《常用非金属材料.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用非金属材料.pptx（56页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1常用非金属材料常用非金属材料第一节第一节 高分子材料高分子材料n n一、高分子材料的基本概念一、高分子材料的基本概念n n高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。料。料。料。常称常称常称常称聚合物聚合物聚合物聚合物或或或或高聚物高聚物高聚物高聚物。n n高分子化合物的分子量一般高分子化合物的分子量一般高分子化合物的分子量一般高分子化合物的分子量一般10104 4 。n n高分子化合物有天然的（如蚕丝、羊毛、天然高分子化合物有天然的（如蚕丝、羊毛、天然高分子化合物有
2、天然的（如蚕丝、羊毛、天然高分子化合物有天然的（如蚕丝、羊毛、天然橡胶及淀粉、蛋白质等），也有人工合成的。橡胶及淀粉、蛋白质等），也有人工合成的。橡胶及淀粉、蛋白质等），也有人工合成的。橡胶及淀粉、蛋白质等），也有人工合成的。n n工业用高分子材料主要是通过工业用高分子材料主要是通过工业用高分子材料主要是通过工业用高分子材料主要是通过加聚反应加聚反应加聚反应加聚反应和和和和缩聚缩聚缩聚缩聚反应反应反应反应人工合成的。人工合成的。人工合成的。人工合成的。第1页/共55页n n1 1、高分子化合物的组成、高分子化合物的组成、高分子化合物的组成、高分子化合物的组成n n由由由由简简简简单单单单的的的
3、的结结结结构构构构单单单单元元元元重重重重复复复复连连连连接接接接而而而而成成成成。如如如如由由由由乙乙乙乙烯烯烯烯合合合合成成成成聚聚聚聚乙乙乙乙烯烯烯烯:CHCH2 2=CH=CH2 2+CH+CH2 2=CH=CH2 2+-CH-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH2 2-CHCH2 2-,CH2CH2 nl可简写成可简写成 n CH2=CH2 。l组成聚合物的低分子化合物称为组成聚合物的低分子化合物称为单体单体。l聚合物的分子为很长的链条，称为聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链大分子链。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
4、称为链节链节。聚乙烯分子链聚乙烯分子链第2页/共55页n n2、高分子材料的分类、高分子材料的分类n n 按用途按用途分塑料、橡胶、分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。纤维、胶粘剂、涂料等。n n 按聚合物反应类型按聚合物反应类型分分为加聚物和缩聚物。为加聚物和缩聚物。n n 按聚合物的热行为按聚合物的热行为分分为热塑性聚合物和热固为热塑性聚合物和热固性聚合物性聚合物 第3页/共55页四、工程高分子材料四、工程高分子材料 1、工程塑料、工程塑料 n n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。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
5、度、在一定温度、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。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。n n工程塑料概述工程塑料概述工程塑料概述工程塑料概述 n n1 1）塑料的组成）塑料的组成）塑料的组成）塑料的组成 l塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂。塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂。l树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。塑塑料料制制品品第4页/共55页n n添加剂添加剂添加剂添加剂是为改善塑料某些性能而加入的
6、物质。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。是为改善塑料某些性能而加入的物质。n n填料填料填料填料主要起增强作用；主要起增强作用；主要起增强作用；主要起增强作用；n n增塑剂增塑剂增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；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；n n固化剂固化剂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；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；n n稳定剂稳定剂稳定剂稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用
7、寿命；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；用于防止塑料老化，延长其使用寿命；n n润滑剂润滑剂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；使制品光亮；使制品光亮；n n着色剂着色剂着色剂着色剂用于塑料制品着色。用于塑料制品着色。用于塑料制品着色。用于塑料制品着色。n n其他的还有其他的还有其他的还有其他的还有发泡剂发泡剂发泡剂发泡剂、催化催化催化催化 剂剂剂剂、阻燃剂阻燃剂阻燃剂阻燃剂、抗静电剂抗静电剂抗静电剂抗静电剂等。等。等。等。添添加加剂剂第5页/共5
8、5页n n2 2）塑料的分类）塑料的分类）塑料的分类）塑料的分类n n按树脂受热时行为按树脂受热时行为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。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。n n按使用范围按使用范围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。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。n n通用塑料通用塑料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。产量大、价格低、用途广。产量大、价格低、用途广。n n工程塑料工程塑料
9、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。力学性能高，耐热、耐蚀性能好。力学性能高，耐热、耐蚀性能好。热固性塑料制品热固性塑料制品第6页/共55页n n3 3）塑料的性能特点）塑料的性能特点）塑料的性能特点）塑料的性能特点n n塑料的优点：塑料的优点：塑料的优点：塑料的优点：n n相对密度小相对密度小相对密度小相对密度小(一般为一般为一般为一般为0.9 0.9 2.3)2.3)；耐蚀性、电绝缘耐蚀性、电绝缘耐蚀性、电绝缘耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好；性、减摩、耐磨性好；性、减摩、耐磨性好；性、减摩、耐磨性好；有消音吸振性能有消音吸振性能有消音吸振性能有消音
10、吸振性能 。l塑料的缺点：塑料的缺点：l刚性差刚性差(为钢铁材料的为钢铁材料的1/1001/10)，强度低；，强度低；耐热耐热性差、热膨胀系数大（是钢铁的性差、热膨胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数倍）、导热系数小小(只有金属的只有金属的1/2001/600)；蠕变温度低、易老化。蠕变温度低、易老化。第7页/共55页n n（2 2）常用工程塑料）常用工程塑料）常用工程塑料）常用工程塑料n n1 1）一般结构用塑料一般结构用塑料一般结构用塑料一般结构用塑料n n包括聚乙烯包括聚乙烯包括聚乙烯包括聚乙烯(PE)(PE)、聚氯乙烯、聚氯乙烯、聚氯乙烯、聚氯乙烯(PVC)(PVC)、聚苯乙烯、聚苯乙
11、烯、聚苯乙烯、聚苯乙烯(PS)(PS)、聚丙烯聚丙烯聚丙烯聚丙烯(PP)(PP)、ABSABS塑料和有机玻璃（塑料和有机玻璃（塑料和有机玻璃（塑料和有机玻璃（PMMAPMMA）等。）等。）等。）等。n n聚丙烯聚丙烯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。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。n nABSABS塑料塑料塑料塑料“坚韧、质硬、刚性坚韧、质硬、刚性坚韧、质硬、刚性坚韧、质硬、刚性”，应用广泛。，应用广泛。，应用广泛。，应用广泛。PE波纹波纹管管PP方向方向盘盘ABS阀门阀门PS管管第8页/
12、共55页n n聚酰胺聚酰胺聚酰胺聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件。性好，广泛用作机械、化工及电气零件。性好，广泛用作机械、化工及电气零件。性好，广泛用作机械、化工及电气零件。n n聚甲醛聚甲醛聚甲醛聚甲醛具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、化工、电气仪表、农机等工业化工、电气仪表、农机等工业化工、电气仪表、农机等工业化工、
13、电气仪表、农机等工业 。尼龙管件尼龙管件PC挡挡风风板板l聚碳酸酯聚碳酸酯具有优良的机械具有优良的机械性能，透明无毒，应用广性能，透明无毒，应用广泛。泛。l2）摩擦传动零件用塑料摩擦传动零件用塑料l包括聚酰胺包括聚酰胺(PA)、聚甲醛、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯、聚碳酸酯(PC)、聚四、聚四氟乙烯氟乙烯(PTFE)等。等。第9页/共55页密封件密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零聚四氟乙烯零件件n n聚四氟乙烯俗称聚四氟乙烯俗称聚四氟乙烯俗称聚四氟乙烯俗称“塑料王塑料王塑料王塑料王”，具有极优越的化学稳，具有极优越的化学稳，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
14、性能，几乎不受任何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以及优越的电性能，几乎不受任何定性和热稳定性以及优越的电性能，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0.040.04。缺点。缺点。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耐蚀件与热
15、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。料。料。第10页/共55页n n3 3）耐蚀用塑料）耐蚀用塑料）耐蚀用塑料）耐蚀用塑料n n耐蚀用塑料主要有聚四氟耐蚀用塑料主要有聚四氟耐蚀用塑料主要有聚四氟耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚乙烯、氯化聚醚乙烯、氯化聚醚乙烯、氯化聚醚(PENTON)(PENTON)、聚丙烯等。、聚丙烯等。、聚丙烯等。、聚丙烯等。n n氯化聚醚的化学稳定性仅氯化聚醚的化学稳定性仅氯化聚醚的化学稳定性仅氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚四氟乙烯，但工艺次于聚四氟乙烯，但工艺次于聚四氟乙烯，但工艺次于聚四氟乙烯，但工艺性比聚四氟乙烯好
16、，成本性比聚四氟乙烯好，成本性比聚四氟乙烯好，成本性比聚四氟乙烯好，成本低。在化学工业和机电工低。在化学工业和机电工低。在化学工业和机电工低。在化学工业和机电工业获得广泛应用，如化工业获得广泛应用，如化工业获得广泛应用，如化工业获得广泛应用，如化工设备零件、管道、衬里等。设备零件、管道、衬里等。设备零件、管道、衬里等。设备零件、管道、衬里等。氯化聚醚防腐蝶阀氯化聚醚防腐蝶阀 第11页/共55页n n4 4）耐高温件用塑料）耐高温件用塑料）耐高温件用塑料）耐高温件用塑料n n有聚砜有聚砜有聚砜有聚砜(PSF)(PSF)、聚苯醚、聚苯醚、聚苯醚、聚苯醚(PPO)(PPO)、聚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰
17、亚胺、聚酰亚胺(PI)(PI)及氟塑料等。及氟塑料等。及氟塑料等。及氟塑料等。n n聚砜聚砜聚砜聚砜的热稳定性高是的热稳定性高是的热稳定性高是的热稳定性高是其其其其聚酰亚胺层压板聚酰亚胺层压板 最突出的特点。使用温度达最突出的特点。使用温度达150174。用于机械。用于机械设备等工业。设备等工业。l聚苯醚聚苯醚具有良好的综合性能，用于机电等方面。具有良好的综合性能，用于机电等方面。l聚酰亚胺聚酰亚胺在在260下可长期使用。主要用于特殊条下可长期使用。主要用于特殊条件下使用的精密零件。件下使用的精密零件。第12页/共55页n n5 5）热固性塑料）热固性塑料）热固性塑料）热固性塑料n n热固性塑
18、料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成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。的体形聚合物。的体形聚合物。的体形聚合物。n n酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加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剂而制成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品剂而制成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品剂而制成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如插座、开关等）
19、，耐热绝缘部件及各种结构件。（如插座、开关等），耐热绝缘部件及各种结构件。（如插座、开关等），耐热绝缘部件及各种结构件。（如插座、开关等），耐热绝缘部件及各种结构件。电器配件电器配件第13页/共55页2、合成橡胶、合成橡胶 n n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。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。n n（1 1）橡胶的组成和性能特点）橡胶的组成和性能特点）橡胶的组成和性能特点）橡胶的组成和性能特点 n n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
20、。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、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。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。n n橡胶最大的特点是高弹性（橡胶最大的特点是高弹性（橡胶最大的特点是高弹性（橡胶最大的特点是高弹性（E E约约约约1MPa1MPa）。橡胶有）。橡
21、胶有）。橡胶有）。橡胶有储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。第14页/共55页n n（2 2）常用合成橡胶）常用合成橡胶）常用合成橡胶）常用合成橡胶n n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；
22、片、密封装置等；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、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。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胎轮胎第15页/共55页第二节第二节 陶瓷材料陶瓷材料n n陶瓷材料是陶瓷材料是除金属和高除金属和高聚物以外的聚物以外的无机非金属无机非金属材料通称。材料通称。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，
23、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。第16页/共55页n n二、陶瓷材料的分类二、陶瓷材料的分类n n1 1、按化学成分分类、按化学成分分类、按化学成分分类、按化学成分分类 n n可将陶瓷材料分为可将陶瓷材料分为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氧化物陶瓷氧化物陶瓷、碳化物陶瓷碳化物陶瓷碳化物陶瓷碳化物陶瓷、氮化物氮化物氮化物氮化物陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷及及及及其它化合物陶瓷其它化合物陶瓷其它化合物陶瓷其它化合物陶瓷。导电玻璃导电玻璃玻璃幕墙玻璃幕墙第17页/共55页n n2 2、按使用的原材料分类、按使用的原材料分类、按使用的原
24、材料分类、按使用的原材料分类 n n可将陶瓷材料分为可将陶瓷材料分为可将陶瓷材料分为可将陶瓷材料分为普通陶瓷普通陶瓷普通陶瓷普通陶瓷和和和和特种陶瓷特种陶瓷特种陶瓷特种陶瓷。l普通陶瓷普通陶瓷以天然的岩石、矿以天然的岩石、矿石、黏土等材料作原料。石、黏土等材料作原料。l特种陶瓷特种陶瓷采用人工合成的材采用人工合成的材料作原料。料作原料。l3、按性能和用途分类、按性能和用途分类 l可将陶瓷材料分为可将陶瓷材料分为结构陶瓷结构陶瓷和和功能陶瓷功能陶瓷两类。两类。陶瓷零陶瓷零件件第18页/共55页三、常用工业陶瓷三、常用工业陶瓷 n n1、普通陶瓷、普通陶瓷 n n普通陶瓷是用粘土普通陶瓷是用粘土普
25、通陶瓷是用粘土普通陶瓷是用粘土(Al(Al2 2OO3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O)O)、长石、长石、长石、长石(K(K2 2OAlOAl2 2OO3 36SiO6SiO2 2，NaNa2 2OAlOAl2 2OO3 36SiO6SiO2 2)和石英和石英和石英和石英(SiO(SiO2 2)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。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。n n其组织中主晶相为莫来石其组织中主晶相为莫来石其组织中主晶相为莫来石其组织中主晶相为莫来石(3Al(3Al2 2OO3 32SiO2SiO2 2)，占，占，占，占
26、2530%2530%，玻璃相占，玻璃相占，玻璃相占，玻璃相占3560%3560%，气相占，气相占，气相占，气相占13%13%。第19页/共55页n n普通陶瓷加工成型性好，普通陶瓷加工成型性好，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。成本低，产量大。成本低，产量大。n n除日用陶瓷、瓷器外，大除日用陶瓷、瓷器外，大除日用陶瓷、瓷器外，大除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、建筑、量用于电器、化工、建筑、量用于电器、化工、建筑、量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门。纺织等工业部门。纺织等工业部门。纺织等工业部门。景景德德镇镇瓷瓷器器绝绝缘缘子子第20页/共
27、55页2、新型结构陶瓷、新型结构陶瓷n n 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷 n n氧氧氧氧化化化化铝铝铝铝陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷以以以以AlAl2 2OO3 3为为为为主主主主要要要要成成成成分分分分,含含含含有有有有少少少少量量量量SiOSiO2 2的的的的陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷，又又又又称高铝陶瓷。称高铝陶瓷。称高铝陶瓷。称高铝陶瓷。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第21页/共55页n n根根根根据据据据AlAl2 2OO3 3含含含含量量量量不不不不同同同同分
28、分分分为为为为7575瓷瓷瓷瓷(含含含含75%Al75%Al2 2OO3 3，又又又又称称称称刚刚刚刚玉玉玉玉-莫来石瓷莫来石瓷莫来石瓷莫来石瓷)、9595瓷和瓷和瓷和瓷和9999瓷，后两者又称刚玉瓷。瓷，后两者又称刚玉瓷。瓷，后两者又称刚玉瓷。瓷，后两者又称刚玉瓷。n n氧氧氧氧化化化化铝铝铝铝陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷耐耐耐耐高高高高温温温温性性性性能能能能好好好好，可可可可使使使使用用用用到到到到19501950。具具具具有有有有良良良良好好好好的的的的电电电电绝绝绝绝缘缘缘缘性性性性能能能能及及及及耐耐耐耐磨磨磨磨性性性性。微微微微晶晶晶晶刚刚刚刚玉玉玉玉的的的的硬硬硬硬度度度度极极极极高高高高
29、(仅仅仅仅次于金刚石次于金刚石次于金刚石次于金刚石).).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第22页/共55页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n n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、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，淬火钢的切削热偶套管，淬火钢的切削刀具、金属拔丝模，内燃刀具、金属拔丝模，内燃机的火花塞，火箭、导弹机的火花塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。的导流罩及轴承等
30、。第23页/共55页n n 氮化硅（氮化硅（氮化硅（氮化硅（SiSi3 3NN4 4）陶瓷）陶瓷）陶瓷）陶瓷n n氮化硅是由氮化硅是由氮化硅是由氮化硅是由SiSi3 3NN4 4四面体组成的共四面体组成的共四面体组成的共四面体组成的共 价键固体。价键固体。价键固体。价键固体。n n 氮化硅的制备与烧结工艺氮化硅的制备与烧结工艺氮化硅的制备与烧结工艺氮化硅的制备与烧结工艺n n工业硅直接氮化：工业硅直接氮化：工业硅直接氮化：工业硅直接氮化：3Si+2N3Si+2N2 2SiSi3 3NN4 4n n二氧化硅还原氮化：二氧化硅还原氮化：二氧化硅还原氮化：二氧化硅还原氮化：3SiO3SiO2 2+6
31、C+2N+6C+2N2 2SiSi3 3NN4 4+6CO+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 第24页/共55页n n 性能特点及应用性能特点及应用性能特点及应用性能特点及应用n n氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于氮
32、化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为0.10.20.10.2；热膨；热膨；热膨；热膨胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化胀系数小；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定性高。学稳定性高。学稳定性高。学稳定性高。l热压烧结氮化硅用热压烧结氮化硅用于形状简单、精度于形状简单、精度要求不高的零件，要求不高的零件，如切削刀具、高温如切削刀具、高温轴承
33、等。轴承等。Si3N4轴承轴承第25页/共55页n n反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高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。的零件，如机械密封环等。的零件，如机械密封环等。的零件，如机械密封环等。汽轮机转子汽轮机转子叶片气阀等零件叶片气阀等零件第26页/共55页n n 碳化硅（碳化硅（碳化硅（碳化硅（SiCSiC）陶）陶）陶）陶瓷瓷瓷瓷n n碳化硅是通过键能很碳化硅是通过键能很碳化硅是通过键能很碳化硅是通过键能很高的共价键结合的晶高的共价键结合的晶高的共价键结合的晶高的共价
34、键结合的晶体。体。体。体。n n碳化硅是用石英沙碳化硅是用石英沙碳化硅是用石英沙碳化硅是用石英沙(SiO(SiO2 2)加焦碳直接加热加焦碳直接加热加焦碳直接加热加焦碳直接加热至高温还原而成：至高温还原而成：至高温还原而成：至高温还原而成：SiOSiO2 2+3CSiC+2CO+3CSiC+2CO。l碳化硅的烧结工艺也有热压和反应烧结两种。由于碳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。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第
35、27页/共55页n n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，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。仅次于氧化铍陶瓷。仅次于氧化铍陶瓷。SiC密封件密封件第28页/共55页n n碳化硅陶瓷用于制造火箭碳化硅陶瓷用于制造火箭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
36、管、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、拉丝成型模具等。封圈、拉丝成型模具等。封圈、拉丝成型模具等。封圈、拉丝成型模具等。SiC陶瓷件陶瓷件SiC陶瓷件陶瓷件SiC轴承轴承第29页/共55页n n 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷n n氧化锆的晶型转变：立方相氧化锆的晶型转变：立方相氧化锆的晶型转变：立方相氧化锆的晶型转变：立方相 四方相四方相四方相四方相 单斜相。四方单斜相。四方单斜相。四方单斜相
37、。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，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。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第30页/共55页n n在氧化锆中加入某些氧化物在氧化锆中加入某些氧化物在氧化锆中加入某些氧化物在氧化锆中加入某些氧化物(如如如如CaOCaO、MgOMgO、Y Y2 2OO3 3等等等等)能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，具有能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，具有能形成稳定立方固溶体，不再发
38、生相变，具有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这种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆这种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆这种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆(FSZ)(FSZ)，其，其，其，其力学性能低，抗热冲击性差。力学性能低，抗热冲击性差。力学性能低，抗热冲击性差。力学性能低，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l减少加入的氧化物数量，减少加入的氧化物数量，使部分氧化物以四方相使部分氧化物以四方相的形式存在。由于这种的形式存在。由于这种材料只使一部分氧化锆材料只使一部分氧化锆稳定，所以称部分稳定稳定，所以称部分稳定氧化锆氧
39、化锆(PSZ)。第31页/共55页n n氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。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
40、高陶瓷材料的韧性。高陶瓷材料的韧性。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第32页/共55页n n部分稳定氧化锆的导热率低，部分稳定氧化锆的导热率低，部分稳定氧化锆的导热率低，部分稳定氧化锆的导热率低，绝热性好；热膨胀系数大，绝热性好；热膨胀系数大，绝热性好；热膨胀系数大，绝热性好；热膨胀系数大，接近于发动机中使用的金属，接近于发动机中使用的金属，接近于发动机中使用的金属，接近于发动机中使用的金属，抗弯强度与断裂韧性高，除抗弯强度与断裂韧性高，除抗弯强度与断裂韧性高，除抗弯强度与断裂韧性高，除在常温下使用外，已成为绝在常温下使用外，已成为绝在常温下使用外，已成
41、为绝在常温下使用外，已成为绝热柴油机的主要侯选材料，热柴油机的主要侯选材料，热柴油机的主要侯选材料，热柴油机的主要侯选材料，如发动机汽缸内衬、推杆、如发动机汽缸内衬、推杆、如发动机汽缸内衬、推杆、如发动机汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承活塞帽、阀座、凸轮、轴承活塞帽、阀座、凸轮、轴承活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。等。等。等。部分稳定氧化锆制品部分稳定氧化锆制品第33页/共55页氧化锆制品氧化锆制品氧化锆油泵氧化锆油泵氧化锆柱塞氧化锆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第34页/共55页第三节第三节 复
42、合材料复合材料 n n复合材料是由复合材料是由复合材料是由复合材料是由两种或两种以两种或两种以两种或两种以两种或两种以上化学性质或上化学性质或上化学性质或上化学性质或组织结构不同组织结构不同组织结构不同组织结构不同的材料组合而的材料组合而的材料组合而的材料组合而成的材料。成的材料。成的材料。成的材料。复复合合材材料料船船体体第35页/共55页n n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基体相基体相和和和和增强相增强相增强相增强相。n n基体相基体相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
43、相，它把改善性能的增强相材料固是一种连续相，它把改善性能的增强相材料固是一种连续相，它把改善性能的增强相材料固l结成一体，并结成一体，并起传递应力的起传递应力的作用。作用。l增强相增强相起承受起承受应力（应力（结构复结构复合材料）合材料）和显和显示功能示功能(功能复功能复合材料合材料)的作用。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第36页/共55页n n一、复合材料的分类一、复合材料的分类n n1 1、按基体材料分类、按基体材料分类、按基体材料分类、按基体材料分类，可分为聚合，可分为聚合，可分为聚合，可分为聚合物基、陶瓷基和金属基复合材
44、料。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。物基、陶瓷基和金属基复合材料。n n 2 2、按增强相形状分类、按增强相形状分类、按增强相形状分类、按增强相形状分类，可分为纤可分为纤可分为纤可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合维增强复合材料、粒子增强复合维增强复合材料、粒子增强复合维增强复合材料、粒子增强复合材料和层状复合材料。材料和层状复合材料。材料和层状复合材料。材料和层状复合材料。n n 3 3、按复合材料的性能分类、按复合材料的性能分类、按复合材料的性能分类、按复合材料的性能分类，可分，可分，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。为结构复
45、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第37页/共55页n n二、复合材料的特点二、复合材料的特点二、复合材料的特点二、复合材料的特点n n1 1、比强度和比模量高、比强度和比模量高、比强度和比模量高、比强度和比模量高 其中纤维增强其中纤维增强其中纤维增强其中纤维增强复合材料的最高。复合材料的最高。复合材料的最高。复合材料的最高。n n2 2、抗疲劳性能好、抗疲劳性能好、抗疲劳性能好、抗疲劳性能好 碳纤维增强材料碳纤维增强材料碳纤维增强材料碳纤维增强材料 -1-1可达可达可达可达 b b的的的的7080%7
46、080%。因纤维对疲劳裂纹。因纤维对疲劳裂纹。因纤维对疲劳裂纹。因纤维对疲劳裂纹扩展有阻碍作用。扩展有阻碍作用。扩展有阻碍作用。扩展有阻碍作用。n n3 3、减振性能良好、减振性能良好、减振性能良好、减振性能良好 复合材料中的大量复合材料中的大量复合材料中的大量复合材料中的大量界面对振动有反射吸收作用，不易产界面对振动有反射吸收作用，不易产界面对振动有反射吸收作用，不易产界面对振动有反射吸收作用，不易产生共振。生共振。生共振。生共振。n n4 4、高温性能好。、高温性能好。、高温性能好。、高温性能好。增强剂常有较高的熔增强剂常有较高的熔增强剂常有较高的熔增强剂常有较高的熔点和高温强度点和高温强
47、度点和高温强度点和高温强度。n n5 5、断裂安全性高。、断裂安全性高。、断裂安全性高。、断裂安全性高。应力会迅速重新分应力会迅速重新分应力会迅速重新分应力会迅速重新分布。布。布。布。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 铝铝第38页/共55页三、粒子与层状增强复合材料三、粒子与层状增强复合材料 n n1、粒子增强复合、粒子增强复合材料材料n n粒子增强复合材料是将粒子粒子增强复合材料是将粒子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，高度弥散地分布在基体中，高度弥散地分布在基体中，高度弥散地分布在基体中
48、，使其阻碍导致塑性变形的位使其阻碍导致塑性变形的位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错运动错运动(金属基体金属基体金属基体金属基体)和分子链和分子链和分子链和分子链运动运动运动运动(聚合物基体聚合物基体聚合物基体聚合物基体)。n n这种复合材料是各向同性的。这种复合材料是各向同性的。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第39页/共55页n n聚合物基粒子复合材料如聚合物基粒子复合材料如聚合物基粒子复合材料如聚合物基粒子复合材料如酚醛树脂中掺入木粉的电酚醛树脂中掺入木粉的电酚醛树脂中掺入木粉的电
49、酚醛树脂中掺入木粉的电木、碳酸钙粒子改性热塑木、碳酸钙粒子改性热塑木、碳酸钙粒子改性热塑木、碳酸钙粒子改性热塑性塑料的钙塑材料性塑料的钙塑材料性塑料的钙塑材料性塑料的钙塑材料(合成木合成木合成木合成木材材材材)等。等。等。等。n n陶瓷基粒子复合材料如氧陶瓷基粒子复合材料如氧陶瓷基粒子复合材料如氧陶瓷基粒子复合材料如氧化锆增韧陶瓷等。化锆增韧陶瓷等。化锆增韧陶瓷等。化锆增韧陶瓷等。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第40页/共55页n n金属基粒子复合材料又称金属基粒子复合材料又称金属基粒子复合材料又称金属
50、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、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、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。等组成的非均质材料。等组成的非均质材料。n n碳化物金属陶瓷作为工具碳化物金属陶瓷作为工具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硬质合金硬质合金。硬质合金通常。硬质合金