1、機械制造第九章第1頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 二、高分子材料的組成及結(jié)構(gòu) 1、組成元素 主要由C、H、O、N等輕元素組成，這就決定了高分子材料的比重較小約為 0.9-2.0 相當(dāng)于鋼鐵比重的1/4-1/7。 2、高分子材料的獲得 高分子材料是由高分子化合物組成。高分子化合物是由某些低分子化合物經(jīng)聚合反應(yīng)而獲得的。 高分子材料:是以高分子化合物為主要組分的材料。 化合物分子量小于500時稱為低分子化合物,分子量大于500的化合物稱為高分子化合物（高聚物）。 一般高分子化合物的分子量通常在103- 106。第2頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四

2、加聚反應(yīng) 簡單低分子 聚合反應(yīng) 高分子聚合物 縮聚反應(yīng)例如 nCH2=CH2加熱、壓力、催化劑 CH2 CH2 n 單體：凡是可以聚合成大分子鏈的低分子化合物都稱為單體。高分子聚合物是由無數(shù)個單體組成。 加聚反應(yīng)：不飽和鍵的單體，在一定條件下（加熱、加壓或催化劑）雙鍵被打開，各單體聚合起來連成一條大分子連，這種反應(yīng)叫加聚反應(yīng)。乙烯 聚乙烯 第3頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 聚合度（n）：鏈節(jié)的重復(fù)次數(shù)稱為聚合度。隨聚合度增加，其分子量增加，粘度、強度和硬度增加。 高聚物形成大分子連，由重復(fù)的鏈節(jié)構(gòu)成。 鏈節(jié)：大分子鏈中重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元稱為鏈節(jié)。聚合前是單體，聚合后單體

3、的雙鍵打開成為鏈節(jié)。 縮聚反應(yīng)：單體相互反應(yīng)結(jié)合成高分子化合物，同時生成其他低分子物質(zhì)（水、氨等）的反應(yīng)叫縮聚反應(yīng)。3、高聚物結(jié)構(gòu) nC6H5OH+nHCHO C6H3OHCH2 n+nH2O苯酚 甲醛 酚醛 水第4頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 高分子鏈的形狀：高分子化合物的結(jié)構(gòu)形狀有，線型、支鏈型、交聯(lián)型。 鏈節(jié)及鏈節(jié)內(nèi)原子間都以共價鍵結(jié)合，則長鏈之間由分子間力結(jié)合。第5頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 分子鏈的排列狀態(tài)：一部分規(guī)則排列，另一部分不規(guī)則排列。 分子鏈成規(guī)則排列的部分稱為晶區(qū)。聚合物中晶區(qū)所占的百分?jǐn)?shù)稱為結(jié)晶度，一般結(jié)晶型高聚

4、物的結(jié)晶度為30%-80% 。 高聚物的結(jié)晶度越高強度、剛度、熔點越高，耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性越好；但彈性、沖擊韌性將下降。第6頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四Tx 為脆化溫度；Tg為玻璃化溫度；Tf為粘流溫度；Td為分解溫度。 根據(jù)高聚物大分子鏈結(jié)構(gòu)和熱運動特點，線型無定形高聚物在不同溫度下表現(xiàn)出三種物理狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。 三、高聚物的物理狀態(tài)和性能第7頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 1、玻璃態(tài) 當(dāng)溫度Tg時高聚物表現(xiàn)為非晶態(tài)固體，象玻璃一樣，故稱玻璃態(tài)。 由于溫度低，高分子運動能量也低只能是鏈段和鏈節(jié)的微小熱振動以及鏈中鏈長和鏈角的

5、彈性變形，彈性變形量一般Tg時，高聚物在外力作用下可產(chǎn)生較大的可逆形變稱為高彈形變，故呈高彈態(tài)，也呈橡膠態(tài)。 形變量可達(dá)100%-1000% 。變形的產(chǎn)生和恢復(fù)要比普彈形變慢得多，高彈形變是由于大分子鏈段熱運動的結(jié)果，此時分子鏈可以在卷曲狀態(tài)和伸展?fàn)顟B(tài)之間。 當(dāng)溫度低于Tx （脆化溫度）時高分子鏈的柔性消失，高聚物變脆，失去使用價值。第9頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 3、粘流態(tài) 大分子鏈開始粘性流動的狀態(tài)。開始轉(zhuǎn)變粘流態(tài)的溫度稱粘流溫度，用Tf表示。 當(dāng)溫度 Tf時，高聚物成為粘態(tài)熔體，熔體流動產(chǎn)生不可逆的永久變形，這時，大分子鏈的熱運動以整鏈為運動單元，它是高聚物

6、成型加工的工藝狀態(tài)（注射、拉擠、模壓、吹塑成型等）。第10頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 四、高分子材料的性能特點 1、高分子材料通常有一定的強度和彈性。其比強度一般高于碳鋼，可以作為工程結(jié)構(gòu)材料用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 2、高分子材料以共價鍵結(jié)合，沒有自由電子，所以耐蝕性和絕緣性較好。 3、由于卷曲的大分子在聲、熱的作用下不易振動，具有隔熱、隔音和減振的特性。 4、高分子材料具有良好的可加工性，加溫加壓下可塑性極為優(yōu)良，可以通過擠壓、注射、沖壓、焊接、粘接、和切削加工等方法制成各種制品。 5、高分子材料與金屬材料相比強度不高；剛度較低；不耐高溫； 線膨脹系數(shù)大，是鋼鐵的10

7、倍；第11頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 五、高分子材料的老化及防止 高分子材料容易發(fā)生“老化”。在氧氣、陽光、受熱、機械力和微生物等長期作用下結(jié)構(gòu)組成發(fā)生變化，失去彈性，變硬變脆，出現(xiàn)龜裂。這種現(xiàn)象稱為老化。 防止方法：加入各種防老化劑，表面處理（噴涂或鍍上金屬）合理的使用和科學(xué)的管理。 第12頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 六、高分子化合物的命名 天然高分子化合物多用習(xí)慣俗稱命名如羊毛、蟲膠、骨膠等。人工合成的高分子化合物常用以下命名方法： 1、以組成化合物的單體名稱命名 簡單結(jié)構(gòu)：習(xí)慣于在單體名稱前面加“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲

8、醛等。 復(fù)雜結(jié)構(gòu)：習(xí)慣在單體后加樹脂二字。如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。合成高分子化合物都可稱為樹脂，如聚乙烯樹脂等。 2、以商品名稱命名 如聚酯的商品名稱是滌綸，酚醛樹脂稱電木，聚甲基丙烯酸甲脂稱有機玻璃。第13頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 一、塑料 （一）塑料的組成 塑料是以合成樹脂為基礎(chǔ)，在加入一些其他添加劑所組成。 1、合成樹脂 是塑料的主要成分，其含量占40100，對塑料的性能起決定作用。 2、添加劑 為了改善塑料的性能而加入的其他物質(zhì)。 添充劑（填料）： 主要起增強作用。例如木粉、石英粉、各種金屬粉末、棉布、石棉纖維及玻璃纖維等。 第二節(jié)常用高分子材料 高分子

9、材料包括塑料、橡膠、合成纖維、膠粘劑和涂料。這里只介紹塑料和橡膠。 第14頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 增塑劑：增加樹脂塑性和柔韌性的物質(zhì)。 穩(wěn)定劑：防止塑料在加熱成形過程和使用過程中不易分解，防止老化，延長使用壽命。 另外，根據(jù)不同要求，可以加入固化劑、發(fā)泡劑、阻燃劑，著色劑等。 第15頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 按受熱后表現(xiàn)的性質(zhì)分為： 熱塑性塑料：指受熱軟化、冷卻又變硬可以多次反復(fù)的塑料。受熱時結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生變化。 熱固性塑料：在一定溫度初次加熱時會軟化或熔融，并發(fā)生了結(jié)構(gòu)的變化，冷卻后塑料會固化成型，重新加熱時不會再軟化，軟化和

10、固化是不可逆的。 （二）塑料的分類 根據(jù)性能和應(yīng)用分為： 通用塑料： 產(chǎn)量大、用途廣、價格低的常用塑料。 工程塑料 ：具有類似金屬的機械性能、可以代替金屬材料制造機器零件或結(jié)構(gòu)件的塑料。 特種塑料 ：有特殊性能的塑料，如高耐蝕性，導(dǎo)磁塑料導(dǎo)電塑料、醫(yī)用塑料等。第16頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 1、熱塑性塑料 （1）聚酰胺（PA） 商品名尼龍，是最早發(fā)現(xiàn)的能承受載荷的熱塑性塑料，也是目前工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種工程塑料。 性能： 良好的綜合性能，特別是有較高的韌性，一定的強度，低的摩擦系數(shù)和良好的自潤滑性。熱穩(wěn)定性較差，有一定的吸水性。 用途：制造100 的輕載齒輪、

11、蝸輪、軸承、軸套等。（三）常用的工程塑料第17頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （2）聚甲醛（POM） 甲醛單體聚合制得。熔點175度，密度1.4，結(jié)晶度為70-80%。是繼聚酰胺之后發(fā)展起來的高結(jié)晶性的熱塑性塑料。 性能：具有優(yōu)良的綜合性能，疲勞強度在熱塑性塑料是最高的。有優(yōu)良的耐磨性和自潤滑性，可在-40100 長期工作，吸水性小，具有好的耐水、耐油、耐化學(xué)腐蝕性和電絕緣性，但熱穩(wěn)定性差。 用途：可代替有色金屬及其合金在汽車、機床、化工、農(nóng)機等部門制造軸承、齒輪、凸輪、管道等各種機械零件。第18頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （3）ABS塑

12、料 由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成的三元共聚物 ，又稱“塑料合金”。熔點217237度密度1.06。 性能：兼有丙烯腈的高硬度、高強度、耐油耐蝕；丁二烯的高彈性、高韌性；苯乙烯的絕緣性，著色性和成型加工性的優(yōu)點。質(zhì)堅、性韌、剛性大。但是它不耐高溫，不耐燃，耐氣候性也差。 用途： 制造齒輪、泵葉輪、軸承、方向盤、扶手等，電器工業(yè)中用作電訊器材、電話、收音機、電機外殼等。表面可以電鍍一層金屬，代替金屬部件。第19頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （4）聚四氟乙烯（F-4） 分子結(jié)構(gòu)中氟原子對稱分布，結(jié)晶度為55-75%，熔點為327 ，密度2.12.3。在氟塑料中

13、應(yīng)用最廣，產(chǎn)量最大，是結(jié)晶型熱塑性塑料， 性能：具有優(yōu)良的耐化學(xué)蝕性，不受任何化學(xué)試劑侵蝕，固有“塑料王” 之稱。它的熱穩(wěn)定性高，耐寒性好，可在-180250 長期使用。摩擦系數(shù)極低（0.04）并有自潤滑性，吸水性小，在潮濕條件下仍能保持良好的絕緣性，不易老化。但強度較低，加工成型性較差，在390 釋放有毒氣體，成本高。 用途：用作減磨密封零件，如熱墊圈、密封圈、自潤滑軸承等，化工用的耐蝕泵，反應(yīng)器，高頻電子儀器的高頻電纜等，醫(yī)療上制作人工心肺裝置，代用血管等。第20頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 (5）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）即有機玻璃 透光性、染色性優(yōu)異，是重

14、要的光學(xué)材料。以丙酮、氰化鈉、甲醛、碳酸作為原料，先制成甲基丙烯酸甲酯，再經(jīng)聚合反應(yīng)而成。密度1.18、是無機玻璃的一半。 性能：具有優(yōu)異的光學(xué)性能，透光率為92%，比普通玻璃（透光率為88% ）高。強度高于無機玻璃，抗破碎能力是無機玻璃的十倍。硬度低表面容易擦傷起毛，并溶于丙酮等有機溶劑，導(dǎo)熱性差，膨脹系數(shù)大使用溫度不超過80 。 用途：制造有一定透明度和強度要求的零件如油杯，窺孔玻璃，汽車，飛機的玻璃窗等。 第21頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （6）聚氯乙烯（PVC ） 由氯乙烯單體經(jīng)聚合反應(yīng)制得。熔點130150度，密度1.11.3。是最早生產(chǎn)的產(chǎn)品之一，是產(chǎn)

15、量大，成本低的通用塑料。 性能：化學(xué)穩(wěn)定性高，絕緣性好、阻燃、耐磨、具有消聲減振作用。成本低，加工容易，但耐熱性差，沖擊強度低，有一定毒性。配料不同可以作成硬質(zhì)和軟質(zhì)塑料。 用途：硬質(zhì)塑料機械強度高、耐蝕性好，主要用于化工設(shè)備和各種耐蝕容器，可以代替不銹鋼和鋁材。軟質(zhì)塑料主要用于制造人造革和塑料用于日常生活和農(nóng)業(yè)。第22頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （7）聚乙烯（PE） 由乙烯單體聚合反應(yīng)制得。分為高壓和低壓兩種。熔點130（低壓），密度0.940.96。因為用途廣，塑料中產(chǎn)量最大。 性能：高壓聚乙烯密度較低，質(zhì)地柔軟，長期使用溫度80。 低壓聚乙烯密度較高，質(zhì)地剛

16、硬，耐磨性、耐蝕性和絕緣性好。長期使用溫度100 用途：高壓用于薄膜、軟管等 低壓用于硬管、板材和小載荷的機械零件。第23頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 2. 熱固性塑料 （1）酚醛塑料（PF） 由酚類和醛類有機物反應(yīng)得到的樹脂（電木）。 性能：有一定的機械強度，剛度大，制品尺寸穩(wěn)定，良好的耐熱性，耐蝕性，良好的介電性能。 用途：機械工業(yè)中用它制造齒輪、凸輪、皮帶輪等。在電器工業(yè)中用它制造電器開關(guān)、插頭、收音機外殼等電器絕緣零件。 第24頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （2）氨基塑料 主要有脲甲醛塑料（UF）。由尿素和甲醛縮聚合成。 性能：與

17、酚醛塑料相似，但強度低，著色性好，表面光澤如玉，俗稱“電玉”，電絕緣性好。 用途：色彩鮮麗、外觀漂亮的裝飾品和各種電器絕緣件，日用器皿食具等。第25頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （3）環(huán)氧樹脂（EP） 分子中有環(huán)氧基結(jié)構(gòu)的線形高分子化合物，由環(huán)氧氯丙烷和雙酚A（二酚基丙烷）縮聚合成 。加入固化劑，經(jīng)固化后成為熱固性結(jié)構(gòu)。 性能：機械強度高，有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性；能耐各種酸、堿和溶劑的侵蝕，能耐大多數(shù)霉菌的浸蝕，在較寬的頻率范圍和溫度范圍內(nèi)有良好的電絕緣性。 用途：廣泛用于機械、電機、化工、航空、船舶、汽車、建材各行業(yè)。用于制造塑料模具、精密量具、絕緣器件等結(jié)構(gòu)

18、。也可用于制造壓層塑料、澆注塑料等。另外，對各種物質(zhì)有極好的粘附力，有“萬能膠”之稱，可以制造粘接劑。第26頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 二、橡膠 （一）橡膠的特性 高彈性：橡膠是一種具有高彈性的高分子材料,彈性可以超過100%直達(dá)到1000%。很好的絕緣性和不透氣，不透水性。常用作彈性材料、密封材料、減振防震材料和傳動材料。 （二）橡膠的組成 1、生膠 按原料來源可分為天然橡膠和合成橡膠(未經(jīng)硫化處理)。 2.橡膠添加劑 它是為了改善橡膠制品的各種性能而加入的物質(zhì)，主要有：硫化劑、硫化促進(jìn)劑、增塑劑、填充劑、防老劑。第27頁，共53頁，2022年，5月20日，2點

19、33分，星期四 （三）常用橡膠材料 分為天然橡膠和合成橡膠。 1、 天然橡膠 天然橡膠是從橡膠樹的膠乳制取的。 性能：天然橡膠有很好的彈性，彈性伸長率可高達(dá)1000%，在0-100 其回彈率可達(dá)85%以上。經(jīng)硫化處理后抗拉強度提高，耐磨性、耐蝕性、介電性、耐低溫性及加工工藝性都很好。 耐油和耐溶劑及耐臭氧老化性差，不耐高溫，使用溫度為-70-100 。 用途：制造輪胎、膠帶、膠管及膠鞋等第28頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 2、 合成橡膠 （1) 丁苯橡膠（SBR） 由丁二烯和苯乙烯共聚而成，約占合成橡膠的80%。 性能：耐磨性、耐熱性和抗老化性都很好，其耐磨性超過了

20、天然橡膠 。根據(jù)苯乙烯的百分含量主要有丁苯-10、丁苯-30、丁苯-50等，苯乙烯的含量越多橡膠的硬度、耐磨性、耐蝕性越高，但彈性和耐寒性越低。丁苯橡膠強度較低，成型性較差。通?？梢匀魏伪壤c天然橡膠混合使用。 用途：制造輪胎、膠管及膠鞋等第29頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 (2）順丁橡膠（BR） 是由丁二烯聚合而成. 性能：彈性是目前各種橡膠中最好的品種。耐磨性比天然橡膠高30%左右。耐寒性也好。但是加工性不好、抗撕裂性差。 用途：主要用于制作輪胎、三角帶、耐熱膠管、減震器剎車皮碗等。 （3）丁腈橡膠（NBR） 是丁二烯和丙烯腈的共聚物，是特種橡膠中產(chǎn)量最大的品種

21、。 性能：耐油性好、高的耐磨性、耐熱性、耐水性、氣密性、和抗老化性。但電絕緣性、耐寒性、耐酸性差。 用途：各種耐油制品，如耐油膠管、貯油槽、油封等。第30頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （4）氯丁橡膠（CR） 由氯丁二烯單體聚合而成，即可作通用橡膠又可作為特殊橡膠使用。 性能：斷裂強度高、延伸率大、彈性好、耐油、耐酸、耐熱、不燃燒、不透氣，有“萬能橡膠”之稱，但耐寒性差、密度大、成本高。 用途：制作高速運轉(zhuǎn)的三角皮帶、地下礦井的運輸帶、在400 以下使用的耐熱運輸帶。石油化工中輸送腐蝕物質(zhì)和輸油的膠管及各種墊圈。作金屬、皮革、木材、紡織品的膠粘劑，及海底電纜的絕緣層。

22、第31頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （5）硅橡膠 由二甲基硅氧烷與有機硅單體共聚而成，屬于特種橡膠。 性能：穩(wěn)定性高，耐高低溫和低溫，可在-100 350 范圍內(nèi)保持良好彈性。有良好的絕緣性和抗老化性。無毒、無味有較好的氣透性。但其強度較低和耐磨性較低，不耐酸、堿，價格貴。 用途：制造各種耐高、低溫的橡膠制品，如耐熱密封墊圈，耐高溫電線的絕緣層等。第32頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （6）氟橡膠 主鏈上和側(cè)鏈上即有碳原子也有氟原子的聚合物。 性能：由于含有鍵能很高的碳氟鍵，因此氟橡膠具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，在酸、堿、強氧化劑中的耐蝕能力居各

23、類橡膠之首。強度硬度較高，耐 高溫，耐油、耐老化性能也很好。但耐寒性、加工性較差，價格較貴。 用途：是軍工和尖端技術(shù)中的高級密封件、高真空密封件和化工設(shè)備中的里襯等不可少的重要橡膠材料。 第33頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 一、陶瓷的成分和結(jié)構(gòu) 1、主要成分：SiO2 Al2O3 ZrO2 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O PbO 等。還有人工合成的Si3N4 SiC BN等。 原料來自天然硅酸鹽礦如黏土、石英、長石、或人工合成的粒狀原料，包括氧化物、碳化物、氮化物等為原料，經(jīng)粉碎-配制-制坯-成型-燒結(jié)而制成，它是多相的固體材料。 第三節(jié)陶瓷材料 陶

24、瓷材料耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、絕緣性好，在現(xiàn)代工業(yè)中廣泛應(yīng)用。尤其是優(yōu)異的高溫性能，是其他才料不可比擬的。超耐熱合金最高使用溫度為1100，而陶瓷材料可以達(dá)到1600。第34頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 2、相結(jié)構(gòu) 陶瓷的顯微組織由晶相、玻璃相和氣相組成 （1）晶相 晶相是陶瓷的主要組成相，由離子鍵和共價鍵結(jié)合。 晶相通常具有氧化物結(jié)構(gòu)和硅酸鹽結(jié)構(gòu)。 氧化物結(jié)構(gòu)：尺寸較大的氧負(fù)離子構(gòu)成密排六方或面心立方，尺寸較小的金屬正離子填充在其空隙內(nèi)。 硅酸鹽結(jié)構(gòu)：四個氧原子構(gòu)成四面體，硅原子在其中心。第35頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （3）氣相

25、是陶瓷中的氣孔，它使陶瓷密度減小，強度降低，電擊穿能力下降，絕緣性能降低。故應(yīng)盡量降低氣孔率，普通陶瓷氣孔率為5%-10%，特種陶瓷氣孔率在5%以下。但是輕質(zhì)和保溫陶瓷要求密度小和絕熱性好時應(yīng)增加氣孔率，有時可高達(dá)60%。 （2）玻璃相 是一種非晶態(tài)相，主要玻璃相是SiO2。其作用是粘結(jié)分散的晶相，抑制晶相的晶粒長大， 降低燒結(jié)溫度和填充氣孔空隙等，但玻璃相的熔點低熱穩(wěn)定性差，故工業(yè)陶瓷中玻璃相控制在20%-40%。 第36頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 二、陶瓷的性能 硬而脆：一般具有很高的彈性模量和硬度。實際抗拉強度都較低，抗壓強度大于抗拉強度，沖擊韌性值很低，是

26、脆性材料。 耐高溫：陶瓷材料熔點高，在高溫下不氧化、抗蠕變能力強，適于作高溫材料。導(dǎo)熱率很低，熱脹系數(shù)較小，抗熱震能力低。 耐腐蝕： 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易老化，抗酸堿鹽的浸蝕，化學(xué)穩(wěn)定性較高。 絕緣性好：一般有良好的電絕緣性，少數(shù)陶瓷有半導(dǎo)體性能。第37頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 2、特種陶瓷 是采用人工合成的原料燒結(jié)成的現(xiàn)代陶瓷，具有特殊優(yōu)良的性能，如耐高溫陶瓷、高強度陶瓷、高耐磨陶瓷、耐蝕陶瓷、壓電陶瓷、介電陶瓷、光學(xué)陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷等。 按化學(xué)成分組成分：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和金屬陶瓷。 三、常用的陶瓷材料 1、普通陶瓷 是用天然原料燒結(jié)而

27、成的傳統(tǒng)陶瓷。種類多產(chǎn)量大質(zhì)地堅硬，耐1200 高溫，具有良好的耐蝕性、電絕緣性和加工成型性，成本低，但強度較低。 用途：日用陶瓷、電器、化工、建筑等工業(yè)部門。第38頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （1） 氧化鋁陶瓷（Al2O3） 性能：其強度高于普通陶瓷2-3倍，甚至5-6倍，抗拉強度可達(dá)250Mpa，硬度很高，可達(dá)HRC90，能在1600高溫下長期工作。耐磨性很高、耐蝕性強、良好的電絕緣性。但脆性大、抗熱震能力差。 用途： 制造高速切削刀具、內(nèi)燃機的火花塞、耐磨耐蝕的農(nóng)用水泵、石油化工用的密封環(huán)、高溫?zé)犭娕继坠?，各種耐磨零件，如金屬拉絲模，也是制造電爐和各種高溫爐

28、的良好材料。第39頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （2） 氮化硅陶瓷（Si3N4） 性能：Si3N4是共價鍵化合物，原子間結(jié)合很牢固，故化學(xué)穩(wěn)定性好，硬度高，其顯微硬度高達(dá)HV32000。加工性能好，成品精度高、燒結(jié)變形小，較高的強度，比重小摩擦系數(shù)只有，抗蝕性能好，其抗熱震能力是陶瓷中最強的。 用途：廣泛的用于農(nóng)業(yè)、化工、機械和國防尖端技術(shù)，主要用于制造耐高溫、耐蝕、耐磨而形狀復(fù)雜的零件如高速切削工具、高溫軸承和耐磨軸承，熱電偶套管等。第40頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （3） 碳化硅陶瓷（SiC） 性能：SiC也是共價鍵結(jié)合晶體，鍵能高

29、，很穩(wěn)定。高溫強度好，導(dǎo)熱性能好，抗熱震能力強耐磨性高，耐放射性元素的照射。 用途：可用于火箭尾噴管和噴嘴，澆注金屬的澆道口，制造熱交換器，核燃料的包裝密封材料等。第41頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （4） 氮化硼陶瓷（BN） 性能：BN 也是共價鍵晶體，六方結(jié)構(gòu)，具有良好的耐熱性，高溫絕緣性，在2000 仍是絕緣體。導(dǎo)熱性好，其導(dǎo)熱性與不銹鋼相當(dāng)，是良好的散熱材料。膨脹系數(shù)小，比金屬和其它陶瓷低得多。硬度較其它陶瓷低，可進(jìn)行切削加工，并有自潤滑性， 用途：制造熔煉半導(dǎo)體的坩堝，半導(dǎo)體散熱絕緣零件，高溫絕緣材料，高溫軸承，玻璃成型模具等，立方BN 可用于磨料和金屬切

30、削刀具。 BN 用堿金屬或堿土金屬為觸媒，在1500-2000，6000-9000MPa的壓力下轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎紹N，結(jié)構(gòu)牢固，硬度和金剛石相比，是優(yōu)良的耐磨材料。 第42頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 第四節(jié) 復(fù)合材料 用兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過不同工藝方法組合而成的多相材料稱復(fù)合材料。這里主要介紹各種纖維增強塑料和其它多層復(fù)合材料。復(fù)合材料自從60年代末開始發(fā)展以來，目前已有40000多種復(fù)合材料，幾乎在所有工業(yè)部門應(yīng)用，復(fù)合材料兼有其組成材料各自的優(yōu)點，基本性能特征是密度小、比強度和比剛度高、耐溫、耐燒蝕、抗輻射等。它們在高科技的領(lǐng)域中的應(yīng)用特別突出。 在發(fā)

31、達(dá)的工業(yè)國家，復(fù)合材料的發(fā)展正在以每年20%-40%的速度增長，超過任何一個技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展速度，其發(fā)展又促進(jìn)了其它幾乎所有技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，在國民經(jīng)濟中將起越來越重要的作用。第43頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 一、復(fù)合材料的種類 按基體材料分類： 金屬基復(fù)合材料；陶瓷基復(fù)合材料； 塑料基復(fù)合材料；橡膠基復(fù)合材料等。按增強體材料的形態(tài)分類： 粒子增強復(fù)合材料；纖維增強復(fù)合材料； 層疊復(fù)合材料等。 按復(fù)合材料用途分類： 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料；功能復(fù)合材料。這里主要介紹纖維增強塑料。第44頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四二、復(fù)合材料的性能 1、比強度和比模量

32、高 比強度和比模量是材料的強度或模量于密度之比。復(fù)合材料的比強度和比模量都很大，強度高重量輕。如碳纖維增強的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的比強度比鋼高七倍。這對于高速運動的零件，要求自重輕的運輸機械具有重大的意義。 2、抗疲勞性好 大多數(shù)金屬材料的疲勞極限是其抗拉強度的4050，而碳纖維增強的復(fù)合材料可達(dá)7080。 3、破損安全性好 復(fù)合材料中每平方厘米截面上有幾千幾萬根增強纖維，當(dāng)其中一部分纖維斷裂時，應(yīng)力會重新分布到未破壞的纖維上，致使零件不會造成突然斷裂。第45頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 三、常用復(fù)合材料及應(yīng)用 1玻璃纖維增強復(fù)合材料 只介紹玻璃纖維為增強體，樹脂為基體

33、的復(fù)合材料。 玻璃纖維：是人造的無機纖維。主要成分是SiO2和各種金屬氧化物，直徑為5-9m?？估瓘姸雀撸?，纖維越細(xì)，強度越高。比重小，是鋼的三分之一。柔軟如絲可以織布，耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性高，隔熱、吸聲電絕緣性能好、彈性模量大。 4、減震性好 機器結(jié)構(gòu)的自振頻率與材料的比模量的平方成正比。復(fù)合材料的比模量高，結(jié)構(gòu)的自振頻率高，避免與環(huán)境產(chǎn)生共振。第46頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （1）玻璃纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料 組成：是由20%40%的玻璃纖維和60%80%的熱塑性塑料組成。 性能：比強度高，一般優(yōu)于金屬材料。有良好的電絕緣性、耐蝕性和加工成型性。良好的低溫性能和低的熱膨脹系數(shù)，較高的沖擊韌性。 用途：在電機、機械、化工、汽車、航空、建筑、等工業(yè)大量用于制作要求重量輕強度高的受力受熱結(jié)構(gòu)件和絕緣件。第47頁，共53頁，2022年，5月20日，2點33分，星期四 （2）玻璃纖維熱固性樹脂復(fù)合材料 組成：由60%-70%的玻璃纖維和30%-40%的熱固性塑料（酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂塑料）組成。通常稱為玻璃鋼。 性能：密度小、強度高、比強度高于高強度鋼和鋁合金、鈦合金。耐蝕、隔音、絕緣、絕熱、易著色易成型，吸水性低，防磁、微波穿透性好。但剛度低，只有結(jié)構(gòu)鋼的1/5-