10第十章-非金属材料与复合材料

《机械工程材料》

-----教材配套PPT课件2021/10/10星期日1第十章非金属材料和复合材料第一节高分子材料第二节陶瓷材料和复合材料2021/10/10星期日2第一节高分子材料一、高分子材料简介高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。常称聚合物或高聚物。高分子化合物的分子量一般>104。高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。2021/10/10星期日31、高分子材料的分类⑴按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。⑵按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。⑶按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物⑷按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物2021/10/10星期日42、高分子材料的主要特点⑴玻璃态⑵高弹态⑶粘流态线型非晶态高聚物的温度-变形曲线

2021/10/10星期日5二、工程塑料

塑料是在玻璃态下使用的高分子材料。在一定温度、压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。1、工程塑料概述

⑴

塑料的组成

塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂。树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。塑料制品2021/10/10星期日6⑵塑料的分类按树脂受热时行为可分为热塑性塑料和热固性塑料.

按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料.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，这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合。

热固性塑料制品2021/10/10星期日72、常用工程塑料⑴一般结构用塑料包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件.ABS塑料“坚韧、质硬、刚性”，应用广泛。PE波纹管PP方向盘ABS阀门PS管2021/10/10星期日8聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件。聚甲醛具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、化工、电气仪表、农机等工业。尼龙管件PC挡风板聚碳酸酯具有优良的机械性能，透明无毒，应用广泛。⑵摩擦传动零件用塑料包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。2021/10/10星期日9密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件聚四氟乙烯俗称“塑料王”，具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，摩擦系数极低，只有0.04。缺点是强度低、加工性差。主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料.

2021/10/10星期日10⑶耐蚀用塑料耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚四氟乙烯，但工艺性比聚四氟乙烯好，成本低。在化学工业和机电工业获得广泛应用，如化工设备零件、管道、衬里等。氯化聚醚防腐蝶阀

2021/10/10星期日11⑷耐高温件用塑料有聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚酰亚胺(PI)及氟塑料等。聚砜的热稳定性高是其聚酰亚胺层压板最突出的特点。使用温度达150~174℃。用于机械设备等工业。聚苯醚具有良好的综合性能,用于机电等方面。聚酰亚胺在260℃下可长期使用。主要用于特殊条件下使用的精密零件。

2021/10/10星期日12三、合成橡胶

橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料.1、橡胶的组成和性能特点

工业用橡胶由生胶和橡胶配合剂组成。生胶无配合剂并未经硫化。橡胶配合剂有硫化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。橡胶最大的特点是高弹性。橡胶有储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。2021/10/10星期日132、常用合成橡胶合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶，前者主要用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置等；后者主要用于高低温、强腐蚀、强辐射等特殊环境下工作的橡胶制品。密封圈胶管轮胎2021/10/10星期日14第二节陶瓷材料和复合材料一、陶瓷材料陶瓷是无机非金属材料。一般可分为普通陶瓷（普通工业陶瓷、化工陶瓷）和特种陶瓷（氧化铝陶瓷、氮化硅瓷、氮化硼瓷、氧化镁瓷及氧化铍瓷等）两大类。普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物（粘土、石英、长石等）为原料，经粉碎、压制成型和高温烧结而成，主要用于日用品、建筑和卫生用品，以及工业上的低压和高压瓷瓶、耐酸、过滤制品等。Al2O3粉末的烧结组织ZrO2陶瓷中的气孔2021/10/10星期日15一、普通陶瓷

普通陶瓷是用粘土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、长石(K2O·Al2O3·6SiO2，Na2O·Al2O3·6SiO2)和石英(SiO2)为原料，经成型、烧结而成的陶瓷。其组织中主晶相为莫来石(3Al2O3·2SiO2)，占25~30%，玻璃相占35~60%，气相占1~3%。除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门.

景德镇瓷器2021/10/10星期日16二、新型结构陶瓷⑴

氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分,含有少量SiO2的陶瓷，又称高铝陶瓷。Al2O3化工、耐磨陶瓷配件Al2O3密封、气动陶瓷配件单相Al2O3陶瓷组织2021/10/10星期日17⑵氮化硅（Si3N4）陶瓷氮化硅是由Si3N4四面体组成的共价键固体。碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加热至高温还原而成：SiO2+3C→SiC+2CO。常压烧结碳化硅⑶碳化硅（SiC）陶瓷碳化硅是通过键能很高的共价键结合的晶体。2021/10/10星期日18⑷氧化锆陶瓷氧化锆的晶型转变：立方相⇌四方相⇌单斜相。四方相转变为单斜相非常迅速，引起很大的体积变化，易使制品开裂。ZrO2氧化锆单相陶瓷2021/10/10星期日19二、复合材料复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成的材料。

复合材料船体2021/10/10星期日20(一)复合材料的分类1、按基体材料分类，可分为聚合物基、陶瓷基和金属基复合材料.2、按增强相形状分类，可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料和层状复合材料。3、按复合材料的性能分类，可分为结构复合材料和功能复合材料.(1)粒子增强复合材料粒子增强复合材料是将粒子高度弥散地分布在基体中，使其阻碍导致塑性变形的位错运动(金属基体)和分子链运动(聚合物基体)。这种复合材料是各向同性的.2021/10/10星期日21(2)层状复合材料层状复合材料是指在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料。这种材料是各向异性的(层内两维同性)。如碳化硼片增强钛、胶合板等。层状陶瓷复合材料断口形貌三明治复合2021/10/10星期日22(3)纤维增强复合材料纤维增强复合材料是指以各种金属和非金属