工程材料及成形技术10 非金属材料

第十章 非金属材料
第一节
第二节 第三节
高分子材料
陶瓷材料 复合材料
第一节
一、基本概念
高分子材料
高分子材料：以高分子化合物为主要组分的材料。
天然—蚕丝、羊毛、纤维素、天然橡胶等
有机高分子化合物
人工—把低分子化合物聚合成高分子化合物
无机高分子化合物
加成聚合反应（加聚反应） 缩合聚合反应（缩聚反应）
Leabharlann Baidu
二、高聚物的基本性能及特点
粘土
原料的制备
石英 长石
可塑成型
坯料的成型
注浆成型
压制成型
传统—烧成T为1250～1450℃
制品的烧成或烧结
特种—烧结T为熔点的2/3 ～ 4/5
二、陶瓷的组织与性能
陶 瓷 的 组 成
晶体相：主要相，决定陶瓷性能。 玻璃相：粘结、填充空隙、降低烧结温度等。
气相：造成应力集中，强度下降等。多孔陶瓷例外
陶瓷材料
传统：指以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经粉碎—混
炼—成形——煅烧等过程制成的各种制品。
现代：包括各种硅酸盐材料和制品在内的无机非金属材料的 通称。
2、分类
普通陶瓷 按原料不同分为 特种陶瓷 氮化物陶瓷 碳化物陶瓷
氧化物陶瓷 结构陶瓷 按性能和用途分为
按化学组成不同分为
功能陶瓷
3、生产
1. 氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分, 含有少量SiO2的陶瓷， 又称高铝陶瓷。 特点：硬度高，耐高温（可在1600℃长期使用），耐酸
碱，但韧性低、脆性大，抗热震性差。
氧 化 铝 陶 瓷 密 封 环
氧化铝耐高温喷嘴
2. 氮化硅陶瓷
氮化硅（
Si3N4 ）有极强的共价键。
特点：强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚石、
单相Al2O3陶瓷组织
ZrO2陶瓷中的气孔
陶瓷的性能：
具有强化学键（离子键和共价键），σb↑HB↑抗蚀↑ 高温性能↑ 具有绝缘、导体、半导体和超导体特性—光学、磁学、 电学、力学
力学性能：弹性模量高、高硬度、塑韧性低等。
物理和化学性能：熔点高、导热性差、化学稳定性高，
绝缘性好、磁损耗小等。
三、陶瓷材料应用举例
分类： 化学纤维
人造纤维：用自然界的纤维加工制成 合成纤维：以石油、煤、天然气为原料制成
常用合成纤维：主要有涤纶、锦纶、腈纶、维纶、丙纶
和氯纶，通称为六大纶。其中最主要的是涤纶、锦纶和腈 纶三个品种，它们的产品占合成纤维总产量的90％以上。
宇航服
腈纶帐篷
涤纶提花领带
第二节
一、陶瓷材料的概述 1、概念
化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、 着色剂等。
分类:
通用橡胶 胶板、垫片、密封装置等；
主要用于制作轮胎、运输带、胶管、
主要用于高低温、强腐蚀、强辐射等 特种橡胶 特殊环境下工作的橡胶制品。
CR输送带
NR手套
SBR板 轮胎 胶管
密封圈
3、合成纤维
定义：凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或 丝状的高分子材料。 特点：强度高、密度小、耐磨、耐蚀等。
碳化硼等；摩擦系数仅为0.1~0.2；抗热震性大大高于 其他陶瓷材料；化学稳定性高。
主要用于制作切削刀具、高温轴承、燃烧室喷嘴、高温
模具等。
汽轮机转子
Si3N4轴承
第三节
一、概念
复合材料
由两种以上在物理和化学上不同的物质组合起来而得到 的一种多相固体材料。
基体相 连续相，起粘结副作用并传递应力
增强相 起提高强度、韧性等作用
力学性能好，高温下长期使用。如ABS、
聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯
挤压成形
③塑料成形工艺
吹塑成形 注射成形
PE波纹管
PP 挡 风 板
PC
微波炉餐盒 ABS PA轴承座
PE保鲜膜
PS管
PF开关壳
2、合成橡胶 定义：是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。 特点：高弹性。还有储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。 应用：广泛用于制造密封件、减振件、传动件等。 组成：由生胶和橡胶配合剂组成。橡胶配合剂有硫
SiC颗粒
Al2O3片
Al2O3纤维
增强相三种类型
二、性能特点
比强度和比刚度高 抗疲劳性能好 减震能力强
比 强 度 比 较
高温性能好
断裂安全性高
碳 硼 玻钛 钢 铝 纤纤璃 维维纤 维 树树 脂脂树 脂
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三、常用复合材料
1、玻璃纤维复合材料（用量最大、价格最便宜） 热塑玻璃钢
热固性玻璃钢
2、碳纤维复合材料 碳纤维树脂
碳纤维
玻璃纤维
碳纤维碳
碳纤维金属
碳纤维陶瓷
3、硼纤维复合材料（耐高温、强度、弹性模高） 硼纤维树脂 硼纤维金属 4、金属纤维复合材料（成丝容易、弹性模量高） 金属纤维金属——W、Mo丝，基体Ni、Ti等合金
金属纤维陶瓷——W、Mo纤维与氧化铝、氧化锆
C/C复合材料
航天飞机内MMC (Al/B纤维)桁架
重量轻 绝缘好
1、物理性能
减摩、耐磨性 耐热差 耐腐蚀 2、力学性能 高弹性
滞弹性
实际强度低
开裂现象
老化
三、工程高分子材料
塑料 高分子材料 合成橡胶 合成纤维
1、塑料
以树脂为基础，再加入用来改善性能的各种添加剂， 如填充剂、增塑剂、稳定剂、固化剂、着色剂、润滑 剂等。
①通用塑料 ②工程塑料
聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚酸塑 料和氨基塑料