电子课件-《金属材料及热处理》-B01-9021 第九章
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1. 晶相
2. 玻璃相
3. 气相
第九章 非金属材料与复合材料
三、陶瓷材料的性能特点
1. 力学性能
与金属材料相比较，大多数陶瓷的硬度高，弹性模量大， 脆性大，几乎没有塑性，抗拉强度低，抗压强度高。
2. 热性能
陶瓷材料熔点高，抗蠕变能力高。但陶瓷热膨胀系数和导 热系数小。
3. 化学性能
陶瓷的化学稳定性很高，在强腐蚀介质、高温共同作用下 有良好的抗蚀性能。
4. 其他物理性能
大多数陶瓷是电绝缘体，功能陶瓷材料具有光、电、磁、 声等特殊性能。
第九章 非金属材料与复合材料
四、陶瓷的种类和用途
1. 普通陶瓷
分为普通工业陶瓷和化工陶瓷，主要用来制造绝缘子、静电 纺织导纱器以及受力不大、工作温度低的酸碱容器、管道。
2. 特种陶瓷
（1）氧化铝瓷。主要用来制造内燃机火花塞、轴承的密封环、 导弹导流罩等。
化学稳定性，好的电绝缘性和耐寒性。 用途：制作电话机、扩音机、电视机、电动机、仪表的壳体，
以及齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、储槽内衬、仪表盘等。
ABS 塑料制品
第九章 非金属材料与复合材料
5）酚醛塑料（电木）（PF） 性能：高的强度、硬度及耐热性，在水润滑条件下具有极小
的摩擦因数，优异的电绝缘性，耐蚀性好（除强碱外），耐霉菌， 尺寸稳定性好。但质较脆、色泽深暗。
第九章 非金属材料与复合材料
3. 胶粘剂
（1）胶粘剂的组成 1）基料。 2）固化剂。 3）增塑剂和增韧剂。 4）填料。 5）稀释剂。
（2）胶粘剂的分类
第九章 非金属材料与复合材料
三、常见有机高分子材料的性能和用途
1. 塑料
（1）塑料的性能 工程塑料的优点：
密度小、比强度高、耐腐蚀、电绝缘性好、耐磨性和自 润滑性好，透光、隔热、消音、吸振。
③其他塑料。
第九章 非金属材料与复合材料
2. 橡胶
（1）橡胶的组成 1）生胶——未加配合剂的天然或合成的橡胶。
2）配合剂——为了提高和改善橡胶制品的各种性能而加入的 物质。
3）增强材料。主要有纤维织品、钢丝加工制成的帘布、丝绳、 针织品等类型。
（2）橡胶的分类 1）按原料不同，橡胶分为天然橡胶和合成橡胶。 2）按用途不同，橡胶分为通用橡胶和特种橡胶。
橡胶轮胎
第九章 非金属材料与复合材料
2）丁苯橡胶（SBR）
性能：特点是耐磨性、耐老化和耐热性超过天然橡胶。缺点是 弹性较低，抗曲挠、抗撕裂性能较差，加工性能差。
用途：主要用以代替天然橡胶制作轮胎、胶板、胶管、胶鞋及 其他通用制品。
3）氟橡胶（FPM）
性能：主要特点是具有优良的耐热性能，耐酸、碱、油及各种 强腐蚀性介质的侵蚀，具有良好的介电性能和耐大气老化性能，但 耐低温性能差，加工性能差。
三、复合材料的性能特点
1. 比强度大、比模量高
2. 良好的抗疲劳性和断裂安全性 3. 优良的高温性能和减振性能 4. 特殊的物理、化学性能
第九章 非金属材料与复合材料
四、常用复合材料的性能和应用
1. 玻璃纤维增强塑料
性能：热固性玻璃钢的优点是密度小，强度高，耐腐蚀性 好，绝缘性好，绝热性好，易于加工成形。缺点是弹性模量低， 刚度差，但具有较高韧性、良好的低温性能及低热膨胀系数。
第九章 非金属材料与复合材料
第二节 陶瓷材料
一、陶瓷材料的分类
1. 按原料分类
（1）普通陶瓷又称传统陶瓷。 （2）特种陶瓷又称现代陶瓷。
2. 按性能和用途分类
（1）日用陶瓷 （2）工程陶瓷 （3）功能陶瓷
第九章 非金属材料与复合材料
二、陶瓷的组织结构
陶瓷是多相材料，其显微组织由晶相、玻璃相、气相组成， 各相的结构、数量、形态、大小及分布对性能有显著影响。
第九章 非金属材料与复合材料
（2）常用塑料的种类和用途
1）聚丙烯（PP）
性能：密度小，强度、硬度、刚 度和耐热性均优于低压聚乙烯，几乎 不吸水，优良的高频绝缘性。但低温 脆性大，不耐磨，易老化。
用途：制作一般机械零件，制 作电视机、收音机、电扇、 电动机罩等。
聚丙烯球阀
第九章 非金属材料与复合材料
用途：航天工业；船舶工业；电动机电器工业；石油化工 工业。
第九章 非金属材料与复合材料
2. 碳纤维增强塑料
性能：具有低密度、高比强度和高比模量，优良的抗疲劳性 能、减摩耐磨性、耐腐蚀性和耐热性。
用途：航天工业；汽车工业；机械制造业；化学工业。
3. 纤维增强铝基复合材料
性能：主要包括硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维 等增强复合材料。具有很高的比强度、比模量和良好的导电性。
3）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）（PMMA） 性能：透光性好，着色性好，有一定强度，耐紫外线及大
气老化，耐腐蚀，电绝缘性能优良。但质较脆，易溶于有机溶 剂中，表面硬度不高，易擦伤。
用途：制作航空、 仪器、仪表、汽车和无 线电工业中的透明件与 装饰件。
有机玻璃面板
第九章 非金属材料与复合材料
4）苯乙烯—丁二烯—丙烯腈共聚体（ABS） 性能：有高的冲击韧度和较高的强度，优良的耐油、耐水性和
第九章 非金属材料与复合材料
（2）常用橡胶的种类和用途 1）天然橡胶（NR） 性能：弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良， 耐磨性和耐旱性良好，加工性佳。缺点是耐氧和耐臭氧性差， 容易老化变质，耐油和耐溶剂性不好，抵抗酸碱的腐蚀能力弱， 耐热性不高。 用途：制作轮胎、胶鞋、胶管、胶 带、电线与电缆的绝缘层和护套以及其 他通用制品。
用途：主要用于航天、航空工业中及汽车发动机的结构件和 零件。
第九章 非金属材料与复合材料
4. 碳化硅颗粒增强铝基复合材料
性能：比强度与钛合金相近，比模量略高于钛合金，还具有 良好的耐磨性。
用途：可用来制造汽车零件；航空航天用结构件。
5. 颗粒补强增韧陶瓷基复合材料
性能：与一般陶瓷相比，具有比强度和比模量高、韧性好的 wk.baidu.com点。
用途：制作塑料模具、精密量具、机械仪表和电气结构零件， 电气、电子元件，线圈的灌注、涂覆和包封，以及修复机件等。
第九章 非金属材料与复合材料
2. 橡胶
（1）橡胶的性能和应用
特性：高弹性；弹性变形量大；具有优良的伸缩性和积蓄 能量的能力。此外，还有良好的耐磨性、隔音性、阻尼性和绝 缘性。
橡胶可用于制作轮胎、动静态密封件、减振件、防振件、 传动件、运输胶带和管道、电线、电缆。
用途：主要用于国防工业制造飞机、火箭上的耐真空、耐高温、 耐化学腐蚀的密封材料、胶管或其他零件，及用于汽车工业。
第九章 非金属材料与复合材料
3. 胶粘剂
（1）胶粘剂的性能和应用
（2）常用胶粘剂的种类和用途 1）α-氰基丙烯酸酯胶（502） 性能：在室温下接触水、气即瞬间固化，胶膜较脆不耐水。 用途：适用于金属、陶瓷等材料的小面积胶接和固化。 2）酚醛—缩醛胶（JSF-2、FSC-2） 性能：胶接强度高具有良好的耐老化性能和综合性能。 用途：可胶接金属、塑料、玻璃、木材、皮革等。 3）厌氧胶（Y -150） 性能：具有良好的流动性和密封性。工艺性好。 用途：用于轴承的固定、螺钉、法兰及丝扣接头的封固等。
（2）氮化硅瓷。主要用来制造耐磨、耐腐蚀、耐高温零件。 （3）氧化镁瓷。主要用来制造熔炼Fe、Cu、Mo、Mg等金属的 坩埚及熔化高纯度U、Th及其合金的坩埚。 （4）氧化铍瓷。主要用来制造高温绝缘电子元件、核反应堆中 子减速剂和反射材料、高频电路坩埚等。
第九章 非金属材料与复合材料
第三节 复合材料
2）添加剂。添加剂是为改善塑料的使用性能或成形工 艺性能而加入的其他辅助组分。
第九章 非金属材料与复合材料
（2）塑料的分类 1）按照受热后的性能不同，塑料分为热塑性塑料与热固性
塑料两类。 ①热塑性塑料 ②热固性塑料
2）按照应用范围不同，塑料分为通用塑料、工程塑料和其 他塑料三类。
①通用塑料。
②工程塑料。
2）聚酰胺（通称尼龙）（PA） 性能：无味、无毒；有较高强度和良好韧性；有一定耐热性；
有优良的耐磨性和自润滑性；有良好的消声性和耐油性；耐蚀性 较好；抗霉菌；成形性好。
用途：用于制造要求耐磨、耐 蚀的某些承载和传动零件，还可做 高压耐油密封圈，喷涂金属于表面 作防腐耐磨涂层。
各种尼龙构件
第九章 非金属材料与复合材料
用途：制作一般机械零件、 水润滑轴承、电绝缘件、耐化学 腐蚀的结构材料和衬里材料等。
电木制动轮
第九章 非金属材料与复合材料
6）环氧塑料（EP） 性能：强度较高，韧性较好，电绝缘性优良，防水、防潮、
防霉、耐热、耐寒，可在-80~200℃范围内长期使用，化学稳定性 较好，固化成形后收缩率小，对许多材料的黏结力强，成形工艺 简便，成本较低。
（1）电绝缘性优良 （2）耐热性差 （3）热膨胀大 （4）化学稳定性高 （5）老化现象
第九章 非金属材料与复合材料
二、常用的有机高分子材料
1. 塑料
（1）塑料的组成 1）合成树脂。合成树脂即人工合成线型高聚物，是塑料
的主要成分（占40% ~100%），对塑料的性能起着决定性作 用，故绝大多数塑料以树脂的名称命名。
第九章 非金属材料与复合材料
第一节 有机高分子材料 第二节 陶瓷材料 第三节 复合材料
第九章 非金属材料与复合材料
第一节 有机高分子材料
一、有机高分子材料的性能特点
1. 有机高分子材料的力学性能特点
（1）比强度高 （2）高弹性和低弹性模量
（3）高耐磨性和低硬度
第九章 非金属材料与复合材料
2. 有机高分子材料的物理、化学性能特点
一、复合材料的组成
复合材料是多相体系，通常分成两个基本组成相：连续 相——基本相（基体）；分散相——增强相（增强体）。
二、复合材料的种类
1. 按基体材料分类
（1）非金属基复合材料 （2）金属基复合材料
2. 按增强体材料分类
（1）纤维增强材料 （2）颗粒增强复合材料 （3）叠层复合材料
第九章 非金属材料与复合材料
用途：除了一般陶瓷的用途外，还可用作切削刀具，在军事 和空间技术上也有很好的应用前景。
2. 玻璃相
3. 气相
第九章 非金属材料与复合材料
三、陶瓷材料的性能特点
1. 力学性能
与金属材料相比较，大多数陶瓷的硬度高，弹性模量大， 脆性大，几乎没有塑性，抗拉强度低，抗压强度高。
2. 热性能
陶瓷材料熔点高，抗蠕变能力高。但陶瓷热膨胀系数和导 热系数小。
3. 化学性能
陶瓷的化学稳定性很高，在强腐蚀介质、高温共同作用下 有良好的抗蚀性能。
4. 其他物理性能
大多数陶瓷是电绝缘体，功能陶瓷材料具有光、电、磁、 声等特殊性能。
第九章 非金属材料与复合材料
四、陶瓷的种类和用途
1. 普通陶瓷
分为普通工业陶瓷和化工陶瓷，主要用来制造绝缘子、静电 纺织导纱器以及受力不大、工作温度低的酸碱容器、管道。
2. 特种陶瓷
（1）氧化铝瓷。主要用来制造内燃机火花塞、轴承的密封环、 导弹导流罩等。
化学稳定性，好的电绝缘性和耐寒性。 用途：制作电话机、扩音机、电视机、电动机、仪表的壳体，
以及齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、储槽内衬、仪表盘等。
ABS 塑料制品
第九章 非金属材料与复合材料
5）酚醛塑料（电木）（PF） 性能：高的强度、硬度及耐热性，在水润滑条件下具有极小
的摩擦因数，优异的电绝缘性，耐蚀性好（除强碱外），耐霉菌， 尺寸稳定性好。但质较脆、色泽深暗。
第九章 非金属材料与复合材料
3. 胶粘剂
（1）胶粘剂的组成 1）基料。 2）固化剂。 3）增塑剂和增韧剂。 4）填料。 5）稀释剂。
（2）胶粘剂的分类
第九章 非金属材料与复合材料
三、常见有机高分子材料的性能和用途
1. 塑料
（1）塑料的性能 工程塑料的优点：
密度小、比强度高、耐腐蚀、电绝缘性好、耐磨性和自 润滑性好，透光、隔热、消音、吸振。
③其他塑料。
第九章 非金属材料与复合材料
2. 橡胶
（1）橡胶的组成 1）生胶——未加配合剂的天然或合成的橡胶。
2）配合剂——为了提高和改善橡胶制品的各种性能而加入的 物质。
3）增强材料。主要有纤维织品、钢丝加工制成的帘布、丝绳、 针织品等类型。
（2）橡胶的分类 1）按原料不同，橡胶分为天然橡胶和合成橡胶。 2）按用途不同，橡胶分为通用橡胶和特种橡胶。
橡胶轮胎
第九章 非金属材料与复合材料
2）丁苯橡胶（SBR）
性能：特点是耐磨性、耐老化和耐热性超过天然橡胶。缺点是 弹性较低，抗曲挠、抗撕裂性能较差，加工性能差。
用途：主要用以代替天然橡胶制作轮胎、胶板、胶管、胶鞋及 其他通用制品。
3）氟橡胶（FPM）
性能：主要特点是具有优良的耐热性能，耐酸、碱、油及各种 强腐蚀性介质的侵蚀，具有良好的介电性能和耐大气老化性能，但 耐低温性能差，加工性能差。
三、复合材料的性能特点
1. 比强度大、比模量高
2. 良好的抗疲劳性和断裂安全性 3. 优良的高温性能和减振性能 4. 特殊的物理、化学性能
第九章 非金属材料与复合材料
四、常用复合材料的性能和应用
1. 玻璃纤维增强塑料
性能：热固性玻璃钢的优点是密度小，强度高，耐腐蚀性 好，绝缘性好，绝热性好，易于加工成形。缺点是弹性模量低， 刚度差，但具有较高韧性、良好的低温性能及低热膨胀系数。
第九章 非金属材料与复合材料
第二节 陶瓷材料
一、陶瓷材料的分类
1. 按原料分类
（1）普通陶瓷又称传统陶瓷。 （2）特种陶瓷又称现代陶瓷。
2. 按性能和用途分类
（1）日用陶瓷 （2）工程陶瓷 （3）功能陶瓷
第九章 非金属材料与复合材料
二、陶瓷的组织结构
陶瓷是多相材料，其显微组织由晶相、玻璃相、气相组成， 各相的结构、数量、形态、大小及分布对性能有显著影响。
第九章 非金属材料与复合材料
（2）常用塑料的种类和用途
1）聚丙烯（PP）
性能：密度小，强度、硬度、刚 度和耐热性均优于低压聚乙烯，几乎 不吸水，优良的高频绝缘性。但低温 脆性大，不耐磨，易老化。
用途：制作一般机械零件，制 作电视机、收音机、电扇、 电动机罩等。
聚丙烯球阀
第九章 非金属材料与复合材料
用途：航天工业；船舶工业；电动机电器工业；石油化工 工业。
第九章 非金属材料与复合材料
2. 碳纤维增强塑料
性能：具有低密度、高比强度和高比模量，优良的抗疲劳性 能、减摩耐磨性、耐腐蚀性和耐热性。
用途：航天工业；汽车工业；机械制造业；化学工业。
3. 纤维增强铝基复合材料
性能：主要包括硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维 等增强复合材料。具有很高的比强度、比模量和良好的导电性。
3）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）（PMMA） 性能：透光性好，着色性好，有一定强度，耐紫外线及大
气老化，耐腐蚀，电绝缘性能优良。但质较脆，易溶于有机溶 剂中，表面硬度不高，易擦伤。
用途：制作航空、 仪器、仪表、汽车和无 线电工业中的透明件与 装饰件。
有机玻璃面板
第九章 非金属材料与复合材料
4）苯乙烯—丁二烯—丙烯腈共聚体（ABS） 性能：有高的冲击韧度和较高的强度，优良的耐油、耐水性和
第九章 非金属材料与复合材料
（2）常用橡胶的种类和用途 1）天然橡胶（NR） 性能：弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良， 耐磨性和耐旱性良好，加工性佳。缺点是耐氧和耐臭氧性差， 容易老化变质，耐油和耐溶剂性不好，抵抗酸碱的腐蚀能力弱， 耐热性不高。 用途：制作轮胎、胶鞋、胶管、胶 带、电线与电缆的绝缘层和护套以及其 他通用制品。
用途：主要用于航天、航空工业中及汽车发动机的结构件和 零件。
第九章 非金属材料与复合材料
4. 碳化硅颗粒增强铝基复合材料
性能：比强度与钛合金相近，比模量略高于钛合金，还具有 良好的耐磨性。
用途：可用来制造汽车零件；航空航天用结构件。
5. 颗粒补强增韧陶瓷基复合材料
性能：与一般陶瓷相比，具有比强度和比模量高、韧性好的 wk.baidu.com点。
用途：制作塑料模具、精密量具、机械仪表和电气结构零件， 电气、电子元件，线圈的灌注、涂覆和包封，以及修复机件等。
第九章 非金属材料与复合材料
2. 橡胶
（1）橡胶的性能和应用
特性：高弹性；弹性变形量大；具有优良的伸缩性和积蓄 能量的能力。此外，还有良好的耐磨性、隔音性、阻尼性和绝 缘性。
橡胶可用于制作轮胎、动静态密封件、减振件、防振件、 传动件、运输胶带和管道、电线、电缆。
用途：主要用于国防工业制造飞机、火箭上的耐真空、耐高温、 耐化学腐蚀的密封材料、胶管或其他零件，及用于汽车工业。
第九章 非金属材料与复合材料
3. 胶粘剂
（1）胶粘剂的性能和应用
（2）常用胶粘剂的种类和用途 1）α-氰基丙烯酸酯胶（502） 性能：在室温下接触水、气即瞬间固化，胶膜较脆不耐水。 用途：适用于金属、陶瓷等材料的小面积胶接和固化。 2）酚醛—缩醛胶（JSF-2、FSC-2） 性能：胶接强度高具有良好的耐老化性能和综合性能。 用途：可胶接金属、塑料、玻璃、木材、皮革等。 3）厌氧胶（Y -150） 性能：具有良好的流动性和密封性。工艺性好。 用途：用于轴承的固定、螺钉、法兰及丝扣接头的封固等。
（2）氮化硅瓷。主要用来制造耐磨、耐腐蚀、耐高温零件。 （3）氧化镁瓷。主要用来制造熔炼Fe、Cu、Mo、Mg等金属的 坩埚及熔化高纯度U、Th及其合金的坩埚。 （4）氧化铍瓷。主要用来制造高温绝缘电子元件、核反应堆中 子减速剂和反射材料、高频电路坩埚等。
第九章 非金属材料与复合材料
第三节 复合材料
2）添加剂。添加剂是为改善塑料的使用性能或成形工 艺性能而加入的其他辅助组分。
第九章 非金属材料与复合材料
（2）塑料的分类 1）按照受热后的性能不同，塑料分为热塑性塑料与热固性
塑料两类。 ①热塑性塑料 ②热固性塑料
2）按照应用范围不同，塑料分为通用塑料、工程塑料和其 他塑料三类。
①通用塑料。
②工程塑料。
2）聚酰胺（通称尼龙）（PA） 性能：无味、无毒；有较高强度和良好韧性；有一定耐热性；
有优良的耐磨性和自润滑性；有良好的消声性和耐油性；耐蚀性 较好；抗霉菌；成形性好。
用途：用于制造要求耐磨、耐 蚀的某些承载和传动零件，还可做 高压耐油密封圈，喷涂金属于表面 作防腐耐磨涂层。
各种尼龙构件
第九章 非金属材料与复合材料
用途：制作一般机械零件、 水润滑轴承、电绝缘件、耐化学 腐蚀的结构材料和衬里材料等。
电木制动轮
第九章 非金属材料与复合材料
6）环氧塑料（EP） 性能：强度较高，韧性较好，电绝缘性优良，防水、防潮、
防霉、耐热、耐寒，可在-80~200℃范围内长期使用，化学稳定性 较好，固化成形后收缩率小，对许多材料的黏结力强，成形工艺 简便，成本较低。
（1）电绝缘性优良 （2）耐热性差 （3）热膨胀大 （4）化学稳定性高 （5）老化现象
第九章 非金属材料与复合材料
二、常用的有机高分子材料
1. 塑料
（1）塑料的组成 1）合成树脂。合成树脂即人工合成线型高聚物，是塑料
的主要成分（占40% ~100%），对塑料的性能起着决定性作 用，故绝大多数塑料以树脂的名称命名。
第九章 非金属材料与复合材料
第一节 有机高分子材料 第二节 陶瓷材料 第三节 复合材料
第九章 非金属材料与复合材料
第一节 有机高分子材料
一、有机高分子材料的性能特点
1. 有机高分子材料的力学性能特点
（1）比强度高 （2）高弹性和低弹性模量
（3）高耐磨性和低硬度
第九章 非金属材料与复合材料
2. 有机高分子材料的物理、化学性能特点
一、复合材料的组成
复合材料是多相体系，通常分成两个基本组成相：连续 相——基本相（基体）；分散相——增强相（增强体）。
二、复合材料的种类
1. 按基体材料分类
（1）非金属基复合材料 （2）金属基复合材料
2. 按增强体材料分类
（1）纤维增强材料 （2）颗粒增强复合材料 （3）叠层复合材料
第九章 非金属材料与复合材料
用途：除了一般陶瓷的用途外，还可用作切削刀具，在军事 和空间技术上也有很好的应用前景。