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1、第七章第七章 非金属材料非金属材料第七章 非金属材料及其它材料非金属材料及其它材料 概述概述第一节第一节 高分子材料高分子材料 第二节第二节 陶瓷材料陶瓷材料 第三节第三节 复合材料复合材料 第四节第四节 其它工程材料其它工程材料 概概 述述 非非金金属属材材料料通通常常是是指指除除金金属属材材料料以以外外的的金金属属材材料料.概概括括起起来来可可分分为为无无机机非非金金属属材材料料和和有有机机非非金属材料两大类金属材料两大类.随随着着科科学学技技术术的的发发展展，各各种种机机械械系系统统不不仅仅要要求求具具有有足足够够的的力力学学性性能能,而而且且还还要要求求具具有有可可靠靠性性高高、多多功
2、功能能化化、微微型型化化和和智智能能化化等等特特性性。要要实实现现这这一一目目标标不不仅仅要要采采用用以以强强度度指指标标为为主主的的结结构构材材料料，而而且且还还必必须须采采用用具具有有特特殊殊物物理理、化化学学等等性性能能的的其其它工程材料，如功能材料和纳米材料等。它工程材料，如功能材料和纳米材料等。本本章章将将分分别别介介绍绍一一些些工工程程上上常常用用的的非非金金属属材材料及其应用，以及复合材料和一些其它工程材料料及其应用，以及复合材料和一些其它工程材料。第一节第一节 高分子材料高分子材料v如前面章节所介绍的，高分子化合物是由低分子化合物组成，是大量低分子的聚合物,因相对分子量很大,故
3、称之为高分子化合物或高聚物.高分子化合物中的原子彼此主要是以共价键形式连接的.高分子物质分天然和人工合成两大类,天然高分子物质有蚕丝、羊毛、纤维素、天然橡胶以及存在与生物组织中的淀粉、蛋白质.工程上的高分子物质主要指塑料、橡胶和纤维这三大合成材料为主.第一节第一节 高分子材料高分子材料一、高分子化合物的合成一、高分子化合物的合成 高分子化合物的合成就是把低分子化合物高分子化合物的合成就是把低分子化合物(单体单体)聚合起来形成高分子化合物的过程聚合起来形成高分子化合物的过程.合成反应主合成反应主要有两种要有两种加聚反应和缩聚反应加聚反应和缩聚反应.一一)加聚反应加聚反应 在加热在加热、光照或化学
4、引发剂作用下,由许多相同或不同的不饱和低分子化合物、环状化合物开环相互连接形成大分子的反应叫做加聚反应,其产物叫加聚物.在加聚反应过程中,没有低分子产物的析出,而且生产的聚合物与原料具有相同的化学组成.加聚反应是目前高分子合成工业的基础.常见的加聚反应见表7-1所示.第一节第一节 高分子材料高分子材料二二)缩聚反应缩聚反应 在加热或催化剂作用下在加热或催化剂作用下,由许多相同或不由许多相同或不同的同的低分子化合物相互混合,发生化合反应得到高分子化合物,同时析出某些低分子的过程叫做缩聚反应,所生产的聚合物叫缩聚物.缩聚物的成分与单体不同,缩聚反应要比加聚反应复杂的多.第一节第一节 高分子材料高分
5、子材料二、高分子化合物的分类及命名二、高分子化合物的分类及命名 1、高分子化合物的分类高分子化合物的分类见表7-2。2、高分子化合物的命名 常用高分子材料的名称采用习惯命名法,即在原料单体前加“聚”字,如聚乙烯聚卤乙烯等,也有一些是在原料名称后加“树脂”二字,如酚醛树脂,脲醛树脂等.有很多高分子材料采用商业名称,没有统一的命名规则.有时为了简化,常用英文所写,如聚乙烯用PF,聚卤乙烯用PVC等.第一节第一节 高分子材料高分子材料三、塑料三、塑料 塑料是以树脂为主要成分的有机高分子固体材料.它在一定的温度和压力下具有可塑性,能塑制成一定形状的制品,且在常温下能保持形状不变,因而得名为“塑料”.一
6、)塑料的组成 1.合成树脂 2.填料或增强材料 3.固化剂4.增塑剂 5.稳定剂 6.阻燃剂第一节第一节 高分子材料高分子材料二)塑料的分类 塑料的种类繁多,常用的分类方法有两种:1.按塑料受热后的性质进行分类 1)热塑性塑料 2)热固性塑料 2.按塑料的功能分类 1)通用塑料 2)工程塑料 3)特种塑料第一节第一节 高分子材料高分子材料三)塑料的特性 1.质量轻、比强度高 2.良好的耐蚀性能 3.优异的电气绝缘性能4.突出的减摩、耐磨和自润滑性能5.优良的消音吸振性 6.易成型加工7.其它特殊性能四)常用工程塑料及应用1.有机玻璃热塑性塑料2.ABS热塑性塑料3.尼龙(锦纶)热塑性塑料第一节
7、第一节 高分子材料高分子材料4.聚甲醛(POM)热塑性塑料5.聚碳酸酯(双酚A型PC)热塑性塑料6.聚砜(双酚A型PSF)热塑性塑料7.氟塑料热塑性塑料8.卤化聚醚热塑性塑料9.聚酰亚胺热塑性塑料10.常用热固性塑料包括酚醛塑料(PF)、环氧塑料、有机硅塑料、DAP及DAIP、聚二苯醚、钙塑材料等.第一节第一节 高分子材料高分子材料四、橡胶四、橡胶 橡胶和塑料一样,也是一种有机高分子材料.它与塑料的区别在于在很宽的温度范围内处于高弹性状态,因而其独特的性能就是具有高弹性,对它施加不大的外力就可产生很大的变形,外力一去掉又能很快的恢复原状.大部分橡胶是二烯类化合物的高聚物,平均相对分子质量在二十
8、万以上.未加配合剂、未经硫化的橡胶称为生胶.橡胶根据来源可分为天然橡胶和合成橡胶两大类.合成橡胶根据其使用性又分为合成橡胶和特种合成橡胶.其分类和表示符号如图71所示.常用橡胶品种的性能特点及应用见表73所示第一节第一节 高分子材料高分子材料五、合成纤维五、合成纤维 合成纤维是指以石油、天然气、煤及农副产品等作为原料,经过化学合成方法而得到的化学纤维.按照用途不同分为普通合成纤维和特种合成纤维两大类.常见的普通合成纤维以锦纶、涤纶、晴纶、维纶、卤纶和丙纶六大纶为主,占到合成纤维总产量的90%以上.其特性和用途见表7-4.特种纤维的品种较多,而且还在不断发展之中.第一节第一节 高分子材料高分子材
9、料六、粘接剂六、粘接剂 作作为为一一门门独独立立的的边边缘缘科科学学技技术术,粘粘接接技技术术在在航航空空工工业业、汽车工业等方面显示出了巨大的潜力,而粘接剂也已经成为各行各业不可缺少的重要原材料之一.粘接剂一般由几种材料组成.通常按照固化形式可分为三类:溶剂型、反应型、热熔型 粘接剂品种及其繁多,成分十分复杂,大致的种类如表7-2所示.第二节第二节 陶瓷材料陶瓷材料一.陶瓷的概念 陶瓷是指用各种粉状原料做成一定形状后,在高温窑炉中烧制而成的一种无机非金属固体材料.传统意义上的陶瓷仅指陶器和瓷器;目前陶瓷一词是对无机非金属材料的总称,泛指以离子键结合的物质.二.陶瓷的特性和分类 1.陶瓷的特性
10、 硬度高、抗压强度大、耐高温、不怕氧化和腐蚀、隔热和绝缘性能好等,确定是质脆,经不起敲打碰撞,难修复、成型精度差、转配连接性能不良等.第二节第二节 陶瓷材料陶瓷材料2.陶瓷的分类 陶瓷材料的分类方法尚无统一方案,按照近代陶瓷的含义,陶瓷材料被分为四类.如图7-3所示.三.工业陶瓷材料 1.普通工业陶瓷 2.耐酸陶瓷 3 高温陶瓷 4.透明瓷 5.电解陶瓷 6.金属陶瓷第三节第三节 复合材料复合材料一.概述 复合材料一般是指为了达到某些特殊性能要求而将两种或两种以上物理、化学性质不同的物质,经人工组合而得到的多相固体材料.它可以改善或克服组成材料的弱点,充分发挥它们的优点.复合材料开拓了一条创造
11、材料的新途径,已经在许多工业和技术部门中引起了极大的重视.第三节第三节 复合材料复合材料二.复合材料的组成和分类 复合材料由基体相和增强相两大类相组成.复合材料的种类繁多,常见的分类方法有以下三种:1)按照基体类型分,可分为金属基复合材料、树脂基复合材料、无机非金属基复合材料2)以增强纤维类型分,分为碳纤维增强复合材料、玻璃纤维复合材料、复合纤维复合材料、混杂纤维复合材料3)以增强物外形分,可分为连续纤维增强复合材料、纤维织物或片状材料增强复合材料、短纤维增强复合材料、粒状填料复合材料.第三节第三节 复合材料复合材料二.复合材料的性能 复合材料的性能的性能不仅取决于基体和增强体的类型和性质,还
12、取决于增强体的形态、大小及在基体中的含量和分布、排列方式,除此之外,还与基体和增强体之间的结合性能有关.复合材料一般具有如下性能:1.高比强度和高比刚度 2.耐疲劳性高 3.抗断裂能力强 4.减震能力强 5.高温性能好,抗蠕变能力强 6.其它性能第三节第三节 复合材料复合材料四.常用复合材料及应用 1.玻璃钢 2.碳纤维复合材料 3.硼纤维复合材料 4.金属纤维复合材料 5.晶须复合材料第四节第四节 其它工程材料其它工程材料v一、功能材料v所谓功能材料是指具有特殊的电、磁、光、热、声、力、化学性能和生物性能及其转化的功能，用以实现对信息和能量的感受、计测、显示控制和转化为主要目的的非结构性高新
13、材料。有时也把只有特殊力学性能的材料包括在功能材料之内。第四节第四节 其它工程材料其它工程材料v功能材料的分类方法很多，目前尚无公认的统一方法，通常的分类见表7-11。v功能材料的特点：v 1.多功能化 v 2.材料与元件一体化v 3.制造和应用的高技术性，性能和质量的高精密性和高稳定性v4.材料形态多样性第四节第四节 其它工程材料其它工程材料v下面简单介绍几种常见的功能材料。v（一）电功能材料v 1、导电材料 v导电材料主要包括：常用导电金属材料、厚膜与薄膜导体布线材料、导电高分子材料、超导电材料等。v 2、电阻材料 v3、电接点材料 第四节第四节 其它工程材料其它工程材料v（二）磁功能材料
14、 v1、软磁材料 v2、硬磁材料（永磁材料）v3、信息磁材料 第四节第四节 其它工程材料其它工程材料v（三）热功能材料 v 1、膨胀材料 v 2、形状记忆材料 第四节第四节 其它工程材料其它工程材料v（四）其他功能材料v 1、光敏材料v 2、贮氢材料 v 3、光纤材料 v 4、隐形材料 第四节第四节 其它工程材料其它工程材料 二、纳米材料一）概述 纳米是一种度量单位，1纳米（nm）等于10-9米，即百万分之一毫米、十亿分之一米。1nm相当于头发丝直径的10万分之一。1纳米大约是3-4个原子排列在一起的宽度。广义地说，所谓纳米材料，是指用晶粒尺寸为纳米级的微小颗粒制成的各种材料，其纳米颗粒的大小
15、不应超过100纳米，而通常情况下不应超过10纳米。目前，国际上将处于1-100nm纳米尺度范围内的超微颗粒及其致密的聚集体，以及由纳米微晶所构成的材料，统称为纳米材料，包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。第四节第四节 其它工程材料其它工程材料 二）纳米材料的分类目前，按照材料的形态，纳米材料可分为：纳米颗粒型材料、纳米固体材料、颗粒膜材料和纳米磁性液体材料等四种.纳米颗粒型材料.纳米固体材料.颗粒膜材料.纳米磁性液体材料 第四节第四节 其它工程材料其它工程材料v三）纳米科学与技术的应用v由于纳米固体材料具有独特的性能，因此在各个领域具有非常广泛的应用。科学家预言，纳米时代的到来不会很久，它在未来的应用将远远超过计算机工业，并成为未来信息时代的核心。第四节第四节 其它工程材料其它工程材料v1.在化工与精细化工领域的应用 v2.在生物工程上的应用 v3.在陶瓷领域的应用 v4.在微电子学上的应用v5.在医学上的应用