机械工程材料第九章 非金属材料

第 九 章 非 金 属 材 料 第 九 章 非 金 属 材 料一 、 高 分 子 材 料二 、 陶 瓷 材 料三 、 复 合 材 料 一 、 高 分 子 材 料 高 分 子 材 料 :是 指 分 子 量 很 大 （ 在 104以 上 ） 的 化 合 物 ， 即 高 分 子 化 合 物 组 成 的 一 类 材 料 的 总 称 。 高 分 子 材 料 有 ： 有 机 高 分 子 和 无 机 高 分 子 ， 天 然 高 分 子 和 人 工 合 成 高 分 子 材 料 。 目 前 ， 人 工 合 成 的 有 机 高 分 子 材 料 如 塑 料 、 合 成 橡 胶 、 合 成纤 维 等 发 展 十 分 迅 速 ， 已 成 为 一 个 品 种 繁 多 的 庞 大 的 工 业 部门 ， 而 且 具 有 广 阔 的 发 展 前 途 。 人 工 合 成 的 高 分 子 材 料 本 节 简 单 地 介 绍 人 工 合 成 的 高 分 子 材 料 的 基 本 概 念 、结 构 、 性 能 特 征 。 1 人 工 合 成 的 高 分 子 材 料 的 基 本 概 念2 高 聚 物 的 结 构 特 征3 高 聚 物 的 基 本 特 性 1 基 本 概 念 有 机 高 分 子 化 合 物 是 由 有 机 低 分 子 化 合 物 在 一 定 条 件下 聚 合 而 成 的 ， 具 有 重 复 排 列 链 状 结 构 的 高 聚 物 。 如 聚 乙 烯 塑 料 就 是 由 乙 烯 聚 合 而 成 的 高 分 子 材 料 。 低 分 子 化 合 物 （ 如 乙 烯 CH2=CH2） 称 为 单 体 ， 大 分 子 链 重 复 排 列 的 结 构 单 元（ 如 ） 称 为 链 节 ， 链节 重 复 排 列 的 个 数 n 称 为 聚 合 度 。 聚 合 度 越 大 ， 高 聚 物 的 大 分 子 链 越 长 ， 其 分 子 量 也 就愈 大 。 nCHCHCHCHn 2222 )( 聚 合 22 CHCH 1 基 本 概 念高 聚 物 与 具 有 明 确 分 子 量 的 低 分 子 化 合物 不 同 ， 同 一 高 聚 物 因 其 聚 合 度 不 同 ，大 分 子 链 的 长 短 各 异 ， 其 分 子 量 也 就 各不 相 同 。 通 常 所 说 高 聚 物 的 分 子 量 是 指其 分 子 量 的 统 计 平 均 值 。 如 ： 聚 氯 乙 烯 的 分 子 量 为 20000 160000。 nCHClCH 2 2 高 聚 物 的 结 构 特 征 前 面 的 学 习 知 道 金 属 材 料 的 性 能 是它 的 组 织 结 构 决 定 的 ， 同 样 ， 对 非 金 属 材 料 也不 例 外 ， 它 的 性 能 特 点 仍 然 是 由 其 组 织 结 构 决定 的 。(1)结 合 键(2)大 分 子 链 的 构 型 与 构 象(3) 高 聚 物 的 聚 集 态 (1)结 合 键 作 为 高 聚 物 单 体 的 低 分 子 化 合 物 必 然 具 备 不 饱 和 的 键 ，如 各 种 烯 烃 类 化 合 物 、 环 状 化 合 物 和 含 有 特 殊 官 能 团的 化 合 物 ， 在 聚 合 反 应 中 能 形 成 两 个 以 上 的 新 键 ， 把单 体 低 分 子 变 成 链 节 连 接 成 大 分 子 链 。 否 则 不 能 聚 合成 大 分 子 链 ， 也 就 不 能 形 成 高 聚 物 。 在 高 分 子 链 中 原 子 以 共 价 键 结 合 ， 这 种 结 合 力 称 为 主价 力 高 分 子 链 内 组 成 元 素 不 同 ， 原 子 间 共 价 键 的 结 合力 不 同 ， 聚 合 物 的 性 能 因 而 不 同 。 在 高 聚 物 大 分 子 之 间 一 般 是 分 子 来 链 连 接 的 ， （ 靠 分子 间 力 连 接 的 ） 这 一 结 合 力 范 德 华 力 ， 称 为 次 价 力 。 (2)大 分 子 链 的 构 型 与 构 象 .构 型 ： 组 成 大 分 子 链 的 链 节 在 空 间 排 列 的 几 何 形 状 称 为 构型 。 高 聚 物 有 线 型 (包 括 带 支 链 的 线 型 )和 网 体 型 两 种 构 型 。 .构 象 ： 和 其 他 物 质 分 子 一 样 ， 高 聚 物 的 分 子 链 在 不 停 的 运动 ， 这 种 运 动 是 由 单 链 内 旋 转 引 起 的 。 大 分 子 链 是 由 成 千 上万 个 原 子 经 共 价 键 连 接 而 成 ， 其 中 以 单 键 连 接 的 原 子 ， 由 于热 运 动 ， 两 个 原 子 可 作 相 对 旋 转 ， 即 在 保 持 键 角 、 键 长 不 变的 情 况 下 ， 单 键 作 旋 转 ， 称 为 内 旋 转 。 这 种 由 于 单 键 内 旋 转所 产 生 的 大 分 子 链 的 空 间 形 象 称 为 高 分 子 链 的 构 象 。 (3) 高 聚 物 的 聚 集 态 固 态 高 聚 物 存 在 着 晶 态 和 非 晶 态 两 种 聚 集 状 态 。 晶 态 高 聚 物 大 分 子 呈 规 则 排 列 ； 非 晶 态 高 聚 物 的 大 分 子 呈 乱 混 排 列 。 由 于 高 聚 物 的 分 子 链 很 大 ， 结 构 复 杂 ， 其 结 晶 组 织 与低 分 子 物 质 有 很 大 的 不 同 ， 存 在 着 晶 区 和 非 晶 区 。 同 一 个 大 分 子 链 可 穿 过 几 个 晶 区 和 非 晶 区 。 在 晶 区 内 呈 规 则 ， 有 序 排 列 ， 在 非 晶 区 内 呈 无 序 排 列 。 在 高 聚 物 中 结 晶 是 不 完 全 的 ， 而 且 总 是 晶 态 与 非 晶 态共 存 或 全 部 非 晶 态 。 常 用 结 晶 度 来 衡 量 其 结 晶 倾 向 晶 区 部 分 的 体 积 或重 量 的 百 分 数 称 结 晶 度 。 (3) 高 聚 物 的 聚 集 态结晶度高，反映其排列规则紧密，分子之间的作用力强，因而刚性增加，其强度、硬度、耐热性、耐蚀性提高，反之，结晶度降低，说明其顺柔性增大，而弹性、塑性和韧性相应提高。高聚物的化学结构越简单，对称性愈高，分子之间的作用力越大，其结晶度愈高，反之，结晶度减少。如聚乙烯比聚氯乙烯结晶度高。不论是无定形（非晶态）高聚物还是结晶高聚物，随温度的变化其物理，力学状态会发生变化，以非晶态高聚物为例。 随着温度的变化，高聚物可能出现玻璃态、高弹态和粘流态几种不同的物理力学状态。 图 9 1 非 晶 聚 合 物 的 温 度 变 形 曲 线 3 高 聚 物 的 基 本 特 性（ 1） 机 械 性 能 低 强 度 高 弹 性 和 低 弹 性 模 量 粘 弹 性 高 耐 摩 性（ 2） 物 理 、 化 学 性 能 高 绝 缘 性 低 耐 热 性 低 导 热 性 高 热 膨 胀 性 高 化 学 稳 定 性 老 化 3 高 聚 物 的 基 本 特 性防 老 化 的 措 施 ： 表 面 防 护 ： 使 其 与 外 界 致 老 化 因 素 隔 开 。 减 少 大 分 子 链 结 构 中 的 某 些 薄 弱 环 节 ，提 高 其 稳 定 性 ， 推 迟 老 化 过 程 。 加 入 防 老 化 剂 ， 使 大 分 子 链 中 上 的 活 泼基 团 钝 化 ， 变 成 比 较 稳 定 的 基 团 ， 以 抑制 链 式 反 应 的 进 行 。 4 常 用 高 分 子 材 料塑 料橡 胶合 成 纤 维胶 粘 剂涂 料 工 程 塑 料 塑 料 是 以 有 机 合 成 树 脂 为 主 要 组 成 的 高 分 子 材 料 ， 它 通 常可 在 加 热 、 加 压 条 件 下 塑 制 成 型 ， 故 称 为 塑 料 。 塑 料 的 组 成 塑 料 是 以 有 机 合 成 树 脂 为 基 础 ， 再 加 入 添 加 剂 所 组 成的 。 1.合 成 树 脂 是 由 低 分 子 化 合 物 通 过 缩 聚 或 加 聚 反 应 合成 的 高 分 子 化 合 物 ， 如 酚 醛 树 脂 、 聚 乙 烯 等 ， 是 塑 料 的 主要 组 成 ， 也 起 粘 接 剂 作 用 。 2.添 加 剂 为 改 善 塑 料 的 性 能 而 加 入 的 其 它 组 成 ， 主 要有 ： (1)填 料 或 增 强 材 料 填 料 在 塑 料 中 主 要 起 增 强 作 用 。 (2)固 化 剂 可 使 树 脂 具 有 体 型 网 状 结 构 ， 成 为 较 坚 硬和 稳 定 的 塑 料 制 品 。 (3)增 塑 剂 用 以 提 高 树 脂 可 塑 性 和 柔 性 的 添 加 剂 。 (4)稳 定 剂 用 以 防 止 受 热 、 光 等 的 作 用 使 塑 料 过 早 老化 。 工 程 塑 料 的 分 类 热 塑 性 塑 料 聚 乙 烯 (PE) 聚 丙 烯 (PP) 聚 氯 乙 烯 (PVC) 聚 苯 乙 烯 (PS) 热 固 性 塑 料 ABS塑 料 酚 醛 塑 料 (PE) 环 氧 塑 料 (EP) 聚 乙 烯 (PE)图 例 聚 丙 烯 (PP)图 例 酚 醛 塑 料 (PE)图 例 酚 醛 塑 料 (PE)图 例 环 氧 塑 料 (EP)图 例 环 氧 塑 料 (EP)图 例 橡 胶 1.橡 胶 的 分 类 2.橡 胶 制 品 的 组 成 1.橡 胶 的 分 类 按 照 原 料 的 来 源 ， 橡 胶 可 分 为 天 然 橡 胶 和 合 成 橡胶 两 大 类 。 合 成 橡 胶 主 要 有 七 大 品 种 ： 丁 苯 橡胶 、 顺 丁 橡 胶 、 氯 丁 橡 胶 、 异 戊 橡 胶 、 丁 基 橡 胶 、乙 丙 橡 胶 和 丁 腈 橡 胶 。 习 惯 上 按 用 途 将 合 成 橡 胶分 成 两 类 ： 性 能 和 天 然 橡 胶 接 近 ， 可 以 代 替 天 然橡 胶 的 通 用 橡 胶 和 具 有 特 殊 性 能 的 特 种 橡 胶 。 2.橡 胶 制 品 的 组 成人 工 合 成 用 以 制 胶 的 高 分 子 聚 合 物 称 为 生 胶 。 生 胶 要 先 进 行 塑练 ， 使 其 处 于 塑 性 状 态 ， 再 加 入 各 种 配 料 ， 经 过 混 练 成 型 、硫 化 处 理 ， 才 能 成 为 可 以 使 用 的 橡 胶 制 品 。 配 料 主 要 包 括 ： (1)硫 化 剂 变 塑 性 生 胶 为 弹 性 胶 的 处 理 即 为 硫 化 处 理 ，能 起 硫 化 作 用 的 物 质 称 硫 化 剂 。 常 用 的 硫 化 剂 有 硫 磺 、 含 硫化 合 物 、 硒 、 过 氧 化 物 等 。 (2)硫 化 促 进 剂 胺 类 、 胍 类 、 秋 兰 姆 类 、 噻 唑 类 及 硫 脲类 物 质 ， 可 以 起 降 低 硫 化 温 度 、 加 速 硫 化 过 程 的 作 用 ， 称 为硫 化 促 进 剂 。 (3)补 强 填 充 剂 为 了 提 高 橡 胶 的 机 械 性 能 ， 改 善 其 加 工工 艺 性 能 ， 降 低 成 本 ， 常 加 入 填 充 剂 ， 如 碳 黑 、 陶 土 、 碳 酸钙 、 硫 酸 钡 、 氧 化 硅 、 滑 石 粉 等 。 二 、 陶 瓷 材 料 陶 瓷 是 一 种 无 机 非 金 属 材 料 ， 由 于 它 的 熔 点 高 、硬 度 高 、 化 学 稳 定 性 高 ， 具 有 耐 高 温 、 耐 磨 蚀 、耐 磨 擦 、 绝 缘 等 优 点 ， 在 现 代 工 业 上 已 得 到 广泛 的 应 用 。 陶 瓷 和 金 属 材 料 ， 高 分 子 材 料 一 样 ， 陶 瓷 材 料的 各 种 特 殊 性 能 都 是 由 其 化 学 组 成 、 晶 体 结 构 、显 微 组 织 决 定 的 。 陶 瓷 是 以 天 然 的 硅 酸 盐 （ 如 粘 土 、 长 石 、 石 英等 ） 或 人 工 合 成 的 化 合 物 （ 氧 化 物 、 氮 化 物 、碳 化 物 、 硅 化 物 、 硼 化 物 、 氟 化 物 ） 为 原 料 ，经 粉 碎 配 制 、 成 型 和 高 温 烧 结 而 制 成 的 ， 它 是多 相 多 晶 体 材 料 。 二 、 陶 瓷 材 料1 组 成2 性 能 特 点 （ 机 械 性 能 ）3. 分 类4 工 程 陶 瓷 材 料 的 特 点 与 应 用 1 组 成 陶 瓷 的 显 微 组 织 由 晶 相 、 玻 璃 相 和 气 相 组 成 ， 各 组 成 相结 构 、 数 量 、 形 态 、 大 小 及 分 布 对 陶 瓷 性 能 有 显 著 影 响 。 陶 瓷 中 的 晶 相 是 主 要 组 成 相 ， 主 要 来 源 是 原 料 中 的 氧 化物 和 硅 酸 盐 ， 在 陶 瓷 中 最 常 见 的 晶 体 结 构 是 氧 化 物 结 构 和硅 酸 盐 结 晶 相 是 陶 瓷 的 主 要 组 成 相 ， 对 陶 瓷 制 晶 的 强 度 、硬 度 、 耐 热 性 有 决 定 性 的 影 响 。 陶 瓷 中 的 玻 璃 相 是 一 种 非 晶 态 的 固 体 ， 它 是 烧 结 时 ， 原料 中 的 有 些 晶 体 物 质 如 SiO 2已 处 在 熔 化 状 态 ， 但 因 熔 点 附近 粘 度 大 ， 原 子 迁 移 很 困 难 ， 若 以 较 快 的 速 度 冷 却 到 熔 点以 上 ， 原 子 不 能 规 则 地 排 列 成 晶 体 ， 而 成 为 过 冷 液 体 ， 当其 继 续 冷 却 到 Tg温 度 时 便 凝 固 成 非 晶 态 的 玻 璃 相 。 而 且 玻璃 相 是 陶 瓷 材 料 中 不 可 缺 少 的 组 成 相 。 1 组 成 玻 璃 相 的 作 用 是 粘 结 分 散 的 晶 相 ， 降 低 烧 结 温度 。 抑 制 晶 相 的 晶 粒 长 大 和 填 充 气 孔 ， 其 热 稳定 性 差 ， 强 度 较 晶 向 低 ， 所 以 不 能 多 ， 而 气 相是 指 陶 瓷 孔 隙 中 的 气 体 即 气 孔 ， 它 是 陶 瓷 生 产工 艺 过 程 中 不 可 避 免 地 形 成 并 保 留 下 来 的 ， 气孔 对 陶 瓷 性 能 有 显 著 的 影 响 ， 它 使 陶 瓷 密 度 减少 ， 并 能 吸 收 震 动 ， 这 是 有 利 的 ， 但 它 又 使 其强 度 降 低 ， 电 击 穿 强 度 下 降 ， 绝 缘 性 下 降 ， 这是 不 利 的 ， 因 此 对 陶 瓷 中 的 气 孔 数 量 、 形 状 、大 小 和 分 布 有 所 控 制 。 2 性 能 特 点 （ 机 械 性 能 ） 高 硬 度 硬 度 是 陶 瓷 材 料 的 重 要 性 能 指 标 ， 大 多 数 陶 瓷 材 料 的硬 度 比 金 属 高 得 多 ， 故 其 耐 磨 性 好 （ 它 的 硬 度 仅 次 于金 刚 石 ） 。 高 弹 性 模 量 与 高 脆 性 陶 瓷 在 拉 伸 时 几 乎 没 有 塑 性 变 形 ， 在 拉 应 力 作 用 下 产生 一 定 弹 性 变 形 后 直 接 脆 断 ， 大 多 数 的 陶 瓷 材 料 的 弹性 模 量 都 比 金 属 高 。 低 抗 拉 强 度 和 较 高 的 抗 压 强 度 由 于 陶 瓷 内 部 存 在 大 量 气 孔 ， 其 作 用 相 当 于 裂 纹 ， 故其 抗 压 强 度 较 高 。 2 性 能 特 点 （ 机 械 性 能 ） 优 良 的 高 温 强 度 和 低 的 抗 热 震 性 陶 瓷 的 熔 点 高 于 金 属 ， 具 有 优 于 金 属 的 高 温 强 度 。 陶 瓷 的 熔 点 高 于 金 属 ， 具 有 优 于 金 属 的 高 温 强度 。 大 多 数 金 属 在 1000 以 上 就 丧 失 强 度 ， 而陶 瓷 在 高 温 下 不 仅 保 持 高 硬 度 ， 而 且 基 本 保 持其 室 温 下 的 强 度 ， 具 有 高 的 蠕 变 抗 力 ， 同 时 抗氧 化 的 性 能 好 ， 广 泛 用 作 高 温 材 料 。 但 陶 瓷 承 受 温 度 急 剧 变 化 的 能 力 差 （ 热 震 性 差 ）当 温 度 剧 烈 变 化 时 易 裂 。 4 分 类 (1) 普 通 陶 瓷 （ 传 统 陶 瓷 ） (2) 特 种 陶 瓷 普 通 日 用 陶 瓷 压 电 陶 瓷 普 通 工 业 陶 瓷 磁 性 陶 瓷 1).建 筑 卫 生 瓷 电 容 器 陶 瓷 2).化 学 化 工 瓷 高 温 陶 瓷 3).电 工 瓷 1).氧 化 物 陶 瓷 2).硼 化 物 陶 瓷 3).氮 化 物 陶 瓷 4).碳 化 物 陶 瓷 3.工 程 陶 瓷 材 料 的 特 点 与 应 用 普 通 陶 瓷 的 特 点 与 应 用 特 种 陶 瓷 的 特 点 与 应 用 普 通 陶 瓷 的 特 点 与 应 用 普 通 陶 瓷 的 组 分 构 成 原 料 为 粘 土 、 石 英 和 长 石 。 其 特 点 是 坚硬 而 脆 性 较 大 ， 绝 缘 性 和 耐 蚀 性 极 好 ； 制 造 工 艺 简 单 、 成 本低 廉 ， 用 量 大 。 普 通 日 用 陶 瓷 作 日 用 器 皿 和 瓷 器 ， 良 好 光 泽 度 、 透 明 度 ，热 稳 定 性 和 机 械 强 度 较 高 。 普 通 工 业 陶 瓷 有 炻 器 和 精 陶 ， 有 建 筑 卫 生 瓷 （ 装 饰 板 、 卫生 间 装 置 及 器 具 等 ） 、 电 工 瓷 （ 电 器 绝 缘 用 瓷 ， 也 叫 高 压 陶瓷 ） 、 化 学 化 工 瓷 （ 化 工 、 制 药 、 食 品 等 工 业 及 实 验 室 中 的管 道 设 备 、 耐 蚀 容 器 及 实 验 器 皿 ） 等 。 特 种 陶 瓷 的 特 点 与 应 用 特 种 陶 瓷 有 压 电 陶 瓷 、 磁 性 陶 瓷 、 电 容 器 陶 瓷 、 高 温 陶 瓷 等 。 工 程 上最 重 要 的 是 高 温 陶 瓷 ， 包 括 氧 化 物 陶 瓷 、 硼 化 物 陶 瓷 、 氮 化 物 陶 瓷 和 碳化 物 陶 瓷 。 氧 化 物 陶 瓷 熔 点 大 多 2000 以 上 , 烧 成 温 度 约 1800 ； 单 相 多 晶 体 结构 ， 有 时 有 少 量 气 相 ； 强 度 随 温 度 的 升 高 而 降 低 ， 在 1000 以 下 时 一 直保 持 较 高 强 度 ， 随 温 度 变 化 不 大 ； 纯 氧 化 物 陶 瓷 任 何 高 温 下 都 不 会 氧 化 。氧 化 铝 （ 耐 火 砖 、 高 压 器 皿 、 坩 埚 、 电 炉 炉 管 、 热 电 偶 套 管 等 ） ， 陶 瓷氧 化 锆 （ 冶 炼 坩 埚 和 1800 以 上 的 发 热 体 及 炉 子 、 反 应 堆 绝 热 材 料 等 ） 。 碳 化 物 陶 瓷 具 有 很 高 的 熔 点 、 硬 度 （ 近 于 金 刚 石 ） 和 耐 磨 性 （ 特 别 是在 浸 蚀 性 介 质 中 ） ， 缺 点 是 耐 高 温 氧 化 能 力 差 （ 约 900 1000 ） 、 脆性 极 大 。 主 要 用 途 是 作 耐 火 材 料 （ 碳 化 硅 ） 、 磨 料 、 有 时 用 于 超 硬 质 工具 材 料 （ 碳 化 硼 ） 。 特 种 陶 瓷 的 特 点 与 应 用 硼 化 物 陶 瓷 包 括 硼 化 铬 、 硼 化 钼 、 硼 化 钛 、 硼 化 钨 和 硼 化 锆等 ， 具 有 高 硬 度 , 较 好 的 耐 化 学 浸 蚀 能 力 ， 熔 点 1800 2500 ， 使 用 温 度 1400 ， 用 于 高 温 轴 承 、 内 燃 机 喷 嘴 ， 各种 高 温 器 件 、 处 理 熔 融 非 铁 金 属 的 器 件 等 ， 还 用 作 电 触 点 材料 。 氮 化 物 陶 瓷 中 的 氮 化 硅 陶 瓷 是 键 能 高 而 稳 定 的 共 价 键 晶体 ， 硬 度 高 而 摩 擦 系 数 低 ， 有 自 润 滑 作 用 ， 是 优 良 的 耐 磨 减摩 材 料 ； 氮 化 硅 的 耐 热 温 度 比 氧 化 铝 低 ， 而 抗 氧 化 温 度 高 于碳 化 物 和 硼 化 物 ， 1200 以 下 具 有 较 高 的 机 械 性 能 和 化 学 稳定 性 ， 且 热 膨 胀 系 数 小 、 抗 热 冲 击 ， 可 做 优 良 的 高 温 结 构 材料 ， 耐 各 种 无 机 酸 （ 氢 氟 酸 除 外 ） 和 碱 溶 液 浸 蚀 ， 优 良 的 耐腐 蚀 材 料 。 普 通 日 用 陶 瓷 图 例 卫 生 陶 瓷 图 例 氧 化 物 陶 瓷 图 例 氧 化 铝 热 电 偶 套 管 氧 化 铝 陶 瓷 密 封 环 氧 化 铝 陶 瓷 喷 咀 三 、 复 合 材 料 随 着 现 代 工 业 的 发 展 ， 对 材 料 的 性 能 要 求 愈 来 愈 高 ，除 要 求 材 料 具 有 高 强 度 、 耐 高 温 、 耐 腐 蚀 、 耐 疲 劳 等性 能 外 ， 甚 至 有 些 构 件 要 求 材 料 同 时 具 有 相 互 矛 盾 的性 能 ， 如 既 要 求 导 电 又 要 绝 热 ， 强 度 要 比 钢 好 ， 而 弹性 又 要 比 橡 胶 好 等 等 ， 这 对 单 一 材 料 是 无 法 满 足 的 ，就 要 采 用 复 合 技 术 ， 于 是 出 现 了 复 合 材 料 。 复 合 材 料 是 指 由 两 种 或 两 种 以 上 不 同 性 质 的 材 料 ， 通过 不 同 的 工 艺 方 法 人 工 合 成 的 多 相 材 料 。 如 不 同 的 非 金 属 之 间 ， 不 同 的 金 属 材 料 之 间 以 及非 金 属 材 料 与 金 属 材 料 之 间 都 可 以 互 相 复 合 。 复 合 材 料 既 要 保 持 各 自 的 最 佳 特 性 ， 又 具 有 组 合 后 的新 特 性 ， 从 而 满 足 构 件 对 性 能 的 要 求 。 三 、 复 合 材 料复 合 材 料 性 能复 合 材 料 组 成 复 合 材 料 的 性 能 复 合 材 料 比 其 组 成 材 料 的 性 能 更 优越 。(1).高 比 强 度 和 高 比 模 量(2).好 的 抗 疲 劳 和 抗 断 裂 性 能(3).高 温 下 高 的 强 度(4).优 越 的 耐 高 温 性 能(5).良 好 的 减 摩 、 耐 磨 性(6).较 强 的 减 振 能 力(7).优 良 的 电 性 能(8).较 好 的 成 型 性 与 结 构 可 设 计 性 复 合 材 料 的 组 成 复 合 材 料 一 般 由 增 强 材 料 和 基 体 材料 组 成 。 基 体 材 料 分 金 属 材 料 和 非 金 属 材 料 两大 类 ； 增 强 材 料 最 用 效 的 是 纤 维 材 料 ， 决 定 其主 要 力 学 性 能 ， 为 结 构 用 复 合 材 料 。 另 有 不 以 改 善 力 学 性 能 为 主 要 目 的 增强 材 料 ， 如 各 种 粒 子 、 短 纤 维 等 材 料 ， 为 功 能复 合 材 料 。复 合 材 料 常 用 纤 维 有 三 类 ：1.金 属 纤 维 ： 钢 、 硼 、 钨 、 钼 等2.有 机 纤 维 ： 人 造 丝 、 尼 龙 、 聚 酯 、 芳 纶 等3.无 机 纤 维 ： 玻 璃 、 碳 、 碳 化 硅 、 晶 须 等 非 金 属 基 复 合 材 料聚 合 物 基 复 合 材 料 玻 璃 钢 碳 纤 维 树 脂 复 合 材 料 硼 纤 维 树 脂 复 合 材 料陶 瓷 基 复 合 材 料 碳 基 复 合 材 料 玻 璃 钢(1)热 固 性 玻 璃 钢分 类 ： 酚 醛 树 脂 、 环 氧 树 脂 、 聚 酯 树 脂 和 有 机 硅 树 脂等 。特 点 ： 优 点 成 形 工 艺 简 单 、 质 量 轻 、 比 强 度 高 、 耐 蚀性 能 好 ； 缺 点 弹 性 模 量 低 (1/5 1/10结 构 钢 )、 耐 热 度低 ( 250 )、 易 老 化 。 树 脂 改 性 改 善 性 能 ： 酚 醛 树 脂和 环 氧 树 脂 混 溶 的 玻 璃 钢 即 有 良 好 粘 接 性 , 又 降 低 了 脆性 ， 还 保 持 了 耐 热 性 , 也 具 有 较 高 的 强 度 。用 途 ： 机 器 护 罩 、 车 辆 车 身 、 绝 缘 抗 磁 仪 表 、 耐 蚀 耐压 容 器 和 管 道 及 各 种形 状 复 杂 的 机 器 构 件 和 车 辆 配 件 。 玻 璃 钢(2)热 塑 性 玻 璃 钢分 类 ： 以 热 塑 性 树 脂 为 粘 接 剂 的 玻 璃 纤 维 增 强 材 料 ， 如 尼龙 、 ABS、 聚 苯乙 烯 等 。特 点 ： 强 度 不 如 热 固 性 玻 璃 钢 , 但 成 形 性 好 、 生 产 率 高 ，且 比 强 度 不 低 。用 途 ： 尼 龙 66玻 璃 钢 刚 度 、 强 度 、 减 摩 性 好 ， 作 轴 承 、 轴 承 架 、齿 轮 等 精 密 件 、 电 工 件 、 汽 车 仪 表 、 前 后 灯 等 ABS玻 璃 钢 化 工 装 置 、 管 道 、 容 器 、 聚 苯 乙 烯 玻 璃 钢 汽 车 内 装 、 收 音 机 机 壳 、 空 调 叶 片 等 聚 碳 酸 酯 玻 璃 钢 耐 磨 、 绝 缘 仪 表 等 碳 纤 维 树 脂 复 合 材 料特 点 ： 碳 是 六 方 结 构 的 晶 体 (石 墨 )， 共 价 键 结 合 ， 比 玻 璃 纤维 强 度 更 高 ， 弹 性 模 量 也 高 几 倍 ; 高 温 低 温 性 能 好 ; 很 高 的化 学 稳 定 性 、 导 电 性 和 低 的 摩 擦 系 数 ， 是 很 理 想 的 增 强 剂 ；脆 性 大 ， 与 树 脂 的 结 合 力 不 如 玻 璃 纤 维 ， 表 面 氧 化 处 理 可 改善 其 与 基 体 的 结 合 力 。类 别 与 应 用 ： 碳 纤 维 环 氧 树 脂 、 酚 醛 树 脂 和 聚 四 氟 乙 烯 等 得到 广 泛 应 用 ， 如 ： 宇 宙 飞 船 和 航 天 器 的 外 层 材 料 ， 人 造 卫 星和 火 箭 的 机 架 、 壳 体 ， 各 精 密 机 器 的 齿 轮 、 轴 承 以 及 活 塞 、密 封 圈 ， 化 工 容 器 和 零 件 等 。 硼 纤 维 树 脂 复 合 材 料特 点 ： 抗 压 强 度 和 剪 切 强 度 都 很 高 (优 于 铝 合 金 、 钛合 金 )， 且 蠕 变 小 、 硬 度 和 弹 性 模 量 高 ， 疲 劳 强 度 很高 ， 耐 辐 射 及 导 热 极 好 （ 硼 纤 维 比 强 度 与 玻 璃 纤 维相 近 ； 比 弹 性 模 量 比 玻 璃 纤 维 高 5倍 ； 耐 热 性 更 高 ） 。类 别 及 应 用 ： 硼 纤 维 环 氧 树 脂 、 聚 酰 亚 胺 树 脂 等 复合 材 料 多 用 于 航 空 航 天 器 、 宇 航 器 的 翼 面 、 仪 表 盘 、转 子 、 压 器 机 叶 片 、 螺 旋 浆 叶 的 传 动 轴 等 。 陶 瓷 基 复 合 材 料 碳 基 复 合 材 料 金 属 基 复 合 材 料金 属 陶 瓷 纤 维 增 强 金 属 基 复 合 材 料 细 粒 和 晶 须 增 强 金 属 基 复 合 材 料 金 属 陶 瓷 组 成 及 分 类 ： 金 属 （ 通 常 为 钛 、 镍 、 钴 、 铬 等及 其 合 金 ） 和 陶 瓷 （ 通 常 为 氧 化 物 、 碳 化 物 、 硼 化物 和 氮 化 物 等 )组 成 的 非 均 质 材 料 ， 是 颗 粒 增 强 型 的复 合 材 料 。 金 属 和 陶 瓷 按 不 同 配 比 组 成 工 具 材 料（ 陶 瓷 为 主 ） 、 高 温 结 构 材 料 （ 金 属 为 主 ） 和 特 殊性 能 材 料 。 性 能 及 应 用 ： 氧 化 物 金 属 陶 瓷 多 以 铬 为 粘 接金 属 ， 热 稳 定 性 和 抗 氧 化 能 力 较 好 , 韧 性 高 ， 做 高速 切 削 工 具 材 料 ， 还 可 做 高 温 下 工 作 的 耐 磨 件 , 如喷 嘴 、 热 拉 丝 模 以 及 耐 蚀 环 规 、 机 械 密 封 环 等 。 纤 维 增 强 金 属 基 复 合 材 料 类 别 ： 纤 维 材 料 ： 硼 纤 维 ， 碳 化 硅 纤 维 ， 氧 化 铝 纤 维 以 及高 强 度 金 属 丝 等 ； 基 体 材 料 ： 铝 及 铝 合 金 ， 镁 合 金 、 钛 合 金 和 镍 合 金等 。 特 点 及 应 用 ： 比 强 度 高 、 比 模 量 高 和 耐 高 温 ， 适 合 于 作 航 天 飞 机 主 舱 骨 架 支 柱 、 发 动 机 叶 片 、 尾翼 、 空 间 站 结 构 材 料 、 汽 车 构 件 、 保 险 杠 、 活 塞连 杆 、 自 行 车 车 架 、 体 育 运 动 器 械 细 粒 和 晶 须 增 强 金 属 基 复 合 材 料 组 成 ： 基 体 材 料 ： 铝 、 镁 和 钛 合 金 ； 增 强 材 料 ： 碳 化 硅 、 碳 化 硼 、 氧 化 铝 细 粒 或 晶 须 。 特 点 及 应 用 ： 极 高 的 比 强 度 和 比 模 量 ； 广 泛 应 用 于 军 工 行 业 ， 如 制 造 轻 质 装 甲 、 导 弹 飞 翼 、飞 机 部 件 、 汽 车 工 业 的 发 动 机 活 塞 、 制 动 件 、喷 油 嘴 件 等 也 有 使 用 。 工 程 塑 料 以 有 机 合 成 树 脂 为 主 要 组 成 的 高 分 子 材 料 ， 可在 加 热 、 加 压 条 件 下 塑 制 成 型 ， 故 称 为 塑 料