《工程材料与应用》课件-第7章

7.1塑料7.2橡胶7.3工业陶瓷7.4复合材料7.1.1塑料的组成、特点及分类

1.塑料的组成

塑料是以各类合成树脂为基础，再加入各种添加剂而形成的。

1)合成树脂

合成树脂是具有塑性的高分子化合物，是塑料的主要成分。它可以把塑料的其他物质粘接起来，并使其具有成型性能。合成树脂在塑料中占40%～100%。7.1塑料

2)添加剂

(1)填料。填料又称填充料或增强剂，主要起增强作用，有时也可改善塑料的某些性能，以扩大应用范围。

(2)增塑剂。增塑剂可进一步提高树脂的可塑性，以增加塑料成型的流动性，并赋予制品柔软性和弹性，从而减少其脆化。

(3)稳定剂。稳定剂又称防老剂，主要起防止某些塑料在成型和使用过程中受热、光等外界因素影响而使性能恶化的作用，从而延长制品使用寿命。

(4)润滑剂。润滑剂主要起防止塑料在成型过程中粘在模具或其他设备上的作用。

(5)着色剂。着色剂可使塑料制品获得不同色彩。

(6)固化剂。固化剂使分子链交联，以获得坚硬材质。

其他添加剂还有抗静电剂、阻燃剂和发泡剂等。

2.塑料的特点

塑料的主要特点如下：

(1)相对密度小，约为铝的 1/2，最小的比水还小。因此比强度及比模量较高，这对于要求减轻自重的航空、航天、车辆、船舶等领域的材料具有重要意义。

(2)良好的耐蚀性。一般塑料对酸、碱等均具有良好的耐蚀性，有的甚至可耐王水的腐蚀，如聚四氟乙烯。

(3)良好的减摩和自润滑性。一般塑料的摩擦系数都很小，有些还有自润滑性(如尼龙)。如再加入石墨、二硫化钼等润滑料，可进一步降低其摩擦系数而提高耐磨性。

(4)优良的电绝缘性、耐电弧性和极小的介质损耗等。

(5)优良的隔音性和吸震性等。塑料主要弱点如下：

(1)强度、硬度和刚度远不及金属。

(2)耐热性差，热塑性塑料一般仅为100℃，如尼龙、聚乙烯，只有少数可达150～200℃；热固性塑料为200～300℃，如有机硅。

(3)热胀系数大，从而会因温度变化而影响零件尺寸和形状的稳定性。

(4)导热性差，对散热而言是缺点，而对绝热而言是优点。

(5)长期承载工作时，常温蠕变大。

(6)吸湿性强、易燃、易老化等。

3.塑料的分类

塑料按其应用范围可分为通用塑料(如聚乙烯)、工程塑料(如ABS)和特种塑料(如医用塑料)三类。

一般按成型可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。7.1.2常用工程塑料简介

1.常用热塑性塑料

1)聚烯烃塑料

聚烯烃塑料价格低、用途广，是世界上产量最大的塑料品种之一，其中以聚乙烯最典型。

聚乙烯(PE)分子结构式为。它是一种柔顺性很好的材料，无极性基团，故耐蚀性、化学稳定性好，且电绝缘性、减摩性好，可作耐蚀件、绝缘件、小齿轮及轴承等。另外，聚乙烯无毒、无味，可制作食品包装袋、奶瓶、食品容器等。

2) ABS(Acrylonitrile-Butadiene-StyreneTerpolymer)塑料ABS塑料是苯乙烯—丁二烯—丙烯腈三元共聚物，其分子组成为丙烯腈使ABS耐蚀，且有一定表面硬度；丁二烯使其呈橡胶状韧性，苯乙烯则提高其刚性并使其呈现热塑性塑料加工特性。故ABS塑料具有较高的表面硬度、强度和冲击韧性，良好的耐磨性和耐热性，较高的尺寸稳定性、耐蚀性和绝缘性，以及易成型、机械加工性好等优点。此外，ABS 的性能还可根据要求通过改变其组成单体的含量来进行调整。ABS塑料的缺点是耐高、低温性能差，易燃、不透明。ABS 塑料广泛用于机械、纺织、汽车、轮船、飞机等工业部门，如齿轮、轴承、仪表盘壳、冰箱衬里以及各种容器、管道、飞机舱内装饰板、窗框、隔音板等。

3)聚酰胺(PA)

聚酰胺是最早发现能够承受较高载荷的热塑性塑料之一，在机械工业中应用比较广泛。聚酰胺又称尼龙或锦纶，有均聚内酰胺(分子结构式为，代号为PAn)和二元胺与二元酸缩聚(分子结构式为，代号为PAmn)。主链上的—CH2—使大分子链有较大柔顺性，而不同链的—CO—NH—间可形成氢键：因氢键的存在，故分子链间作用力大，利于结构晶化，使内旋困难，所以尼龙具有坚韧、耐磨、耐疲劳、耐水的综合性能，且具有优良的耐磨性和自润滑性以及良好的成型加工工艺性，但吸水性大，寸尺稳定性差。C增加，则氢键减少，结晶度和吸水性减小；C减少，则氢键增加，结晶度和吸水性增加。

尼龙6(PA6)、尼龙66(PA66)、尼龙610(PA610)、尼龙1010(PA1010)、铸型尼龙和芳香尼龙是常用于机械工业中的几种，可替代有色金属及其合金用于制造减摩、耐磨件及传动件，如轴承、齿轮等。

4)聚甲醛(POM)

聚甲醛是由甲醛或三聚甲醛聚合而成的。按聚合方法不同，聚甲醛可分为均聚甲醛和共聚甲醛两类。均聚甲醛—C—O—键连续，共聚甲醛—C—O—键上均匀分布—C—C—键，共聚较均聚稳定。—C—O—C—较—C—C—短，堆砌密，均聚物密度、结晶度、强度均较高，热稳定性差；共聚物密度、结晶度、强度均较低，热稳定性好。—C—O—C—是柔性键，是一种无侧基高密度线型结晶型聚合物(其结晶度可达75%)，具有优异的综合性能和抗疲劳性，摩擦系数小，尺寸稳定性，抗蠕变、抗吸水性较尼龙好，但热稳定性差、收缩率大、阻燃性和耐候性差。聚甲醛特别适用于作轴承材料，用它代替铜作火车瓦头，耐用性可提高4～5倍。此外可代替有色金属和合金并逐步取代尼龙制作衬套、齿轮、凸轮、阀门、仪表外壳、化工容器、叶片、运输带等。

5)聚碳酸酯(PC)

聚碳酸酯是一种透明的无定性热塑性聚合物，无毒、无味。结构式为其大分子链中既有刚性的苯环，又有柔性的醚键，因此，具有良好的综合性能，尤其是冲击韧度特别突出(比尼龙和聚甲醛高10倍左右)，是刚而韧的工程塑料；抗蠕变性能好，尺寸稳定，可在-60～130℃长期使用；此外，还具有良好的耐候性和电绝缘性，在10～130℃之间介电常数和介电损耗几乎不变。其缺点是自润滑性差，耐磨性不如尼龙和聚甲醛，疲劳强度低，有应力开裂倾向。在化学稳定性方面不耐碱，长期浸入沸水中会水解和开裂。聚碳酸酯可代替某些金属、合金、玻璃等，常用于制造各种机器、电器及仪表等零件，如齿轮、涡轮、轴承、凸轮、螺栓、外壳等，因其透明且耐冲击，尤其适于制造防护面罩、安全帽和门窗玻璃等。如波音747飞机上有2500多个零件用聚碳酸酯制造，质量达2吨。

6)聚四氟乙烯(F-4)

聚四氟乙烯的分子结构式为，分子中C—F键能较高，又构成空间螺旋排列，碳原子完全被氟原子“屏蔽”起来，使其具有耐高、低温性能，良好的稳定性，耐蚀、不吸水、不燃，故有“塑料王”之称，且具有极好的电性能和高频绝缘性。

聚四氟乙烯成型加工性能差，只能用粉末冶金方法生产，主要用于耐蚀、耐磨、减摩件，如各种机械的密封圈、轴承、活塞环、化工容器及医疗代用血管、人工心脏等。

7)聚砜(PSF)

聚砜是以透明微黄色的线型非晶态高聚物聚砜树脂为基的塑料。其强度高，弹性模量大，耐热性好，最高使用温度可达150～165℃，蠕变抗力高，尺寸稳定性好，缺点是耐溶剂性差。

聚砜主要用于制作要求具有高强度、耐热、抗蠕变的结构件、仪表零件和电气绝缘零件，如精密齿轮、凸轮、真空泵叶片、仪器仪表壳体、仪表盘、电子计算机的积分电路板等。此外，聚砜还具有良好的可电镀性，可通过电镀金属制成印刷电路板和印刷线路薄膜。

8)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

聚甲基丙烯酸甲酯的结构式为它是目前最好的透明材料，透光率达92%以上，比普通玻璃好，俗称有机玻璃；相对密度小(1.18)，仅为玻璃的一半；此外，还具有较高的强度和韧性、不易破碎、耐紫外线和防大气老化，易于加工成型等优点。但其硬度不如玻璃高，耐磨性差，易溶于极性有机溶剂，耐热性差(使用温度不能超过180℃)，导热性差，膨胀系数大。

聚甲基丙烯酸甲酯的主要用途是制作飞机座舱盖、炮塔观察孔盖、仪表灯罩及光学镜片，亦可作防弹玻璃、电视和雷达标图的屏幕和汽车风挡、仪器设备的防护罩等。

2.常用热固性塑料

1)酚醛塑料(PF)

酚醛塑料是以酚醛树脂为基本组分，加入添加剂制成的塑料，分子结构式为酚醛树脂本身的韧性、强度很低，故必须加入填料、增塑剂和其他添加剂后才有工程意义，通常以塑压粉状态作原料供应的居多。用酚醛塑压粉(又称电木粉)压制成的塑料零件具有良好的耐蚀性、耐湿性、耐热性、电绝缘性和尺寸稳定性。加入不同填料可获得不同的其他性能，如要求绝缘时以木粉为填料，要求耐热时加二氧化硅、石棉等，要求耐冲击时加棉布等，要求在耐蚀时加石墨、氟塑料等。酚醛塑料可代替部分金属制作耐热、耐磨、耐蚀件，如轴承、齿轮、垫圈、汽车制动片以及电绝缘件，耐酸泵等。

2)氨基塑料(PF)

最常用的氨基塑料是脲—甲醛塑料，简称脲醛塑料，分子结构式为脲醛塑料颜色鲜艳，半透明如玉，又名电玉，工作温度低于80℃，耐水、耐蚀性差。密胺塑料属线型代支链，固化后呈体型，不溶、不熔、难弯、吸水性小、耐沸水煮、表硬、耐磨、无毒，可用来制作餐具。其纸质片状层压塑料，表面光洁、色泽鲜艳、坚硬耐磨，并具有耐油、耐火、耐弱酸碱等特性，可用来制作塑料装饰板。密胺塑料的分子结构式为氨基树脂无色，加入添加剂可制成各种颜色的塑料制品。氨基塑料硬度高、耐磨、难燃、耐油及溶剂，制品表面光洁，着色性好，具有良好的电绝缘性和耐电弧性，可作绝缘材料和一般机械零件，主要用于制造各种颜色鲜艳的日用品、装饰品、仪表外壳、电话机外壳、开关、插座等。

3)环氧塑料(EP)

环氧塑料是环氧树脂加入固化剂等填料形成的塑料。环氧树脂属热塑性树脂，其结构式为环氧塑料具有坚韧、收缩率小、耐水、耐化学腐蚀和优良的介电性等性能。环氧塑料经玻璃纤维增强后称为环氧玻璃钢，是一种优良的工程材料。它的强度高、韧性好，并具有良好的化学稳定性、绝缘性及耐热耐寒性，长期使用温度为-80～150℃，成型工艺性好，可制作塑料模具、船体、电子零部件等。环氧树脂对各种工程材料都有突出的黏附力，是极其优良的黏结剂，广泛应用于各种结构的复合材料，如玻璃钢等。

4)有机硅塑料

有机硅即聚有机硅氧烷，其中的树脂状流体称为硅树脂。有机硅塑料是以硅树脂为基本组分的塑料。其主要特点是不燃、介电性能优异、耐高温，可在300℃以下长期使用。

表7-1列出了常见塑料的性能。表7-1常见塑料的性能7.2.1橡胶的组成橡胶也属于高分子化合物，与塑料的区别是在很宽的温度范围(-50～150℃)内处于高弹态，有优良的伸缩性和储能作用。橡胶分子结构呈线型，其主链常为柔性链(大多含双键)，其侧基常为非极性基团，这也利于分子链的柔顺性。橡胶经硫化剂硫化处理后，借助交联作用(见图2-43)，使其具有足够的强度、耐久性、抗剪切和其他变形能力，且在很大温度范围内保持性能的稳定。7.2橡胶橡胶是以生胶为基础加入适量配合剂而形成的，配合剂除硫化剂外，大致还有如下几种：(1)促进剂：用于促进硫化作用。(2)软化剂：降低橡胶硬度，增加其塑性。(3)补强剂：用于提高橡胶强度、硬度、耐磨性等。(4)填充剂：主要是增加橡胶强度而降低成本。此外还有防老剂、发泡剂、着色剂等。对配合剂的要求是粒度小、分散性好、能被橡胶所湿润、彼此粘附力大、无水份、纯净。7.2.2常用橡胶材料橡胶按原料来源分为天然橡胶与合成橡胶；按应用分通用橡胶与特种橡胶。

1.天然橡胶天然橡胶是橡胶树上流出的乳胶经凝固、干燥、加压工序制成的片状生胶，其主要成分是聚异戊二烯：天然橡胶的弹性和耐寒性较好，但耐油性、耐溶剂性、化学稳定性和气密性较差。

2.通用合成橡胶

1)丁苯橡胶(SBR)

丁苯橡胶是以丁二烯和苯乙烯为单体形成的共聚物，结构式为丁苯橡胶的性能主要受苯乙烯含量的影响，随苯乙烯含量的增加，橡胶的耐磨性、硬度增大，而弹性、耐寒性下降。丁苯橡胶比天然橡胶质地均匀，耐磨性、耐热性和耐老化性好，但加工成型困难，硫化速度慢，主要用于制造轮胎、胶布、胶板等。

2)顺丁橡胶

顺丁橡胶是丁二烯的聚合物(

)，其结构式与天然橡胶相近，弹性、耐磨性高于天然橡胶，但抗撕裂性和加工性较差，常用于制造轮胎、运输带等。

3)氯丁橡胶

氯丁橡胶是由氯丁二烯聚合而成的，分子结构式为因侧基Cl是极性基团，增强了分子间力，所以具有耐油、耐溶剂、耐氧化、耐老化、耐酸、耐碱、耐燃烧、耐挠曲和透气性好的优点，有“万能橡胶”之称。但其耐寒性差、相对密度大、成本高。氯丁橡胶常用作胶管、压制品和汽车门嵌条等。

3.特种橡胶

1)丁腈橡胶

丁腈橡胶是丁二烯和丙烯腈的共聚物，结构式为有“耐油键将”之称，且耐油性随强极性基团CN含量的增加而增高，但柔顺性随之减小，而有损耐寒性。另外，其物理、力学性能较低，电绝缘性差，加工工艺性及耐臭氧性低。丁睛橡胶常用于制造油管、耐油垫圈等。

2)硅橡胶

硅橡胶是由二甲基硅氧烷与其他有机硅单体共聚而成的，结构式为式中R为有机基团，可相同，亦可不同。不同的侧基R使硅橡胶显示不同性能，因此硅橡胶品种很多。

硅橡胶除具有优良的耐热和抗寒性外，还具有良好的耐候性、耐臭氧性和优良的电绝缘性。因此，硅橡胶主要用于制造各种耐高、低温的橡胶制品。

3)氟橡胶

氟橡胶是以碳原子构成主链，含有氟的高分子弹性体，结构式为其突出优点是耐腐蚀、耐酸、耐碱及耐强氧化剂腐蚀能力在各种橡胶中居首位。其耐热性接近硅橡胶，是国防和尖端技术中的重要材料。但由于价格贵，耐寒性差，加工性能不好，因此目前仅限于某些特殊用途。陶瓷是一种无机非金属材料，由于其耐高温、耐腐蚀、硬度高等优点，应用日益广泛。陶瓷通常分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类，而工业陶瓷主要指特种陶瓷，另外还有金属

陶瓷。

陶瓷材料的发展经历了三次重大飞跃：从陶器发展到瓷器是陶瓷发展史上的第一次重大飞跃；从传统陶瓷发展到先进陶瓷是陶瓷发展史上的第二次重大飞跃；从先进陶瓷发展到纳米陶瓷是陶瓷发展史上的第三次重大飞跃。传统陶瓷与先进陶瓷的比较见表7-2。7.3工业陶瓷表7-2传统陶瓷与先进陶瓷的比较7.3.1陶瓷的性能

1．力学性能

陶瓷几乎没有塑性，完全是脆性断裂。但其抗压强度较高，硬度和弹性模量高于金属。

2.热性能

陶瓷的高温性能优于金属，在1000℃以上强度几乎不变，且高温抗蠕变能力强，不会被氧化。另外，其热膨胀系数和导热系数比金属小，是工程上常用的耐高温材料。但其抗热振性差，当温度剧烈变化时易破裂。

3.化学性能

陶瓷的组织结构非常稳定，不和任何介质中的氧发生作用，高温下亦不氧化，对酸、碱、盐等都有较强的抗蚀能力，也能抵抗熔化的有色金属侵蚀。

4.电性能

大多数陶瓷均为绝缘体，但现已出现各种电性能陶瓷，如压电陶瓷、磁性陶瓷、透明铁电陶瓷等，它们作为功能材料，开拓了陶瓷的应用范围。

常用工程结构陶瓷的种类、性能应用见表7-3。表7-3常用工程结构陶瓷的种类、性能和应用7.3.2常用工业陶瓷

1.普通陶瓷

普通陶瓷是用粘土、长石和石英等天然原料，经粉碎、成型和烧结而成的。这类陶瓷质地坚硬，绝缘性、耐蚀性、成型工艺性均好，可耐1200℃高温，且价格低，但其强度低，耐热性不如其他陶瓷。普通陶瓷在工业上主要用作绝缘用的电瓷及耐酸、碱要求不高的化学瓷，承载和耐磨要求低的结构零件用瓷。

2.特种陶瓷

1)氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷的主要成分是Al2O3，它具有很高的力学性能和介电性能，且耐化学腐蚀。其强度常为普通陶瓷的2～3倍，高者达5～6倍，硬度仅次于金刚石、碳化硼、立方氮化硼和碳化硅而居第五。氧化铝具有可贵的耐高温性能，长期使用温度可达1600℃，且高温下蠕变小。氧化铝陶瓷可耐酸、碱和其他化学药品腐蚀，高温下亦不氧化，常用来做高温实验容器，熔化铁、钴、镍等的坩锅，热电偶绝缘套管。

近年来出现的新型氧化铝瓷，如微晶刚玉瓷、氧化铝金属瓷等，提高了氧化铝陶瓷的性能，除广泛用作刀具材料外，还可作耐磨件、金属拉丝模等。

2)氮化硅陶瓷

作为高温、高强陶瓷，Si3N4已成为当今的主流，随后又发展了赛隆陶瓷。用Si3N4制造的部件已在汽车上试用。国内外研制的陶瓷发动机也使用了这种陶瓷，实践证明用于柴油机汽车可节油30%～40%，经济效益相当可观。

氮化硅陶瓷具有良好的化学稳定性、优异的电绝缘性、高的硬度和耐磨性、自润滑作用、抗蠕变及抗热振能力优越、热胀系数小。

Si3N4作为陶瓷刀具与硬质合金相比，热硬性高、化学稳定性好，适用于高速切削。它和Al2O3、Al2O3-TiC陶瓷相比，硬度并不高，但抗弯强度高、导热性好、抗热震性好，因而适用性比Al2O3陶瓷好得多。

Si3N4陶瓷可用热压烧结法、反应烧结法、常压烧结法制造。热压烧结法制取的氮化硅陶瓷的组织致密，气孔率接近于零，强度高，抗弯强度一般为750～1200MPa，但制品形状受限制，可制作燃气轮机转子叶片及金属切削刀具等；反应烧结法制取的Si3N4陶瓷有20%～30%的气孔，抗弯强度一般为 250～340MPa，但可获得形状复杂、精度高的制品，常用于制造耐磨、耐蚀、耐高温及绝缘零件；而常压烧结法制取的Si3N4陶瓷的抗弯强度一般在800 MPa左右。我国自行研制的常压烧结法制取的Si3N4-MgO-CeO陶瓷材料，其室温抗弯强度达850～1150MPa，硬度可达91.5～93HRA。

3)氮化硼陶瓷

氮化硼晶体通常属六方晶系，结构与石墨相似，有良好的自润滑性及耐热性，其电绝缘及化学稳定性也好，常用作绝缘件、耐热件及高温轴承等。

六方氮化硼晶体用碱或碱土金属为触媒，在 1500～2000℃、6～9万个大气压下转变为晶格结构牢固的立方氮化硼，其硬度与金刚石相近，是优良的耐磨材料，可作刀具和磨料。

4)氧化锆增韧陶瓷

氧化锆增韧陶瓷分氧化铝基陶瓷和其他基陶瓷两大类。前者包括部分稳定氧化锆(PSZ)和四方氧化锆多晶体(TZP)，后者以氧化锆增韧α-Al2O3的增韧效果最为显著。

5)赛隆陶瓷(SialonCeramic)

赛隆陶瓷是Si-Al-O-N系统及其相关系统中的固溶体，主要组成元素为Si、Al、O和N，基本结构单元为(Si、A1)(O、N)4四面体。根据结构和组分不同，塞隆陶瓷可分为赛隆、赛隆和赛隆。赛隆以β-Si3N4为结构基础，具有较好的强韧性；赛隆以α-Si3N4为结构基础，具有很高的硬度和耐磨性；赛隆保留了Si2N2O结构，抗氧化性非常好，高温下不易氧化。由于赛隆陶瓷材料固溶了可作为烧结助剂的Al2O3、MexOy(Me为Y、Mg、Ca、Li和稀土元素)等部分晶界相离子，客观上起了净化晶界的作用，因而使赛隆陶瓷的晶界玻璃相含量大幅度下降，从而提高了陶瓷材料的高温性能。

赛隆陶瓷已在发动机部件、轴承和密封圈等耐磨部件、刀具材料以及铜、铝等合金的冶炼、轧制和铸造上得到了应用。

6)碳化物陶瓷

碳化物陶瓷有SiC、WC、TiC等。这类材料具有高的硬度、熔点和化学稳定性。

碳化硅陶瓷具有较高的高温强度，其抗弯强度在1400℃时仍保持在300～600MPa，而其他陶瓷在1200℃时抗弯强度已显著下降。此外，它还具有很高的热传导能力，较好的热稳定性、耐磨性、耐蚀性和抗蠕变性。

碳化硅陶瓷可用来制造工作温度高于1500℃的零件，如火箭喷嘴、热电偶套管、高温电炉零件，各种泵的密封圈等。

3.金属陶瓷

金属陶瓷是用粉末冶金的方法使金属与陶瓷结合在一起。它把陶瓷的高耐磨性和金属的耐热冲击性和韧性结合起来。氧化物基金属陶瓷通常是铬—氧化铝基或铬—钼—氧化铝—二氧化钛基。碳化物基金属陶瓷通常是钨—钛—铬碳化物基或钨—钛碳化物基。

1)碳化物基金属陶瓷(硬质合金)

碳化物基金属陶瓷又称为硬质合金，它是用一种或几种难熔的碳化物粉末与作为黏结剂的金属粉末混合而成的粉末冶金材料。图7-1为硬质合金组织。硬质合金的特点是硬度很高(86～98HRA相当于69～81HRC)、热硬性好(可达900～10000℃)、耐磨性优良。用硬质合金制作的刀具，其切削速度可比高速钢高4～7倍，刀具寿命可提高5～80倍。另外，硬质合金的抗压强度高，可达6000MPa，弹性模量为高速钢的2～3倍。

然而，硬质合金脆性大，抗弯强度只有高速钢的1/3～1/2，把它制成形状复杂的刀具较困难，所以一般只制成各种不同形状的刀头，钎焊在刀体上使用。

硬质合金主要用于制造高速切削刃具及切削硬(50HRC左右)、韧(如不锈钢)、导热性差(如塑料)等材料的刀具。此外，也可用以制作某些冷作模具和不受冲击、震动的高耐磨零件，如磨床顶尖等。常用的硬质合金有一般硬质合金和钢结构硬质合金。

(1)一般硬质合金。它以WC、TiC、TaC等难熔金属碳化物为基本组成，以Co作为黏结剂。按成分不同分为钨钴类、钨钴钛类、通用合金等，以前两类为常用。

钨钴类(YG)主要组成为WC和Co，常用的有YG3、YG6、YG8等。YG表示“硬钴”两字汉语拼音字首，后面数字为钴含量。如YG表示含6%Co、94%WC的钨钴类硬质合金。钨钴钛类(YT)主要组成为WC、TiC和Co，常用的有YT5、YT10、YT15等。YT为“硬钛”两字汉语拼音字首，后面数字表示TiC含量。如YT15表示含TiC15%、其余为WC和Co的钨钴钛类硬质合金。

上述硬质合金中，碳化物起坚硬耐磨作用，钴起黏结作用。含钴量越高，强度及韧性越高，而硬度、耐磨性越低。钨钴类硬质合金有较好的强度和韧性，宜作切削脆性材料的刀具，如切削铸铁。钨钴钛类硬质合金硬度高，热硬性较好，宜作切削韧性钢材的刀具。

通用合金是以TaC取代部分TiC，特点是抗弯强度高，有YW1、YW2两种。用这类硬质合金制成的刀具主要用于加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工钢材。

(2)钢结硬质合金。它仍以TiC或WC粉末为主要组成，但采用合金钢粉末(高速钢或铬钼钢)作黏结剂，且含量很高(50%～65%)，是一种新型工具材料。其热硬性与耐磨性比一般硬质合金稍低，但韧性好，并可与钢一样进行锻造、热处理和切削加工。钢结构硬质合金一般用于制造各种形状复杂的刃具，如麻花钻头等，也可制造在高温下工作的模具和耐磨零件。

常用硬质合金的牌号、化学成分和性能见表7-4。表7-4常用硬质合金的牌号、化学成分和性能

(3)涂层硬质合金。它是在高速钢或硬质合金的表面上用气相沉积法涂覆一层耐磨性高的金属化合物，以改善刀具的切削性能。常用的涂覆材料有TiC、TiN、A12O3、NbC等。TiC的硬度高(3200HV)，耐磨性好，可涂覆于易产生强烈磨损的刀具上；TiN的硬度比TiC的低些，但在空气中的抗氧化性能好。涂层硬质合金比基底材料有更良好的性能，它的硬度高、耐磨性好、热硬性高，可显著提高刀具的切削速度及使用寿命。

2)氧化物基金属陶瓷

氧化物基金属陶瓷是目前应用最多的金属陶瓷。在这类金属陶瓷中，通常以铬作为黏合剂，其含量不超过10%，由于铬能和Al2O3形成固溶体，故可将其粉粒牢固地粘接起来。此外，铬的高温性能较好，抗氧化性和耐腐蚀性较高，所以和纯Al2O3陶瓷相比，改善了韧性、热稳定性和抗氧化性。

Al2O3基金属陶瓷的特点是热硬性高(达1200℃)、高温强度高、抗氧化性良好，与被加工金属材料的粘着倾向小，可提高加工精度和降低表面粗糙度。但它的脆性仍较大，且热稳定性较低，主要用作工具材料，如刃具、模具、喷嘴、密封环等。复合材料就是将两种或两种以上不同性质的材料经人工复合而形成的新材料。它可以克服单一材料的某些弱点，发挥各组分材料的优点，提高综合性能，是一种很有发展前途的新材料。美国波音公司在飞机上采用复合材料的情况如图7-2所示。7.4复合材料复合材料种类繁多，按其结构不同可分为三类：

(1)纤维复合材料：由基体上分布着高达70%的增强纤维组成。树脂、橡胶、金属等都可以作为基体材料。

(2)颗粒复合材料：将增强粒子高度弥散地分布在基体中的材料。粒子起阻碍位错运动(金属基体)或分子链运动(高聚物基体)的作用。这类材料可以是金属粒子与塑料复合，也可以是陶瓷粒子与金属复合(如金属陶瓷)。

(3)层合复合材料：由两种或多种材料层合而成，如同三合板。典型材料是钢、青铜、塑料组成的三层复合材料。复合材料的种类见表7-5。表7-5复合材料的种类7.4.1纤维复合材料

1.纤维树脂复合材料

1)玻璃纤维树脂复合材料

玻璃纤维树脂复合材料俗称玻璃钢，它以合成树脂为基体，以玻璃纤维或其织物(玻璃布、玻璃带、玻璃毡等)为增强材料制成。玻璃钢质轻、强度高，接近或超过铝及铜合金的强度指标；其比强度很高，甚至超过合金钢；其耐蚀性、电波透过性及成型工艺性均较好。其性能有明显的方向性，其层间强度较低，而沿纤维方向强度高，使用时应注意这一特性。

玻璃钢在航空、航天、航海、车辆及机械制造等工业部门得到了广泛应用，如高温下工作受力件、齿轮、泵、容器等。

2)碳纤维树脂复合材料

碳纤维树脂复合材料又称碳纤维增强塑料，它是由碳纤维与合成树脂复合而成的一类新型材料。与玻璃纤维相比，碳纤维密度更小，而弹性模量却高出4～5倍，强度也略高，且耐热性也高于玻璃纤维。因此碳纤维增强塑料不仅保留了玻璃钢的优点，而且某些性能远远超过玻璃钢。

机械行业中，碳纤维增强塑料用于制造磨床磨头、齿轮等，以提高精度及运转速度，并减少能耗。在航空、航天、航海等领域，碳纤维增强塑料