非金属材料及复合材料简介

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基本要求如下：,1.,掌握陶瓷材料的基本概念，了解其结构与,性能的关系；,2.,熟悉常用工程塑料的种类、结构特点、性能,和应用；,3.,了解橡胶、陶瓷和复合材料的特点和应用,第四讲：非金属材料及复合材料简介,Introduction of Nonmetal Materials and Composite Materials,非金属材料包括,：,陶瓷材料,(,Ceramic Material,),_,石头、陶器、,高分子材料,(Polymer),_,丝绸、塑料、橡胶、,复合材料,：不同性能材料复合一起，弥补单一材料不足,钢筋混凝土、石棉板、水泥板、轮胎、,、,一,.,陶瓷材料,Silicate,（,硅酸盐材料）,1.,陶瓷材料范围,：,（,1,）非金属单质构成：如金刚石和单晶硅。,（,2,）金属和非金属组成化合物：,刚玉,(corundum),Al,2,O,3,、,石英,SiO,2,和,绿,(beryl),Be,3,Al,2,Si,6,O,18,（,3,）,泛指玻璃、水泥,(cement),和耐火材料,(refractory),等材料。,2.,陶瓷材料,结合键类型及主要性能特点,（,1,）离子键,(electrovalent bond),：,氧化铝和氧化锆,性能：熔点高、强度和硬度大、脆性大绝缘,（,2,）共价键,(covalent bond),单晶硅、金刚石、氮化硼和氮化硅,性能：强度高，脆性大，无延展性、热膨胀小。,（,3,）离子,-,共价混合键,(mixed bond),：,氧化镁和碳化硅,。,3.,陶瓷组织和性能,（,1,陶瓷组织：,）,陶瓷组织,A.,晶体相：,硅酸盐（,离子键,+,共价键）、,B.,玻璃相：粘连晶体,C.,气相：气孔,（,2,陶瓷性能：瓷性能,A.,机械性能：刚度和硬度大，抗拉强度低，,没有塑性，脆性极高。,B.,其它：热膨胀小，导热性差，,化学稳定性好，绝缘性好。,4.,陶瓷材料分类及应用,（,types and application),包括：,A.,传统陶瓷,:,粘土、长石、和石英等天然硅酸盐为原料,（普通）,用于日用、建筑、卫生用品及电器等。,B.,现代陶瓷,：,用高纯氧化物（,刚玉）,、氮化物、碳化物、,（特种）硼化物和氟化物等合成，又称精细陶瓷。,如硅碳棒、热电偶套等。,5.,现代陶瓷,：,分结构、工具和功能陶瓷。,A.,结构陶瓷,：碳化物（,SiC,、,WC,、,TiC,）,如：内燃机火花塞、火箭和导弹导流罩。,B.,工具陶瓷,：金属陶瓷（,Cr,粘结,剂 的,Al,2,0,3,，,C,o,、,Ni,为粘结剂的,WC,和,TiC,、,钢结硬质合金）,制造：切削刀具、模具、磨料、钻探工具。,C.,功能陶瓷,：,用物理性能或对声、光、电、力、热和磁敏感性。,导电、压电、磁性、光导纤维、传感器和超导陶瓷。,二、高分子材料,（,Polymer,High molecular material),天然,+,人工,1.,概念,：,分子量很大的有机化合物总称。,象塑料、橡胶和 纤维等。,2.,结合键类型,：,原子间以共价键结合，组元：,C,、,H,、,N,、,O,和,Si,3.,性能特点,：,常温下呈固态、质轻，具有良好的电绝缘、,热绝缘、耐酸、耐蚀和好的化学稳定性。,高分子材料结构示意图：,高分子材料,缺点,：会老化。,4.,塑料、橡胶的使用状态：,塑料,：在,玻璃态,使用,橡胶,：,高弹态,使用,流动树脂,：象胶粘剂、涂料在,粘流态,（,1,）塑料：,Plastic,以天然、合成树脂为原料，在一定温度和压力下,成型的材料。分,通用,和,工程用,两种。,A.,通用塑料：,聚乙烯、聚氯乙烯等。,B.,工程塑料：,聚甲醛、聚酰胺和,ABS,特点：室温下呈玻璃态、比重小，比强度高，,耐蚀（酸、碱）、耐磨、绝缘、易成形。用途：制造工程零件：如轴承、衬套和齿轮；蜗轮、,蜗杆、防弹玻璃、飞机挡风罩。,设计塑料零件应注意：,A.,热膨胀系数大；,B.,工作温度不超过玻璃化温度,T,g,；,C.,缺口敏感性大；,D.,可燃、吸水会改变尺寸；,线型无定形高聚物的温度,形变曲线,（,2,）,橡胶,Rubber,：,室温下呈高弹态,A.,天然橡胶：,从,三叶橡胶树,中采集的高弹物。,如：轮胎、胶带和胶管。,通用橡胶：丁苯和顺丁橡胶,传动带、电绝缘品和胶板。,B.,合成橡胶：,特种橡胶：硅橡胶,在高低温、辐射、耐蚀条件下专用。,如飞机密封件、高温电缆。,（,3,）纤维及分类,Fibre,：,长径比大于,100,条状或丝状材料。,包括,天然和化学纤维,A.,天然纤维,：稻、麻、竹、苇、棉、丝、,B.,化学纤维,：,人造和合成纤维,。,人造纤维,；用自然界纤维加工制成。,如：硝化和醋酸纤维等。,合成纤维,：以石油、煤和天然气为原料合成的。,Synthetic,Fibre,有六种：涤纶、尼龙、晴龙,维龙、丙龙和氯龙。,三,.,复合材料,Composite Materials,1.,概念,：,两种或两种以上不同材料，经,人工复合成,如：水泥板、轮胎和玻璃钢,玻璃纤维,+,工程塑料,=,玻璃钢,2.,组成,：,基体和增强体两部分,。,A.,基体,Matrix,：,塑料基、陶瓷基和金属基三种，,起连接作用。,B.,增强体：,提高强度（韧性），,Reinforcing,有粒子增强、纤维增强和,层叠或骨架增强三类。,复合结构如图,61,所示,3.,性能特点,：,比强度高；比模量大；,抗疲劳和化学稳定性好，减震、耐热，,断裂安全性高和成型工艺性简单。,4.,常用复合材料,：,将,玻璃纤维、碳纤维、硼纤维,与金属纤维复合一起。,5.,复合材料应用,：,用在轻工、电子产品和航天空上,。,词汇：,非金属材料,:,Nonmetal Materials,复合材料：,Composite Materials,陶瓷材料：,Ceramic Material,高分子材料：,Polymer Material,硅酸盐材料：,Silicate Material,橡胶：,Rubber,纤维：,Fibre,基体：,Matrix,合成纤维：,Synthetic,Fibre,