补充2无机非金属材料

1、 非金属材料是指除金属材料以外一切材料的总称。非金属材料是指除金属材料以外一切材料的总称。 其中主要包括其中主要包括高分子材料高分子材料、陶瓷陶瓷、复合材料复合材料等。等。非金属材料具有许多特殊的性能：塑料的质量轻、易成型、非金属材料具有许多特殊的性能：塑料的质量轻、易成型、耐磨、隔热、隔音以及绝缘性；橡胶的高弹性；陶瓷的高耐磨、隔热、隔音以及绝缘性；橡胶的高弹性；陶瓷的高硬度、耐高温、耐腐蚀等。硬度、耐高温、耐腐蚀等。 非金属材料来源广泛，成型工艺简单，价格便宜，所非金属材料来源广泛，成型工艺简单，价格便宜，所以越来越多的应用于工程结构中。以越来越多的应用于工程结构中。第一节第一节 高分子材

2、料高分子材料一、高分子材料的定义、合成与结构一、高分子材料的定义、合成与结构1 1、高分子材料：以相对分子质量大于、高分子材料：以相对分子质量大于50005000的高分子化的高分子化 合物为主要组成的材料。合物为主要组成的材料。 低分子化合物低分子化合物 大分子链大分子链 高分子化合物高分子化合物高高 分子材料分子材料2 2、高分子化合物的合成：、高分子化合物的合成：加成聚合（加聚）加成聚合（加聚）缩和聚合（缩聚）缩和聚合（缩聚） （1 1）单体：凡是可以聚合生成大分子链的低分子有）单体：凡是可以聚合生成大分子链的低分子有机化合物叫作单体。单体是人工合成高分子材料的原机化合物叫作单体。单体是人

3、工合成高分子材料的原料。例如乙烯就是聚乙稀的单体，其反应式为：料。例如乙烯就是聚乙稀的单体，其反应式为：(CH2=CH2)(CH2=CH2)CH2-CH2CH2-CH2n n （2 2）链节：大分子链中的重复结构单元叫链节。如聚）链节：大分子链中的重复结构单元叫链节。如聚乙稀中的重复结构是乙稀中的重复结构是CH2-CH2CH2-CH2，也即是聚乙稀分子链，也即是聚乙稀分子链的链节。的链节。 （3 3）聚合度：大分子链中链节的重复次数称为聚合度。）聚合度：大分子链中链节的重复次数称为聚合度。聚乙稀反应式中即为聚合度。聚合度越高，分子链越聚乙稀反应式中即为聚合度。聚合度越高，分子链越长，分子链的链

4、节数越多。长，分子链的链节数越多。 （4 4）相对分子量：经人工合成后的高分子化合物，每）相对分子量：经人工合成后的高分子化合物，每个分子链的长短各不相同，所以高分子化合物通常是由个分子链的长短各不相同，所以高分子化合物通常是由许多链节相同而聚合度不同的化合物所组成的混合物。许多链节相同而聚合度不同的化合物所组成的混合物。因此所测得的相对分子质量和聚合度是指平均值，称为因此所测得的相对分子质量和聚合度是指平均值，称为相对分子质量和平均聚合度。相对分子质量和平均聚合度。3 3、高分子链的结构形态、高分子链的结构形态（1 1）线型分子链）线型分子链（2 2）支化型分子链）支化型分子链（3 3）体型

5、（网型、交联）体型（网型、交联 型）型）高分子链形态与高分子化合物的性能高分子链形态与高分子化合物的性能线型、支化型分子链构成的聚合物称为线性聚合物，一线型、支化型分子链构成的聚合物称为线性聚合物，一般具有高弹性和热塑性；般具有高弹性和热塑性；体型分子链构成的聚合物称为体型聚合物，具有较高的体型分子链构成的聚合物称为体型聚合物，具有较高的强度和热固性。强度和热固性。4 4、高分子化合物（高聚物）的物理状态、高分子化合物（高聚物）的物理状态（1 1）高聚物的结合力）高聚物的结合力 高分子链上各原子之间是共价键结合，为主价力；高分子链上各原子之间是共价键结合，为主价力；高分子链之间是相互作用力范特

6、瓦儿力和氢键。相对分子高分子链之间是相互作用力范特瓦儿力和氢键。相对分子质量越大，分子间的作用力越大，高聚物材料的强度越高。质量越大，分子间的作用力越大，高聚物材料的强度越高。（2 2）高聚物的物理状态）高聚物的物理状态( (以线型无定形高聚物为例以线型无定形高聚物为例) )在不同的温度下有三种物理状态：即玻璃态、高弹态和在不同的温度下有三种物理状态：即玻璃态、高弹态和粘流态。各态具有不同性能，在实际使用中具有特殊意粘流态。各态具有不同性能，在实际使用中具有特殊意义。义。1 1）玻璃态：）玻璃态：T TgT TTTf f 高聚物成为流动的粘液。高聚物成为流动的粘液。 粘流态是高聚物成型加工的工

7、艺状态。由单体聚合物粘流态是高聚物成型加工的工艺状态。由单体聚合物生成的高聚物原料一般为粉未状、颗粒状、块状，将高生成的高聚物原料一般为粉未状、颗粒状、块状，将高聚物原料加热至粘流态后，通过喷丝、吹塑、注射、挤聚物原料加热至粘流态后，通过喷丝、吹塑、注射、挤压、模铸等方法，可加工成各种形状的零件、型材、纤压、模铸等方法，可加工成各种形状的零件、型材、纤维等。维等。粘流态也是有机胶粘剂的工作状态。粘流态也是有机胶粘剂的工作状态。高分子材料的性能高分子材料的性能1 1、力学性能、力学性能 低强度，比强度较高（和一些金属材料相当）低强度，比强度较高（和一些金属材料相当） 低弹性模量，高弹性；低弹性模

8、量，高弹性； 高耐磨性；（摩擦系数低自润滑性）高耐磨性；（摩擦系数低自润滑性）2 2、物理化学性能、物理化学性能 高绝缘性；高绝缘性； 高热膨胀性；高热膨胀性； 高化学稳定性；高化学稳定性； 低耐热性；低耐热性； 低导热性。低导热性。3 3、高分子材料老化、高分子材料老化 老化的根本原因：高分子链的交联和裂解。老化的根本原因：高分子链的交联和裂解。 性能恶化的表现：失去弹性、出现龟裂、变应、变性能恶化的表现：失去弹性、出现龟裂、变应、变 软、变粘、变色等；软、变粘、变色等； 有些重要场合不能使用。比如：石油输送管道只能用有些重要场合不能使用。比如：石油输送管道只能用钢管。钢管。4 4、降解困难

9、，对环境不友好。、降解困难，对环境不友好。 三、常用的高分子材料三、常用的高分子材料 1 1、塑料：以合成树脂为主要成分的合成材料。、塑料：以合成树脂为主要成分的合成材料。（1 1）成分：）成分： 合成树脂合成树脂 + + 添加剂添加剂 （填充剂、增塑剂、（填充剂、增塑剂、 稳定剂等）稳定剂等）（2 2）分类：）分类： 按应用范围分类：通用塑料和工程塑料按应用范围分类：通用塑料和工程塑料 按塑料的树脂性质分：热塑性塑料；按塑料的树脂性质分：热塑性塑料； 热固性塑料；热固性塑料； 2) 2)、热固性塑料、热固性塑料 热固性塑料通常为网状结构，固化后重复加热不再软热固性塑料通常为网状结构，固化后重

10、复加热不再软化和熔融，不溶于有机溶剂，不能再成型使用。化和熔融，不溶于有机溶剂，不能再成型使用。 主要用于隔热、耐磨、绝缘、耐高压电等在恶劣环境主要用于隔热、耐磨、绝缘、耐高压电等在恶劣环境中使用的塑料，最常用于炒锅锅把手和高低压电器中使用的塑料，最常用于炒锅锅把手和高低压电器 1) 1)、热塑性塑料、热塑性塑料热塑性塑料通常为线型结构，能溶于有机溶剂，加热塑性塑料通常为线型结构，能溶于有机溶剂，加热可软化。故易于加工成型，并能反复使用。热可软化。故易于加工成型，并能反复使用。 日常生活中使用的大部分塑料属于这个范畴。日常生活中使用的大部分塑料属于这个范畴。 分类分类 按原料来源分类：天然橡胶

11、和合成橡胶按原料来源分类：天然橡胶和合成橡胶 按应用范围分类：通用橡胶和特种橡胶（界按应用范围分类：通用橡胶和特种橡胶（界限并不严格）限并不严格）2 2、橡胶、橡胶 主要组分：生胶配合剂增强材料主要组分：生胶配合剂增强材料 橡胶的性能：橡胶的性能： 橡胶具有高弹性，在很小的外力作用下可产生很大橡胶具有高弹性，在很小的外力作用下可产生很大的变形，外力去除后立即恢复原状。的变形，外力去除后立即恢复原状。橡胶具有良好的伸缩性和积蓄能量的能力，常作为弹橡胶具有良好的伸缩性和积蓄能量的能力，常作为弹性材料、密封材料、减震、抗震材料和传动材料。性材料、密封材料、减震、抗震材料和传动材料。良好的耐磨性、隔音

12、性和阻尼特性。良好的耐磨性、隔音性和阻尼特性。第二节第二节 陶瓷材料陶瓷材料一、陶瓷材料的定义及制备工艺一、陶瓷材料的定义及制备工艺1 1、定义：陶瓷是无机高分子材料，用天然的或人工、定义：陶瓷是无机高分子材料，用天然的或人工合成粉状化合物通过成型、高温烧结而制成的多合成粉状化合物通过成型、高温烧结而制成的多晶固体材料。晶固体材料。 2 2、陶瓷材料的制备工艺、陶瓷材料的制备工艺 制粉制粉 压坯压坯 烧结烧结 成品成品二、陶瓷的性能二、陶瓷的性能 1 1、力学性能：、力学性能： 硬度极高硬度极高高弹性模量高弹性模量高脆性高脆性高的抗压强度；低的抗拉强度高的抗压强度；低的抗拉强度低的塑性、韧性低

13、的塑性、韧性抗振性能较低抗振性能较低 2 2、物理化学性能、物理化学性能高熔点高熔点低的热膨胀系数、热导率低的热膨胀系数、热导率良好的绝缘性良好的绝缘性 结构稳定，化学稳定高结构稳定，化学稳定高三、陶瓷的分类及应用三、陶瓷的分类及应用 （按用途分（按用途分 ） 1 1、普通陶瓷、普通陶瓷性能特点：质地坚硬，不氧化、不生锈、耐高温；性能特点：质地坚硬，不氧化、不生锈、耐高温； 成成型性好，成本低。型性好，成本低。应用：生活中常用的各类陶瓷制品；电瓷绝缘子（高压应用：生活中常用的各类陶瓷制品；电瓷绝缘子（高压电线的绝缘陶瓷）电线的绝缘陶瓷） 2 2、特种陶瓷、特种陶瓷（1 1）氧化铝陶瓷）氧化铝陶

14、瓷（3 3）氮化硼陶瓷：）氮化硼陶瓷：（2 2）氮化硅陶瓷）氮化硅陶瓷第三节第三节 复合材料复合材料一、复合材料一、复合材料定义：将两种或者两种以上的材料用人工方法合成的多定义：将两种或者两种以上的材料用人工方法合成的多相材料，既保持组成材料的特性又具有组合后的新特性，相材料，既保持组成材料的特性又具有组合后的新特性，这种材料称为复合材料。这种材料称为复合材料。 二二 复合材料的分类复合材料的分类1 1、按照基体来分、按照基体来分非金属基复合材料：如树脂基复合材料、橡胶基复合非金属基复合材料：如树脂基复合材料、橡胶基复合材料、陶瓷基复合材料等材料、陶瓷基复合材料等金属基复合材料：铝基复合材料、

15、钛基复合材料和铜金属基复合材料：铝基复合材料、钛基复合材料和铜基复合材料。基复合材料。 2 2、按照增强相的形、按照增强相的形态来分类态来分类 纤维增强复合材料纤维增强复合材料颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料叠层复合材料叠层复合材料 三、复合材料的性能三、复合材料的性能复合材料一般具有高韧性、低强度、低模量的基体和高强复合材料一般具有高韧性、低强度、低模量的基体和高强度、高模量的增强部分组成。度、高模量的增强部分组成。1 1、比强度和比模量高、比强度和比模量高比强度、比模量是指材料的强度和模量与相对密度之比。比强度、比模量是指材料的强度和模量与相对密度之比。比强度越大，零件自重越小。比模量越大

16、，零件的刚性越比强度越大，零件自重越小。比模量越大，零件的刚性越好。复合材料的比强度和比模量比金属材料高的多。好。复合材料的比强度和比模量比金属材料高的多。2 2、抗疲劳和破断安全性能好、抗疲劳和破断安全性能好在疲劳载荷的作用下，复合材料中纤维同基体间界面能够在疲劳载荷的作用下，复合材料中纤维同基体间界面能够有效的阻止疲劳裂纹的扩展，其疲劳强度较高。有效的阻止疲劳裂纹的扩展，其疲劳强度较高。在纤维增强复合材料中，每平方厘米的截面上有成千上万在纤维增强复合材料中，每平方厘米的截面上有成千上万根纤维，一旦过载后将使其中部分纤维断裂，不至造成整根纤维，一旦过载后将使其中部分纤维断裂，不至造成整体的断

17、裂。表现较好的安全性。体的断裂。表现较好的安全性。3 3、高温性能优良、高温性能优良大多数增强纤维都有较高的熔点和较高的高温强度。用其大多数增强纤维都有较高的熔点和较高的高温强度。用其与金属组成的复合材料其高温强度和弹性模量均有所提高。与金属组成的复合材料其高温强度和弹性模量均有所提高。4 4、减振性能好、减振性能好复合材料中纤维同基体界面间的吸振能力强，阻尼特性好，复合材料中纤维同基体界面间的吸振能力强，阻尼特性好，可使振动很快衰减。可使振动很快衰减。五五 、常用的复合材料、常用的复合材料1 1、纤维增强复合材料、纤维增强复合材料纤维增强复合材料是以纤维增强材料均匀分布在纤维增强复合材料是以纤维增强材料均匀分布在基体材料