第二章 材料的科学魅力与社会进步2-非金属材料(材料与社会4)

通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）第二章第二章材料的科学魅力与社会进步材料的科学魅力与社会进步主讲教师：主讲教师：孙士斌孙士斌 通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）材料科学基础材料科学基础无所不在的金属材料无所不在的金属材料古老又年轻的陶瓷材料古老又年轻的陶瓷材料博采众长的复合材料博采众长的复合材料本章主要内容本章主要内容通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）二、古老又年轻二、古老又年轻的陶瓷材料的陶瓷材料通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）古老的陶瓷古老的陶瓷人类最早、最伟大的文明创造。人类最早、最伟大的文明创造。自然物质与人类精神的完美结合。自然物质与人类精神的完美结合。新石器时代的标志。新石器时代的标志。中华文明的伟大象征之一中华文明的伟大象征之一 。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）陶陶器器是是用用黏黏土土或或陶陶土土为为胎胎，经经手手制制、轮轮制制、模模制制等等方方法法加加工工成成型型后后，在在80080010001000C高高温温下焙烧而成的物品。下焙烧而成的物品。亦称陶俑，是典型的陶制品。亦称陶俑，是典型的陶制品。秦秦兵兵马马俑俑通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）经过了几千年的发展，出现了瓷器。从陶到经过了几千年的发展，出现了瓷器。从陶到瓷，在技术上主要实现了三大突破：瓷，在技术上主要实现了三大突破：瓷土的发现和利用瓷土的发现和利用 瓷土与陶土相比，瓷土与陶土相比，FeFe2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO等称为助等称为助熔剂的物质明显减少，熔剂的物质明显减少，SiOSiO2 2的含量也降至的含量也降至70%70%以下，而以下，而AlAl2 2O O3 3的含量的含量显著增加。显著增加。釉的发明和创新釉的发明和创新 釉是覆盖在瓷器表面的一种玻璃态的物质，它釉是覆盖在瓷器表面的一种玻璃态的物质，它是用矿物（长石、方解石、石英、滑石、高岭土等）和颜料按照一是用矿物（长石、方解石、石英、滑石、高岭土等）和颜料按照一定的比例配制而成，用多种方法施于陶瓷胚体表面。定的比例配制而成，用多种方法施于陶瓷胚体表面。烧制温度的提高烧制温度的提高 烧制温度从烧制温度从80080010001000提高到提高到12001200以上，相以上，相应配套的出现了窑炉。高温使釉料被熔融并均匀地覆盖在瓷器的表应配套的出现了窑炉。高温使釉料被熔融并均匀地覆盖在瓷器的表面，冷却后之地坚硬、光滑、不沾污、高度绝缘、色彩艳丽动人。面，冷却后之地坚硬、光滑、不沾污、高度绝缘、色彩艳丽动人。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）最早出现于距今最早出现于距今30003000多多年前的商周年前的商周，后经过近，后经过近10001000年的发展，到汉代年的发展，到汉代已日趋成熟，在已日趋成熟，在唐、宋、唐、宋、元、明、清元、明、清历代，造瓷历代，造瓷技术水平登峰造极。技术水平登峰造极。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）陶瓷定义陶瓷定义陶陶瓷瓷是是用用天天然然或或人人工工合合成成的的粉粉状状化化合合物物，经经过过成成型型和和高高温温烧烧结结制制成成的的，由由无无机机化化合合物物构成的多相固体材料。构成的多相固体材料。狭狭义义定定义义：以以粘粘土土为为主主要要原原料料，经经高高温温烧烧制制的的制制品品，包包括括陶陶器，瓷器和炽器器，瓷器和炽器等等。广广义义定定义义：经经高高温温烧烧制制的的无无机机非非金金属属材材料料的的总总称称，包包括括砖砖瓦瓦、耐耐火火材材料料、玻玻璃璃、水水泥泥、石石墨墨以以及及各各种种碳碳化化物物、氮氮化化物物、硼硼化物、硅化物、氧化物化物、硅化物、氧化物等。等。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）陶瓷的性能陶瓷的性能(1)(1)硬度是各类材料中最高的。硬度是各类材料中最高的。（高聚物（高聚物20HV30GPa)(30GPa)是其他材料无是其他材料无可比拟的，故成为超硬材料家族中的重要成员。可比拟的，故成为超硬材料家族中的重要成员。在在B B4 4C C中，硼与碳主要以共价键相结合中，硼与碳主要以共价键相结合(90%)(90%)，具有，具有高熔点、高硬度、高模量、容重小高熔点、高硬度、高模量、容重小(2.52g(2.52gcmcm-3-3)、耐磨、耐酸碱腐蚀耐磨、耐酸碱腐蚀等特点，并具有良好的中子、氧等特点，并具有良好的中子、氧气吸收能力，较低的膨胀系数气吸收能力，较低的膨胀系数(5.0 x10(5.0 x10-6-6K K-1-1)、良好的、良好的热电性能，是一种重要的结构陶瓷材料。热电性能，是一种重要的结构陶瓷材料。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）碳化硼碳化硼-精细高级的研磨材料。精细高级的研磨材料。由于碳化硼研磨效率由于碳化硼研磨效率高，作为研磨介质主要用于材料的磨细工艺中，如：高，作为研磨介质主要用于材料的磨细工艺中，如：宝石、陶瓷、刀具、轴承、硬质合金等硬质材料的磨宝石、陶瓷、刀具、轴承、硬质合金等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光等。削、研磨、钻孔及抛光等。碳化硼碳化硼-工业陶瓷材料的首选。工业陶瓷材料的首选。由碳化硼粉末压制成由碳化硼粉末压制成的制品：喷砂嘴、密封环、喷管、轴承、泥浆泵的柱的制品：喷砂嘴、密封环、喷管、轴承、泥浆泵的柱塞和火箭发射架、军舰、直升飞机的陶瓷途层等作为塞和火箭发射架、军舰、直升飞机的陶瓷途层等作为一种新型材料，具有高熔点、高硬度、高弹性模量、一种新型材料，具有高熔点、高硬度、高弹性模量、耐磨力强、自润性好等特点而被广泛用于喷砂机械、耐磨力强、自润性好等特点而被广泛用于喷砂机械、电子、信息、航空航天、汽车等行业。电子、信息、航空航天、汽车等行业。B B4 4C C陶瓷的应用陶瓷的应用通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）碳碳化化硼硼屏屏蔽蔽和和控控制制材材料料-核核工工业业的的安安全全保保障障。碳碳化化硼硼材材料料由由于于其其具具有有较较大大的的热热中中子子俘俘获获截截面面，具具有有极极好好的的吸吸收收中中子子和和抗抗辐辐射射性性能能，被被国国际际公公认认推推荐荐为为最最佳的核反应堆的控制材料和屏蔽材料佳的核反应堆的控制材料和屏蔽材料。碳碳化化硼硼防防弹弹装装甲甲-增增强强国国防防力力量量。由由于于强强度度高高、比比重重小小、特特别别适适合合在在轻轻质质防防弹弹装装甲甲中中使使用用，如如飞飞机机、车辆、舰船和人体的防护。车辆、舰船和人体的防护。碳碳化化硼硼合合金金粉粉末末-提提高高机机械械零零部部件件的的寿寿命命。将将碳碳化化硼硼粉粉末末同同金金属属结结合合生生成成金金属属为为基基的的合合金金粉粉末末，经经过过这这种种材材料料做做特特殊殊的的表表面面处处理理，使使原原有有的的机机械械零零部部件件更更 加加 耐耐 磨磨 损损 且且 抗抗 酸酸 碱碱 腐腐 蚀蚀 性性 增增 强强。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）碳化硼特种吸收体碳化硼特种吸收体提供能力遨游太空。提供能力遨游太空。有：有：“黑金子黑金子”之称的碳化硼，以粉末状态应用在能源之称的碳化硼，以粉末状态应用在能源上，作为传送火箭的固体燃料。上，作为传送火箭的固体燃料。碳化硼添加剂碳化硼添加剂化工行业的好伙伴。化工行业的好伙伴。由于化学由于化学性能稳定，碳化硼与酸、碱溶液不起反应，具有高性能稳定，碳化硼与酸、碱溶液不起反应，具有高化学位，所以被大量用于生产其他含硼材料，如硼化学位，所以被大量用于生产其他含硼材料，如硼化锆、硼化钛等。化锆、硼化钛等。碳化硼碳化硼高级耐火材料必不可少。高级耐火材料必不可少。由于碳化硼由于碳化硼具有抗氧化、耐高温的特性，被用作高级的定形和具有抗氧化、耐高温的特性，被用作高级的定形和不定形耐火材料广泛应用在冶金各个领域，如钢铁不定形耐火材料广泛应用在冶金各个领域，如钢铁炉具、窑具等。炉具、窑具等。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）3 3）碳化钛陶瓷）碳化钛陶瓷（TiCTiC）TiCTiC属属面心立方晶型，熔点高面心立方晶型，熔点高。TiCTiC陶瓷陶瓷强度较高，导热性较好，硬度大强度较高，导热性较好，硬度大。化学稳定性好化学稳定性好，不水解，高温抗氧化性好，不水解，高温抗氧化性好(仅次于仅次于SiC)SiC)。在常温下不与酸起反应，但在硝酸和氢氟酸的混合在常温下不与酸起反应，但在硝酸和氢氟酸的混合酸中能溶解，于酸中能溶解，于10001000在氮气氛中能形成氮化物。在氮气氛中能形成氮化物。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）TiCTiC陶瓷硬度大，是硬质合金生产的重要原料，陶瓷硬度大，是硬质合金生产的重要原料，TiCTiC和和TiNTiN、WCWC、AlAl2 2O O3 3等原料等原料制成各类复相陶瓷材料制成各类复相陶瓷材料，可用，可用于制造耐磨原料、切削刀具材料、机械零件等，还可于制造耐磨原料、切削刀具材料、机械零件等，还可制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚。制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚。透明透明TiCTiC陶瓷是良好的光学材料。陶瓷是良好的光学材料。多孔多孔TiCTiC陶瓷陶瓷可作为耐高温材料以及用来制作过滤器可作为耐高温材料以及用来制作过滤器和光催化材料，当和光催化材料，当TiCTiC空隙率在空隙率在5050时，很适合用做时，很适合用做人造骨骼。人造骨骼。碳化钛陶瓷的应用碳化钛陶瓷的应用通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）刀具材料的发展与进步对人类的文明史有着重要的刀具材料的发展与进步对人类的文明史有着重要的影响，刀具的使用作为划分远古人类历史发展时期的标志。影响，刀具的使用作为划分远古人类历史发展时期的标志。在新石器时代，人类开始采用打磨的石料作刀具；以后青在新石器时代，人类开始采用打磨的石料作刀具；以后青铜和铁刀工具的出现也成为古代人类历史发展阶段的标志。铜和铁刀工具的出现也成为古代人类历史发展阶段的标志。在历史上，刀具的发展走过了漫长的历程，不过，在历史上，刀具的发展走过了漫长的历程，不过，从从18501850年至今一百余年来，刀具材料获得快速的发展。年至今一百余年来，刀具材料获得快速的发展。18981898年年高速钢高速钢工具问世，工具问世，19231923年德国研制成功年德国研制成功WC-WC-CoCo硬质合金，并于硬质合金，并于19271927年开始工业化生产，使切削加工技年开始工业化生产，使切削加工技术的历史发生了两次革命性的进步。术的历史发生了两次革命性的进步。陶瓷刀具陶瓷刀具通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）19051905年年德德国国人人开开始始了了用用氧氧化化铝铝制制作作陶陶瓷瓷刀刀具具的的研研究究，19121912年年英英国国首首获获AlAl2 2O O3 3陶陶瓷瓷刀刀具具专专利利。但但是是，直直到到2020世世纪纪5050年年代代陶陶瓷瓷刀刀具具才才真真正正达达到到实实用化。用化。2020世世纪纪7070年年代代人人们们研研制制成成功功了了AlAl2 2O O3 3+TiO+TiO2 2系系统统复复合合陶陶瓷瓷刀刀具具，使使AlAl2 2O O3 3陶陶瓷瓷刀刀具具走走出出了了缓缓慢慢发发展展的的低低谷谷，成成为为解解决决超超硬硬材材冷冷加加工工的的一一种种新新型型刀具材料。刀具材料。2020世世纪纪7070年年代代初初美美国国生生产产的的多多晶晶金金刚刚石石刀刀具具和和多多晶晶立立方方氮氮化化硼硼刀刀具具开开始投放市场。始投放市场。2020世世纪纪8080年年代代初初清清华华大大学学用用热热压压氮氮化化硅硅陶陶瓷瓷和和英英国国LucasLucas公公司司用用SialonSialon陶瓷（陶瓷（SiSi3 3N N4 4和和AlAl2 2O O3 3的固溶体）的固溶体）制作刀具都取得良好的切削效果。制作刀具都取得良好的切削效果。2020世世纪纪9090年年代代以以来来，像像纳纳米米颗颗粒粒和和晶晶须须增增强强陶陶瓷瓷刀刀具具、陶陶瓷瓷涂涂层层刀刀具具、梯梯度度功功能能陶陶瓷瓷刀刀具具、超超硬硬刀刀具具材材料料等等都都得得到到了了快快速速的的发发展展，促促进进了了加加工制造业的技术进步。工制造业的技术进步。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）陶瓷刀具与传统陶瓷刀具与传统的高速钢和硬质的高速钢和硬质合金刀具相比，合金刀具相比，具有具有更好的红硬更好的红硬性和耐磨性性和耐磨性。与超硬材料金刚与超硬材料金刚石和石和CBNCBN相比，相比，它具有它具有更低的制更低的制造成本、更好的造成本、更好的热稳定性和抗冲热稳定性和抗冲击能力击能力。刀具材料的发展趋势刀具材料的发展趋势通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）3 3、氮化物陶瓷、氮化物陶瓷 氮是具有最高电负性的元素之一，只有氧，氟和氯比它氮是具有最高电负性的元素之一，只有氧，氟和氯比它更高。更高。这就意味着氮化物由一大组化合物构成。这就意味着氮化物由一大组化合物构成。v 润滑剂，如润滑剂，如HBNHBNv 切割材料，如切割材料，如SiSi3 3N N4 4，CBNCBNv 绝缘体，如绝缘体，如HBNHBN，SiSi3 3N N4 4v 半导体，如半导体，如GaNGaNv 金属镀膜，如金属镀膜，如TiNTiN，AlNAlNv 储氢材料，如储氢材料，如L Li i3 3N N通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）1 1）氮化硅陶瓷（）氮化硅陶瓷（SiSi3 3N N4 4）氮化硅陶瓷强度高，韧性好，是最好的陶瓷材料之一。氮化硅陶瓷强度高，韧性好，是最好的陶瓷材料之一。氮化硅陶瓷有高的电阻率，高的介电常数，低的介质损耗氮化硅陶瓷有高的电阻率，高的介电常数，低的介质损耗,可用作电路基片，高温绝缘体，电容器，雷达天线等。可用作电路基片，高温绝缘体，电容器，雷达天线等。氮化硅有优良的化学稳定性。氮化硅有优良的化学稳定性。氮化硅硬度高，摩擦系数低。氮化硅硬度高，摩擦系数低。良好的高温抗氧化性。良好的高温抗氧化性。通识教育选修示范课程申报（材料与社会）通识教育选修示范课程申报（材料与社会）氮化硅陶瓷的应用氮化硅陶瓷的应用氮化硅基陶瓷刀具：氮化硅基陶瓷刀具：(1)(1)高硬度。高硬度。SiSi3 3N N4 4陶瓷刀片的室温硬度值达到莫氏硬度陶瓷刀片的室温硬度值达到莫氏硬度9 9级，大级，大大提高了切削能力和耐磨性。大提高了切削能力和耐磨性。(2)(2)高强度。高强度。SiSi3 3N N4 4陶瓷刀片的抗弯强度目前可达陶瓷刀片的抗弯强度目前可达9009001000MPa1000MPa，其抗压强度也与普通硬质合金相当。其抗压强度也与普通硬质合金相当。(3)(3)高耐热性和抗氧化性高耐热性和抗氧化性。SiSi3 3N N4 4陶瓷刀具的高温性能特别好，在陶瓷刀具的高温性能特别好，在10001000强度几乎不下降，即使在强度几乎不下降，即使在1200120014501450切削高温下仍保持一切削高温下仍保持一定的硬度、强度进行长时间切削。定的硬度、强度进行长时间切削。(4)(4)高抗热震性。抗热震性是指材料在承受急剧温度变化时，其高抗热震性。抗热震性是指材料在承受急剧温度变化时，其抗破损能力的重要指标。抗破损能力的重要指标。SiSi3 3N N4 4陶瓷刀具具有较高的抗弯强度、较陶瓷刀具具有较高的抗弯强度、较高的导热率，低的热膨胀系数，中等的弹性模量，所以其抗热震性高的导热率，低的热膨胀系数，中等的弹性模量，所以其抗热震性好。好。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）氮化硅陶瓷轴承氮化硅陶瓷轴承 氮化硅陶瓷球轴承有两种形式。氮化硅陶瓷球轴承有两种形式。一种是滚珠一种是滚珠(球球)为陶瓷材为陶瓷材料，内外圈仍为轴承钢制造，称为混合式球轴承料，内外圈仍为轴承钢制造，称为混合式球轴承;另一种是滚另一种是滚珠和内外圈都为陶瓷材料，称为全陶瓷球轴承珠和内外圈都为陶瓷材料，称为全陶瓷球轴承。混合式球轴承混合式球轴承通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）2 2）氮化硼陶瓷（）氮化硼陶瓷（BNBN）氮化硼（氮化硼（BNBN）共有三）共有三种结晶构造种结晶构造，分，分别别是是六六方氮化硼（方氮化硼（HBNHBN），密排六方氮化硼（密排六方氮化硼（WBNWBN）和立方氮）和立方氮化硼（化硼（CBNCBN）。WBNWBN和和CBNCBN是由是由HBNHBN在在高温高温、高压高压下下转变转变而成，而成，HBNHBN在在常压下常压下是是稳定稳定相，相，WBNWBN和和CBNCBN是是高压稳定高压稳定相，在常相，在常压压下是下是亚稳亚稳相。相。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）六方氮化硼（六方氮化硼（HBNHBN）具有类似石墨具有类似石墨的层状结构，颜色为白色，所以向的层状结构，颜色为白色，所以向来有来有白石墨白石墨之称。之称。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）立方氮化硼（简称立方氮化硼（简称CBNCBN）硬度仅次于金钢石硬度仅次于金钢石，但热稳定性远高于金钢石但热稳定性远高于金钢石。磨削性能十分优异，其出现。磨削性能十分优异，其出现导致磨削发生革命性变化，是磨削技术的第二次飞跃。导致磨削发生革命性变化，是磨削技术的第二次飞跃。立方氮化硼立方氮化硼砂轮和刀具砂轮和刀具通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）三、博采众长三、博采众长的复合材料的复合材料通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）由由两种以上两种以上不同的原材料组不同的原材料组成，使原材料的性能得到充分发挥，成，使原材料的性能得到充分发挥，并通过并通过复合化复合化而得到单一材料所不具而得到单一材料所不具备的性能的材料。备的性能的材料。复合材料定义复合材料定义通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）必须由两种以必须由两种以上化学、物理上化学、物理性质不同的材性质不同的材料组合而成料组合而成必须是必须是人造人造的，的，是人们根据需是人们根据需要设计制造的要设计制造的材料材料通过各组分性通过各组分性能的互补可获能的互补可获得单一材料不得单一材料不能达到的能达到的综合综合性能性能123三个必要条件三个必要条件通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）复合材料的特点复合材料的特点通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）材料材料A A材料材料B+B+材料材料C C基体基体MatrixMatrix增强相增强相ReinforcementReinforcement主要组份，粘结、主要组份，粘结、保护增强相并把外保护增强相并把外加载荷造成的应力加载荷造成的应力传递到增强相上去传递到增强相上去其它组份，主要其它组份，主要承载相，并起着承载相，并起着提高强度提高强度(或韧或韧性性)的作用的作用复合材料的组成复合材料的组成通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）基体基体基体基体陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷聚合物聚合物聚合物聚合物金属金属金属金属增强体增强体增强体增强体晶须晶须晶须晶须颗粒颗粒颗粒颗粒纤维纤维纤维纤维按照按照基体基体分类分类按照按照增强体增强体分类分类复合材料分类复合材料分类通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）几何形状几何形状纤维纤维颗粒颗粒板状板状复合材料分类复合材料分类SiC 晶粒晶粒 Al2O3 纤维纤维Al2O3板状板状通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）复合材料复合材料金属基复合材料（如铝基、铜基、镁基和钛基等）金属基复合材料（如铝基、铜基、镁基和钛基等）木基复合材料木基复合材料有机材料基复合材料有机材料基复合材料无机非金属基复合材料无机非金属基复合材料聚合物基复合材料聚合物基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料混凝土基复合材料混凝土基复合材料碳基复合材料碳基复合材料热塑性树脂基热塑性树脂基热固性树脂基热固性树脂基按基体材料分类按基体材料分类通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）增强材料增强材料晶须增强材料晶须增强材料氧化物颗粒：氧化物颗粒：AlAl2 2O O3 3，SiOSiO2 2颗粒增强材料颗粒增强材料纤维增强纤维增强无机纤维：无机纤维：碳，硼，碳，硼，SiC SiC，Al Al2 2O O3 3有机纤维：有机纤维：芳纶，聚乙烯，尼龙芳纶，聚乙烯，尼龙金属纤维：金属纤维：不锈钢，不锈钢，W W，MoMo按增强体材料分类按增强体材料分类陶瓷晶须：陶瓷晶须：SiCSiC，TiCTiC金属晶须：金属晶须：Cr,Fe,Cr,Fe,CuCu非氧化物颗粒：非氧化物颗粒：SiCSiC，TiCTiC，B B4 4C C硅酸盐颗粒：硅酸盐颗粒：高岭土，滑石高岭土，滑石通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维生产流程图玻璃纤维生产流程图玻璃纤维生产流程图玻璃纤维生产流程图将熔化的玻璃以极将熔化的玻璃以极快的速度抽拉成细快的速度抽拉成细微的丝，即成为玻微的丝，即成为玻璃纤维。璃纤维。细度在细度在3.83.821.6m,21.6m,脆性与直脆性与直径的四次方成正比。径的四次方成正比。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）航空航天领域中，为航空航天领域中，为获得获得高比强度和高比高比强度和高比弹性模量弹性模量，开发新型，开发新型纤维纤维-硼纤维。硼纤维。硼的熔点在硼的熔点在20002000以以上，硬度仅次于金刚上，硬度仅次于金刚石。石。硼纤维硼纤维类型类型拉伸强度拉伸强度弹性模量弹性模量比重比重硼纤维硼纤维3.6GPa3.6GPa400GPa400GPa2.572.57碳纤维碳纤维 3.53GPa3.53GPa370GPa370GPa3 3通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）航天飞机的机身衍架航天飞机的机身衍架用硼铝复合材料管用硼铝复合材料管材制造，取得减重材制造，取得减重20206666的效果。的效果。航天飞机货仓间隔支航天飞机货仓间隔支柱，可减重柱，可减重4444。美国美国P&WP&W公司在公司在JT8DJT8D发发动机上用硼铝复合动机上用硼铝复合材料取代钛合金，可材料取代钛合金，可减重减重1010。硼纤维在航空航天领域的应用效益硼纤维在航空航天领域的应用效益航天飞机内航天飞机内MMC MMC(Al/B(Al/B纤维纤维)桁架桁架通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）将有机纤维烧结后得到的一种含碳量在将有机纤维烧结后得到的一种含碳量在9090以上的纤维。以上的纤维。其质轻而强度高，具有良好的润滑及耐磨性能，其价格约其质轻而强度高，具有良好的润滑及耐磨性能，其价格约为硼纤维的十分之一。为硼纤维的十分之一。碳纤维碳纤维通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）土房土房-草增强泥基复合材料草增强泥基复合材料 钢筋混凝土建筑框架钢筋混凝土建筑框架玻璃纤维撑杆玻璃纤维撑杆通识教育选修示范课程申报（材料与社会）通识教育选修示范课程申报（材料与社会）复合材料在航天领域中的应用复合材料在航天领域中的应用主货舱门主货舱门-碳纤维碳纤维/环氧树脂环氧树脂压力容器压力容器-凯芙拉纤维凯芙拉纤维/环氧树环氧树脂脂主机隔框和翼梁主机隔框和翼梁-硼硼/铝复合材料铝复合材料“哥伦比亚号哥伦比亚号”航天飞机航天飞机发动机的喷管发动机的喷管-碳碳/碳复合材料碳复合材料发动机组传力架发动机组传力架-钛基复合材料钛基复合材料机身防热瓦机身防热瓦-陶瓷基复合材陶瓷基复合材料料通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）国家技术发明一等奖（国家技术发明一等奖（20042004年）年）“高性能炭高性能炭/炭航空制动材料的制备技术炭航空制动材料的制备技术”黄伯云团队研制的飞机刹车片黄伯云团队研制的飞机刹车片“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料”攻克航天飞机攻克航天飞机隔热瓦隔热瓦技术难关技术难关通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）复合材料在航空领域的应用复合材料在航空领域的应用法国法国 “空中客车空中客车”公司生产的公司生产的A380A380双层四引擎大型客机，最大双层四引擎大型客机，最大可载客量可载客量650650人人复合材料使复合材料使A380A380减重减重1515吨吨(1)(1)机翼机翼(2)(2)垂直尾翼和水平尾翼垂直尾翼和水平尾翼(3)(3)地板梁和后承压框地板梁和后承压框(4)(4)固定机翼前缘固定机翼前缘(5)(5)机翼后缘处的襟翼机翼后缘处的襟翼,副翼副翼(6)(6)机身蒙皮壁板机身蒙皮壁板通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程申报（材料与社会）通识教育选修示范课程申报（材料与社会）复合材料在体育用品中的应用复合材料在体育用品中的应用通识教育选修示范课程申报（材料与社会）通识教育选修示范课程申报（材料与社会）复合材料在羽毛球拍上的应用复合材料在羽毛球拍上的应用通识教育选修示范课程申报（材料与社会）通识教育选修示范课程申报（材料与社会）复合材料在网球拍上的应用复合材料在网球拍上的应用轻而坚，刚性大，应变小，轻而坚，刚性大，应变小，可降低球与球拍接触时的偏可降低球与球拍接触时的偏离度；离度；阻尼性好，可延长肠线与球阻尼性好，可延长肠线与球的接触时间，的接触时间，使网球获得较使网球获得较大的加速度。大的加速度。木制球拍的接触时间为木制球拍的接触时间为4.334.33毫秒，钢制品为毫秒，钢制品为4.094.09毫秒，毫秒，CFRPCFRP为为4.664.66毫秒，相对应的毫秒，相对应的球的初速度则分别为球的初速度则分别为1.381.38千千米时、米时、149.6149.6千米时和千米时和157.4157.4千米时千米时。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）滑滑雪雪板板在在雪雪上上滑滑行行时时，雪雪会会产产生生轻轻微微溶溶化化，因因水水的的“粘粘性性”增增加加摩摩擦擦力力。采采用用疏疏水水性性强强的的复复合合材材料料制制成成的的滑滑雪雪板板，可提高滑行性能。理想的材料是超高分子聚乙烯。可提高滑行性能。理想的材料是超高分子聚乙烯。复合材料在滑雪板上的应用复合材料在滑雪板上的应用通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）Glass fiber web/epoxyGlass fiber web/epoxyGlass fiber ringsGlass fiber ringsLongitudinal carbon fibers/epoxyLongitudinal carbon fibers/epoxy轻质、高强、高弹性、较低成轻质、高强、高弹性、较低成本、低密度及屈服强度本、低密度及屈服强度 。Pole-vaultingPole-vaulting复合材料在撑杆上的应用复合材料在撑杆上的应用通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）本章结束本章结束通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）作业作业1 1、从从自自己己的的角角度度出出发发，总总结结一一下下什什么么是是材材料料？你你平平时时接接触触到到哪哪些些材材料料，举举例例说说明明？你你认认为为材材料料应应该该如如何分类最科学？何分类最科学？通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）2 2、制制造造商商用用大大飞飞机机、高高速速列列车车、航航空空母母舰舰、深深海海潜潜水水器器等等需需要要考考虑虑哪哪些些因因素素，从从你你自自己己的的知知识识体体系系考考虑，应该选用哪些材料？虑，应该选用哪些材料？