《工程材料及成形技术基础》课件 第8章 非金属材料

工程材料及成形技术主讲人：Email:电话：本章学习要求第八章非金属材料本章的重点是掌握高聚物的基本概念、性能特点及分类，常用陶瓷材料的性能；复合材料的定义与分类，各类复合材料的特性与优势，以及它们的应用前景。主要内容高聚物陶瓷材料概念分类结构第八章非金属材料黏土石英长石新型陶瓷碳（氮、硼）化物复合材料分类特性应用新型材料绿色塑料超高温陶瓷气凝胶第一节高聚物高分子：即分子量极高的材料（＞1万）聚合物：由多个单元体聚合反应连接而成的链状分子。有许多与低分子化合物截然不同的性质和性能，可以压延成膜，可模压成各种形状的构件。相关概念按性能和用途塑料纤维橡胶涂层和添加剂第一节高聚物分类相关概念按性能和用途塑料：可塑成一定形状，产品最后能保持形状不变的材料纤维：长度比直径大很多倍并且有一定柔韧性的纤细物质橡胶：线性柔性高分子聚合物塑料：可塑成一定形状，产品最后能保持形状不变的材料根据受热行为热塑性塑料热固性塑料可反复加热如聚苯乙烯，聚乙烯不可反复加热如酚醛树脂第一节高聚物分类支化交联交联后永远固化热固性不可反复加热支化改变分子之间的规整度，降低结晶度长支化严重影响熔融流动，加工性能不好热塑性线形可加热熔融加工热塑性结构第一节高聚物玻璃态橡胶态相同温度下，不同高聚物的力学性能不一样相同聚合物，不同温度下力学性能不一样玻璃态第一节高聚物第二节陶瓷材料

定义：陶瓷材料是指用天然或合成化合物，经过成型和高温烧结制成的一类无机非金属材料。优点：硬度高、耐磨性好、高温强度高、化学稳定性好等。主要成分：SiO2

和Al2O31、黏土

黏土原料第二节陶瓷材料主要成分：SiO2，含有少量的氧化物杂质（如MgO、Fe2O3、Al2O3、CaO、TiO等）。石英在陶瓷生产中的作用：改变泥料的可塑性；陶瓷烧结时，石英的体积膨胀可部分地抵消坯体收缩的影响；合适的石英颗粒粒度能大大提高瓷器坯体的强度、白度以及透光度；在釉料中，增加石英含量，可提升釉的熔融温度与黏度，降低热膨胀系数，也能提高釉的力学强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性。2、石英

石英块体第二节陶瓷材料生产日用陶瓷的三大原料之一，是陶瓷生产中的主要溶剂性原料，其用量很大，一般用作胚料、釉料、色料熔剂等的基本成分。3、长石

长石块体第二节陶瓷材料氧化铝（Al2O3）4、新型陶瓷原料

氧化铝粉末及棒材产品氧化镁（MgO）

氧化镁粉末及坩埚第二节陶瓷材料氧化铍（BeO）

氧化铍粉末及片材氧化锆（MgO2）

氧化锆粉末及牙齿产品第二节陶瓷材料碳化硅（SiC）5、碳化物

碳化硅粉体及喷嘴碳化硼（BC）

碳化硼粉体及装甲片材第二节陶瓷材料氮化硅（Si3N4）6、氮化物

氮化硅粉体及隔热罩氮化铝（AlN）

氮化铝粉体及片材第二节陶瓷材料二硼化钛（TiB2）7、硼化物

二硼化钛粉体及靶材产品二硼化锆（ZrB2）二硼化锆粉体及加热元件按基体种类聚合物基复合材料陶瓷基复合材料金属基复合材料分类第三节复合材料定义：由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。碳基复合材料按增强体的存在形态颗粒增强复合材料连续纤维增强复合材料非连续纤维增强复合材料层状复合材料纳米材料增强复合材料第三节复合材料特性质量轻，比强度、比模量高；耐疲劳性能好；良好的耐腐蚀性；冲击性能好；抗噪声、振动特征比金属好；可设计性强；可整合性强；复合效应好。第三节复合材料应用欧美等国家在航空航天领域复合材料发展历程复合材料在A380上的应用第三节复合材料应用a）歼-20战斗机；b）运20运输机a）法国“Rafale”号战斗机；b）美国B-2隐形轰炸机复合材料赛车车体（莲花车队）荷兰全复合材料超级巴士第四节新型材料1、绿色塑料环境友好型生物基可生物降解高分子材料。生物基可降解塑料有：聚乳酸(PLA)、聚羟基烷酸酯类聚合物、聚乙醇酸、全淀粉基等。①热塑性淀粉(TPS)：在各种植物来源的天然淀粉中加入适量可降解的小分子添加剂，经过物理或化学方式改性，使淀粉分子结构变成无序排列的柔顺分子链，从而使淀粉具备热塑性。优点：来源广、塑性强、可降解。②聚乳酸（PLA）：合成原料来源于玉米等生物可再生的植物资源，使用后又可在自然环境中降解为无毒无害的二氧化碳和水，不会对环境造成污染。第四节新型材料2、超高温陶瓷定义：超高温陶瓷材料（UHTCs）指高温环境（2000℃以上）和反应气氛中（如原子氧环境）能够保持化学稳定的一种特殊材料。组成：通常包括硼化物、碳化物、氧化物在内的一些高熔点过渡金属化合物应用：航天火箭的发动机、太空往返飞行器、大气层内高超声速飞行器的鼻锥、金属高温熔炼和连铸用的电极、坩埚和相关部件，发热元件等。航天火箭高超声速飞行器第四节新型材料3、气凝胶

气凝胶是一种具有纳米多孔结构的新型材料，因轻若薄雾蓝色泛蓝，又被称为“蓝烟”、“冻结的烟”。分类：二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶等。特点：气凝胶因纳米多孔网