机械工程材料 课件 单元六 非金属材料

单元六

非金属材料及新型材料机械工程材料模块1非金属材料概述模块2高分子材料模块3陶瓷材料模块4复合材料单元主要内容模块1非金属材料概述陶瓷材料:陶瓷材料具有高温稳定性、耐腐蚀性和绝缘性等特点,常用于制造陶瓷器皿、瓷砖、电子元件和陶瓷刀具等。聚合物材料:聚合物材料是由单体通过聚合反应形成的高分子化合物,包括塑料和橡胶两大类。塑料具有轻质、可塑性强、绝缘性好等特点,广泛应用于包装、建筑、汽车和电子等领域;橡胶具有弹性、耐磨性和密封性等特点,常用于制造轮胎、密封件和管道等。复合材料:复合材料是由两种或两种以上的材料通过复合工艺形成的材料,通常包括增强相和基体相。常见的复合材料有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料和金属基复合材料等,具有优异的强度、刚度和耐腐蚀性,被广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。玻璃材料:玻璃是一种无机非晶态材料,具有透明、硬度高、耐腐蚀性好等特点,常用于制造窗户、瓶子、玻璃器皿和光学元件等。半导体材料:半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导率,常用于制造电子器件和光电器件,如晶体管、太阳能电池和LED等。模块1非金属材料概述模块2高分子材料一、塑料1、塑料的组成塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的高分子材料。树脂的种类、性能、数量决定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以树脂的名称命名的，例如聚氯乙烯塑料的树脂就是聚氯乙烯。工业中用的树脂主要是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。2、塑料的分类按树脂的热性能可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料指能重复加热成形的塑料；热固性塑料指不能重复加热成形的塑料。按使用范围可分为通用塑料和工程塑料。通用塑料指产量大、价格低、应用广的常用塑料；工程塑料指强度高，能作机械零件和工程构件的塑料。模块2高分子材料3.塑料的性能(1)质轻、比强度高。塑料的密度为0.9~2.2g/cm3,只有钢铁的1/8~1/4。泡沫塑料的密度约0.01g/cm3。塑料的强度比金属低,但比强度高。(2)化学稳定性好。能耐大气、水、碱、有机溶剂等的腐蚀。(3)优异的电绝缘性。介质损耗小,其电绝缘性可与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美。(4)减摩、耐磨性好。有些塑料(如聚四氟乙烯、尼龙等)具有自润滑性。可用于制作在无润滑条件下工作的某些零件。(5)消声和吸振性好。塑料轴承和齿轮工作时平稳无声,大大减小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。(6)成形加工性好。塑料有注射、挤压、模压、浇塑等多种成形方法,且工艺简单,生产率高。(7)耐热性差,易老化;导热性差;热膨胀系数大。模块2高分子材料4.塑料成形及加工方法(1)注射成形法;(2)挤出成形法;(3)吹塑成形法;(4)压延成形法;(5)压制成形法;(6)切削加工;(7)粘焊。注射成形法模块2高分子材料挤出成形法模块2高分子材料二、橡胶1、橡胶的组成与性能橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子材料。橡胶具有弹性大（最高伸长率可达800％～1000％，外力去除后能迅速恢复原状），吸振能力强，耐磨性、隔声性、绝缘性好，可积储能量，有—定的耐蚀性和足够的强度等有点，其主要缺点是易老化，耐油性差。可通过加入防老化剂延续和减轻老化过程。2、橡胶的分类按照原料的来源，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。天然橡胶是以天然橡胶树上流出的胶乳经过处理后制成的。资源有限，不能满足生产需要。合成橡胶是以石油、天然气、煤等为原料，加入适量的配合剂通过化学合成的方法制成的与橡胶性能相似的高分子材料。模块2高分子材料合成橡胶主要有七大品种：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶和丁腈橡胶。习惯上按用途将合成橡胶分成两类：性能和天然橡胶接近，可以代替天然橡胶的通用橡胶和具有特殊性能的特种橡胶。3.常用橡胶常用橡胶的类别、性能及用途见表6-1（教材P109）模块2高分子材料模块3陶瓷材料陶瓷原指硅酸盐材料，目前是所有无机非金属材料的简称。特点是耐热性优良，除具有良好的绝缘性、半导体性外，还具有磁性、介电性等功能。不易变形，断裂时属脆性破坏，韧性低。一、陶瓷的分类陶瓷按原料不同分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类；按用途不同分为日用陶瓷和工业陶瓷两大类。传统陶瓷又称普通陶瓷，其原料是天然的硅酸盐产物，如粘土、长石、石英等。又称硅酸盐陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。普通陶瓷的特点是坚硬而脆性较大，绝缘性和耐蚀性极好；制造工艺简单、成本低廉，用量大。

普通日用陶瓷作日用器皿和瓷器，良好光泽度、透明度，热稳定性和机械强度较高。

普通工业陶瓷有炻器和精陶，有建筑卫生瓷（装饰板、卫生间装置及器具等）、电工瓷（电器绝缘用瓷，也叫高压陶瓷）、化学化工瓷（化工、制药、食品等工业及实验室中的管道设备、耐蚀容器及实验器皿）等。特种陶瓷又称新型陶瓷，其原料是人工合成的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特种陶瓷具有一些独特的性能，可满足工程结构的特殊需要。模块3

陶瓷材料二、陶瓷的性能1、高硬度。硬度是陶瓷材料的重要性能指标，大多数陶瓷材料的硬度比金属高得多，故其耐磨性好（它的硬度仅次于金刚石）。2、高弹性模量与高脆性。陶瓷在拉伸时几乎没有塑性变形，在拉应力作用下产生一定弹性变形后直接脆断，大多数的陶瓷材料的弹性模量都比金属高。3、低抗拉强度和较高的抗压强度。由于陶瓷内部存在大量气孔，其作用相当于裂纹，故其抗压强度较高。

4、优良的高温强度和低的抗热震性。陶瓷的熔点高于金属，具有优于金属的高温强度。陶瓷在高温下不仅保持高硬度，而且基本保持其室温下的强度，具有高的蠕变抗力，同时抗氧化的性能好，广泛用作高温材料。5、陶瓷承受温度急剧变化的能力差。温度剧烈变化时陶瓷容易碎裂。模块3

陶瓷材料模块4复合材料复合材料是指由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而得到的一种多相固体材料。不同的非金属之间，不同的金属材料之间以及非金属材料与金属材料之间都可以互相复合。一、复合材料的分类复合材料一般由增强材料和基体材料组成。基体材料一般强度低、刚度小、韧性好，形成几何形状并起粘结作用。增强材料一般强度高、刚度大、较脆，起提高强度或韧性的作用。复合材料常用的分类方法有三种。按基体材料不同，分为非金属基体和金属基体两类。使用较我的是以高分子材料为基体的复合材料。按增强材料的种类和形状不同，分为纤维增强、颗粒增强、层叠、骨架复合材料等。按功能不同，分为结构复合材料、功能复合材料等。结构复合材料用于制造结构件、功能复合材料是指具有某些物理功能和效应的复合材料。模块4复合材料二、复合材料的性能1、比强度和比模量高。如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的8倍，比模量(弹性模量与密度之比)比钢大3倍。2、抗疲劳性能好。例如碳纤维-聚酯树脂复合材料的疲劳强度是其抗拉强度的70％-80％。3、减振性能好。如尺寸形状相同的梁，金属梁9秒停止振动，碳纤维复合材料制成的梁2.5秒就可停止振动。4、高温性能好。