材料化学导论新型结构材料PPT学习教案

1、会计学1 材料化学导论新型结构材料材料化学导论新型结构材料PPT课件课件 2 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 高温材料需满足的条件高温材料需满足的条件 （1）高温下要有优良的抗腐蚀性）高温下要有优良的抗腐蚀性 （2）在高温下要有较高的强度和韧性）在高温下要有较高的强度和韧性 形成金属形成金属: 第第BB族（族（V，Nb，Ta） 第第B族（族（Cr，Mo，W） 高熔点金属高熔点金属 第第B族族（Mn，Tc，Re） 第第 族族（Fe，Co，Ni） 耐热合金：以耐热合金：以BB副族元素和第副族元素和第族元素形族元素形 成的合金。成的合金。 第1页/共92页 3 材料化学材料化学

2、 新新 型型 结结 构构 材材 料料 类型类型 第2页/共92页 4 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 （1）铁基合金铁基合金：高温下，铁氧化；构型转化。高温下，铁氧化；构型转化。 铁基合金中各元素的作用铁基合金中各元素的作用 镍镍形成稳定奥氏体的主要元素形成稳定奥氏体的主要元素 铬铬提高抗氧化性和抗燃气腐蚀性提高抗氧化性和抗燃气腐蚀性 钼和钨钼和钨强化固溶体的晶界强化固溶体的晶界 铝、钛、铌铝、钛、铌沉淀硬化作用沉淀硬化作用 基体：奥氏体，主要强化相为基体：奥氏体，主要强化相为 ， 以及其他微量碳化物、硼化物。以及其他微量碳化物、硼化物。 铁基高温合金：适用于低于铁基高温

3、合金：适用于低于800的条件的条件 第3页/共92页 5 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 (2)镍基合金：耐高温，使用时间长，质轻。镍基合金：耐高温，使用时间长，质轻。 镍基超耐热合金基体：镍，镍含量镍基超耐热合金基体：镍，镍含量50% 使用范围：使用范围：7001000 镍基可溶解较多的合金元素，可保持其较镍基可溶解较多的合金元素，可保持其较 好的组织稳定性。含好的组织稳定性。含Cr的镍基合金比铁基的抗的镍基合金比铁基的抗 氧化性和抗腐蚀性更好。氧化性和抗腐蚀性更好。 实例：现代喷气发动机中，涡轮叶片几乎全部实例：现代喷气发动机中，涡轮叶片几乎全部 采用镍基合金制造采用

4、镍基合金制造 第4页/共92页 6 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 （3）钴基合金：钴含量为）钴基合金：钴含量为4060% 的奥氏体，可的奥氏体，可 在在7301100 条件下使用。条件下使用。 耐热温度高。耐热温度高。 一般钴基合金含一般钴基合金含1022%Ni和和2030%Cr，以及，以及 Mo，W,Ta,Nb等固溶强化元素和碳化物形成元素，等固溶强化元素和碳化物形成元素， 含碳量高，是以碳化物为主要强化相的超耐热合金。含碳量高，是以碳化物为主要强化相的超耐热合金。 应用：制作航空发动机、工业燃汽轮机、舰船燃汽应用：制作航空发动机、工业燃汽轮机、舰船燃汽 轮机的导向叶

5、片和喷嘴导向叶片以及柴油机轮机的导向叶片和喷嘴导向叶片以及柴油机 喷嘴。喷嘴。 第5页/共92页 7 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 1.2 高温结构陶瓷 传统陶瓷工业陶瓷 原料粘土，石粉碳化硅，氮化硅 工艺 用水拌和,成型干燥后 烧制 磨成均匀细粉,与烧结助剂混合或 直接高压成型,烧制 耐热温度130015002000 特征易碎 坚硬,热致伸缩小,轻,耐高温,耐腐 蚀,耐蠕变,耐机械性,耐热冲击性 研究领域高温燃气轮机 第6页/共92页 8 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 结构陶瓷材料主要包括氧化物、非氧化物及 氧化物与非金属氧化物的复合系统。 1

6、.2.1氧化物陶瓷 (1)氧化铝陶瓷 一种以-Al2O3为主晶相的陶瓷材料， Al2O3 含量 一般在75%99%。 (2)ZrO2陶瓷 密度大、硬度高、耐火度高、化学稳定性 好，抗弯强度和断裂韧性等性能更为突出。 第7页/共92页 9 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 1.2.2 非氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷是由金属的碳化物、氮化物、 硅化物和硼化物等制造的陶瓷的总称。 （1）氮化物陶瓷 氮化硅 Sialon陶瓷 系列化合物的总称 氮化硼陶瓷 （2）碳化物陶瓷 第8页/共92页 10 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 实例1：氮化硅Si3N4 x(N)=

7、3.0，x(Si)=1.8 结构：共价键，结构稳定 性能：硬度高，熔点高，绝缘性能好 合成方法： 硅氮结合法 3Si + 2N2 Si3N4 还原氮化法 3SiO2+6C + 2N2 Si3N4+6CO 第9页/共92页 11 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 化学气相法 3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl 或 3SiH4+4NH3 Si3N4 3SiH4+2N2H4 Si3N4+10H2 3SiH4+2N2+6Cl2 Si3N4+12HCl 热分解法 3Si(NH)2 Si3N4+4NH3 3Si(NH2)4 Si3N4+8NH3 第10页/共92页 12 材

8、料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 氮化硅(Si3N4)陶瓷，多晶材料 晶体结构：六方晶系， 有和 两相 相动力学上易生成，在1400 1800，高温下转化为相 相结构对称性高，摩尔体积小， 是热力学稳定相 第11页/共92页 13 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 性能 高硬度，弹性模量大，高强度，耐高温， 热膨胀系数小， 导热系数大耐热冲击性能好， 密度低，耐腐蚀，抗氧化， 机械自润滑，表面摩擦系数小， 电绝缘性好 第12页/共92页 14 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 实例2：氧化锆ZrO2 结构：室温稳定态 高温亚稳态 单斜晶

9、型 四方晶型 作用：韧化氮化硅陶瓷材料 用途：制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、 永久性模具等机械构件。用于制造柴油 机中发动机部件的受热面等 类型：氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、氧化锆陶瓷、 碳化硅陶瓷等。 1170 有体积收缩 第13页/共92页 15 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 2. 轻型结构材料轻型结构材料 2.1 铝锂合金铝锂合金 定义：以铝为基添加锂（一般为3wt左右） 及其它元素组成的合金称作铝锂合金。 特点：密度低、高强度、高模量以及高比强 度和比刚度等。 原因：锂的密度为0.534gcm-3，是铝的15， 钢的115。在铝合金中增加少量锂可 使密度显著降低

10、。 第14页/共92页 16 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 主要系列：主要系列：Al-Cu-Li-Zr系、Al-Cu-Mg-Li系、 Al-Mg-Li系。 用途用途：轻合金中用途最广泛。民航机上改用铝锂 合金，飞机重量可以减轻816。 如：B737将可减重2178kg B747SP可减重4200kg B747200可减重5200kg A310可减重2600kg A340可减重3900kg 第15页/共92页 17 铝锂合金的生产工艺铝锂合金的生产工艺 铸造法铸造法(IM)，应用最早。 各国生产的几种比较成熟的铸造铝锂合金： 美国的2090、2091和8090、8091,

11、 英国的8090和8091, 法国的CP271(8090)和CP274(2091)， 前苏联的BA23、01420、1421等。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第16页/共92页 18 粉末冶金法粉末冶金法(PM) 优点：合金成分选择范围大，可获得微细的组织 和更好的性能，现处于研究开发阶段。 目前，美国联合信号公司采用这种方法研制 的644B合金的力学性能与现用航空航天铝合金相 当，但密度更低、比刚度更高，特别是具有优异 的低温性能。 预计粉末铝锂合金可能成为航空、航天器的 重要结构材料。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第17页/共92页 19

12、 机械合金化法机械合金化法(MA) 原理：将机械混合粉末进行高能球磨以获得复合 粉末再经压实成材。 90年代美国Incoa公司采用该方法研制的IncoMAPAl -905XL合金(Al-Mg-Li)具有极好的抗应力腐蚀性能和热稳 定性,并生产出136kg和544kg的真空热压坯料,已用于美国 F-18大黄蜂战斗机舱罩,机械合金化法铝锂合金因其热强 度优于其它铝锂合金,可能在航天材料中占有特殊地位。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第18页/共92页 20 铝锂合金的一个发展方向：超塑成型。 目前超塑成型的主要方法是板材吹胀法，90 年代采用的超塑成型/扩散连接技术，能够使

13、形状 复杂的铝锂合金构件一次成型,并可大幅度提高结 构强度,降低结构重量。英国Alcon公司报导的铝 锂合金扩散连接工艺采用锌做夹层。 目前铝锂合金应用存在的主要问题是成本高、 韧性和塑性较差、缺少足够的设计和使用经验。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第19页/共92页 21 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 2.2 纤维材料纤维材料 （1 1）玻璃纤维）玻璃纤维 性能：质轻、高强、绝缘、防腐、耐高温 用途：制造纤维增强材料，可纺织、缝编，易 于与各类材料复合。 因为玻纤增强材料的比强度、比模量、 耐疲劳性、阻尼减震性和破损安全性都超过 高强金属性能

14、，是跨越传统的新型材料。 第20页/共92页 22 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 由碳基物质或纤维在惰性气体气氛中经高 温碳化即可制成碳纤维和石墨纤维。在 800 1600烧成碳纤维，在 25003000烧成为石 墨纤维。 碳纤维的含碳量为95%，石墨纤维的含碳 量99%，均可制成短纤维，也可制成连续不断 的长纤维，还可以织成布、带及毡等制品。 （2）碳纤维）碳纤维 第21页/共92页 23 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 特性：与一般碳素材料相比 相同点：相同点：耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀 不同点：不同点：外形有显著的各向异性、柔软、可加

15、工 成各种织物，沿纤维轴方向强度很，力 学性能突出。 碳纤维比重小，比强度很高。 用途：用途：与树脂、金属、陶瓷等基体复 合做结构材料。 第22页/共92页 24 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 工业化生产碳纤维方法，按原料路线分工业化生产碳纤维方法，按原料路线分 类类 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维 沥青基碳纤维：由沥青制取碳纤维，原料来源 丰富，碳化收率高，但因原料调制复杂、产品 性能较低，亦未得到大规模发展； 粘胶基碳纤维：从粘胶纤维制取高力学性能的 碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳化收率低， 技术难度大、设备复杂，成本较高，产品主要 为耐烧蚀材料及隔热材料所用。 第23

16、页/共92页 25 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维 第24页/共92页 26 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第25页/共92页 27 碳纤维的结构模型碳纤维的结构模型 Polymer Matrix Composites，PMC 普通型普通型 高强度型高强度型 高弹性模量型高弹性模量型 按力学性能分类 高强度碳纤维、高模量碳纤维和普通碳纤维。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第26页/共92页 28 碳纤维的特点： 强度和模量高、密度小； 具有很好的耐酸性；热膨胀系数小，甚至为负值 具有很好的耐高温蠕

17、变性能，一般碳纤维在1900 以上才呈现出永久塑性变形。 摩擦系数小、润滑性好、导电性高。 碳纤维的缺点： 价格昂贵，比玻璃纤维贵25倍以上 抗氧化能力较差，高温有氧存在时会生成二氧化碳。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第27页/共92页 29 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 （3）其它无机纤维）其它无机纤维 碳化硅纤维碳化硅纤维（Silicon Carbide Fibre，SF或SiCf） 生产方法：有机合成法和CVD法。 特点：特点：高强度高模量，良好的耐化学腐蚀性、耐 高温和耐辐射性能。比碳纤维和硼纤维具 有更好的高温稳定性。具有半导体性能。

18、 与金属相容性好，常用于金属基和陶瓷基 复合材料。 第28页/共92页 30 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第29页/共92页 31 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 硼纤维硼纤维（Boron Fibre，BF或Bf） 1958年C.P.Talley首先用CVD方法研制成功高模 量的硼纤维。 制备方法：制备方法：在加热的钨丝表面通过化学反应沉积硼层 。 规格：规格：硼纤维直径有100m、140m、200m几种。 特点：特点：具有很高的弹性模量和强度，性能受沉积条件 和纤维直径的影响，硼纤维的密度为2.42.65 g/cm3，拉伸强度为3.25.2GP

19、a，弹性模量为 350400GPa。耐高温，耐中子辐射。第30页/共92页 32 缺点缺点 ：工艺复杂，不易大量生产，价格昂贵。 由于钨丝的密度大，硼纤维的密度也大。 目前已研究用碳纤维代替钨丝，以降低成本 和密度，结果表明，碳心硼纤维比钨丝硼纤维强 度下降5%，但成本降低25%。 常温为较惰性物质，但在高温下易与金属反 应，因此需在表面沉积SiC层，称之为Bosic纤维。 用途：用途：主要用于聚合物基和金属基复合材料。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第31页/共92页 33 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 氧化铝氧化铝纤维纤维（Aluminia

20、Fibre,AF或（Al2O3）f） 氧化铝纤维是多晶连续纤维，除Al2O3外常 含有约15%的SiO2。 优点优点：具有优良的耐热性（12001300 ）和 抗氧化性，直到370强度仍下降不大。 缺点：缺点：在所有纤维中密度最大。 用途：用途：主要用于金属基复合材料。 第32页/共92页 34 （4）Kevlar有机纤维有机纤维（芳纶、聚芳酰胺纤维） 特点：特点：比强度、比模量高；其强度可达2800 3700MPa；密度小，只有1.45 g/3；耐 热性比玻璃纤维好。它还具有优良的抗 疲劳性、耐蚀性、绝缘性和加工性。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第33页/共92页

21、35 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 Kevlar纤维树脂复合材料纤维树脂复合材料 由Kevlar纤维与环氧、聚乙烯、聚碳酸酯、 聚酯等树脂组成。 性能特点:抗拉强度大于玻璃钢，而与碳纤维 环氧树脂复合材料相似； 延性好，与金属相当； 其耐冲击性超过碳纤维增强塑料； 其疲劳抗力高于玻璃钢和铝合金； 减振能力为钢的8倍。 第34页/共92页 36 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 （5）金属和钢纤维）金属和钢纤维 类型：钨、钼、不锈钢、铝等 特点：导电性和导热性好，塑性和抗冲击性好。 制备方法：拉丝加工。 熔融纺丝法、挤压法、析出法、冷 却法等制造金属纤

22、维的新途径也在 积极探索着。 用途：常用于混凝土基复合材料。 第35页/共92页 37 （6）晶须（）晶须（Wisker） 晶须：晶须：具有一定长径比（一般大于10）和截面积 小于5210-5cm2的单晶纤维材料。 具有实用价值的晶须直径约为110m， 长度与直径比在51000之间。 特点：特点：含缺陷很少的单晶短纤维，其拉伸强度接 近其纯晶体的理论强度。相对密度小，弹 性模量高、高温强度好。 外形：外形：白色、灰白色棒状、螺旋状或针状、发状 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第36页/共92页 38 用途：用途：作复合材料的强化剂 分类： 金属晶须（如Ni、Fe、Cu、S

23、i、Ag、Ti、Cd等） 氧化物晶须（如MgO、ZnO、BeO、Al2O3、TiO2、 Y2O3、Cr2O3等） 陶瓷晶须（如碳化物晶须SiC、TiC、ZrC、WC、 B4C） 氮化物晶须（如TiB2、ZrB2、TaB2、CrB、NbB2等） 无机盐类晶须（如K2Ti6O13和Al18B4O33） 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第37页/共92页 39 晶须的制备方法：晶须的制备方法： 化学气相沉积（CVD）法 溶胶凝胶法 气液固（VLS）法 液相生长法 固相生长法 原位生长法 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第38页/共92页 40 材料化学材料

24、化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 3. 超低温材料超低温材料超低温合金超低温合金 把常温以下直至绝对零度的较大温度 范围称为低温。 特殊要求： 防止低温脆性 低温下的热性能 非磁性合金 第39页/共92页 41 超低温合金的研究 液化天然气中使用含镍的钢； 不锈钢； 镍基合金； 高锰奥氏体钢； 铁锰铝新合金钢。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第40页/共92页 42 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第41页/共92页 43 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 4. 超硬材料超硬材料 4.1 硬质合金硬质合金（由Sehrot

25、er于1926年首先发明） 由B,B,B族金属和C,N,B形成的化合物， 硬度和熔点特别高(1000 )。 制备：粉末冶金方法，由WC、TiC、TaC、NbC、 VC等难熔金属碳化物以及作为粘结剂的铁 族金属用而成。 类型：钨钴类，主要成分是WC和粘结剂Co 钛钨钴类 ，主要成分是WC，TiC和Co 第42页/共92页 44 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 碳与B,B,B族金属所形成的碳化物 金属型碳化物：间隙固溶体 特点：特点：具有金属光泽，导电，传热性好，硬度高， 熔点高，脆性大 结论：结论：第4周期中的金属，从第B族开始，自左 及右，其碳化物稳定性依次降低。 Ti，

26、V的碳化物稳定。 Cr、Mn、Fe的碳化物稳定性较差。 Co、Ni的碳化物不大稳定。 Cu不能形成碳化物。 第43页/共92页 45 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 氮、硼与金属所形成的氮化物、硼化物 金属型碳化物：间隙固溶体 特点：导电，传热性好，硬度高，熔点高 形成元素：Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Mo， V及Cr，Mn，Fe， Co，Ni， 第44页/共92页 46 目前的研究热点目前的研究热点 (1)细化晶粒细化晶粒 通过细化硬质相晶粒度、增大硬质相晶间表 面积、增强晶粒间结合力，可使硬质合金刀具材 料的强度和耐磨性均得到提高。 当WC晶粒尺寸减小到亚微米以

27、下时，材料 的硬度、韧性、强度、耐磨性等均可提高，达到 完全致密化所需温度也可降低。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第45页/共92页 47 普通硬质合金晶粒度为35m， 细晶粒硬质合金晶粒度为l1.5m(微米级)， 超细晶粒硬质合金晶粒度可达0.5m以下 (亚微米、纳米级)。 超细晶粒硬质合金与成分相同的普通硬质 合金相比，硬度可提高2HRA以上，抗弯强度 可提高600800MPa。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第46页/共92页 48 常用的晶粒细化工艺方法： 物理气相沉积法、化学气相沉积法、 等离子体沉积法、 机械合金化法 等径侧向挤压法

28、(ECAE)是一种很有发展前 途的晶粒细化工艺方法。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第47页/共92页 49 (2)涂层硬质合金涂层硬质合金 在韧性较好的硬质合金基体上，通过CVD (化学气相沉积)、PVD(物理气相沉积)、HVOF (High Velocity Oxy-Fuel Thermal Spraying)(高速 火焰喷涂)等方法涂覆一层很薄的耐磨金属化合 物，可使基体的强韧性与涂层的耐磨性相结合 而提高硬质合金的综合性能。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第48页/共92页 50 (3)表面、整体热处理和循环热处理表面、整体热处理和循环热

29、处理 对强韧性较好的硬质合金表面进行渗氮、渗 硼等处理，可有效提高其表面耐磨性。对耐磨性 较好但强韧性较差的硬质合金进行整体热处理， 可改变材料中的粘结成分与结构，降低WC硬质 相的邻接度，从而提高硬质合金的强度和韧性。 利用循环热处理工艺缓解或消除晶界间的应力， 可全面提高硬质合金材料的综合性能。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第49页/共92页 51 (4)添加稀有金属碳化物添加稀有金属碳化物 在硬质合金材料中添加TaC、NbC等稀有金属 碳化物，可使添加物与原有硬质相WC、TiC结合 形成复杂固溶体结构，从而进一步强化硬质相结 构，同时可起到抑制硬质相晶粒长大、增

30、强组织 均匀性等作用，对提高硬质合金的综合性能大有 益处。 在ISO标准的P、K、M类硬质合金牌号中， 均有这种添加了Ta(Nb)C的硬质合金(尤以M类牌 号中较多)。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第50页/共92页 52 (5)添加稀土元素添加稀土元素 在硬质合金材料中添加少量钇等稀土元素，可有 效提高材料的韧性和抗弯强度，耐磨性亦有所改善。 稀土元素可强化硬质相和粘结相，净化晶界，并 改善碳化物固溶体对粘结相的润湿性。 这类硬质合金在矿山工具、顶锤、拉丝模等硬质 合金工具中亦有广阔应用前景。 我国稀土资源丰富，在硬质合金中添加稀土元素 的研究也具有较高水平。 材料

31、化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第51页/共92页 53 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 4.2 超硬陶瓷超硬陶瓷 人造金刚石 金刚石是世界上已知的最硬物质，并具有高 导热性、高绝缘性、高化学稳定性、高温半导体 特性等多种优良性能， 可用于铝、铜等有色 金属及其合金的精密 加工，特别适合加工 非金属硬脆材料。 第52页/共92页 54 制备原理：制备原理：依据在5-7万大气压，1200-1800 温度的条件下,碳元素就会结晶成为 金刚石这个原理用合金片作触媒使 外加的压力和温度降低,达到将碳转 为金刚石的目的。 用途：用途：金刚石的用途十分广泛，用量较大

32、的是矿 山、地质、煤田勘探，公路建设、建材、 国防等行业及高精尖科研领域。 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第53页/共92页 55 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 立方晶体氮化硼立方晶体氮化硼(白石墨白石墨)：与石墨相似 立方氮化硼(CBN)硬度仅次于金刚石。虽 然CBN的硬度低于金刚石，但其氧化温度高达 1360，且与铁磁类材料具有较低的亲和性。 目前CBN还是以烧结体形式进行制备，但 仍是适合钢类材料切削、具有高耐磨性的优良 刀具材料。 CBN具有高硬度、高热稳定性、高化学稳 定性等优异性能，因此特别适合加工高硬度、 高韧性的难加工金属材料。

33、第54页/共92页 56 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 碳化硅（金刚砂） 晶体结构：与金刚石相似 性能：熔点2827 ，硬度接近金刚石； 蓝黑色、发珠光晶体，化学性能稳定 制备：SiO2+3C SiC+2CO 类型：绿碳化硅，含SiC97以上，主要用于磨硬 质合金的工具 黑碳化硅，有金属光泽，强度比绿碳化硅 大而硬度较低，含SiC95以上， 主要用于磨铸铁和非金属材料 第55页/共92页 57 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 人造宝石 红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3(刚玉)。 红宝石呈红色，其中混有少量含铬化合物； 蓝宝石呈蓝色，其中混有少

34、量含钛、铁化合物。 1900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少 量氧化铬的方法，制出了质量为2g-4g的红宝石 （人造刚玉）。 现在，已经能制造出大到10g的红宝石和蓝 宝石。 第56页/共92页 58 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 5. 超塑性合金超塑性合金 超塑性现象：金属在某一小的应力状态下，可以 延伸十倍甚至上百倍，既不出现缩 颈，也不发生断裂，呈现一种异常 的延伸现象。 合金的超塑性现象：用适当的温度和较小的应变 速率，使金属产生300以 上 的平均延伸率的现象。 机理：超细晶粒存在晶界机理：超细晶粒存在晶界 第57页/共92页 59 材料化学材料化学 新新 型

35、型 结结 构构 材材 料料 类型 （1）微细晶粒超塑性微细晶粒超塑性（恒温超塑性） 特征：特征：发生超塑性的温度高 对变形速度的依赖性大 能实现在低压力下的固相结合 减振能力强 （2）相变超塑性）相变超塑性 第58页/共92页 60 应用应用 （1）高变形能力的应用 （2）固相结合能力的利用 （3）减振能力的利用 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第59页/共92页 61 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 实用超塑性合金实用超塑性合金 （1）锌基超塑合金锌基超塑合金 第60页/共92页 62 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 实用超塑

36、性合金实用超塑性合金 （2）铝基超塑性合金铝基超塑性合金 第61页/共92页 63 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 实用超塑性合金实用超塑性合金 （3）镍基超塑性合金镍基超塑性合金 第62页/共92页 64 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 6. 非晶态金属材料非晶态金属材料 6.1基本特征基本特征 （1）非晶态形成能力对合金组成的依赖性 （2）结构的长程无序和短程有序性 （3）热力学的亚稳性 第63页/共92页 65 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 6.2 性能与用途性能与用途 （1）高强度高韧性的力学性能 （2）高导磁、低铁损

37、的软磁特性 （3）耐强酸、强碱腐蚀的化学特性 （4）非晶态催化剂 （5）其他超导性、高磁致伸缩、 低居里温度、高磁 能积、垂直各向异性等 第64页/共92页 66 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第65页/共92页 67 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 7. 纳米材料纳米材料 类型类型: 纳米超微粒子：粒子在1100nm间的超微颗粒 纳米固体材料：由纳米超微粒子制成的固体材料。 特点：特点：具有表面效应 小尺寸效应 宏观量子隧道效应 第66页/共92页 68 特性：特殊的力学性质 特殊的热学性质 特殊的光学性质 特殊的磁性 引人注目的化学性质、光学性

38、质 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第67页/共92页 69 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 8. 工程塑料工程塑料 8.1 ABS塑料塑料（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料） ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene）树脂： 是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三种成分组 成的一群耐冲击性热塑性树脂的总称。 第68页/共92页 70 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 AS组分：提高表面光泽度、耐热性、耐化学性 和加工性能，但抗冲击韧性下降。 PB组分：提高弹性和抗冲击性，但耐热性、刚 性不足。 ABS树脂：集合了三

39、种单体的优良性质 。 苯乙烯：有光泽、电性能、成型性； 丙烯腈：耐热性、刚性、耐油性； 丁二烯：耐冲击性。 第69页/共92页 71 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第70页/共92页 72 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第71页/共92页 73 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第72页/共92页 74 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 透明ABS 透明ABS是由甲基丙烯酸甲酯（MMA）-苯乙 烯-丙烯腈三元共聚物和聚丁二烯两者混炼而成。 第73页/共92页 75 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构

40、材材 料料 改善耐候性的方法 A、将丁二烯橡胶用不含双键的其他弹性体代替。 B、加入抗老化和抗氧化的光稳定剂等，虽然不能 从根本上解决问题，但是是通常采用的方法。 第74页/共92页 76 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 第75页/共92页 77 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 8.2 聚酰胺聚酰胺PA（俗称尼龙） 聚酰胺：具有许多重复的酰胺基团（ ） 的一大类聚合物 结构：结构： 特征：特征：热塑性塑料，具有较高的强度、冲击韧 度和自润滑性能，耐磨性最佳。绝缘性 也好。 用途：用途：常用于做机器零件和耐磨衬套。 第76页/共92页 78 材料化学材

41、料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 8.3 聚碳酸酯聚碳酸酯PC 聚碳酸酯：分子链中含有碳酸酯的一类聚合 物类型：类型：种类很多，目前大规模生产的是双 酚A （44-二羟基二苯基丙烷）型聚碳酸酯。 合成方法：光气法（溶液法） 酯交换法（熔融缩聚法） 第77页/共92页 79 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 特点：可结晶； 具有特别高的韧性、硬度和抗冲、抗 张、抗压、抗弯曲强度； 具有金属的机械强度； 玻璃的光学性质； 在长期负荷下工作蠕变性小、疲劳强 度高，电绝缘性能优良，无毒， 第78页/共92页 80 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 8.

42、4 聚甲醛聚甲醛POM 聚甲醛： ，是继尼龙之后发展的优 良工程塑料。 特点：原料单一，来源丰富，具有良好的 物理、机械和化学性能，尤其是优 异的耐摩擦性能。 用途：可代替各种有色金属和合金，在汽 车、机床、电器制品、容器、精密 机械等方面得到广泛应用。 第79页/共92页 81 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 8.5 聚砜聚砜PSF 聚砜：结构中含有砜基 的聚合物。 结构结构： 特点：特点：稳定，耐温、耐蠕变，柔顺，在高温下 也能保持其在常温下所具有的各种机械 性能和硬度。电气性能良好，有自熄性， 对无机酸、碱和盐等稳定。 第80页/共92页 82 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 8.6 聚酯聚酯 聚酯：主链上含有许多重复酯基 的一大类聚合物。 （1）饱和聚酯）饱和聚酯 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET） 结构结构 第81页/共92页 83 材料化学材料化学 新新 型型 结结 构构 材材 料料 特点特点 热塑性饱和聚酯，结晶度高，分子链的刚度大、 弹性好、尺寸稳定性好、透明性及电性能优越。 用途用途 汽车、机械设备的零部件，如阀门、仪表罩、车 灯支架、齿轮等； 电子电气零部件，如继电器、开关、电容等； 产品半数以上用于