材料科学-第十一章 常用非金属材料简介

4．常用高分子材料 • • • • • 4.1塑料 4.2橡胶 合成纤维 胶粘剂 涂料
4.1工程塑料 • 塑料是以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常 可在加热、加压条件下塑制成型，故称为塑料。 • 塑料的组成 塑料是以有机合成树脂为基础，再加入添加剂所组成 的。 1.合成树脂 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合 成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主 要组成，也起粘接剂作用。 2.添加剂 为改善塑料的性能而加入的其它组成，主要 有： (1)填料或增强材料 填料在塑料中主要起增强作用。 (2)固化剂 可使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和 稳定的塑料制品。 (3)增塑剂 用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。 (4)稳定剂 用以防止受热、光等的作用使塑料过早老化。
• 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。 • 陶瓷的熔点高于金属，具有优于金属的高温强度。大多数 金属在1000℃以上就丧失强度，而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。 • 但陶瓷承受温度急剧变化的能力差（热震性差）当温度剧 烈变化时易裂。
3．分类 • (1) 普通陶瓷（传统陶瓷） 普通日用陶瓷 普通工业陶瓷 1).建筑卫生瓷 2).化学化工瓷 3).电工瓷 (2) 特种陶瓷 压电陶瓷 磁性陶瓷 电容器陶瓷 高温陶瓷 1).氧化物陶瓷 2).硼化物陶瓷 3).氮化物陶瓷 4).碳化物陶瓷
普通陶瓷的特点与应用
• 普通陶瓷的组分构成原料为粘土、石英和长石。其特点是 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。
• 目前，人工合成的有机高分子材料如塑料、合成橡胶、 合成纤维等发展十分迅速，已成为一个品种繁多的庞大 的工业部门，而且具有广阔的发展前途。
人工合成的高分子材料
• 本节简单地介绍人工合成的高分子材料的基本概念、结构、 性能特征。 • 1．人工合成的高分子材料的 基本概念 • 2．高聚物的结构特征 • 3．高聚物的基本特性
2．性能特点（机械性能） • 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。
第十一章 常用非金属材料简介
基本内容： 工程塑料、陶瓷的性能特点与用途， 复合材料的性能特点与用途。
一、高分子材料 二、陶瓷材料 三、复合材料
第一节
高分子材料
• 高分子材料:是指分子量很大（在104以上）的化合物， 即高分子化合物组成的一类材料的总称。
• 高分子材料有：有机高分子和无机高分子，天然高分子 和人工合成高分子材料。
• 硼化物陶瓷包括硼化铬、硼化钼、硼化钛、硼化钨和硼化 锆等，具有高硬度, 较好的耐化学浸蚀能力，熔点 1800℃～2500℃，使用温度1400℃，用于高温轴承、内燃 机喷嘴，各种高温器件、处理熔融非铁金属的器件等，还 用作电触点材料。 • 氮化物陶瓷中的氮化硅陶瓷是键能高而稳定的共价键晶体， 硬度高而摩擦系数低，有自润滑作用，是优良的耐磨减摩 材料；氮化硅的耐热温度比氧化铝低，而抗氧化温度高于 碳化物和硼化物，1200℃以下具有较高的机械性能和化学 稳定性，且热膨胀系数小、抗热冲击，可做优良的高温结 构材料，耐各种无机酸（氢氟酸除外）和碱溶液浸蚀，优 良的耐腐蚀材料。
工程塑料的分类
• 热塑性塑料 聚乙烯(PE) 聚丙烯(PP) 聚氯乙烯(PVC) 聚苯乙烯(PS) • 热固性塑料 ABS塑料 酚醛塑料(PE) 环氧塑料(EP)聚乙烯(PE)图例聚丙烯 NhomakorabeaPP)图例
酚醛塑料(PE)图例
环氧塑料(EP)图例
第二节 陶瓷材料
• 陶瓷是一种无机非金属材料，由于它的熔点高、硬度高、 化学稳定性高，具有耐高温、耐磨蚀、耐磨擦、绝缘等优 点，在现代工业上已得到广泛的应用。 • 陶瓷和金属材料，高分子材料一样，陶瓷材料的各种特殊 性能都是由其化学组成、晶体结构、显微组织决定的。 • 陶瓷是以天然的硅酸盐（如粘土、长石、石英等）或人工 合成的化合物（氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化 物、氟化物）为原料，经粉碎配制、成型和高温烧结而制 成的，它是多相多晶体材料。
特种陶瓷的特点与应用
• 特种陶瓷有压电陶瓷、磁性陶瓷、电容器陶瓷、高温陶瓷 等。工程上最重要的是高温陶瓷，包括氧化物陶瓷、硼化 物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷。 • 氧化物陶瓷熔点大多2000℃以上, 烧成温度约1800℃；单 相多晶体结构，有时有少量气相；强度随温度的升高而降 低，在1000℃以下时一直保持较高强度，随温度变化不大； 纯氧化物陶瓷任何高温下都不会氧化。氧化铝（耐火砖、 高压器皿、坩埚、电炉炉管、热电偶套管等），陶瓷氧化 锆（冶炼坩埚和1800℃以上的发热体及炉子、反应堆绝热 材料等） 。 • 碳化物陶瓷具有很高的熔点、硬度（近于金刚石）和耐磨 性（特别是在浸蚀性介质中），缺点是耐高温氧化能力差 （约900℃～1000℃）、脆性极大。主要用途是作耐火材 料（碳化硅）、磨料、有时用于超硬质工具材料（碳化 硼）。
1．组成 • 陶瓷的显微组织由晶相、玻璃相和气相组成，各组成相结 构、数量、形态、大小及分布对陶瓷性能有显著影响。 • 陶瓷中的晶相是主要组成相，主要来源是原料中的氧化物 和硅酸盐，在陶瓷中最常见的晶体结构是氧化物结构和硅 酸盐结晶相是陶瓷的主要组成相，对陶瓷制晶的强度、硬 度、耐热性有决定性的影响。 • 陶瓷中的玻璃相是一种非晶态的固体，它是烧结时，原料 中的有些晶体物质如SiO2已处在熔化状态，但因熔点附近 粘度大，原子迁移很困难，若以较快的速度冷却到熔点以 上，原子不能规则地排列成晶体，而成为过冷液体，当其 继续冷却到Tg温度时便凝固成非晶态的玻璃相。而且玻璃 相是陶瓷材料中不可缺少的组成相。