非金属材料

非金属材料篇一：非金属材料的分类非金属材料的分类无机非金属材料水泥和其他胶凝材料：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、石膏等陶瓷：粘土质、长石质、滑石质和骨灰质陶瓷等耐火材料：硅质、硅酸铝质、高铝质、镁质、铬镁质等玻璃：硅酸盐搪瓷：钢片、铸铁、铝和铜胎等铸石：辉绿岩、玄武岩、铸石等研磨材料：氧化硅、氧化铝、碳化硅等多孔材料：硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸盐和硅酸铝等碳素材料：石墨、焦炭和各种碳素制品等非金属矿：粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金刚石等新型无机非金属材料绝缘材料：氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等铁电和压电材料：钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等磁性材料：锰—锌、镍—锌、锰—镁、锂—锰等铁氧体、磁记录和磁泡材料等导体陶瓷：钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等半导体陶瓷：钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过滤金属元素氧化物系材料等光学材料：钇铝石榴石激光材料，氧化铝、氧化钇透明材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等高温结构陶瓷：高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物超硬材料：碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等人工晶体：铝酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等生物陶瓷：长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体材料等无机复合材料：陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料篇二：非金属材料及成形第5章非金属材料及成形5.1概述非金属材料是指除金属材料之外的所有材料的总称。

随着高新科学技术的发展，使用材料的领域越来越广，所提出的要求也越来越高。

对于要求密度小、耐腐蚀、电绝缘、减振消声和耐高温等性能的工程构件，传统的金属材料已难以胜任。

而非金属材料这些性能却有着各自优势。

另外，单一金属或非金属材料无法实现的性能,可通过复合材料得以实现。

非金属材料的来源十分广泛，大多成形工艺简单，生产成本较低，已经广泛应用于轻工、家电、建材、机电等各行各业中，目前在工程领域应用最多的非金属材料主要是塑料、橡胶、陶瓷及各种复合材料。

5.1.1非金属材料的发展人类社会的发展在很大程度上取决于生产力的发展，生产力水平的高低往往以劳动工具为代表，而劳动工具的进步又离不开材料的发展。

早在一百万年以前，人类开始用石头做工具，标志着人类进入旧石器时代。

大约一万年以前，人类知道对石头进行加工，使之成为精致的器皿或工具，从而标志着人类进入新石器时代。

在新石器时代，人类开始用皮毛遮身。

8000年前，中国就开始用蚕丝做衣服，4500年前，印度人开始种植棉花，这些都标志着人类使用材料促进文明进步。

在新石器时代，人类已发明了用黏土成形，经火烧固化而成为陶器。

陶器不但成为器皿，而且成为装饰品，历史上虽无陶器时代的名称，但其对人类文明的贡献却不可估量。

这是人类有史以来第一次使用自然界存在的物质（黏土和水），发明制造了自然界没有的物品（陶器）。

陶器可以盛水、煮食物。

水在100oC 沸腾而保持恒温，食物的营养成分不但不被破坏，而且更易于消化吸收。

人类的饮食生活习性由烧烤发展为蒸煮，人类自身生存状况有了彻底改观。

因此，甚至有史学家认为陶器是人类最伟大的发明。

时至今日，满足人类居住的建筑用材料，仍以非金属材料为主。

随着5000年前的青铜、3000年前的铁以及后来钢等金属材料的出现，人类在十八世纪发明了蒸汽机，十九世纪发明了电动机、平炉和转炉炼钢。

金属材料使人类农业繁荣并逐步走向工业时代，把人类带进了现代物质文明。

当随着有机化学的发展，人造合成纤维的发明是人类改造自然材料的又一里程碑。

目前各种有机合成材料几乎渗透到人类日常生活的各个领域。

高性能的陶瓷材料以及各种复合材料支撑了航空航天事业的不断发展，使人类的文明走向宇宙。

以单晶硅、激光材料、光导纤维为代表的新材料的出现，使人类仅用五十年就进入了信息时代。

所以非金属材料对人类社会文明的进步发挥着重大的作用。

在现代科学技术的推动下，材料科学发展迅速，材料的种类日益增多，不同功能的新材料不断涌现，原有材料的性能不断改善与提高，以满足人类未来的各种使用需求，因此，材料特别是品种繁多的新型非金属材料是未来高科技的基石、先进工业生产的支柱和人类文明发展的基础。

5.1.2非金属材料的分类目前，非金属材料通常以其组成的主要成分分为无机非金属材料、有机高分子材料及复合材料三大类。

典型无机非金属材料:水泥、玻璃、陶瓷。

典型有机高分子材料：塑料、橡胶、化纤。

典型复合材料：无机非金属材料基复合材料、有机高分子材料基复合材料、金属基复合材料。

5.1.3非金属材料的选择及应用1．非金属材料的选择由于非金属材料的种类繁多，不同类型、成分、性能及不同成形方法的非金属材料在工程实际中的使用和选择，是个很复杂的过程。

设计师和工程师在选择非金属材料时，主要应考虑以下的因素：1）满足使用性能和工艺性能；2）防止出现失效事故；3）经济性；4）考虑可持续发展选材。

此外，材料的选择是一个系统工程。

在一个部件或者装置中，所选用的各种材料要能够在一起使用，而不能因相互作用而降低对方的性能。

因此，在大多数情况下，材料的选择是一个反复权衡的复杂过程。

在某种意义上，其重要性不亚于材料本身的研究开发。

2．非金属材料的应用领域过去，非金属结构材料传统的应用领域主要是建筑、轻工、纺织、家电、仪器仪表、农业等，在工业上主要是装饰件、密封件、刀具、轮胎等。

但是现在，非金属结构材料在工业领域的广泛应用正以前所未有的速度发展。

随着各种非金属材料合成和制备技术不断提高和完善，非金属材料的产量和性能均不断提高。

有关专家预测，很多传统上由金属制造的零件、部件、结构件，将会被工程塑料、工程陶瓷及复合材料等非金属材料所取代。

例如，汽车的车身可采用工程塑料或复合材料，每千克工程塑料可代替4～5千克钢铁，而且可整体成形，因而成本和油耗将进一步降低。

由于原料充足，可以设计、制造出无穷的新产品，非金属结构材料在工业领域的应用前景十分广阔。

另外，各种新型非金属材料，其应用领域远比非金属结构材料的应用领域广阔得多，特别是现代高科技密集的领域。

在微电子、信息通信、航空航天、生物工程、环境保护、新能源等领域中应用了大量的新型非金属材料，其中最具代表的有单晶硅、超导材料、固体激光材料、飞船高温防护材料、仿生材料、环保材料、隐形纳米材料等等。

由于篇幅所限，本章的主要内容为非金属结构材料及其成形。

5.2工程塑料及成形塑料是一类以天然或合成树脂为主要成分，在一定温度、压力条件下经塑制成形，并在常温下能保持形状不变的高分子工程材料。

塑料具有一定的耐热、耐寒及良好的力学、电气、化学等综合性能，可以替代非铁金属及其合金，作为结构材料用来制造机器零件或工程结构。

塑料以其质轻、耐蚀、电绝缘，具有良好的耐磨和减磨性，良好的成形工艺性等特性以及有丰富的资源而成为应用很广泛的高分子材料，在工农业、交通运输业、国防工业及日常生活中均得到广泛应用。

5.2.1工程塑料的组成和性能l. 塑料的组成一般说来，塑料是由树脂和若干种添加剂 (如填充剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、稳定剂、固化剂和阻燃剂)组成。

1)树脂树脂是塑料的主要组分，它是塑料中能起粘结作用的部分，并使塑料具有成形性能。

2)填充剂其主要作用是:改变塑料的某些性能，降低塑料成本，扩大塑料的应用范围。

3)增塑剂增塑剂是用来提高树脂可塑性的。

常用增塑剂如氧化石蜡、磷酸脂类等。

4)润滑剂润滑剂是为防止塑料在成形过程中粘模而加人的添加剂。

5)着色剂着色剂是使塑料制品具有美丽色彩的有机或无机颜料。

6)固化剂固化剂是热固性塑料所必需的添加剂，目的在于促使线型结构转变为体型结构，成形后获得坚硬的塑料制品。

7)稳定剂稳定剂又称防老化添加剂，其主要作用是提高某些塑料的受热或光照稳定性。

8)其他添加剂塑料添加剂除上述几项外还有阻燃剂(如氧化锑等)、抗静电剂、发泡剂、溶剂、稀释剂等。

2. 工程塑料的性能1)力学性能力学性能是决定工程塑料使用范围的重要指标之一，工程塑料具有较高的强度、良好的塑性、韧性和耐磨性，可代替金属制造机器零件或构件，尤其是某些工程塑料的比强度(材料拉伸强度与密度之比)很高，大大超过金属的比强度(如玻璃纤维增强塑料)，可制造减轻自重的各种结构件。

5.2.2工程塑料的分类和应用1. 塑料的分类1)按树脂受热的行为分为热塑性与热固性塑料热塑性塑料:其分子结构主要为线型或支链线型分子结构，工艺特点是受热软化、熔融，具有可塑性，冷却后坚硬；再受热又可软化，可重复使用而其基本性能不变；可溶解在一定的溶剂中。

成形工艺简便、形式多种多样，生产效率高，可直接注射、挤压、吹塑成形。

如聚乙烯、聚丙烯、ABS等。

热固性塑料:具有体型分子结构，热固性塑料一次成形后，质地坚硬、性质稳定，不再溶于溶剂中，受热不变形，不软化，不能回收。

成形工艺复杂，大多只能采用模压或层压法，生产效率低。

如酚醛塑料、环氧塑料等。

5.2.3工程塑料的成形1. 塑料成形加工技术分类塑料的成形，按各种成形加工技术在生产中所属成形加工阶段的不同，可将其划分为一次成形技术、二次成形技术和二次加工技术三个类别。

2. 塑料的一次成形技术塑料的一次成形是指将粉状、粒状、纤维状和碎屑状固体塑料、树脂溶液或糊状等各种形态的塑料原料制成所需形状和尺寸的制品或半制品的技术。

这类成形方法很多，目前生产上广泛采用注射、挤出、压制、浇铸等方法成形。

注射成形主要应用于热塑性塑料和流动性较大的热固性塑料，可以成形几何形状复杂、尺寸精确及带各种嵌件的塑料制品，如电视机外壳、日常生活用品等。

目前注射制品约占塑料制品总量的30%。

近年来新的注射技术如反应注射、双色注射、发泡注射等的发展和应用，为注射成形提供了更加广阔的应用前景。

2)挤出成形挤出成形又称挤塑成形或挤出模塑，其成形过程如图5-3所示。

首先将粒状或粉状的塑料加入到挤出机(与注射机相似)料斗中，然后由旋转的挤出机螺杆送到加热区，逐渐熔融呈粘流态，然后在挤压系统作用下，塑料熔体通过具有一定形状的挤出模具(机头)口模而成形为所需断面形状的连续型材。

3)压制成形压制成形是指主要依靠外压的作用，实现成形物料造型的一次成形技术。

压制成形是塑料加工中最传统的工艺方法，广泛用于热固性塑料的成形加工。

根据成形物料的性状和加工设备及工艺的特点，压制成形可分为模压成形和层压成形。

模压成形(图5-4a)是将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的热固性塑料原料放人模具中，然后闭模加热加压而使其在模具中成形并硬化，最后脱模取出塑料制件，其所用设备为液压机、旋压机等。

3.塑料的二次成形技术塑料的二次成形是指在一定条件下将塑料半制品（如型材或坯件等）通过再次成形加工，以获得制品的最终形样的技术。

目前生产上采用的有中空吹塑成形、热成形和薄膜的双向拉伸成形等几种二次成形技术。