金屬材料及熱處理 課件 項目九 非金屬材料與新型材料認(rèn)知

第9章非金屬材料與新型材料認(rèn)知任務(wù)一認(rèn)識高分子材料

任務(wù)二認(rèn)識陶瓷任務(wù)三認(rèn)識復(fù)合材料

任務(wù)四認(rèn)識納米材料任務(wù)五認(rèn)識超導(dǎo)材料任務(wù)六認(rèn)識貯氫合金任務(wù)七認(rèn)識形狀記憶合金任務(wù)八認(rèn)識非晶態(tài)合金一、塑料以高分子化合物為主要組成物的材料稱為高分子材料。高分子化合物是指分子量很大的化合物，其分子量一般在5000~1000000；低分子化合物的分子量小于1000。高分子化合物包括有機(jī)高分子化合物和無機(jī)高分子化合物兩類。有機(jī)高分子化合物又分為天然的和人工合成的兩大類。任務(wù)一認(rèn)識高分子材料

1.塑料的性能

（1）優(yōu)點(diǎn)

①密度小、質(zhì)量輕；

②比強(qiáng)度高；

③電絕緣性好；④消聲吸振性好；

⑤減摩、耐磨性好；⑥化學(xué)穩(wěn)定性好；⑦加工性能好。

（2）缺點(diǎn)

①導(dǎo)熱性差，耐熱性低；

②蠕變量大；

③熱膨脹系數(shù)大；

④易燃燒和易老化；

⑤力學(xué)性能低，且對溫度變化敏感。

2.橡膠的性能彈性大，外力去除后能迅速回復(fù)原狀；吸振能力強(qiáng)，耐磨性、隔聲性、絕緣性好；可儲存能量，具有一定耐蝕性和足夠的強(qiáng)度；容易老化。

3常用高分子材料常用的高分子材料是塑料、橡膠、涂料、膠粘劑和合成纖維等。1.工程塑料（1）工程塑料的組成工程上用的塑料是以樹脂為基礎(chǔ)，再加入一定的添加劑所組成的。樹脂是塑料的主要成分，塑料的性能取決于樹脂的種類、數(shù)量和性能。添加劑的作用是改善塑料的性能，常用的主要有以下幾種：①填料②增塑劑③著色劑④潤滑劑⑤穩(wěn)定劑（2）常用的工程塑料及用途按樹脂的性質(zhì)塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。常用的熱塑性塑料有以下幾種：

①聚氯乙烯（PVC）

②聚乙烯（PE）

③聚砜（PSF）

④ABS塑料

⑤聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）

⑥聚四氟乙烯（PTFE、F-4）

⑦聚甲醛（POM）⑧聚丙烯（PP）⑨聚酰胺（PA）

⑩聚碳酸脂（PC）

常用的熱固性塑料有以下幾種：

①環(huán)氧塑料（EP）

②酚醛塑料（PF）

③氨基塑料

（3）塑料的成形方法

塑料的成形是指將塑料原料制成具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工藝過程。塑料原料是指在合成樹脂中加入各種添加劑，制成粉末狀、顆粒狀或液態(tài)的半成品。

①吹塑成形

將擠出或注射成形的塑料管坯（型坯）趁熱（處于半熔融的類橡膠狀時）放入模具中，并立即在管坯中通入壓縮空氣將其吹脹，使其緊貼在型腔內(nèi)壁上，冷卻脫模后得到中空塑料制品。

②壓制成形（壓塑成形）

將坯料放在模具中，用外力將其壓制成形。

層壓法：將棉布、紙張、玻璃布等浸以樹脂，一張張疊放，加熱加壓后，樹脂固化，互相粘結(jié)成塑料層壓板。壓制成形主要用于熱固性塑料制品。

模壓法：將粉狀塑料放入具有一定溫度的模具中，閉模加壓后，制品成形并硬化?？缮a(chǎn)形狀復(fù)雜的制品。

③注射成形（注塑成形）

將顆粒或粉末狀塑料原料置于注射機(jī)料斗內(nèi)，經(jīng)加熱器加熱熔融，通過推桿施加壓力將原料注射入閉合的模具形腔中，冷卻脫模后取出制品。

注射成形主要用于熱塑性塑料，也可用于熱固性塑料。

④擠壓成形（擠塑成形）

將粉狀或顆粒狀塑料原料由旋轉(zhuǎn)的螺桿送入預(yù)熱區(qū)并受到壓縮，經(jīng)已加熱的模具?？字袛D出，落到輸送器傳送帶上，用水或空氣對其噴射或吹風(fēng)使之冷卻變硬成為制品。⑤澆鑄成形（澆塑成形）在液體塑料原料中加入適量固化劑或催化劑，將其澆入模具腔型中，固化成形后得到的制品。澆鑄法生產(chǎn)率低，但設(shè)備簡單，適于熱固性塑料成形，主要生產(chǎn)尺寸較大的制品。

2.橡膠（1）橡膠的組成和分類

①橡膠的組成

橡膠是在生膠的基礎(chǔ)上加入一定量的配合劑組成的高分子材料。

加入配合劑的目的是為了提高橡膠的力學(xué)性能和改善橡膠的加工工藝性能，常用的配合劑有硫化劑、活性劑、軟化劑、填充劑、防老劑、著色劑等。

②橡膠的分類

根據(jù)應(yīng)用范圍寬窄，可分為通用橡膠和特種橡膠。按原料的來源不同，橡膠又分為天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠是含有碳和氫的高分子化合物，它是由橡膠樹或橡膠草的漿液經(jīng)去除雜質(zhì)和分離水分等加工程序而提煉出來的；合成橡膠是用石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品為原料制成的。（2）橡膠的性能特點(diǎn)

①具有高的彈性

②具有良好的吸振性和儲存能量的能力

③具有優(yōu)良的絕緣性、耐磨性、隔音性和一定的耐腐蝕性。

④天然橡膠通常呈非晶態(tài)，綜合性能好，很容易溶解于汽油、苯、醚及其他的有機(jī)溶劑中，不適于在100℃以上使用。

⑤橡膠的主要缺點(diǎn)是易老化

（3）常用橡膠的種類及用途

①天然橡膠是一種通用性的橡膠，適用于制造無特殊要求的輪胎、電線電纜的絕緣包皮和護(hù)套等工業(yè)橡膠制品。

②常用的合成橡膠有丁苯橡膠、丁腈橡膠、順丁橡膠等。主要用于制造各種要求較高彈性的輪胎、膠布、油管、密封圈等。

任務(wù)二認(rèn)識陶瓷

1.陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)過程簡介①將制造陶瓷產(chǎn)品的原料粉碎并均勻地混合在一起；②利用模具壓制成具有一定的幾何形狀和尺寸的坯料；③將其干燥后施釉；④進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)形成制品。一、陶瓷的分類陶瓷按原料不同分為普通陶瓷（又稱傳統(tǒng)陶瓷）和特種陶瓷（新型陶瓷）；普通陶瓷是以天然的硅酸鹽礦物，如粘土、長石、石英等為原料制造而成的。這類陶瓷又稱硅酸鹽陶瓷，主要包括日用陶瓷、建筑陶瓷、電絕緣陶瓷等。特種陶瓷是以人工提煉的含有較多的金屬氧化物、碳化物、氮化物等為原料制造而成的。特種陶瓷具有一些獨(dú)特的物理、化學(xué)性能，或滿足工程結(jié)構(gòu)的特殊需要，主要包括電容器陶瓷、磁性陶瓷、電光陶瓷、高溫陶瓷等。三、陶瓷的性能1.熔點(diǎn)高、熱硬性高；2.硬度高、耐磨性好；3.有一定彈性，一般高于金屬，在室溫下無塑性，脆性大，沖擊韌度值很低，耐疲勞性能較差；4.陶瓷的內(nèi)部有較多氣孔，所以抗拉強(qiáng)度低，但受壓時氣孔不會導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，故抗壓強(qiáng)度高。四、常用陶瓷材料

1.普通陶瓷普通陶瓷的主要特點(diǎn)是質(zhì)地堅硬、耐腐蝕、不氧化、不導(dǎo)電、加工成形性好、且成本低。但其強(qiáng)度低，使用溫度低僅為1200℃。主要用于制造受力不大，在酸、堿中工作的容器、反應(yīng)塔、管道；要求光潔、耐磨、低速的零件及絕緣件等。廣泛應(yīng)用于化工、電氣、建筑和紡織等行業(yè)。2.氮化硼陶瓷有良好的高溫絕緣性（2000℃時仍絕緣）、耐熱性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性及自潤滑性，能抗多數(shù)熔融金屬的浸蝕，可進(jìn)行切削加工，但其硬度低?？捎脕碇圃彀雽?dǎo)體的散熱絕緣件，熱電偶的套管、坩堝、高溫容器、玻璃制品的成形模具、管道、軸承等。

3.氮化硅陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好，具有較高的耐腐蝕性，不僅能耐除氫氟酸外的無機(jī)酸（硝酸、鹽酸、磷酸、硫酸和王水）和堿液等的腐蝕，還可抗熔融非鐵金屬的浸蝕；抗高溫蠕變性高于其他陶瓷，最高使用溫度低于氧化鋁陶瓷。硬度高；熱膨脹系數(shù)??；摩擦系數(shù)小，有自潤滑性；絕緣性、耐磨性好。主要用于制造高溫軸承、熱電偶套管、各種泵和閥的密封件、轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的刮片和切削高硬度材料的刀具等。4.氧化鋁陶瓷Al2O3是氧化鋁陶瓷的主要成分。它的強(qiáng)度高，硬度高，高溫蠕變小，具有較高的耐腐蝕性和抗氧化性，絕緣性好；但脆性大，不能承受沖擊。主要用于制作高溫容器、高溫軸承、內(nèi)燃機(jī)的火花塞、切削尺寸較大的高硬度的精密件的刀具、耐磨件及化工、石油用泵的密封環(huán)等零件。5.碳化硅陶瓷高溫強(qiáng)度大，抗彎強(qiáng)度在1400℃仍保持500MPa～600MPa，熱傳導(dǎo)性能強(qiáng)；并具有良好的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐蝕性和抗蠕變性。主要用于制作工作溫度高于1500℃的結(jié)構(gòu)件，如火箭尾噴管的噴嘴、爐管、熱電偶套管、澆注金屬的澆口、高溫軸承、汽輪機(jī)葉片和泵的密封圈等。

任務(wù)三認(rèn)識復(fù)合材料一、復(fù)合材料的分類

由兩種或兩種以上性質(zhì)不同、組織不同的材料，經(jīng)人工組合而成的多相固體材料，稱為復(fù)合材料。

復(fù)合材料是由基體相和增強(qiáng)相組成的?；w相起粘結(jié)劑作用，增強(qiáng)相起提高強(qiáng)度或韌性的作用。

1.按增強(qiáng)相的種類和形狀的不同，復(fù)合材料可分為顆粒復(fù)合材料、層疊復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等。

2.按基體材料的不同，復(fù)合材料可分為金屬基體復(fù)合材料和非金屬基體復(fù)合材料兩類。目前使用較多的是以高分子材料為基體的非金屬基體復(fù)合材料。

3.按性能的不同，可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、功能復(fù)合材料等。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料用于制作結(jié)構(gòu)件；功能復(fù)合材料是指具有某種物理功能和效應(yīng)的復(fù)合材料。

二、復(fù)合材料的性能特點(diǎn)

1.高溫性能好；2.疲勞強(qiáng)度高；3.比強(qiáng)度和比模量高；4.減振性能好。三、常用復(fù)合材料1.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

（1）玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（俗稱玻璃鋼）

①熱塑性玻璃鋼以玻璃纖維為增強(qiáng)劑，以熱塑性樹脂為粘結(jié)劑。主要用于制造儀表盤、軸承、齒輪、收音機(jī)殼體等。

②熱固性玻璃鋼以玻璃纖維為增強(qiáng)劑，以熱固性樹脂為粘結(jié)劑。主要制作要求自重輕的受力件，例如汽車車身、直升飛機(jī)旋翼、輕型船體等耐海水腐蝕的零件、氧氣瓶、石油化工管道和閥門等。

（2）碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料①碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能特點(diǎn)

抗拉強(qiáng)度高，彈性模量高，高溫強(qiáng)度好，不受潮濕影響，具有優(yōu)良的減摩性、耐蝕性、熱導(dǎo)性和較高的疲勞強(qiáng)度。

②碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用制造活塞、齒輪、密封環(huán)、高級軸承，化工零件和容器，飛機(jī)渦輪葉片，衛(wèi)星、火箭機(jī)架，宇宙飛行器外形材料，天線構(gòu)架，發(fā)動機(jī)殼體，導(dǎo)彈鼻錐等。

2.層疊復(fù)合材料層疊復(fù)合材料是由兩層或兩層以上不同材料疊合而成的。

①層疊復(fù)合材料的性能特點(diǎn)具有較高強(qiáng)度和剛度；很好的耐磨性、耐蝕性、絕熱性和隔音性能。②層疊復(fù)合材