非金属材料和复合材料

三、颗粒增强铝基复合材料 基 体：铝合金 增强体：SiC、Al2O3、B4C及石墨等 性能：重量轻、比强度高、耐疲劳、耐磨损、热 材料 应用举例 特点 膨胀系数低、尺寸稳定性好、缺口敏感性低
17%SiC颗粒增强铝基复合 拉伸模量大于 应用：超大规模集成电路基板、各种结构型材和 飞机、导弹用板材 100GPa 材料 耐磨部件。 40%SiC晶须增强铝基复合 材料 三叉戟、导弹制导元件 代替铍，成本 低，无毒
（2）碳化硅陶瓷 主要成分： SiC 性 能：优异的高温强度(1700℃) 很好的热稳定性、抗蠕变性、耐磨性、耐蚀性、导 热性、耐辐射性以及低的热膨胀性 高温抗氧化性好 用 途：火箭尾喷管或喷嘴、炉衬、电加热管、坩埚、热 电偶套管、高温轴承以及核燃料包封材料。另外还可以用 作砂轮和各种磨具。
（3）氮化硅陶瓷 主要成分： Si3N4 性 能：很高的硬度 自润滑作用，摩擦系数小，耐磨性好 抗氧化性好、抗热震性大大高于其它陶瓷 优良的化学稳定性（HF外） 优良的绝缘性能 用 途：热压烧结法：形状简单、精度要求不高的零件如 刀具、活塞盖、高温轴承等 反应烧结法：形状复杂、要求精度高、耐磨、耐 蚀、耐热等场合，如泵密封环、热电偶保护套、转子、缸 套、活塞环、管道、阀门等 陶瓷发动机
侵蚀性高。（6）导电能力在 Nhomakorabea大范围内变化。
主要缺点：性脆、加工性能差、可靠性差
四、常用陶瓷材料
1. 传统陶瓷 主要原料：高岭土、长石、石英 结构特点： 主晶相：莫来石 （3Al2O3•SiO2）25~30% 玻璃相： 35-60% 气 相： 1~3% 性 能：质地硬、耐腐蚀、不氧化、不导电、耐高温 （<1200oC），成本低、易成形 结构疏松、强度低、一定温度下软化 用 途：日用，建材工业，电绝缘材料，化工设备以及力 学性能要求不高的耐磨零件。
基体：树脂；增强体：碳纤维 性能：高的比强度和比模量，良好的高温性能，优 良的抗疲劳性能、耐冲击、减摩耐磨、耐腐蚀等。 应用：制造承载、耐磨等零件，如轴承、密封圈、 齿轮等。化学工业、汽车制造业、航空航天和国防 工业等。
美国哥伦比亚号航天飞机推进火箭上的关键部件燃料喷嘴和 燃烧器；人造卫星的机架。。。——C纤维复合材料。
（1）结合键主要为离子键和共价键，因此陶瓷材料具有高 的化学稳定性，耐高温、耐腐蚀、高强度等基本属性。 （2）陶瓷材料的弹性模量是各类材料中最高的 （3）脆性材料，断裂前无塑性变形，冲击韧性极低，抗拉 强度远低于抗压强度。 （4）硬度高，尤其是高温硬度高。 （5）熔点高，高温强度好，高温抗氧化性好，抗熔融金属
Al2O3短纤维增强铝基复合 材料
15%Ti细颗粒增强铝基复 合材料
汽车发动机抗磨环
汽车制动件、连杆、活 塞
耐磨，成本低
模量高
四、纳米颗粒增强陶瓷基复合材料 基 体：陶瓷（Al2O3、ZrO2） 增强体：金属纳米颗粒、陶瓷纳米颗粒 性能：大幅度提高断裂强度、显著提高断裂韧性 五、C/C复合材料 基体：C 增强体：C纤维 性能：强度和冲击韧性特别高，比强度高，高温 强度好（2500℃），良好的抗腐蚀性能和抗热震性。 应用：主要用于航空航天、军事和生物医学，如 洲际导弹头部的隔热罩、固体火箭喷管、飞机刹车片、 赛车刹车系统等。
第六章 非金属材料和复合材料
高分子材料 —— 塑料、橡胶、纤维、黏结剂
陶瓷材料 —— 玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料 复合材料 —— 1+1>2
§2 陶瓷材料
从广义上讲陶瓷包含一切天然及合成的 无机非金属固体材料，如水泥、耐火材料、 玻璃、石墨、天然石材、陶瓷等。 从狭义上讲是用天然或合成的粉体，经 成形和高温烧结制成的，由金属和非金属的 无机化合物构成的多晶固体材料。
纤维增强 增强相 颗粒增强
常用复合材料
一、玻璃钢： 基体：树脂；增强体：玻璃纤维 性能：强度高、密度小（钢的1/4）、耐腐蚀、 绝缘性好 应用： 人造卫星、导弹和火箭外壳（瞬时耐高温性能）； 雷达罩（不反射无线电波、微波透过性好）； 电机、电器及仪表的绝缘零部件； 各种管道、泵、阀门、容器等。
二、碳纤维增强树脂基复合材料：
传统陶瓷：天然硅酸盐矿物（黏土、石英、长石等）
先进陶瓷：高纯度的人工合成原料（氧化物、氮化 物、碳化物等）
一、陶瓷材料的制备方法
原料预处理 配料 坯料制备 成形
制品
后加工
烧成
施釉
干燥
二、陶瓷材料的组织结构特点
晶相：硅酸盐、氧化物和非氧化物 玻璃相：低熔点非晶态物质 气相：气孔
三、陶瓷材料的基本性能
§3 复合材料
复合材料是由两种或两种以上不同性质 或不同组织的组分，以宏观或微观方式复合 形成的新型材料，一般由基体组元和增强相 玻璃纤维 或功能组元组成。 碳纤维
树脂基复合材料 复 合 材 料 基体组 元 硼纤维 碳化硅纤维 金属基复合材料 氧化铝纤维 芳纶纤维 陶瓷基复合材料 陶瓷或金属 颗粒
2. 先进陶瓷
（1）氧化铝陶瓷 主要成分： Al2O3 (>45%) 刚玉瓷(90~99.5%) 性 能：耐高温(在1600℃下长期使用) 强度高、硬度高、耐磨性好 优良的电绝缘性和耐腐蚀、抗氧化性 原料丰富 脆性大、抗热震性能差 用 途：广泛应用于各类高温、耐蚀和电气绝缘工程。如 坩埚、热电偶保护套管、化工反应炉管等。机械工程中用 作高速切削刀具、磨料、内燃机火花塞、拉丝模等。