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1、基本要求如下：1.掌握高分子材料的基本概念，了解其结构与 性能的关系；2.熟悉常用工程塑料的种类、结构特点、性能 和应用；3.了解橡胶、陶瓷和复合材料的特点和应用第四讲 非金属材料及复合材料简介Introduction of Nonmetal Materials and Composite Materials 非金属材料包括非金属材料包括：陶瓷材料陶瓷材料(Ceramic Material)_石头、陶器、高分子材料高分子材料(Polymer)(Polymer)_丝绸、塑料、橡胶、复合材料复合材料：不同性能材料复合一起，弥补单一材料不足 钢筋混凝土、石棉板、水泥板、轮胎、一一.陶瓷材料陶瓷材料
2、Silicate（硅酸盐材料）硅酸盐材料）1.1.陶瓷材料范围陶瓷材料范围：（1）非金属单质构成：如金刚石和单晶硅。（2）金属和非金属组成化合物：刚玉(corundum)Al2O3、石英 SiO2和绿(beryl)Be3Al2Si6O18 （3）泛指玻璃、水泥(cement)和耐火材料(refractory)等材料。2.陶瓷材料陶瓷材料结合键类型及主要性能特点结合键类型及主要性能特点（1）离子键）离子键(electrovalent bond)：氧化铝和氧化锆 性能：熔点高、强度和硬度大、脆性大绝缘（2）共价键）共价键(covalent bond)单晶硅、金刚石、氮化硼和氮化硅 性能：强度高，脆
3、性大，无延展性、热膨胀小。（3）离子）离子-共价混合键共价混合键(mixed bond)：氧化镁和碳化硅。3.陶瓷组织和性能陶瓷组织和性能（1陶瓷组织：陶瓷组织：）陶瓷组织陶瓷组织 A.晶体相：硅酸盐（离子键+共价键）、B.玻璃相：粘连晶体 C.气相：气孔（2陶瓷性能：瓷性能陶瓷性能：瓷性能 A.机械性能：刚度和硬度大，抗拉强度低，没有塑性，脆性极高。B.其它：热膨胀小，导热性差，化学稳定性好，绝缘性好。4.陶瓷材料分类及应用陶瓷材料分类及应用（types and application)包括：包括：A.传统陶瓷传统陶瓷:粘土、长石、和石英等天然硅酸盐为原料 （普通）用于日用、建筑、卫生用品及
4、电器等。B.现代陶瓷现代陶瓷：用高纯氧化物（刚玉）、氮化物、碳化物、（特种）硼化物和氟化物等合成，又称精细陶瓷。如硅碳棒、热电偶套等。5.现代陶瓷现代陶瓷：分结构、工具和功能陶瓷。A.结构陶瓷结构陶瓷：碳化物（SiC、WC、TiC）如：内燃机火花塞、火箭和导弹导流罩。B.工具陶瓷工具陶瓷：金属陶瓷（Cr粘结剂 的Al203 ，Co、Ni 为粘结剂的WC和TiC、钢结硬质合金）制造：切削刀具、模具、磨料、钻探工具。C.功能陶瓷功能陶瓷：用物理性能或对声、光、电、力、热和磁敏感性。导电、压电、磁性、光导纤维、传感器和超导陶瓷。二、高分子材料二、高分子材料（Polymer,High molecula
5、r material)天然+人工 1.概念概念：分子量很大的有机化合物总称。象塑料、橡胶和 纤维等。2.结合键类型结合键类型：原子间以共价键结合，组元：C、H、N、O和Si 3.性能特点性能特点：常温下呈固态、质轻，具有良好的电绝缘、热绝缘、耐酸、耐蚀和好的化学稳定性。高分子材料结构示意图：高分子材料高分子材料缺点缺点：会老化。4.4.塑料、橡胶的使用状态：塑料、橡胶的使用状态：塑料塑料：在玻璃态使用 橡胶橡胶：高弹态使用 流动树脂流动树脂：象胶粘剂、涂料在粘流态（1）塑料：）塑料：Plastic 以天然、合成树脂为原料，在一定温度和压力下 成型的材料。分通用通用和工程用工程用两种。两种。A.
6、通用塑料：通用塑料：聚乙烯、聚氯乙烯等。B.工程塑料：工程塑料：聚甲醛、聚酰胺和ABS 特点：室温下呈玻璃态、比重小，比强度高，耐蚀（酸、碱）、耐磨、绝缘、易成形。用途：制造工程零件：如轴承、衬套和齿轮；蜗轮、蜗杆、防弹玻璃、飞机挡风罩。设计塑料零件应注意：设计塑料零件应注意：A.热膨胀系数大；B.工作温度不超过玻璃化温度Tg；C.缺口敏感性大；D.可燃、吸水会改变尺寸；线型无定形高聚物的温度形变曲线（2）橡胶橡胶Rubber：室温下呈高弹态 A.天然橡胶：天然橡胶：从三叶橡胶树中采集的高弹物。如：轮胎、胶带和胶管。通用橡胶：丁苯和顺丁橡胶 传动带、电绝缘品和胶板。B.合成橡胶：合成橡胶：特种
7、橡胶：硅橡胶 在高低温、辐射、耐蚀条件下专用。如飞机密封件、高温电缆。（3 3）纤维及分类）纤维及分类 Fibre：长径比大于长径比大于100100条状或丝状材料。条状或丝状材料。包括包括天然和化学纤维天然和化学纤维A.天然纤维天然纤维：稻、麻、竹、苇、棉、丝、B.化学纤维化学纤维：人造和合成纤维人造和合成纤维。人造纤维人造纤维；用自然界纤维加工制成。；用自然界纤维加工制成。如如：硝化和醋酸纤维等。：硝化和醋酸纤维等。合成纤维合成纤维：以石油、煤和天然气为原料合成的。：以石油、煤和天然气为原料合成的。Synthetic Fibre有六种：涤纶、尼龙、晴龙有六种：涤纶、尼龙、晴龙 维龙、丙龙和氯
8、龙。维龙、丙龙和氯龙。三三.复合材料复合材料 Composite Materials 1.概念概念：两种或两种以上不同材料，经两种或两种以上不同材料，经人工复合成人工复合成 如：水泥板、轮胎和玻璃钢如：水泥板、轮胎和玻璃钢 玻璃纤维玻璃纤维+工程塑料工程塑料=玻璃钢玻璃钢 2.组成组成：基体和增强体两部分基体和增强体两部分。A.基体基体 Matrix：塑料基、陶瓷基和金属基三种，塑料基、陶瓷基和金属基三种，起连接作用。起连接作用。B.增强体：增强体：提高强度（韧性），提高强度（韧性），Reinforcing 有粒子增强、纤维增强和有粒子增强、纤维增强和 层叠或骨架增强三类。层叠或骨架增强三类。
9、复合结构如图61所示 3.性能特点性能特点：比强度高；比模量大；比强度高；比模量大；抗疲劳和化学稳定性好，减震、耐热，抗疲劳和化学稳定性好，减震、耐热，断裂安全性高和成型工艺性简单。断裂安全性高和成型工艺性简单。4.常用复合材料常用复合材料：将玻璃纤维、碳纤维、硼纤维玻璃纤维、碳纤维、硼纤维 与金属纤维复合一起。与金属纤维复合一起。5.复合材料应用复合材料应用：用在轻工、电子产品和航天空上用在轻工、电子产品和航天空上。词汇：非金属材料:Nonmetal Materials复合材料：Composite Materials陶瓷材料：Ceramic Material 高分子材料：Polymer Material硅酸盐材料：Silicate Material 橡胶：Rubber 纤维：Fibre 基体：Matrix合成纤维：Synthetic Fibre