第十章-非金属材料和复合材料分析.ppt

第十章非金属材料 第十章非金属材料及其它材料 概述第一节高分子材料第二节陶瓷材料第三节复合材料第四节其它工程材料 概述 非金属材料通常是指除金属材料以外的金属材料 概括起来可分为无机非金属材料和有机非金属材料两大类 随着科学技术的发展 各种机械系统不仅要求具有足够的力学性能 而且还要求具有可靠性高 多功能化 微型化和智能化等特性 要实现这一目标不仅要采用以强度指标为主的结构材料 而且还必须采用具有特殊物理 化学等性能的其它工程材料 如功能材料和纳米材料等 本章将分别介绍一些工程上常用的非金属材料及其应用 以及复合材料和一些其它工程材料 第一节高分子材料 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 第一节高分子材料 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 单体 聚合起来形成高分子化合物的过程 合成反应主要有两种 加聚反应和缩聚反应 一 加聚反应在加热 光照或化学引发剂作用下 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 第一节高分子材料 二 缩聚反应在加热或催化剂作用下 由许多相同或不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 第一节高分子材料 二 高分子化合物的分类及命名1 高分子化合物的分类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 第一节高分子材料 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 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 第一节高分子材料 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 第一节高分子材料 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 特种纤维的品种较多 而且还在不断发展之中 第一节高分子材料 六 粘接剂作为一门独立的边缘科学技术 粘接技术在航空工业 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 第二节陶瓷材料 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 第四节其它工程材料 一 功能材料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 第四节其它工程材料 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 功能材料的特点 1 多功能化2 材料与元件一体化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4 材料形态多样性 第四节其它工程材料 下面简单介绍几种常见的功能材料 一 电功能材料1 导电材料导电材料主要包括 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 2 电阻材料3 电接点材料 第四节其它工程材料 二 磁功能材料1 软磁材料2 硬磁材料 永磁材料 3 信息磁材料 第四节其它工程材料 三 热功能材料1 膨胀材料2 形状记忆材料 第四节其它工程材料 四 其他功能材料1 光敏材料2 贮氢材料3 光纤材料4 隐形材料 第四节其它工程材料 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