10第十章-非金屬材料與復(fù)合材料

《機(jī)械工程材料》

-----教材配套PPT課件2021/10/10星期日1第十章非金屬材料和復(fù)合材料第一節(jié)高分子材料第二節(jié)陶瓷材料和復(fù)合材料2021/10/10星期日2第一節(jié)高分子材料一、高分子材料簡(jiǎn)介高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。常稱聚合物或高聚物。高分子化合物的分子量一般>104。高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工業(yè)用高分子材料主要是人工合成的。2021/10/10星期日31、高分子材料的分類⑴按用途分塑料、橡膠、纖維、膠粘劑、涂料等。⑵按聚合物反應(yīng)類型分為加聚物和縮聚物。⑶按聚合物的熱行為分為熱塑性聚合物和熱固性聚合物⑷按主鏈上的化學(xué)組成分為碳鏈聚合物、雜鏈聚合物和元素有機(jī)聚合物2021/10/10星期日42、高分子材料的主要特點(diǎn)⑴玻璃態(tài)⑵高彈態(tài)⑶粘流態(tài)線型非晶態(tài)高聚物的溫度-變形曲線

2021/10/10星期日5二、工程塑料

塑料是在玻璃態(tài)下使用的高分子材料。在一定溫度、壓力下可塑制成型，在常溫下能保持其形狀不變。1、工程塑料概述

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塑料的組成

塑料是以樹脂為主要成分，加入各種添加劑。樹脂是塑料的主要成分，對(duì)塑料性能起決定性作用。塑料制品2021/10/10星期日6⑵塑料的分類按樹脂受熱時(shí)行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料.

按使用范圍可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料.通用塑料產(chǎn)量大、價(jià)格低、用途廣。

工程塑料力學(xué)性能高，耐熱、耐蝕性能好。特種塑料是指具有某些特殊性能如耐高溫、耐腐蝕的塑料，這類塑料產(chǎn)量少，價(jià)格貴，只用于特殊需要的場(chǎng)合。

熱固性塑料制品2021/10/10星期日72、常用工程塑料⑴一般結(jié)構(gòu)用塑料包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。聚丙烯具有優(yōu)良的綜合性能，可制造各種機(jī)械零件.ABS塑料“堅(jiān)韌、質(zhì)硬、剛性”，應(yīng)用廣泛。PE波紋管PP方向盤ABS閥門PS管2021/10/10星期日8聚酰胺又稱尼龍或綿綸，強(qiáng)度較高，耐磨、自潤(rùn)滑性好，廣泛用作機(jī)械、化工及電氣零件。聚甲醛具有優(yōu)良的綜合性能，廣泛用于汽車機(jī)床、化工、電氣儀表、農(nóng)機(jī)等工業(yè)。尼龍管件PC擋風(fēng)板聚碳酸酯具有優(yōu)良的機(jī)械性能，透明無毒，應(yīng)用廣泛。⑵摩擦傳動(dòng)零件用塑料包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。2021/10/10星期日9密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件聚四氟乙烯俗稱“塑料王”，具有極優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性以及優(yōu)越的電性能，幾乎不受任何化學(xué)藥品的腐蝕，摩擦系數(shù)極低，只有0.04。缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、加工性差。主要用于減摩密封件、化工耐蝕件與熱交換器以及高頻或潮濕條件下的絕緣材料.

2021/10/10星期日10⑶耐蝕用塑料耐蝕用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。氯化聚醚的化學(xué)穩(wěn)定性僅次于聚四氟乙烯，但工藝性比聚四氟乙烯好，成本低。在化學(xué)工業(yè)和機(jī)電工業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，如化工設(shè)備零件、管道、襯里等。氯化聚醚防腐蝶閥

2021/10/10星期日11⑷耐高溫件用塑料有聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚酰亞胺(PI)及氟塑料等。聚砜的熱穩(wěn)定性高是其聚酰亞胺層壓板最突出的特點(diǎn)。使用溫度達(dá)150~174℃。用于機(jī)械設(shè)備等工業(yè)。聚苯醚具有良好的綜合性能,用于機(jī)電等方面。聚酰亞胺在260℃下可長(zhǎng)期使用。主要用于特殊條件下使用的精密零件。

2021/10/10星期日12三、合成橡膠

橡膠是以高分子化合物為基礎(chǔ)的具有高彈性的材料.1、橡膠的組成和性能特點(diǎn)

工業(yè)用橡膠由生膠和橡膠配合劑組成。生膠無配合劑并未經(jīng)硫化。橡膠配合劑有硫化劑、硫化促進(jìn)劑、防老劑、軟化劑、填充劑、發(fā)泡劑、著色劑等。橡膠最大的特點(diǎn)是高彈性。橡膠有儲(chǔ)能、耐磨、隔音、絕緣等性能。2021/10/10星期日132、常用合成橡膠合成橡膠按用途和用量分為通用橡膠和特種橡膠，前者主要用于制作輪胎、運(yùn)輸帶、膠管、膠板、墊片、密封裝置等；后者主要用于高低溫、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)輻射等特殊環(huán)境下工作的橡膠制品。密封圈膠管輪胎2021/10/10星期日14第二節(jié)陶瓷材料和復(fù)合材料一、陶瓷材料陶瓷是無機(jī)非金屬材料。一般可分為普通陶瓷（普通工業(yè)陶瓷、化工陶瓷）和特種陶瓷（氧化鋁陶瓷、氮化硅瓷、氮化硼瓷、氧化鎂瓷及氧化鈹瓷等）兩大類。普通陶瓷是以天然硅酸鹽礦物（粘土、石英、長(zhǎng)石等）為原料，經(jīng)粉碎、壓制成型和高溫?zé)Y(jié)而成，主要用于日用品、建筑和衛(wèi)生用品，以及工業(yè)上的低壓和高壓瓷瓶、耐酸、過濾制品等。Al2O3粉末的燒結(jié)組織ZrO2陶瓷中的氣孔2021/10/10星期日15一、普通陶瓷

普通陶瓷是用粘土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、長(zhǎng)石(K2O·Al2O3·6SiO2，Na2O·Al2O3·6SiO2)和石英(SiO2)為原料，經(jīng)成型、燒結(jié)而成的陶瓷。其組織中主晶相為莫來石(3Al2O3·2SiO2)，占25~30%，玻璃相占35~60%，氣相占1~3%。除日用陶瓷、瓷器外，大量用于電器、化工、建筑、紡織等工業(yè)部門.

景德鎮(zhèn)瓷器2021/10/10星期日16二、新型結(jié)構(gòu)陶瓷⑴

氧化鋁陶瓷

氧化鋁陶瓷以Al2O3為主要成分,含有少量SiO2的陶瓷，又稱高鋁陶瓷。Al2O3化工、耐磨陶瓷配件Al2O3密封、氣動(dòng)陶瓷配件單相Al2O3陶瓷組織2021/10/10星期日17⑵氮化硅（Si3N4）陶瓷氮化硅是由Si3N4四面體組成的共價(jià)鍵固體。碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加熱至高溫還原而成：SiO2+3C→SiC+2CO。常壓燒結(jié)碳化硅⑶碳化硅（SiC）陶瓷碳化硅是通過鍵能很高的共價(jià)鍵結(jié)合的晶體。2021/10/10星期日18⑷氧化鋯陶瓷氧化鋯的晶型轉(zhuǎn)變：立方相?四方相?單斜相。四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕喾浅Ｑ杆?，引起很大的體積變化，易使制品開裂。ZrO2氧化鋯單相陶瓷2021/10/10星期日19二、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)或組織結(jié)構(gòu)不同的材料組合而成的材料。

復(fù)合材料船體2021/10/10星期日20(一)復(fù)合材料的分類1、按基體材料分類，可分為聚合物基、陶瓷基和金屬基復(fù)合材料.2、按增強(qiáng)相形狀分類，可分為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、粒子增強(qiáng)復(fù)合材料和層狀復(fù)合材料。3、按復(fù)合材料的性能分類，可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料.(1)粒子增強(qiáng)復(fù)合材料粒子增強(qiáng)復(fù)合材料是將粒子高度彌散地分布在基體中，使其阻礙導(dǎo)致塑性變形的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)(金屬基體)和分子鏈運(yùn)動(dòng)(聚合物基體)。這種復(fù)合材料是各向同性的.2021/10/10星期日21(2)層狀復(fù)合材料層狀復(fù)合材料是指在基體中含有多重層片狀高強(qiáng)高模量增強(qiáng)物的復(fù)合材料。這種材料是各向異性的(層內(nèi)兩維同性)。如碳化硼片增強(qiáng)鈦、膠合板等。層狀陶瓷復(fù)合材料斷口形貌三明治復(fù)合2021/10/10星期日22(3)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是指以各種金屬和非金屬