第六章非金属材料_.ppt

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第六章非金属材料,6.1高分子材料6.2陶瓷材料6.3复合材料,6.1高分子材料,6.1.1高分子材料的基本概念6.1.2高分子材料的性能6.1.3常用高分子材料,6.1.1高分子材料的概念,高分子材料是由分子量104以上的化合物构成的材料，它以高分子化合物为主要组分。

又称聚合物或高聚物。

高分子化合物由单体通过加聚或缩聚反应形成链状结构。

聚乙烯分子链,6.1.1高分子材料的概念,高分子材料的分类按来源分：

天然、合成高分子材料按用途分：

塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料按热行为分：

按几何构型分：

线型、支链型、网体型,热塑性高分子材料：

加热变软、冷却变硬，可反复使用。

热固性高分子材料：

只能一次成型，不能重复使用。

线型支链型网体型,海泡石纤维,6.1.1高分子材料的概念,高分子化合物的聚集态结构晶态（分子链在空间规则排列）、非晶态、部分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,玻璃态：

链段不能运动。

在外力作用下，只产生少量弹性变形。

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-变形曲线,高弹态：

受力时产生很大弹性变形。

用于这种状态高聚物是橡胶。

粘流态：

在外力作用下，大分子链可以相对滑动。

粘流态是高分子材料的加工态。

6.1.1高分子材料的概念,高分子材料的力学状态线型晶态高分子材料的力学状态,在Tm以下与非晶态的玻璃态相似，高于Tm为粘流态。

部分晶态高聚物在非晶区Tg与晶区Tm间，非晶区柔性好，晶区刚性好，处于韧性状态，称为“皮革态”。

线型晶态高聚物的温度-变形曲线,6.1.2高分子材料的性能,力学性能低强度，比强度较高高耐磨性：

摩擦系数低，自润滑性低弹性模量，高弹性粘弹性（蠕变、应力松弛、滞后及内耗）物理化学性能高绝缘性；高热膨胀性；高化学稳定性。

低耐热性；低导热性。

易老化：

失去弹性、出现龟裂、变硬、变软、变粘、变色等。

6.1.3常用高分子材料,塑料的组成：

树脂+添加剂填料：

用于提高强度。

增塑剂：

用于提高树脂的可塑性和柔软性。

固化剂：

用于使热塑性的线型结构变为热固性的体型结构。

稳定剂：

用于防止塑料老化，延长其使用寿命。

润滑剂：

用于防止塑料加工时粘在模具上，使制品光亮。

着色剂：

用于塑料制品着色。

阻燃剂：

用于阻止燃烧或使其自熄。

发泡剂、催化剂、抗静电剂等。

塑料,添加剂,6.1.3常用高分子材料,塑料的分类按树脂受热时性能：

热塑性塑料、热固性塑料按使用范围：

通用塑料、工程塑料、特种塑料通用塑料产量大、价格低、用途广。

工程塑料力学性能高，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，产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合。

塑料,特种塑料,6.1.3常用高分子材料,常用热塑性塑料聚酰胺PA：

尼龙或锦纶。

具有良好的强度、韧性、耐蚀，摩擦系数低，有自润滑性。

在机械行业中应用广泛，是制造轴承、齿轮等的良好材料（应用温度T100）。

ABS塑料：

质坚、性韧、刚性大。

适于各种电器的外壳，汽车方向盘、仪表盘，飞机舱内装饰板、隔音板。

聚乙烯PE：

良好的耐磨性、耐蚀性。

适于化工设备、管道等。

塑料,尼龙齿轮,ABS机壳,6.1.3常用高分子材料,常用热塑性塑料聚氯乙烯PVC：

强度高、耐蚀性好。

可制造离心泵、水管接头等。

聚丙烯PP：

具有优良的综合性能。

用于各种机械零件、医疗器械。

聚甲基丙烯酸甲酯PMMA：

有机玻璃。

目前最好的有机透光材料，耐紫外线和大气老化，易成型加工。

用于机座舱盖、仪表外壳、设备外罩、光学镜片等。

聚四氟乙烯PTEE：

极优越的化学稳定性，耐任何化学药物的腐蚀，耐热、耐寒性极好；加工成型性较差在390C以上分解放出有毒气体。

主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高温或潮湿条件下的绝缘材料等。

塑料,PTEE绝缘子,有机玻璃流水线防护罩,PP螺钉,6.1.3常用高分子材料,常用热固性塑料酚醛树脂PF：

有一定的机械强度，耐热性好；具有较高的耐腐蚀性、耐磨性、良好的绝缘性。

脆性大，易碎，阳光下易变色，多是黑色、墨绿色。

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。

塑料,电器配件,6.1.3常用高分子材料,合成橡胶由生胶+配合剂组成。

橡胶最大的特点是高弹性。

具有储能、耐磨、隔音、绝缘、防水等性能。

不耐油、易老化。

通用橡胶主要用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置等。

特种橡胶主要用于高低温、强腐蚀、强辐射等特殊环境下工作的橡胶制品。

橡胶,密封圈,6.2陶瓷材料,用天然的或人工合成的粉状化合物通过成型、高温烧结而制成的多晶固体材料。

分类传统陶瓷：

工程陶瓷：

结构陶瓷功能陶瓷生物陶瓷,功能陶瓷球,结构陶瓷,钙生物陶瓷,6.2陶瓷材料,结构晶体相：

决定陶瓷的主要性能。

玻璃相：

粘结晶相，降低烧结温度，填充气孔，抑制晶粒长大。

气相：

在陶瓷生产中形成的。

使陶瓷强度降低，但能提高吸振性。

性能：

刚性、硬度、脆性大，抗压强度大，抗拉强度、塑韧性低。

熔点高、高温下不易氧化，但不耐温度的急剧变化。

耐蚀性、绝缘性好。

6.2陶瓷材料,常用工程陶瓷普通陶瓷：

由粘土、长石、石英为原料配制，烧结而成。

其组分配比不同，陶瓷的性能就不同。

质地坚硬，不氧化、不生锈、耐高温；成型性好，成本低。

除日用陶瓷外，大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门。

绝缘子,纺织陶瓷,6.2陶瓷材料,常用工程陶瓷氧化铝陶瓷：

以Al2O3为主要成分,含有少量SiO2。

具有很高的耐热性（能在1600长期使用），耐腐蚀，绝缘性好，耐磨性好；脆性大，抗热振性差。

广泛用于制作各类耐高温、耐蚀和电气绝缘件，如高温容器，热电偶的保护套，高压电气元件，高速切削刀具、拉丝模，泵件，内燃机的火花塞，火箭、导弹的导流罩及轴承等。

氧化铝陶瓷耐高温喷嘴,氧化铝陶瓷转心球阀,氧化铝陶瓷密封环,6.2陶瓷材料,常用工程陶瓷氧化锆陶瓷：

耐热性好，可在2000-2200使用；热膨胀系数大，热膨胀曲线与铸铁、铝相近；抗弯强度与断裂韧性高。

除用作高温耐火坩埚、发热元件、防护涂层外，已成为绝热柴油机的主要候选材料，如发动机汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。

氧化锆球阀,氧化锆喷涂层,6.2陶瓷材料,常用工程陶瓷碳化硅陶瓷：

高温强度高，热传导能力强，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，耐放射元素辐射。

广泛用作火箭发动机喷嘴，高温轴承，热交换器，热电偶套管，炉管，燃气轮机叶片，密封圈，拉丝成型模具等。

6.2陶瓷材料,常用工程陶瓷氮化硅陶瓷：

抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定性高，耐除氢氟酸外的多种酸碱侵蚀；硬度高，摩擦系数小，有极优异的耐磨性；比强度、比模量高；热膨胀系数小。

用于耐磨、耐高温、耐腐蚀零件，如高温轴承、燃气轮机转子叶片、热电偶套管、石油化工泵的密封环、切削刀具等。

汽轮机转子,6.3复合材料,由两种或者两种以上异质、异形、异性的材料，以宏观或微观的方式复合形成的新型材料。

它一般由基体和增强体或功能体组成，既保持组成材料的特性又具有组合后的新特性。

玻璃钢,碳纤维,分类按照用途来分：

结构复合材料和功能复合材料按照基体材料来分按照增强体的形态来分类,6.3复合材料,6.3复合材料,性能比强度和比模量高抗疲劳和破断安全性能好高温性能优良减振性能好冲击韧性较差，部分复合材料具有各向异性。

6.3复合材料,常用复合材料热固性玻璃钢：

成型简单，强度高，质量轻，良好的低温性能，绝缘防磁。

主要用于要求自重轻的要求自重轻的受力构件，要求无磁性、绝缘性、耐腐蚀性的零件，如雷达罩、飞机机身、轻型船舰等。

热塑性玻璃钢：

强度较热固性玻璃钢低，但生产效率高、成本低。

碳纤维-树脂复合材料：

可用于制造承载、耐磨等零件，如轴承、密封圈、齿轮等。

玻璃钢雷达天线罩,碳纤维密封圈,6.3复合材料,常用复合材料硼纤维增强铝基复合材料：

用于飞机和航天器的蒙皮、长梁和航空发动机叶片。

SiC颗粒增强铝基复合材料：

用于制造卫星支架；民用上，已用于汽车的驱动轴、刹车盘、发动机的缸套、活塞等。

卫星用颗粒增强铝基复合材料零件,6.3复合材料,常用复合材料,玻璃钢底高速艇,SiC颗粒铝基精密铸件,铝基复合材料电子封装件,6.3复合材料,常用复合材料,A320系列飞机炭刹车盘,碳纤维自行车架,汽车碳纤维配件,6.3复合材料,常用复合材料,