝缘性好。脆性大，不能承受冲击。用于制作高温容器(如坩埚)、内燃机火花塞，切削高硬度、大工件、精密件的刀具，耐磨件(如拉丝模)，化工、石油用泵的密封环，高温轴承，纺织机用高速导纱零件等。第8章 常用非金属材料(3)氮化硅陶瓷。这类陶瓷化学稳定性好，除氢氟酸外，可耐无机酸(盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、王水)和碱液腐蚀；抗熔融非铁金属侵蚀，硬度高，摩擦系数小，耐磨性好；绝
17、缘性好；热膨胀系数小，抗高温蠕变性高于其他陶瓷；最高使用温度低于氧化铝陶瓷。用于制作高温轴承，热电偶套管，泵和阀的密封件，切削高硬度材料的刀具。例如，农用泵因泥砂多，要求密封件耐磨，原来用铸造锡青铜作密封件与9Cr18对磨，寿命低，现用氮化硅陶瓷与9Cr18对磨，使用8400 h，磨损仍很小。第8章 常用非金属材料(4)碳化硅陶瓷。这类陶瓷高温强度大，抗弯强度在1400时仍保持500600 MPa，热传导能力强，有良好的热稳定性、耐磨性、耐蚀性和抗蠕变性。用于制作工作温度高于1500的结构件，如火箭尾喷管的喷嘴，浇注金属的浇口杯，热电偶套管、炉管，汽轮机叶片，高温轴承，泵的密封圈。(5)氮化硼
18、陶瓷。这类陶瓷有良好的高温绝缘性(2000时仍绝缘)、耐热性、热稳定性、化学稳定性、润滑性，能抗多数熔融金属侵蚀，硬度低，可进行切削加工。用于制作热电偶套管，坩埚，导体散热绝缘件，高温容器、管道、轴承，玻璃制品的成型模具。第8章 常用非金属材料 8.3 复复 合合 材材 料料 1复合材料的分类与性能复合材料的分类与性能复合材料由基体相和增强相组成。复合材料有以下三种分类方法。按基体不同，分为两类：非金属基复合材料和金属基复合材料。目前使用较多的是以高分子材料为基体的非金属基复合材料。按增强相的种类和形状不同，分为三类：颗粒复合材料、层叠复合材料和纤维增强复合材料。第8章 常用非金属材料 复合材
19、料优良的性能表现如下：(1)比强度和比模量高。例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的8倍，比模量(弹性模量与密度之比)比钢大3倍。(2)抗疲劳性能好。例如碳纤维-聚酯树脂复合材料的疲劳强度是其抗拉强度的70%80%，而大多数金属的疲劳强度是其抗拉强度的30%50%。第8章 常用非金属材料(3)减振性能好。纤维与基体界面有吸振能力，可减小振动。例如，尺寸形状相同的梁，金属梁9 s停止振动，碳纤维复合材料制成的梁2.5 s就可停止振动。(4)高温性能好。一般铝合金在400500时弹性模量急剧下降，强度也下降。碳或硼纤维增强的铝复合材料，在上述温度时，其弹性模量和强度基本不变。此外，复合
20、材料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工艺性等。第8章 常用非金属材料 2常用复合材料常用复合材料1)纤维增强复合材料(1)玻璃纤维增强复合材料(俗称玻璃钢)。按粘结剂不同，分为热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。热塑性玻璃钢。以玻璃纤维为增强剂，热塑性树脂为粘结剂。与热塑性塑料相比，当基体材料相同时，其强度和疲劳强度提高23倍，冲击韧度提高24倍，抗蠕变能力提高25倍，强度超过某些金属。这种玻璃钢用于制作轴承、齿轮、仪表盘、收音机壳体等。第8章 常用非金属材料 热固性玻璃钢。以玻璃纤维为增强剂，热固性树脂为粘结剂。其密度小，耐蚀性、绝缘性、成型性好，比强度高于铜合金和铝合金，甚至高于某些合金钢。
21、但刚度差，为钢的1/101/5。耐热性不高(低于200)，易老化和蠕变。主要制作要求自重轻的受力件，例如汽车车身，直升机旋翼，氧气瓶，轻型船体，耐海水腐蚀件，石油化工管道和阀门等。第8章 常用非金属材料(2)碳纤维增强复合材料。这种复合材料与玻璃钢相比，其抗拉强度高，弹性模量是玻璃钢的46倍。玻璃钢在300以上，强度会逐渐下降，而碳纤维的高温强度好。玻璃钢在潮湿环境中强度会损失15%，碳纤维的强度不受潮湿影响。此外，碳纤维复合材料还具有优良的减摩性、耐蚀性、导热性和较高的疲劳强度。碳纤维复合材料适于制作齿轮、高级轴承、活塞、密封环，化工零件和容器，飞机涡轮叶片，宇宙飞行器外形材料，天线构架，卫
22、星、火箭机架，发动机壳体等。第8章 常用非金属材料 2)层叠复合材料层叠复合材料由两层或两层以上不同材料复合而成。用层叠法增强的复合材料可使强度、刚度、耐磨、耐蚀、绝热、隔声、减轻自重等性能分别得到改善。常见的有双层金属复合材料、塑料-金属多层复合材料和夹层结构复合材料等。第8章 常用非金属材料 例如，SF型三层复合材料就是以钢为基体，烧结铜网或铜球为中间层，塑料为表面层的自润滑复合材料。这种材料力学性能取决于钢基体，摩擦、磨损性能取决于塑料，中间层主要起粘结作用。这种复合材料比单一塑料的承载能力提高20倍，导热系数提高50倍，热膨胀系数下降75%，改善了尺寸稳定性，可制作高应力(140 MP
23、a)、高温(270)、低温(-195)和无油润滑条件下的轴承。第8章 常用非金属材料 3)颗粒复合材料颗粒复合材料是由一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体材料内所组成的。金属陶瓷就是颗粒复合材料，它是将金属的热稳定性好、塑性好，高温易氧化和蠕变等性能，与陶瓷脆性大，热稳定性差，但耐高温、耐腐蚀等性能进行互补，将陶瓷微粒分散于金属基体中，使两者复合为一体。例如，钨钴类硬质合金刀具就是一种金属陶瓷。第8章 常用非金属材料 知识窗知识窗先进陶瓷的精密注射成型先进陶瓷的精密注射成型 1概述概述先进陶瓷(又称精细陶瓷，高技术陶瓷)因具有优异的性能，如耐磨损、耐腐蚀、耐高温、高硬度、高强度和电、磁、光等功能
24、，从而在计算机、通信、生物、航天、新能源、精密机械等领域获得愈来愈广的应用。然而，传统的成型制造技术(如模压成型、注浆成型)，在陶瓷部件的成型质量和成型精度等方面都满足不了要求，特别是对于近几年发展起来的在电子、通信、生命科学与微机电系统中的微细陶瓷零部件，靠陶瓷的传统成型制造技术已无法制备。第8章 常用非金属材料 陶瓷粉末精密注射成型技术是近十年来国际上快速发展起来的新型制造技术。其科学基础是基于现代高分子精密注塑理论和现代陶瓷制造技术，它将高分子流变学、陶瓷粉体技术、陶瓷工艺学和金属模具精密制造技术结合在一起。陶瓷粉末精密注射成型技术突出的优点包括：(1)可成型各种复杂形状的陶瓷零部件，使
25、烧结后的陶瓷产品无需进行机加工或少加工，从而减少昂贵的陶瓷加工成本。第8章 常用非金属材料(2)成型制品具有极高的尺寸精度和表面极低的粗糙度，精度已高达5 m。(3)可实现微成型，制备微米到毫米范围内的陶瓷微型零件。(4)成型过程机械化和自动化程度高，重复性好，便于规模化低成本生产。第8章 常用非金属材料 2陶瓷精密注射成型过程分析陶瓷精密注射成型过程分析陶瓷零部件精密注射成型的制造过程主要分为以下四个环节：(1)注射喂料制备。将合适的有机载体(具有不同性质和功能的有机物)与陶瓷粉末在一定温度下混炼、干燥、造粒，得到注射用喂料；有机载体的作用是提供陶瓷注射成型所需的流动性及成型坯体强度。这一阶
26、段聚合物粘结剂和添加剂与陶瓷粉末界面作用至关重要，粉末应无团聚，均匀分散在有机载体中，并具有良好的流变学特性。第8章 常用非金属材料(2)注射成型。混炼后注射用喂料送入注射成型内被加热转变为粘稠性熔体，在一定温度和压力下高速注入冷模具内，熔体固化为所需形状的坯体，然后脱模。这一阶段模具设计和注射熔体充模流动状态直接影响成型坯体质量。(3)脱脂。通过加热或其他物理化学方法，将注射成型坯体内有机物排除，这一阶段耗时长且成型坯体易产生缺陷，因此，脱脂方法、机理和动力学研究也就显得十分重要。(4)烧结。脱脂后的陶瓷坯体在高温下致密化烧结，获得所需外观形状、尺寸精度和显微结构的致密陶瓷部件。第8章 常用
27、非金属材料 3陶瓷精密注射成型技术的发展陶瓷精密注射成型技术的发展1)有机载体体系扩展有机载体是多组分体系，包括成型时起粘结作用的聚合物树脂(如聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物、乙烯-丙烯酸乙脂共聚物)，起增塑作用的增塑剂和润滑剂(如磷苯二甲酸二辛酯、磷苯二甲酸二丁酯、石蜡、微晶石蜡、蜂蜡等)，改善陶瓷粉末与有机物界面状态的表面活性剂(如硬脂酸、油酸、硅烷、钛酸酯等)。近几年不但以热塑性树脂和石蜡为主的传统有机结合剂体系得到改进，从而显著改善注射喂料的均匀性和流动性，并且发展了含有水溶性聚合物(如聚乙二醇、聚环氧乙烷)的粘结剂体系，以满足不同陶瓷材料和不同脱脂工艺的要求。第8章 常用非金
28、属材料 2)脱脂新理论与新工艺热脱脂是一种发展较早的脱脂方法，它的原理是基于受热过程中有机物分子的挥发和裂解，而使成型坯体内有机物逐渐排除。虽然热脱脂成本低，理论发展比较成熟，应用也比较广泛，但热脱脂过程中由于粘结剂组分受热软化，坯体在重力和热应力的作用下易产生粘性流动变形，因此脱脂速率十分缓慢。对于大尺寸陶瓷部件还容易产生肿胀、裂纹和变形等缺陷。因此，化学脱脂理论和技术近几年应运而生。第8章 常用非金属材料(1)化学催化脱脂。该法由德国BASF公司首先开发出，其主要技术特点是采用聚醛树脂作为粘结剂，并在酸性气氛中进行催化脱脂。聚醛树脂在酸性气氛催化作用下分解为甲醛，这种分解反应在110以上快
29、速发生，是一种直接的气固转变。催化脱脂在气氛-粘结剂的界面进行，在成型坯体内部没有气体存在，反应界面的推进速度可达到14 mm/h，大大缩短了脱脂时间。第8章 常用非金属材料(2)溶解萃取脱脂。该法由美国AMAX Metal Injection Molding公司发明，该工艺的主要优点在于其粘结剂由石蜡、植物油和聚合物组成。脱脂时选用一种溶剂，如三氯乙烷，有选择地首先脱除植物油和石蜡，而不溶性组元则不溶解。这样打开孔隙通道，然后再利用热脱脂除去剩余的粘结剂。整个脱脂工艺过程时间短，只需6 h，是一种较快的脱脂方法。第8章 常用非金属材料 3)注射成型应用领域的拓展陶瓷注射成型曾主要用于陶瓷发动
30、机中涡轮转子这类复杂形状的陶瓷零部件开发，当时世界上近40余家公司和研究机构发起，美国贝特尔纪念协会组织制定了“陶瓷注射成型”研发计划。美国RUTGERS大学陶瓷研究中心、Ford汽车公司、Columbus实验室、日本九州工业大学、日本京瓷公司、英国Brunel大学和伯明翰大学等都参与了这一研究。这一产品在日本和美国已用于赛车和军用装甲车。近几年陶瓷注射成型技术开始应用于通信、半导体与计算机、生物医学等领域。通信产业中光纤连接器用四方相氧化锆陶瓷插芯(Ferrule)就是一典型实例，其外径为2.5 mm，内孔直径仅有125 m，而且还要求极高的同心度。第8章 常用非金属材料 目前只有陶瓷注射成
31、型可以制造该产品，保证不变形和尺寸精度要求，并且一次注模可成型出8个样品，效率高、重复性好。计算机工业中光盘和磁带驱动用陶瓷部件形状复杂，均采用注射成型。生物医学陶瓷制注射成型品，如陶瓷牙根、牙齿矫形(又称正畸)用陶瓷托槽，因形状复杂、产品精细，注射成型是最有效的制造方法。目前，粉末注射成型陶瓷部件的尺寸精度为3%或更高。第8章 常用非金属材料 4.微型陶瓷件的微注射成型微注射成型是最近发展起来的新技术，适用于环境要求苛刻、结构复杂的MEMS系统，而且该方法可用于多种材料(各种陶瓷、金属)，并且成本较低，有较高的经济效益。用微注射成型制造微型陶瓷部件，已经成为用于当今快速成长的微型机电产品市场
32、的最有竞争力的制造业之一。第8章 常用非金属材料 该工艺是对普通注射工艺的改进，其过程是将陶瓷或金属粉料与粘结剂混合，然后在一定压力下注入其有复杂形状的微型模具里，之后通过加热除去粘结剂，最后在特定的气氛下烧结成为微型陶瓷部件。要特别提出的是，为了保证成品的质量，注浆的粘度要低，要选用容易脱模的模具。第8章 常用非金属材料 低压微注射成型(LPIM)适用于制造陶瓷或金属部件，而它的最大优点是降低了工艺温度(60100)和注射压力(35 MPa)。这是由于该工艺运用了低粘度石蜡作为粘结剂。目前，已经有氧化铝、氧化锆、氮化硅、锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡、羟基磷灰石以及氮化铝的微型陶瓷部件由低压微注
33、射成型法制成。当然，这种新型的工艺还有很多地方需要研究，它的应用潜力很大。随着MEMS的发展，微注射成型工艺将更适用于大规模生产，在新领域的新功能也会被发现。第8章 常用非金属材料 5国内外研究与制造水平比较在陶瓷和金属粉末精密注射成型技术上，日本、美国、德国和英国在国际上处于领先地位。国际上大部分粉末注射成型的研究论文和发明专利都出自这些国家。它们的一个共同点就是大学研究机构与大公司密切合作，从而在科学基础方面和工艺技术方面都得到不断创新。一是注重粉体表面化学与有机载体相互作用及其流变学的研究，为此专门开发粉末注射成型用粘结剂与添加剂，并且将粉末与粘结剂混炼、造粒，为用户提供不同陶瓷材料体系
34、的注射成型用喂料，如通信产业中光纤连接器用四方相氧化锆陶瓷插芯的注射成型喂料主要被日本控制；第8章 常用非金属材料 二是注重脱脂新技术研发，日本、美国、德国分别提出超临界脱脂、溶解萃取脱脂、化学催化脱脂等新方法。此外，粉末注射成型机注射量的精度控制与模具的精密加工方面，上述发达国家也占有优势。第8章 常用非金属材料 自自 测测 习习 题题 一、名词解释一、名词解释1.高分子化合物2.非金属材料3.工程塑料 第8章 常用非金属材料 二、简答题二、简答题1何谓热固性塑料和热塑性塑料？举例说明其用途。2塑料由哪些组成物组成？其性能如何？举例说明工程塑料的应用实例。3何谓橡胶？其性能如何？举出三种常用橡胶在工业中的应用实例。4何谓陶瓷？其性能如何？举出三种常用陶瓷在工业中的应用实例。5何谓复合材料？其性能如何？举出三种常用复合材料在工业中的应用实例。