常用非金屬材料

1、第十章 非金屬材料分類：高分子材料分類：高分子材料 陶瓷材料陶瓷材料 復(fù)合材料復(fù)合材料第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料高分子材料l一、高分子材料的基本概念一、高分子材料的基本概念l高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。常稱常稱聚合物聚合物或或高聚物高聚物。l高分子化合物的分子量一般高分子化合物的分子量一般104 。l高分子化合物有天然的（如蠶絲、羊毛、天然橡高分子化合物有天然的（如蠶絲、羊毛、天然橡膠及淀粉、蛋白質(zhì)等），也有人工合成的。膠及淀粉、蛋白質(zhì)等），也有人工合成的。l工業(yè)用高分子材料主要是通過工業(yè)用高分子材料主要是通過加聚反應(yīng)加聚反應(yīng)和和縮聚反

2、縮聚反應(yīng)應(yīng)人工合成的。人工合成的。l1、高分子化合物的組成、高分子化合物的組成l由簡單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成。由簡單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成。如由乙烯合成聚乙如由乙烯合成聚乙烯烯: CH2=CH2+CH2=CH2+ -CH2-CH2-CH2-CH2- , CH2CH2 nl可簡寫成可簡寫成 n CH2=CH2 。 l組成聚合物的低分子化合物稱為組成聚合物的低分子化合物稱為單體單體。l聚合物的分子為很長的鏈條，稱為聚合物的分子為很長的鏈條，稱為大分子鏈大分子鏈。 CH2CH2 nl大分子鏈中重復(fù)結(jié)構(gòu)單元大分子鏈中重復(fù)結(jié)構(gòu)單元( (如聚乙烯中如聚乙烯中 ) )稱為稱為鏈節(jié)鏈節(jié)。 聚乙烯分子鏈聚乙烯分

3、子鏈l2 、高分子材料的分類、高分子材料的分類l 按用途按用途分塑料、橡膠、纖維、分塑料、橡膠、纖維、膠粘劑、涂料等。膠粘劑、涂料等。 l 按聚合物反應(yīng)類型按聚合物反應(yīng)類型分為加聚分為加聚物和縮聚物。物和縮聚物。 l 按聚合物的熱行為按聚合物的熱行為分為熱塑分為熱塑性聚合物和熱固性聚合物性聚合物和熱固性聚合物 四、工程高分子材料四、工程高分子材料 1、工程塑料、工程塑料 l塑料是在玻璃態(tài)下使用的高分子材料。塑料是在玻璃態(tài)下使用的高分子材料。在一定溫度、在一定溫度、壓力下可塑制成型，在常溫下能保持其形狀不變。壓力下可塑制成型，在常溫下能保持其形狀不變。l工程塑料概述工程塑料概述 l1）塑料的組成

4、）塑料的組成 l塑料是以樹脂為主要成分，加入塑料是以樹脂為主要成分，加入各種添加劑。各種添加劑。l樹脂是塑料的主要成分，對塑料樹脂是塑料的主要成分，對塑料性能起決定性作用。性能起決定性作用。塑料制品塑料制品l添加劑添加劑是為改善塑料某些性能而加入的物質(zhì)。是為改善塑料某些性能而加入的物質(zhì)。l填料填料主要起增強(qiáng)作用；主要起增強(qiáng)作用；l增塑劑增塑劑用于提高樹脂的可塑性和柔軟性；用于提高樹脂的可塑性和柔軟性；l固化劑固化劑用于使熱固性樹脂由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)；用于使熱固性樹脂由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)；l穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑用于防止塑料老化，延長其使用壽命；用于防止塑料老化，延長其使用壽命；l潤滑劑潤滑劑用

5、于防止塑料加工時(shí)粘在模具上用于防止塑料加工時(shí)粘在模具上, 使制品光亮；使制品光亮；l著色劑著色劑用于塑料制品著色。用于塑料制品著色。l其他的還有其他的還有發(fā)泡劑發(fā)泡劑、催化催化 劑劑、阻燃劑阻燃劑、抗靜電劑抗靜電劑等。等。 添加劑添加劑l2）塑料的分類）塑料的分類l按樹脂受熱時(shí)行為按樹脂受熱時(shí)行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料?？煞譃闊崴苄运芰虾蜔峁绦运芰稀?l按使用范圍按使用范圍可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。l通用塑料通用塑料產(chǎn)量大、價(jià)格低、用途廣。產(chǎn)量大、價(jià)格低、用途廣。 l工程塑料工程塑料力學(xué)性能高，耐熱、耐蝕性能好。力學(xué)性能高，耐熱、耐蝕性能好。

6、熱固性塑料制品熱固性塑料制品l3）塑料的性能特點(diǎn)）塑料的性能特點(diǎn)l塑料的優(yōu)點(diǎn)：塑料的優(yōu)點(diǎn)：l相對密度小相對密度小(一般為一般為0.9 2.3)；耐蝕性、電絕緣性、耐蝕性、電絕緣性、減摩、耐磨性好；減摩、耐磨性好；有消音有消音吸振性能吸振性能 。l塑料的缺點(diǎn)：塑料的缺點(diǎn)：l剛性差剛性差(為鋼鐵材料的為鋼鐵材料的1/1001/10)，強(qiáng)度低；，強(qiáng)度低；耐熱性耐熱性差、熱膨脹系數(shù)大（是鋼鐵的差、熱膨脹系數(shù)大（是鋼鐵的10倍）、導(dǎo)熱系數(shù)小倍）、導(dǎo)熱系數(shù)小(只有金屬的只有金屬的1/2001/600)；蠕變溫度低、易老化。蠕變溫度低、易老化。 l（2）常用工程塑料）常用工程塑料l1） 一般結(jié)構(gòu)用塑料一般結(jié)

7、構(gòu)用塑料l包括聚乙烯包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯、聚苯乙烯(PS)、聚、聚丙烯丙烯(PP)、ABS塑料和有機(jī)玻璃（塑料和有機(jī)玻璃（PMMA）等。）等。l聚丙烯聚丙烯具有優(yōu)良的綜合性能，可制造各種機(jī)械零件。具有優(yōu)良的綜合性能，可制造各種機(jī)械零件。lABS塑料塑料 “堅(jiān)韌、質(zhì)硬、剛性堅(jiān)韌、質(zhì)硬、剛性” ，應(yīng)用廣泛。，應(yīng)用廣泛。 PE波紋管波紋管PP方向盤方向盤ABS閥門閥門PS管管l聚酰胺聚酰胺又稱尼龍或綿綸，強(qiáng)度較高，耐磨、自潤滑性又稱尼龍或綿綸，強(qiáng)度較高，耐磨、自潤滑性好，廣泛用作機(jī)械、化工及電氣零件。好，廣泛用作機(jī)械、化工及電氣零件。l聚甲醛聚甲醛具有優(yōu)良的綜合

8、性能，廣泛用于汽車機(jī)床、化具有優(yōu)良的綜合性能，廣泛用于汽車機(jī)床、化工、電氣儀表、農(nóng)機(jī)等工業(yè)工、電氣儀表、農(nóng)機(jī)等工業(yè) 。尼龍管件尼龍管件PC擋風(fēng)板擋風(fēng)板l聚碳酸酯聚碳酸酯具有優(yōu)良的機(jī)械性具有優(yōu)良的機(jī)械性能，透明無毒，應(yīng)用廣泛。能，透明無毒，應(yīng)用廣泛。l2） 摩擦傳動(dòng)零件用塑料摩擦傳動(dòng)零件用塑料l包括聚酰胺包括聚酰胺(PA)、聚甲醛、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)等。等。密封件密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件聚四氟乙烯零件l聚四氟乙烯俗稱聚四氟乙烯俗稱“塑料王塑料王”，具有極優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)，具有極優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性以及優(yōu)越的電性能，

9、幾乎不受任何定性和熱穩(wěn)定性以及優(yōu)越的電性能，幾乎不受任何化學(xué)藥品的腐蝕，摩擦系數(shù)極低，只有化學(xué)藥品的腐蝕，摩擦系數(shù)極低，只有0.04。缺點(diǎn)。缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、加工性差。主要用于減摩密封件、化工是強(qiáng)度低、加工性差。主要用于減摩密封件、化工耐蝕件與熱交換器以及高頻或潮濕條件下的絕緣材耐蝕件與熱交換器以及高頻或潮濕條件下的絕緣材料。料。 l3）耐蝕用塑料）耐蝕用塑料l耐蝕用塑料主要有聚四氟乙耐蝕用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。聚丙烯等。l氯化聚醚的化學(xué)穩(wěn)定性僅次氯化聚醚的化學(xué)穩(wěn)定性僅次于聚四氟乙烯，但工藝性比于聚四氟乙烯，但工藝性比聚四氟乙烯好，成本低。在聚四氟乙

10、烯好，成本低。在化學(xué)工業(yè)和機(jī)電工業(yè)獲得廣化學(xué)工業(yè)和機(jī)電工業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，如化工設(shè)備零件、泛應(yīng)用，如化工設(shè)備零件、管道、襯里等。管道、襯里等。 氯化聚醚防腐蝶閥氯化聚醚防腐蝶閥 l4）耐高溫件用塑料）耐高溫件用塑料l有聚砜有聚砜(PSF)、聚苯醚、聚苯醚(PPO)、聚酰亞胺、聚酰亞胺(PI)及氟塑料等。及氟塑料等。l聚砜聚砜的熱穩(wěn)定性高是其的熱穩(wěn)定性高是其聚酰亞胺層壓板聚酰亞胺層壓板 最突出的特點(diǎn)。使用溫度達(dá)最突出的特點(diǎn)。使用溫度達(dá)150174。用于機(jī)械設(shè)。用于機(jī)械設(shè)備等工業(yè)。備等工業(yè)。l聚苯醚聚苯醚具有良好的綜合性能，用于機(jī)電等方面。具有良好的綜合性能，用于機(jī)電等方面。l聚酰亞胺聚酰亞胺在在2

11、60下可長期使用。主要用于特殊條件下可長期使用。主要用于特殊條件下使用的精密零件。下使用的精密零件。 l5）熱固性塑料）熱固性塑料l熱固性塑料是在樹脂中加入固化劑壓制成型而形成的熱固性塑料是在樹脂中加入固化劑壓制成型而形成的體形聚合物。體形聚合物。 l酚醛塑料是以酚醛樹脂為基，加入填料及其他添加劑酚醛塑料是以酚醛樹脂為基，加入填料及其他添加劑而制成。廣泛用于制作各種電訊器材和電木制品（如而制成。廣泛用于制作各種電訊器材和電木制品（如插座、開關(guān)等），耐熱絕緣部件及各種結(jié)構(gòu)件。插座、開關(guān)等），耐熱絕緣部件及各種結(jié)構(gòu)件。 電器配件電器配件2、合成橡膠、合成橡膠 l橡膠是以高分子化合物為基礎(chǔ)的具有高彈

12、性的材料。橡膠是以高分子化合物為基礎(chǔ)的具有高彈性的材料。l（1）橡膠的組成和性能特點(diǎn)）橡膠的組成和性能特點(diǎn) l工業(yè)用橡膠由生膠和橡膠配合劑組成。生膠無配合工業(yè)用橡膠由生膠和橡膠配合劑組成。生膠無配合劑并未經(jīng)硫化。橡膠配合劑有硫化劑、硫化促進(jìn)劑、劑并未經(jīng)硫化。橡膠配合劑有硫化劑、硫化促進(jìn)劑、防老劑、軟化劑、填充劑、發(fā)泡劑、著色劑等。防老劑、軟化劑、填充劑、發(fā)泡劑、著色劑等。l橡膠最大的特點(diǎn)是高彈性（橡膠最大的特點(diǎn)是高彈性（E約約1MPa）。橡膠有儲(chǔ)）。橡膠有儲(chǔ)能、耐磨、隔音、絕緣等性能。能、耐磨、隔音、絕緣等性能。 l（2）常用合成橡膠）常用合成橡膠l合成橡膠按用途和用量分為通用橡膠和特種橡膠合

13、成橡膠按用途和用量分為通用橡膠和特種橡膠，前者主要用于制作輪胎、運(yùn)輸帶、膠管、膠板、墊前者主要用于制作輪胎、運(yùn)輸帶、膠管、膠板、墊片、密封裝置等；片、密封裝置等；后者主要用于高低溫、強(qiáng)腐蝕、后者主要用于高低溫、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)輻射等特殊環(huán)境下工作的橡膠制品。強(qiáng)輻射等特殊環(huán)境下工作的橡膠制品。 密封圈密封圈膠管膠管輪胎輪胎l陶瓷材料是除金陶瓷材料是除金屬和高聚物以外屬和高聚物以外的無機(jī)非金屬材的無機(jī)非金屬材料通稱。料通稱。l工業(yè)上應(yīng)用的典型的傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品如陶瓷器、玻璃、工業(yè)上應(yīng)用的典型的傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品如陶瓷器、玻璃、水泥等。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)水泥等。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)

14、良的新型陶瓷。良的新型陶瓷。 l二、陶瓷材料的分類二、陶瓷材料的分類l1、按化學(xué)成分分類、按化學(xué)成分分類 l可將陶瓷材料分為可將陶瓷材料分為氧化物陶瓷氧化物陶瓷、碳化物陶瓷碳化物陶瓷、氮化物氮化物陶瓷陶瓷及及其它化合物陶瓷其它化合物陶瓷。導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電玻璃玻璃幕墻玻璃幕墻l2、按使用的原材料分類、按使用的原材料分類 l可將陶瓷材料分為可將陶瓷材料分為普通陶瓷普通陶瓷和和特種陶瓷特種陶瓷。l普通陶瓷普通陶瓷以天然的巖石、礦以天然的巖石、礦石、黏土等材料作原料。石、黏土等材料作原料。l特種陶瓷特種陶瓷采用人工合成的材采用人工合成的材料作原料。料作原料。 l3、按性能和用途分類、按性能和用途分類 l可

15、將陶瓷材料分為可將陶瓷材料分為結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷和和功能陶瓷功能陶瓷兩類。兩類。 陶瓷零件陶瓷零件三、常用工業(yè)陶瓷三、常用工業(yè)陶瓷 l1、普通陶瓷、普通陶瓷 l普通陶瓷是用粘土普通陶瓷是用粘土(Al2O32SiO22H2O)、長石、長石(K2OAl2O36SiO2，Na2OAl2O36SiO2)和石英和石英(SiO2)為原料，經(jīng)成型、燒結(jié)而成的陶瓷。為原料，經(jīng)成型、燒結(jié)而成的陶瓷。l其組織中主晶相為莫來石其組織中主晶相為莫來石(3Al2O32SiO2)，占，占2530%，玻璃相占，玻璃相占3560%，氣相占，氣相占13%。l普通陶瓷加工成型性好，普通陶瓷加工成型性好，成本低，產(chǎn)量大。成本低，產(chǎn)量

16、大。l除日用陶瓷、瓷器外，大除日用陶瓷、瓷器外，大量用于電器、化工、建筑、量用于電器、化工、建筑、紡織等工業(yè)部門。紡織等工業(yè)部門。 景德鎮(zhèn)瓷器景德鎮(zhèn)瓷器絕緣子絕緣子2、新型結(jié)構(gòu)陶瓷、新型結(jié)構(gòu)陶瓷l 氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷 l氧化鋁陶瓷以氧化鋁陶瓷以Al2O3為主要成分為主要成分, 含有少量含有少量SiO2的陶瓷，又稱高的陶瓷，又稱高鋁陶瓷。鋁陶瓷。Al2O3化工、耐磨陶化工、耐磨陶瓷配件瓷配件Al2O3密封、氣動(dòng)密封、氣動(dòng)陶瓷配件陶瓷配件l根據(jù)根據(jù)Al2O3含量不同分為含量不同分為75瓷瓷(含含75%Al2O3，又稱剛玉，又稱剛玉-莫來石瓷莫來石瓷)、95瓷和瓷和99瓷，后兩者又稱剛玉瓷。瓷，后

17、兩者又稱剛玉瓷。l氧化鋁陶瓷耐高溫性能好，可使用到氧化鋁陶瓷耐高溫性能好，可使用到1950。具有良。具有良好的電絕緣性能及耐磨性。微晶剛玉的硬度極高好的電絕緣性能及耐磨性。微晶剛玉的硬度極高(僅次僅次于金剛石于金剛石). 95瓷紡織件瓷紡織件99瓷紡織件瓷紡織件氧化鋁耐高溫噴嘴氧化鋁耐高溫噴嘴氧化鋁陶瓷轉(zhuǎn)心球閥氧化鋁陶瓷轉(zhuǎn)心球閥氧化鋁陶瓷密封環(huán)氧化鋁陶瓷密封環(huán)氧化鋁陶瓷坩堝氧化鋁陶瓷坩堝l氧化鋁陶瓷被廣泛用作耐火材料，如耐火磚、坩堝、氧化鋁陶瓷被廣泛用作耐火材料，如耐火磚、坩堝、熱偶套管，淬火鋼的切削熱偶套管，淬火鋼的切削刀具、金屬拔絲模，內(nèi)燃刀具、金屬拔絲模，內(nèi)燃機(jī)的火花塞，火箭、導(dǎo)彈機(jī)的火

18、花塞，火箭、導(dǎo)彈的導(dǎo)流罩及軸承等。的導(dǎo)流罩及軸承等。 l 氮化硅（氮化硅（Si3N4）陶瓷）陶瓷l氮化硅是由氮化硅是由Si3N4四面體組成的共四面體組成的共 價(jià)鍵固體。價(jià)鍵固體。l 氮化硅的制備與燒結(jié)工藝氮化硅的制備與燒結(jié)工藝l工業(yè)硅直接氮化：工業(yè)硅直接氮化：3Si+2N2Si3N4l二氧化硅還原氮化：二氧化硅還原氮化：3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO燒結(jié)工藝燒結(jié)工藝優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié) 燒結(jié)時(shí)幾乎沒有收縮，能燒結(jié)時(shí)幾乎沒有收縮，能得到復(fù)雜的形狀得到復(fù)雜的形狀 密度低，強(qiáng)度低，耐蝕密度低，強(qiáng)度低，耐蝕性差性差 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié) 用較少的助劑就能致密化，用較少的助劑就能

19、致密化，強(qiáng)度、耐蝕性最好強(qiáng)度、耐蝕性最好 只能制造簡單形狀，燒只能制造簡單形狀，燒結(jié)助劑使高溫強(qiáng)度降低結(jié)助劑使高溫強(qiáng)度降低 l 性能特點(diǎn)及應(yīng)用性能特點(diǎn)及應(yīng)用l氮化硅的強(qiáng)度、比強(qiáng)度、比模量高；硬度僅次于金氮化硅的強(qiáng)度、比強(qiáng)度、比模量高；硬度僅次于金剛石、碳化硼等；摩擦系數(shù)僅為剛石、碳化硼等；摩擦系數(shù)僅為0.10.2；熱膨脹系；熱膨脹系數(shù)小；抗熱震性大大高于其他陶瓷材料；化學(xué)穩(wěn)定數(shù)??；抗熱震性大大高于其他陶瓷材料；化學(xué)穩(wěn)定性高。性高。l熱壓燒結(jié)氮化硅用于熱壓燒結(jié)氮化硅用于形狀簡單、精度要求形狀簡單、精度要求不高的零件，如切削不高的零件，如切削刀具、高溫軸承等。刀具、高溫軸承等。Si3N4軸承軸承l(wèi)

20、反應(yīng)燒結(jié)氮化硅用于形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的反應(yīng)燒結(jié)氮化硅用于形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的零件，如機(jī)械密封環(huán)等。零件，如機(jī)械密封環(huán)等。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片氣閥等零件葉片氣閥等零件l 碳化硅（碳化硅（SiC）陶瓷）陶瓷l碳化硅是通過鍵能很高碳化硅是通過鍵能很高的共價(jià)鍵結(jié)合的晶體。的共價(jià)鍵結(jié)合的晶體。l碳化硅是用石英沙碳化硅是用石英沙(SiO2)加焦碳直接加熱加焦碳直接加熱至高溫還原而成至高溫還原而成：SiO2+3CSiC+2CO。l碳化硅的燒結(jié)工藝也有熱壓和反應(yīng)燒結(jié)兩種。由于碳碳化硅的燒結(jié)工藝也有熱壓和反應(yīng)燒結(jié)兩種。由于碳化硅表面有一層薄氧化膜，因此很難燒結(jié)，需添加燒化硅表面有一層薄氧化膜，因

21、此很難燒結(jié)，需添加燒結(jié)助劑促進(jìn)燒結(jié)，常加的助劑有硼、碳、鋁等。結(jié)助劑促進(jìn)燒結(jié)，常加的助劑有硼、碳、鋁等。常壓燒結(jié)碳化硅常壓燒結(jié)碳化硅l碳化硅的最大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度高，有很好的耐磨碳化硅的最大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度高，有很好的耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變性能，其熱傳導(dǎo)能力很強(qiáng)，損、耐腐蝕、抗蠕變性能，其熱傳導(dǎo)能力很強(qiáng)，僅次于氧化鈹陶瓷。僅次于氧化鈹陶瓷。 SiC密封件密封件l碳化硅陶瓷用于制造火箭碳化硅陶瓷用于制造火箭噴嘴、澆注金屬的喉管、噴嘴、澆注金屬的喉管、熱電偶套管、爐管、燃?xì)鉄犭娕继坠?、爐管、燃?xì)廨啓C(jī)葉片及軸承，泵的密輪機(jī)葉片及軸承，泵的密封圈、拉絲成型模具等。封圈、拉絲成型模具等。 SiC陶瓷件陶瓷件

22、SiC陶瓷件陶瓷件SiC軸承軸承l(wèi) 氧化鋯陶瓷氧化鋯陶瓷l氧化鋯的晶型轉(zhuǎn)變：立方相氧化鋯的晶型轉(zhuǎn)變：立方相 四方相四方相 單斜相。四單斜相。四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕喾浅Ｑ杆?，引起很大的體積變化，方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕喾浅Ｑ杆伲鸷艽蟮捏w積變化，易使制品開裂。易使制品開裂。ZrO2l在氧化鋯中加入某些氧化物在氧化鋯中加入某些氧化物(如如CaO、MgO、Y2O3等等)能形成穩(wěn)定立方固溶體，不再發(fā)生相變，具有這能形成穩(wěn)定立方固溶體，不再發(fā)生相變，具有這種結(jié)構(gòu)的氧化鋯稱為完全穩(wěn)定氧化鋯種結(jié)構(gòu)的氧化鋯稱為完全穩(wěn)定氧化鋯(FSZ)，其力，其力學(xué)性能低，抗熱沖擊性差。學(xué)性能低，抗熱沖擊性差。l減少加入的氧化物數(shù)量，減

23、少加入的氧化物數(shù)量，使部分氧化物以四方相的使部分氧化物以四方相的形式存在。由于這種材料形式存在。由于這種材料只使一部分氧化鋯穩(wěn)定，只使一部分氧化鋯穩(wěn)定，所以稱部分穩(wěn)定氧化鋯所以稱部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)。 l氧化鋯中四方相向單斜相的轉(zhuǎn)變可通過應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生。氧化鋯中四方相向單斜相的轉(zhuǎn)變可通過應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生。當(dāng)受到外力作用時(shí)，這種相變將吸收能量而使裂紋尖當(dāng)受到外力作用時(shí)，這種相變將吸收能量而使裂紋尖端的應(yīng)力場松弛，增加裂紋擴(kuò)展阻力，從而大幅度提端的應(yīng)力場松弛，增加裂紋擴(kuò)展阻力，從而大幅度提高陶瓷材料的韌性。高陶瓷材料的韌性。部分穩(wěn)定氧化鋯組織部分穩(wěn)定氧化鋯組織l部分穩(wěn)定氧化鋯的導(dǎo)熱率低，部分穩(wěn)定氧化

24、鋯的導(dǎo)熱率低，絕熱性好；熱膨脹系數(shù)大，絕熱性好；熱膨脹系數(shù)大，接近于發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的金屬，接近于發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的金屬，抗彎強(qiáng)度與斷裂韌性高，除抗彎強(qiáng)度與斷裂韌性高，除在常溫下使用外，已成為絕在常溫下使用外，已成為絕熱柴油機(jī)的主要侯選材料，熱柴油機(jī)的主要侯選材料，如發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)襯、推桿、如發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)襯、推桿、活塞帽、閥座、凸輪、軸承活塞帽、閥座、凸輪、軸承等。等。 部分穩(wěn)定氧化鋯制品部分穩(wěn)定氧化鋯制品氧化鋯制品氧化鋯制品氧化鋯油泵氧化鋯油泵氧化鋯柱塞氧化鋯柱塞氧化鋯拉線輪氧化鋯拉線輪氧化鋯球閥氧化鋯球閥部分穩(wěn)定氧化鋯噴涂層部分穩(wěn)定氧化鋯噴涂層增韌氧化鋯導(dǎo)輪芯軸增韌氧化鋯導(dǎo)輪芯軸第三節(jié) 復(fù)合材料 l

25、復(fù)合材料是由兩復(fù)合材料是由兩種或兩種以上化種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)或組織結(jié)學(xué)性質(zhì)或組織結(jié)構(gòu)不同的材料組構(gòu)不同的材料組合而成的材料。合而成的材料。 復(fù)合材料船體復(fù)合材料船體l復(fù)合材料是多相材料，主要包括復(fù)合材料是多相材料，主要包括基體相基體相和和增強(qiáng)相增強(qiáng)相。l基體相基體相是一種連續(xù)相，它把改善性能的增強(qiáng)相材料固是一種連續(xù)相，它把改善性能的增強(qiáng)相材料固l結(jié)成一體，并起結(jié)成一體，并起傳遞應(yīng)力的作用。傳遞應(yīng)力的作用。l增強(qiáng)相增強(qiáng)相起承受應(yīng)起承受應(yīng)力（力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）料）和顯示功能和顯示功能(功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料)的作用。的作用。 l一、復(fù)合材料的分類一、復(fù)合材料的分類l1、按基體材料分類

26、、按基體材料分類，可分為聚合，可分為聚合物基、陶瓷基和金屬基復(fù)合材料。物基、陶瓷基和金屬基復(fù)合材料。l 2、按增強(qiáng)相形狀分類、按增強(qiáng)相形狀分類，可分為纖可分為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、粒子增強(qiáng)復(fù)合材維增強(qiáng)復(fù)合材料、粒子增強(qiáng)復(fù)合材料和層狀復(fù)合材料。料和層狀復(fù)合材料。l 3、按復(fù)合材料的性能分類、按復(fù)合材料的性能分類，可分，可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。SiC顆粒顆粒Al2O3片片Al2O3纖維纖維增強(qiáng)相三種類型增強(qiáng)相三種類型l二、復(fù)合材料的特點(diǎn)二、復(fù)合材料的特點(diǎn)l1、比強(qiáng)度和比模量高、比強(qiáng)度和比模量高 其中纖維增強(qiáng)復(fù)其中纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的最高。合材料的最高。 l2、抗疲

27、勞性能好、抗疲勞性能好 碳纖維增強(qiáng)材料碳纖維增強(qiáng)材料 -1可可達(dá)達(dá) b的的7080%。因纖維對疲勞裂紋擴(kuò)。因纖維對疲勞裂紋擴(kuò)展有阻礙作用。展有阻礙作用。l3、減振性能良好、減振性能良好 復(fù)合材料中的大量界復(fù)合材料中的大量界面對振動(dòng)有反射吸收作用，不易產(chǎn)生共面對振動(dòng)有反射吸收作用，不易產(chǎn)生共振。振。l4、高溫性能好。、高溫性能好。增強(qiáng)劑常有較高的熔增強(qiáng)劑常有較高的熔點(diǎn)和高溫強(qiáng)度點(diǎn)和高溫強(qiáng)度。l5、斷裂安全性高。、斷裂安全性高。 應(yīng)力會(huì)迅速重新分應(yīng)力會(huì)迅速重新分布。布。比強(qiáng)度比較比強(qiáng)度比較碳纖維碳纖維 樹脂樹脂硼纖維硼纖維 樹脂樹脂玻璃纖維玻璃纖維 樹脂樹脂鈦鈦鋼鋼鋁鋁三、粒子與層狀增強(qiáng)復(fù)合材料三

28、、粒子與層狀增強(qiáng)復(fù)合材料 l1、粒子增強(qiáng)復(fù)合材料、粒子增強(qiáng)復(fù)合材料l粒子增強(qiáng)復(fù)合材料是將粒子高粒子增強(qiáng)復(fù)合材料是將粒子高度彌散地分布在基體中，使其度彌散地分布在基體中，使其阻礙導(dǎo)致塑性變形的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙導(dǎo)致塑性變形的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)(金屬基體金屬基體)和分子鏈運(yùn)動(dòng)和分子鏈運(yùn)動(dòng)(聚合聚合物基體物基體)。l這種復(fù)合材料是各向同性的。這種復(fù)合材料是各向同性的。 衛(wèi)星用顆粒增強(qiáng)鋁衛(wèi)星用顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料零件基復(fù)合材料零件l聚合物基粒子復(fù)合材料如酚聚合物基粒子復(fù)合材料如酚醛樹脂中摻入木粉的電木、醛樹脂中摻入木粉的電木、碳酸鈣粒子改性熱塑性塑料碳酸鈣粒子改性熱塑性塑料的鈣塑材料的鈣塑材料(合成木材合成木材)等。

29、等。l陶瓷基粒子復(fù)合材料如氧化陶瓷基粒子復(fù)合材料如氧化鋯增韌陶瓷等。鋯增韌陶瓷等。 粒子增強(qiáng)粒子增強(qiáng)SiC陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)鋁基泡沫復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)鋁基泡沫復(fù)合材料碳黑增強(qiáng)橡膠碳黑增強(qiáng)橡膠l金屬基粒子復(fù)合材料又稱金屬基粒子復(fù)合材料又稱金屬陶瓷，是由鈦、鎳、金屬陶瓷，是由鈦、鎳、鈷、鉻等金屬與碳化物、鈷、鉻等金屬與碳化物、氮化物、氧化物、硼化物氮化物、氧化物、硼化物等組成的非均質(zhì)材料。等組成的非均質(zhì)材料。l碳化物金屬陶瓷作為工具碳化物金屬陶瓷作為工具材料已被廣泛應(yīng)用，稱作材料已被廣泛應(yīng)用，稱作硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金通常。硬質(zhì)合金通常以以Co、Ni作為粘結(jié)劑，作為粘結(jié)劑，WC

30、、TiC等作為強(qiáng)化相。等作為強(qiáng)化相。 硬質(zhì)合金組織硬質(zhì)合金組織( (Co+WC)l硬質(zhì)合金主要有鎢鈷硬質(zhì)合金主要有鎢鈷(YG)和鎢鈷鈦和鎢鈷鈦(YT)兩類。牌號中，兩類。牌號中，YG后的數(shù)字為含后的數(shù)字為含Co量，量，YT后的數(shù)字為碳化后的數(shù)字為碳化鈦含量。鈦含量。l硬質(zhì)合金硬度極高，硬質(zhì)合金硬度極高，且熱硬性、耐磨性好，且熱硬性、耐磨性好，一般做成刀片，鑲在一般做成刀片，鑲在刀體上使用。刀體上使用。硬質(zhì)合金模具硬質(zhì)合金模具硬質(zhì)合金軸承刀具硬質(zhì)合金軸承刀具l2、層狀復(fù)合材料、層狀復(fù)合材料l層狀復(fù)合材料是指在層狀復(fù)合材料是指在基體中含有多重層片基體中含有多重層片狀高強(qiáng)高模量增強(qiáng)物狀高強(qiáng)高模量增強(qiáng)

31、物的復(fù)合材料。的復(fù)合材料。l這種材料是各向這種材料是各向異性的異性的(層內(nèi)兩層內(nèi)兩維同性維同性)。如碳。如碳化硼片增強(qiáng)鈦、化硼片增強(qiáng)鈦、膠合板等。膠合板等。層狀陶瓷復(fù)合材料斷口形貌層狀陶瓷復(fù)合材料斷口形貌三明治復(fù)合三明治復(fù)合l雙金屬、表面涂層等也是層狀復(fù)合材料。雙金屬、表面涂層等也是層狀復(fù)合材料。l結(jié)構(gòu)層狀材料根據(jù)材質(zhì)不同，分別用于飛機(jī)制造、結(jié)構(gòu)層狀材料根據(jù)材質(zhì)不同，分別用于飛機(jī)制造、運(yùn)輸及包裝等。運(yùn)輸及包裝等。 有有TiN涂層的涂層的高爾夫球頭高爾夫球頭層狀復(fù)合層狀復(fù)合鋁合金蜂窩夾層板鋁合金蜂窩夾層板四、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料四、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 l纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是指以各種金屬和非金屬作為基纖維

32、增強(qiáng)復(fù)合材料是指以各種金屬和非金屬作為基體，以各種纖維作為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料體，以各種纖維作為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料。l1、纖維增強(qiáng)復(fù)合原則、纖維增強(qiáng)復(fù)合原則l在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，纖維是材料主在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，纖維是材料主要承載組分，其增強(qiáng)效果主要取決于纖要承載組分，其增強(qiáng)效果主要取決于纖維的特征、纖維與基體間的結(jié)合強(qiáng)度、維的特征、纖維與基體間的結(jié)合強(qiáng)度、纖維的體積分?jǐn)?shù)、尺寸和分布。纖維的體積分?jǐn)?shù)、尺寸和分布。 碳纖維碳纖維l纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛性與纖維方向密切相關(guān)。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛性與纖維方向密切相關(guān)。l纖維無規(guī)排列時(shí)，纖維無規(guī)排列時(shí)，能獲得基本各向同性的復(fù)合材料。能獲得基

33、本各向同性的復(fù)合材料。均一方向的纖維使材料具有明顯的各向異性均一方向的纖維使材料具有明顯的各向異性。纖維采。纖維采用正交編織用正交編織，相互垂直的方向均具有好的性能。，相互垂直的方向均具有好的性能。纖維纖維采用三維編織采用三維編織，可獲得各方向力學(xué)性能均優(yōu)的材料。，可獲得各方向力學(xué)性能均優(yōu)的材料。 纖維在基體中的不同分布方式纖維在基體中的不同分布方式l2、纖維的種類和性能、纖維的種類和性能l玻璃纖維：玻璃纖維：用量最大、價(jià)格最用量最大、價(jià)格最便宜。便宜。l碳纖維：碳纖維：化學(xué)性能與碳相似。化學(xué)性能與碳相似。l硼纖維：硼纖維：耐高溫、強(qiáng)度、彈性耐高溫、強(qiáng)度、彈性模高。模高。l金屬纖維：金屬纖維：

34、成絲容易、彈性模成絲容易、彈性模量高。量高。l陶瓷纖維：陶瓷纖維：用于高溫、高強(qiáng)復(fù)用于高溫、高強(qiáng)復(fù)合材料。合材料。玻璃纖維玻璃纖維碳纖維碳纖維SiC纖維纖維l芳香族聚酰胺纖維芳香族聚酰胺纖維: 強(qiáng)度、彈性模量高，強(qiáng)度、彈性模量高，耐熱。耐熱。 l聚乙烯纖維聚乙烯纖維: 韌性極好，密度非常小韌性極好，密度非常小 。 l晶須：晶須：是直徑小于是直徑小于30 m，長度只有幾毫，長度只有幾毫米的針狀單晶體，斷面呈多角形米的針狀單晶體，斷面呈多角形, 是一種是一種高強(qiáng)度材料。高強(qiáng)度材料。l分為金屬晶須和陶瓷晶須。金屬晶須中分為金屬晶須和陶瓷晶須。金屬晶須中, Fe晶須已投入生產(chǎn)。工業(yè)生產(chǎn)的陶瓷晶晶須已投入生產(chǎn)。工業(yè)生產(chǎn)的陶瓷晶須主要是須主要是SiC晶須。晶須。 SiC晶須晶須l3、纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料l通常用碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維增強(qiáng)高分