第九章 非金属材料

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。
础
（2）碳化硅陶瓷
第九章 非金属材料
主要成分： SiC
机
械
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
制
高温抗氧化性好
造
用 途：火箭尾喷管或喷嘴、炉衬、电加热管、坩埚、热
制
特点：综合性能好，价格低、坚韧、质硬且具刚性的材料。
应用：电视机、洗衣机、计算机等壳体；汽车上仪表盘、方向 造
盘、挡泥板、手柄等，也可用于化工管道、板材等
（6）最透明的塑料—聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）“有机玻 基
璃”
特点：透光率好，耐紫外线和大气老化，强度高，成形性好， 良好的染色性，表面硬度差、易划伤`、包装盒、灯罩、眼镜、
基
电机、电器及仪表的绝缘零部件； 各种管道、泵、阀门、容器等。
础
第九章 非金属材料
二、碳纤维增强树脂基复合材料：
机
基体：树脂；增强体：碳纤维
械
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。
制
造 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。
壳、玩具、密封条等。——用途最广的通用塑料。
（3）最轻且价廉的塑料—聚丙烯（PP）
造
特点：力学性能、耐热性（150℃）最高，密度最低，但低温
脆性大。无毒无味。
基
应用：汽车上仪表盘、方向盘等；以及日用的微波炉餐具、
椅子、安全帽；电器方面电话机、电视机外壳；PP膜可作香 础
烟、食品的包装膜、包装带等。
第九章 非金属材料
础
工艺品等，也可用于飞机窗玻璃、防弹玻璃、风挡等。
第九章 非金属材料
（7）透明“金属”—聚碳酸酯（PC）
特点：优良的抗冲击性和透明度，集刚、硬、韧、透明为一体 的典型塑料。阻燃性好，自熄性材料。高温下易开裂。
机
应用：光盘、灯罩、防护玻璃、手机壳体、精密仪器中齿轮、 相机零件、太空杯、餐具等。PC膜可用于录音（像）带。
电偶套管、高温轴承以及核燃料包封材料。另外还可以用 基
作砂轮和各种磨具。
础
（3）氮化硅陶瓷
第九章 非金属材料
机
主要成分： Si3N4
械
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
制
优良的化学稳定性（HF外）
优良的绝缘性能
造
用 途：热压烧结法：形状简单、精度要求不高的零件如
础
（3）“万能”橡胶—氯丁橡胶（CR） 第九章 非金属材料
特点：其物理、力学性能均可与天然橡胶相比拟，且具有良
好的耐油、耐溶剂、耐氧化、耐老化、耐酸碱等性能，但耐 机
寒性较差，密度较大。
应用：耐老化的电线电缆包皮、耐油耐蚀的胶管、输送带、 械
矿井用橡胶制品、油罐衬里等。
丁腈橡胶（NBR）：耐油性好（用于输油管、耐油密封垫圈、制
电器上耐高频绝缘零件、以及强腐蚀场合设备内衬和零件。医
用材料中人造血管、人工心脏等。
础
第九章 非金属材料
（9）强韧而耐磨耐油的塑料—聚酰胺（PA） “尼龙”
特点：优良的耐磨性、减摩性和自润滑性。优异的耐油性和气
体阻隔性；耐疲劳性好；吸湿性较大。
机
应用：汽车上输油管、油箱；DVD的齿轮、螺母、轴承等；与
第九章 非金属材料
1. 传统陶瓷
机
主要原料：高岭土、长石、石英
结构特点：
械
主晶相：莫来石 （3Al2O3•SiO2）25~30% 玻璃相： 35-60%
制
气 相： 1~3%
性 能：质地硬、耐腐蚀、不氧化、不导电、耐高温
造
（<1200oC），成本低、易成形
结构疏松、强度低、一定温度下软化
基
用 途：日用，建材工业，电绝缘材料，化工设备以及力
第九章 非金属材料
机
械
教学要求：
制
✓了解非金属材料的基本知识，
✓熟悉常用工程塑料、橡胶、工业陶瓷 造 及复合材料的分类、性能特点及应用
基
础
第九章 非金属材料
第九章 非金属材料
机
高分子材料 —— 塑料、橡胶、纤维、黏结剂 械 制
陶瓷材料 —— 玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料 造
复合材料 —— 1+1>2
械
（8）塑料王—聚四氟乙烯（PTEE或F4）
制
特点：最优良的耐高、低温性能（-260~250 ℃），几乎不受任
何化学品腐蚀，化学稳定性超过玻璃、陶瓷甚至金、铂；摩擦 造
系数最小，润滑性好，介电损耗小，无味、无毒、不燃，有良
好 应的用生：物不相粘容锅性涂及层抗、血管栓道性密。封用生料带，机械上减摩密封零件，基
制
1应 耐7%用磨SiC：部颗粒超 件增大 。强铝规基模复合集材成料 电路飞基机、板导、弹用各板材种结构拉型伸10材模0G量和P大a 于
40%SiC晶须增强铝基复合材料
三叉戟、导弹制导元件
树脂基复合材料 硼纤维
复 合
基体组 元
材
碳化硅纤维 金属基复合材料 氧化铝纤维 陶瓷基复合材料 芳纶纤维
造 基
料
纤维增强
增强相 颗粒增强
陶瓷或金属 颗粒
础
常用复合材料
一、玻璃钢：
第九章 非金属材料
机
基体：树脂；增强体：玻璃纤维
械
性能：强度高、密度小（钢的1/4）、耐腐蚀、
制
绝缘性好
应用：
造
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）；
质地柔软，耐冲击，常用于制作塑料薄膜、软管、塑料瓶等包装材料。基
低压聚乙烯：分子支链少，分子量、结晶度和相对密度较高、乳白色，
质地较硬，耐磨、耐蚀、绝缘性好，可作化工耐蚀管道、阀、衬板、 础
承载不高的齿轮、轴承以及电绝缘护套等。保温瓶壳、洗发水瓶、圆
珠笔芯、茶杯、奶瓶等
第九章 非金属材料
（2）第一种热塑性的全能塑料—聚氯乙烯（PVC）
刀具、活塞盖、高温轴承等
基
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 础
套、活塞环、管道、阀门等
陶瓷发动机
第九章 非金属材料
机 械 制 造 基 础
第九章 非金属材料
§9.3 复合材料
复合材料是由两种或两种以上不同性质 机
或不同组织的组分，以宏观或微观方式复合 械 形或成功的能新组型元材组料成， 。一般由基体组元玻和碳璃纤增纤维维强相 制
造
HHHH
CH2
CCCC
[CH2]n
基
乙烯
HHHH
聚乙烯
础
一、高分子材料的制备方法
第九章 非金属材料
加成聚合反应
机
聚合反应
缩合聚合反应：小分子析出
械
以酚醛制品为例：
苯酚 甲醛 盐酸
96~98℃ 初
加热 反应
期 缩 聚
物
酚 醛 制 品
模压 140~200℃
酚 醛 压 塑 粉
粉碎
95~105℃
酚
脱水
醛
原料预处理
配料
第九章 非金属材料
坯料制备
成形 机
制品
后加工
烧成
施釉
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
械
干燥
制 造 基 础
三、陶瓷材料的基本性能
第九章 非金属材料
（1）结合键主要为离子键和共价键，因此陶瓷材料具有高 机
的化学稳定性，耐高温、耐腐蚀、高强度等基本属性。
HDPE复合，用于冷冻食品包装；还大量用于拉链、打火机壳、 械
头盔、球拍线、鱼线、输血管等。
（10）每天接触的塑料—热塑性聚酯（PET）
制
特点：PET膜拉伸强度很高，可长期用于户外，但耐热性不高。
应包用装：、录PE音T膜带和、片胶材片主、要光用盘于、各磁种卡食等品；、各药种品饮、料精瓶密、仪矿器泉的水高瓶档等；造
特 但点热：稳定强性度、、耐硬寒度、、耐刚老度化均性高差于，PE一，般并在有-耐15燃~6、0 ℃自使熄用的。特点，机
应用：常温常压下的容器、板材、管道；建筑上制作门窗、
天花板、电线套管、墙纸；纯PVC透明，气密性好，用于饮 械
料、药品、化妆品的硬质外包装；PVC软塑料常用于农用薄
膜、雨衣、桌布；另外还大量用于电线绝缘护套、插头插座 制
密化性性、差防。水性、绝缘性及加工性能优良，但耐热、耐油及耐老制
应用：各类轮胎、胶带、胶管、胶鞋、气球及医疗卫生品等。
造
（2）产量最大的合成橡胶—丁苯橡胶（SBR）
特点：同天然橡胶相比质地均匀、成本低、耐磨性及气密性 基
好，抗撕裂和耐老化性也较好，但强度和弹性差。
应用：各类轮胎、胶带、胶管、胶鞋、硬质胶轮等，改性后 可替代天然橡胶。
机
②.强度低，但比强度高，能够代替部分金属材料制造多种 机器零部件。
械
③.低的弹性模量和高弹性，取决于大分子链的柔性。
制
④.优良的电绝缘性能。
⑤.优良的减摩、耐磨和自润滑性能。
造
⑥.优良的耐腐蚀性能。 ⑦.优良的透光性。 ⑧.可加工性好。
三大缺点：
基
•不耐化热（低于300℃）
•可燃
础
•易老
五、高分子材料的分类及应用
基
础
第九章 非金属材料
第九章 非金属材料
机
§ 9.1 高分子材料
械
§ 9.2 陶瓷材料
§ 9.3 复合材料
制
本章小结
习题
造
普ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ车床主要零件材料
基
础
第九章 非金属材料
§9.1 高分子材料
分子量很
机
大，>104
高分子材料是由成千上万个小分子 械
单体通过聚合反应以共价键结合起来的 长链分子而构成的。
制
学性能要求不高的耐磨零件。
础
2. 先进陶瓷
第九章 非金属材料
（1）氧化铝陶瓷
机
主要成分： Al2O3 (>45%) 刚玉瓷(90~99.5%)
械
性 能：耐高温(在1600℃下长期使用)
强度高、硬度高、耐磨性好
制
优良的电绝缘性和耐腐蚀、抗氧化性
原料丰富
造
脆性大、抗热震性能差
基
用 途：广泛应用于各类高温、耐蚀和电气绝缘工程。如
基
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。
础
三、颗粒增强铝基复合材料
第九章 非金属材料
基 体：铝合金
机
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
械
膨胀系数材低料、尺寸稳定性好应、用缺举例口敏感性低特点
耐油耐热输送带、印刷胶辊等）
顺丁橡胶（BR）：弹性最好（制造轮胎、三角带、橡胶弹簧、造
鞋底等）
乙丙橡胶（EPM）：密度最小（用于建筑防水材料、车辆配 基
件、蒸汽胶管、胶带、电线绝缘层等）
硅橡胶：最耐热耐寒 氟橡胶：最耐腐蚀
础
第九章 非金属材料
§9.2 陶瓷材料
从广义上讲陶瓷包含一切天然及合成的无机非 机
第九章 非金属材料
塑料、合成橡胶、合成纤维、胶黏剂和涂料 机
1.塑料
塑料是以合成树脂为主要成分的有机高分子材料，其
械
中除主要成分树脂外，再加入用以改善性能的各种添加剂，
在适当的温度和压力下于挤压机、注射机等设备和模具中塑 制
制成各种形状规格的制品。
（1）结构最简单的塑料—聚乙烯（PE）
造
高压聚乙烯：分子支链多，分子量、结晶度和相对密度低、半透明状，
（4）最鲜艳且成形性特好的塑料—聚苯乙烯（PS）
特点：极易染成鲜艳颜色、透明度好，有光泽，可成型形突出， 机
电绝缘性好，刚性好，脆性大，户外长期使用易变黄变脆。
应用：各类电器配件、壳体、一般光学仪器、灯罩、玩具、建 筑广告装饰板、磁带盒、笔杆等
械
（5）强韧易成形的白色塑料—ABS：丙烯腈（Acrylonitrile）、 丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styrene）
（2）陶瓷材料的弹性模量是各类材料中最高的
械
（3）脆性材料，断裂前无塑性变形，冲击韧性极低，抗拉 制
强度远低于抗压强度。
（4）硬度高，尤其是高温硬度高。
造
（5）熔点高，高温强度好，高温抗氧化性好，抗熔融金属
侵蚀性高。
基
（6）导电能力在很大范围内变化。
础
主要缺点：性脆、加工性能差、可靠性差
四、常用陶瓷材料
各种电器元件外壳。
（11）合成塑料的鼻祖—酚醛树脂（PF）
基
特点：一定强度、硬度，耐磨、绝缘性好、耐热性好，但性脆。
有毒。
础
应用：“电木”，灯头、开关、插座、纽扣、刹车片、齿轮等
第九章 非金属材料
2. 橡胶 橡胶是一种具有极高弹性及低刚度的高分子材料。 机
（1）最早应用的橡胶—天然橡胶（NR）
械
特点：强度高、耐撕裂；弹性、耐磨性、耐寒性、耐碱性、气
金属固体材料，如水泥、耐火材料、玻璃、石墨、
天然石材、陶瓷等。
械
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 制 构成的多晶固体材料。
造
传统陶瓷：天然硅酸盐矿物（黏土、石英、长石等）
基
先进陶瓷：高纯度的人工合成原料（氧化物、氮化 础
物、碳化物等）
一、陶瓷材料的制备方法
干燥
树
脂
加热 辊压
混合
制
冷却 粉碎
造
固化剂 基
颜料
润滑剂 增塑剂
础
填料
第九章 非金属材料
二、高分子分子链的结构形态（共价键） 机
械
三、固体高分子的聚集态（分子链之间的几何排列） 制 造
基
无定型高聚物
础
结晶型高聚物
四、高分子材料的性能特点
第九章 非金属材料
①.密度小（1~2×103Kg/m3），有利于材料轻量化。