非金屬材料焊接常用非金屬材料

4/7第一章常用非金屬材料第一節(jié)塑料材料塑料是一種用途廣泛的合成高分子材料，塑料集金屬的堅(jiān)硬性、木材的輕便性、玻璃的透明性、陶瓷的耐腐蝕性，橡膠的彈性和韌性于一身，因此除了日常用品外，塑料更廣泛地應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械、石油化工、機(jī)械制造、國防、建筑等各行各業(yè)。一、塑料的分類塑料種類很多，投入生產(chǎn)的塑料大約有三百多種。1、根據(jù)塑料受熱后的性質(zhì)不同分為熱塑性塑料和熱固性塑料<1）、熱塑性塑料分子結(jié)構(gòu)都是線型結(jié)構(gòu)，在受熱時發(fā)生軟化或熔化，可塑制成一定的形狀，冷卻后又變硬。在受熱到一定程度又重新軟化，冷卻后又變硬，這種過程能夠反復(fù)進(jìn)行多次。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。熱塑性塑料成型過程簡單，能夠連續(xù)化生產(chǎn)，并且具有相當(dāng)高的機(jī)械強(qiáng)度。<2）、熱固性塑料的分子結(jié)構(gòu)是體型結(jié)構(gòu)，在受熱時也發(fā)生軟化，可以塑制成一定的形狀，但受熱到一定的程度或加入少量固化劑后，就硬化定型，再加熱也不會變軟和改變形狀了。熱固性塑料加工成型后，受熱不再軟化，因此不能回收再用，如酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂等都屬于此類塑料。熱固性塑料成型工藝過程比較復(fù)雜，所以連續(xù)化生產(chǎn)有一定的困難，但其耐熱性好、不容易變形，而且價格比較低廉。2、根據(jù)塑料的用途不同分為通用塑料、工程塑料、<1）、通用塑料是指產(chǎn)量大、價格低、應(yīng)用范圍廣的塑料，主要包括聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品種。人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫脑S多制品都是由這些通用塑料制成。<2）、工程塑料是可作為工程結(jié)構(gòu)材料和代替金屬制造機(jī)器零部件等的塑料。例如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS樹脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜、等。工程塑料具有密度小、化學(xué)穩(wěn)定性高、機(jī)械性能良好、電絕緣性優(yōu)越、加工成型容易等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、電器、化工、機(jī)械、儀器、儀表等工業(yè)，也應(yīng)用于宇宙航行、火箭、導(dǎo)彈等方面。<3）、特種塑料：一般指具有特種功能<如耐熱、自潤滑等），應(yīng)用于特殊要求的塑料。如聚苯硫醚<PPS）、聚四氟乙烯<PTFE）等氟塑料、聚醚醚酮<PEEK）。聚四氟乙烯(PTFE，即塑料王>，具有的耐腐蝕、耐老化、低摩擦系數(shù)及不粘性、耐溫范圍廣、彈性好的特性，應(yīng)用于制造耐腐蝕要求高，使用溫度高于100℃的密封件。應(yīng)用在輸送腐蝕性氣體的輸送管、排氣管、蒸汽管，軋鋼機(jī)高壓油管，飛機(jī)液壓系統(tǒng)和冷壓系統(tǒng)的高中低壓管道，精餾塔、熱交換器，釜、塔、槽的襯里，閥門設(shè)備。二、塑料的特性1、塑料具有可塑性塑料的可塑性就是可以通過加熱的方法使固體的塑料變軟，然后再把變軟了的塑料放在模具中，讓它冷卻后又重新凝固成一定形狀的固體。塑料的這種性質(zhì)也有一定的缺陷，即遇熱時容易軟化變形，有的塑料甚至用溫度較高的水燙一下就會變形，所以塑料制品一般不宜接觸開水。2、塑料具有彈性受到外力拉伸時，卷曲的分子就由柔韌性而被拉直，但一旦拉力取消后，它又會恢復(fù)原來的卷曲狀態(tài)，這樣就使得塑料具有彈性，例如聚乙烯和聚氯乙烯的薄膜制品。但是有些塑料是沒有彈性的。3、塑料具有較高的強(qiáng)度玻璃、陶瓷、木材等相比，還是具有比較高的強(qiáng)度及耐磨性。塑料可以制成機(jī)器上堅(jiān)固的齒輪和軸承。4、塑料具有耐腐蝕性塑料既不像金屬那樣在潮濕的空氣中會生銹，也不像木材那樣在潮濕的環(huán)境中會腐爛或被微生物侵蝕，另外塑料耐酸堿的腐蝕。因此塑料常常被用作化工廠的輸水和輸液管道，建筑物的門窗等。5、塑料具有絕緣性塑料的分子鏈?zhǔn)窃右怨矁r鍵結(jié)合起來的，分子既不能電離，也不能在結(jié)構(gòu)中傳遞電子，所以塑料具有絕緣性。塑料可用來制造電線的包皮、電插座、電器的外殼等。三、常用塑料①聚氯乙烯<PVC）硬質(zhì)聚氯乙烯的密度為1.38～1.43g/cm3，機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，使用溫度范圍一般在-15～+55℃之間，適宜制造塑料門窗、下水管、線槽等。②聚乙烯<PE）聚乙烯塑料在建筑上主要用于給排水管、衛(wèi)生潔具。③聚丙烯<PP）聚丙烯的密度在所有塑料中是最小的，約為0．90左右。聚丙烯常用來生產(chǎn)管材、衛(wèi)生潔具等建筑制品。④聚苯乙烯<PS）EPS：可發(fā)性聚苯乙烯發(fā)泡，泡沫板。聚苯乙烯為無色透明類似玻璃的塑料。聚苯乙烯在建筑中主要用來生產(chǎn)泡沫隔熱材料、透光材料等制品。⑤改性聚苯乙烯塑料ABS<3）ZrO2陶瓷①性能：高強(qiáng)且耐熱性好，導(dǎo)熱率高；室溫下是絕緣體，但在1000℃以上變?yōu)閷?dǎo)體。②應(yīng)用：用于離子導(dǎo)電材料<電極），傳感及敏感元件及1800℃以上的高溫發(fā)熱體，還可用于熔煉Pt、Pd、Rh等合金的坩堝。3）非氧化物工程陶瓷<1）氮化硅<Si3N4）陶瓷是目前強(qiáng)度最高的陶瓷，并具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和耐磨性。①性能：穩(wěn)定性極好，除氫氟酸外能耐各種酸堿腐蝕，可抵抗熔融有色金屬的侵蝕；氮化硅硬度很高，摩擦系數(shù)小<只有0.1~0.2，相當(dāng)于加油的金屬表面），耐磨性減摩性好<自潤滑性好）；很好的抗熱震性。②應(yīng)用：，耐磨材料；耐腐蝕的零件<密封環(huán)，高溫軸承）；燃?xì)廨啓C(jī)葉片；冶金容器和管道；精加工刀具。<2）碳化硅<SiC）陶瓷①性能：最大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度高，在1400℃時抗彎強(qiáng)度仍達(dá)(500-600>MPa；且其導(dǎo)熱性好，僅次于BeO陶瓷，熱穩(wěn)定性耐蝕性耐磨性也很好。②應(yīng)用：主要可用于制作火箭尾噴管的噴嘴、爐管、熱電偶套管，以及高溫軸承、高溫?zé)峤粨Q器、密封圈和核燃料的包封材料等。<2）氮化硼陶瓷A、六方氮化硼①性能：與石墨結(jié)構(gòu)、性能相似，故又稱“白石墨”，具有良好的耐熱導(dǎo)熱性，是理想的散熱和高溫絕緣材料；化學(xué)穩(wěn)定性好，具有極好的自潤滑性，其硬度較低，可進(jìn)行機(jī)械加工，作成各種結(jié)構(gòu)的零件。②應(yīng)用：一般用作熔煉半導(dǎo)體材料坩堝和高溫容器，半導(dǎo)體散熱絕緣件，高溫潤滑軸承和玻璃成型模具等。B、立方氮化硼為立方結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊密，硬度與金剛石接近，是優(yōu)良的耐磨材料，常用于制作刀具。第三節(jié)復(fù)合材料復(fù)合材料是由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)不同的組分人通過工合成的材料。一類相為基體，起粘結(jié)作用，另一類為增強(qiáng)相，是一種多相材料。一、復(fù)合材料分類1、按結(jié)構(gòu)分：金屬基復(fù)合材料、高分子基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料。2、按性能分：功能復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。3、按增強(qiáng)相分：顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料<玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、SiC纖維等）、層狀增強(qiáng)復(fù)合材料。二、復(fù)合材料特點(diǎn)1、比強(qiáng)度和比模量大；碳纖維和環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合材料，其比強(qiáng)度是鋼的7倍，比彈性模量比鋼大3倍。2、耐疲勞性能比較高；例如、碳纖維一聚樹脂復(fù)合材料的疲勞極限是抗拉強(qiáng)度的70％－80％，而金屬材料的疲勞極限只有抗拉強(qiáng)度的40％－50％。3、減震性能好；4、耐高溫性能好；高溫強(qiáng)度和彈性模量均較高；例如、LC4鋁合金，在400℃時，彈性模量接近于零，抗拉強(qiáng)度值也從室溫時的500MPa降至30—50MPa。而碳纖維或硼纖維增強(qiáng)組成的復(fù)合材料，在400℃時，強(qiáng)度和彈性模量可保持接近室溫下的水平。5、斷裂安全性好；斷裂時應(yīng)力迅速重新分布，載荷由未斷裂的纖維承擔(dān)起來。6、其它性能特點(diǎn)還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、隔熱性、燒蝕性以及特殊的電、光、磁等性能。三、復(fù)合材料應(yīng)用1、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料：主要應(yīng)用于高硬度高耐磨的工具和耐磨零件。3、碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料<SiCP/Al）：制造大功率發(fā)動機(jī)的活塞、連桿；制造火箭、導(dǎo)彈構(gòu)件構(gòu)件；理想的精密儀表中高尺寸穩(wěn)定性材料。4、熱塑性玻璃鋼與熱固性玻璃鋼：工程結(jié)構(gòu)。5、碳纖維-樹脂復(fù)合材料：主要應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)及化學(xué)工業(yè)中。6、硼纖維-樹脂復(fù)合材料：主要用于航空航天和軍事工業(yè)。7、碳化硅纖維-樹脂復(fù)合材料：主要用于航空航天工業(yè)。8、長纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料：應(yīng)用航天航空，先進(jìn)武器和汽車領(lǐng)域。9、鋁基、鎂基復(fù)合材料：主要用作高性能的結(jié)構(gòu)材料；10、鈦基耐熱合金及金屬間化合物基復(fù)合材料：主要用于制造發(fā)動機(jī)零件；11、銅基和鉛基復(fù)合材料：特殊導(dǎo)體和電極材料。12、氧化鋁短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料：在汽車制造等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。13、碳化硅晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料：航天航空等高技術(shù)領(lǐng)域的先進(jìn)的復(fù)合材料。14、短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料：用于航空航天航海和軍事等部門。15、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料：制造飛機(jī)的支架，加強(qiáng)筋，擋板和推桿，導(dǎo)彈上的光學(xué)儀器平臺，慣導(dǎo)器件等。16、長纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料目前用于增強(qiáng)陶瓷材料的長纖維主要是碳纖維