常用工程材料

1、第三篇第三篇 常用工程材料常用工程材料 金屬材料金屬材料陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料 復(fù)合材料復(fù)合材料 功能材料概述（自學(xué)）功能材料概述（自學(xué)） 第二章 陶瓷材料傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷 特種陶瓷特種陶瓷 金屬陶瓷金屬陶瓷 1、傳統(tǒng)陶瓷、傳統(tǒng)陶瓷 日用陶瓷日用陶瓷建筑陶瓷建筑陶瓷電工陶瓷（高壓瓷）電工陶瓷（高壓瓷）化工陶瓷化工陶瓷原原料料長(zhǎng)石，石英，粘土，長(zhǎng)石，石英，粘土，高齡土，絹云母，高齡土，絹云母，滑石，石灰滑石，石灰加入加入MgOMgO，ZnOZnO，BaOBaO，CrCr2 2OO3 3等，提高強(qiáng)度；等，提高強(qiáng)度；加入加入AlAl2 2OO3 3 ，ZrOZrO2 2等，提高強(qiáng)度和熱

2、穩(wěn)定性；等，提高強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性；加入加入SiCSiC等，提高導(dǎo)熱性。等，提高導(dǎo)熱性。性性能能要要求求 白度，光潔度，熱白度，光潔度，熱穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度，穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性強(qiáng)度，熱穩(wěn)強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性定性強(qiáng)度，介電性能和強(qiáng)度，介電性能和熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性耐蝕性耐蝕性用用途途 日用器皿，工藝品日用器皿，工藝品藝術(shù)品等藝術(shù)品等地面，墻壁，地面，墻壁，管道，衛(wèi)生管道，衛(wèi)生潔具等潔具等隔電，支持及連接，隔電，支持及連接，絕緣器件絕緣器件實(shí)驗(yàn)器皿，實(shí)驗(yàn)器皿，耐熱容器，耐熱容器，管道，設(shè)備管道，設(shè)備2、特種陶瓷、特種陶瓷 氧化物陶瓷氧化物陶瓷 結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)：（1）熔點(diǎn)2000，（2）晶體相+少量

3、氣相（3）微晶強(qiáng)度粗晶（4）隨溫度升高，強(qiáng)度降低（1000以下，降低不大）（5）高溫不氧化AlAl2 2OO3 3高的強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度（抗壓高的強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度（抗壓2493MN/m2493MN/m2 2) )，高化學(xué)穩(wěn)定性和介電性能，高化學(xué)穩(wěn)定性和介電性能用途：用途： 工具，高溫爐零件，空壓機(jī)泵零件，內(nèi)燃機(jī)火花塞，坩堝。工具，高溫爐零件，空壓機(jī)泵零件，內(nèi)燃機(jī)火花塞，坩堝。致密致密真空陶瓷；多孔真空陶瓷；多孔絕熱材料；微晶剛玉（彎曲強(qiáng)度絕熱材料；微晶剛玉（彎曲強(qiáng)度5000MN/m5000MN/m2 2，HRA92-93HRA92-93，紅硬性，紅硬性12001200）工具工具ZrOZrO2 2呈弱

4、酸性或惰性，導(dǎo)熱系數(shù)小呈弱酸性或惰性，導(dǎo)熱系數(shù)小1.5-1.7kcal/mh1.5-1.7kcal/mh，使用溫度，使用溫度2000-22002000-2200，抗壓強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度2060MN/m2060MN/m2 2用途用途耐火坩堝，爐子和反應(yīng)堆的絕熱材料，金屬表面的防護(hù)涂層耐火坩堝，爐子和反應(yīng)堆的絕熱材料，金屬表面的防護(hù)涂層MgOMgOCaOCaO抗各種金屬堿性渣的作用，熱穩(wěn)定性差，抗各種金屬堿性渣的作用，熱穩(wěn)定性差，MgOMgO高溫易揮發(fā)，高溫易揮發(fā)，CaOCaO在在空氣中易水化空氣中易水化用途用途坩堝坩堝BeOBeO導(dǎo)熱性好（導(dǎo)熱性好（180kcal/mh180kcal/mh），熱穩(wěn)定

5、性較高，消散高能輻射的），熱穩(wěn)定性較高，消散高能輻射的能力強(qiáng)，熱中子阻尼系數(shù)大，強(qiáng)度低（抗壓強(qiáng)度（能力強(qiáng)，熱中子阻尼系數(shù)大，強(qiáng)度低（抗壓強(qiáng)度（785MN/m785MN/m2 2）用途用途熔化某些純金屬的坩堝，真空陶瓷和原子反應(yīng)堆用陶瓷熔化某些純金屬的坩堝，真空陶瓷和原子反應(yīng)堆用陶瓷TnOTnO2 2UOUO2 2高熔點(diǎn)，高密度，高放射性高熔點(diǎn)，高密度，高放射性用途用途熔化銠，鉑，銀等金屬之坩堝、電爐構(gòu)件（熔化銠，鉑，銀等金屬之坩堝、電爐構(gòu)件（TnOTnO2 2），反應(yīng)堆），反應(yīng)堆中的放熱元件（中的放熱元件（UOUO2 2）非氧化物陶瓷非氧化物陶瓷 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： (1) 高耐火度高耐火度

6、（2）高硬度（甚至接近于金剛石）和高的耐磨性）高硬度（甚至接近于金剛石）和高的耐磨性（3）脆性大）脆性大（4）抗氧化）抗氧化碳化物和硼化物碳化物和硼化物900-1000氮化物略低氮化物略低硅化物硅化物1300-1700） 碳化硅碳化硅彎曲強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度200-250MN/m200-250MN/m2 2，抗壓強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度1000-1500MN/m1000-1500MN/m2 2，硬度高，硬度高，抗氧化，不抗強(qiáng)堿?？寡趸?，不抗強(qiáng)堿。用途用途加熱元件，石墨的表面保護(hù)層，砂輪，磨料加熱元件，石墨的表面保護(hù)層，砂輪，磨料氮化硼氮化硼石墨類型六方結(jié)構(gòu)（白石墨）石墨類型六方結(jié)構(gòu)（白石墨）-介電體和耐火潤(rùn)滑劑

7、。介電體和耐火潤(rùn)滑劑。立方結(jié)構(gòu)（立方結(jié)構(gòu)（BN)BN)極高硬度，抗加熱溫度極高硬度，抗加熱溫度20002000，是金剛石，是金剛石的代用品。的代用品。 3、金屬陶瓷、金屬陶瓷金屬金屬+陶瓷組成的非均質(zhì)復(fù)合材料陶瓷組成的非均質(zhì)復(fù)合材料 相結(jié)構(gòu)與性能：相結(jié)構(gòu)與性能： 相結(jié)構(gòu)相結(jié)構(gòu)性能性能陶瓷相：陶瓷相：氧化物（氧化物（AlAl2 2OO3 3，ZrOZrO2 2，MgOMgO，BaOBaO等）等）碳化物（碳化物（TiCTiC，WCWC，SiCSiC）硼化物（硼化物（TiBTiB，ZrBZrB2 2，CrBCrB2 2）1.1.氮化物（氮化物（TiNTiN，BNBN，Si Si3 3N N4 4）硬

8、度高，耐火度高，耐蝕硬度高，耐火度高，耐蝕性強(qiáng)性強(qiáng) 熱穩(wěn)定性差，脆性大熱穩(wěn)定性差，脆性大金屬相金屬相: :1.1.（Ti Ti，CrCr，NiNi，CoCo）及其合金）及其合金熱穩(wěn)定性、韌姓好熱穩(wěn)定性、韌姓好易氧化，高溫強(qiáng)度不高易氧化，高溫強(qiáng)度不高、氧化物金屬基陶瓷、氧化物金屬基陶瓷結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)氧化鋁金屬黏合劑（氧化鋁金屬黏合劑（r r，e e，ii等）等）界面結(jié)合：界面結(jié)合：AlAl2 2OO3 3和和CrCr2 2OO3 3形成固形成固溶體溶體性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)（1 1）紅硬性（）紅硬性（12001200）（）抗氧化性（）高溫強(qiáng)度高）（）抗氧化性（）高溫強(qiáng)度高 （）脆性大（）熱穩(wěn)定性低（

9、）脆性大（）熱穩(wěn)定性低用途用途工具材料：（）硬材料加工（）快速加工（）高精度加工具材料：（）硬材料加工（）快速加工（）高精度加工（）大管件加工工（）大管件加工、碳化物基金屬陶瓷、碳化物基金屬陶瓷碳化物（，碳化物（，iCiC鐵族金屬（鐵族金屬（CoCo，NiNi等）等） WC-Co WC-Co，TiC-NiTiC-Ni(1)(1)硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 C-CoC-CoC-TiC-CoC-TiC-CoC-TiC-TaC-CoC-TiC-TaC-Co牌號(hào)牌號(hào) 6 6（6%Co6%Co）YT30YT30（30%TiC30%TiC）性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) Co%Co%，韌性和強(qiáng)，韌性和強(qiáng)度度，硬度和耐磨，硬度和耐

10、磨性略降性略降紅硬性高于紅硬性高于YGYG，韌性，強(qiáng)度略韌性，強(qiáng)度略低于低于YGYG兼具兼具YGYG，YTYT優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)用途用途 工具（切削鑄鐵、工具（切削鑄鐵、有色金屬和非金屬有色金屬和非金屬材料）材料）車(chē)，刨，銑車(chē)，刨，銑加工耐熱及合金加工耐熱及合金等難加工材料等難加工材料(2)(2)耐熱材料耐熱材料 iC-NiiC-Ni，CoCo，(Cr(Cr，MoMo，W)W)性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) 同硬質(zhì)合金相比碳化物含量下降，金屬含量升高，韌性同硬質(zhì)合金相比碳化物含量下降，金屬含量升高，韌性升高，熱穩(wěn)定性升高。升高，熱穩(wěn)定性升高。用途用途 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、葉片、渦輪盤(pán)等渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、葉片、渦

11、輪盤(pán)等第三章 高分子材料工程塑料工程塑料橡膠與合成纖維橡膠與合成纖維合成膠粘劑和涂料合成膠粘劑和涂料 高分子工程材料高分子工程材料： 高分子材料實(shí)際上是由高分子化合物經(jīng)過(guò)加工和加入添加物而制成的。 有機(jī)高分子化合物有天然與合成之分 如蛋白質(zhì)、淀粉及纖維是自然界中生長(zhǎng)的天然高分子化合物； 而塑料、合成纖維及合成橡膠則屬于人工合成的合成高分子材料。 高分子材料分類：高分子材料分類： 工程塑料、橡膠與合成纖維、合成膠粘劑和涂料 1、高分子工程材料概述、高分子工程材料概述高分子工程材料特性：高分子工程材料特性： 重量輕重量輕（1.02.0g/cm3） 鋼的1/81/4，普通陶瓷的 1/2 以下 高彈性

12、高彈性 彈性變形量大（1001000%） 一般金屬材料為 0.11%彈性模量低（220MN/） 一般金屬材料為 1032105MN/m2T 彈性模量 （T，彈性模量） 1. 拉伸時(shí)溫度升高 （金屬拉伸時(shí)溫度降低） 粘彈性粘彈性：應(yīng)變不隨作用力即時(shí)建立平衡，而有所滯后。 產(chǎn)生原因：鏈段的運(yùn)動(dòng)遇到困難，需要時(shí)間來(lái)調(diào)整構(gòu)象以適應(yīng)外力的要求。蠕變（卷曲纏結(jié) 伸直)應(yīng)力松弛（卷曲纏結(jié) 伸張交纏 拉應(yīng)力 自然卷曲 線型高聚物：隨時(shí)間延長(zhǎng)，可以依次產(chǎn)生普彈，高彈，流動(dòng)變形，應(yīng)力衰減至零。交聯(lián)高聚物：應(yīng)力只能衰減至某一有限值。滯后與內(nèi)耗 內(nèi)耗會(huì)導(dǎo)致高聚物溫度的升高，加速老化。內(nèi)耗能吸收震動(dòng)波，有利于高聚物的減

13、震波。塑性與受迫彈性塑性與受迫彈性軟化階段表現(xiàn)明顯塑性。屈服點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的屈服應(yīng)變較大（20%）（金屬材料1%），頸縮變形階段長(zhǎng)，以細(xì)頸擴(kuò)展的方式進(jìn)行。受迫彈性受迫彈性：外力的作用，促進(jìn)了分子鏈的運(yùn)動(dòng)，使分子鏈由卷曲形變?yōu)樯熘毙?，造成大的變形。在玻璃化的溫度下，因鏈段的運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，外力去除，變形不能回復(fù)。 強(qiáng)度低強(qiáng)度低（比金屬材料低很多）作為工程結(jié)構(gòu)材料使用的主要障礙之一（許多高聚物的比強(qiáng)度較高）理論值為實(shí)際值的1001000倍原因-結(jié)構(gòu)中存在缺陷（微裂紋，空洞，氣孔，雜質(zhì)，松散和不為均勻性） 斷裂及其影響因素?cái)嗔鸭捌溆绊懸蛩?硬脆類：硬脆類：彈性模量高，強(qiáng)度高，斷裂伸長(zhǎng)率很小（0.2%），發(fā)生完

14、全的脆性斷裂脆性斷裂。 如：聚苯乙烯，苯酚樹(shù)脂和脲醛樹(shù)脂（熱固性塑料） 強(qiáng)硬類：強(qiáng)硬類：彈性模量和強(qiáng)度較高，有小量的伸長(zhǎng)率（2%），脆性斷裂脆性斷裂（但局部斷面有流動(dòng)痕跡） 如：有機(jī)玻璃，硬聚氯乙烯，韌性聚苯乙烯等。 強(qiáng)韌類：強(qiáng)韌類：彈性模量和強(qiáng)度較高，伸長(zhǎng)率較大（100%），多發(fā)生韌性斷裂韌性斷裂。 如：軟聚氯乙烯，聚碳酸酯，聚甲醛，聚酰胺等。 柔韌類：柔韌類：彈性模量和屈服極限低，有一定的強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率很大（1000%）由于拉伸時(shí)分子鏈趨向于定向分布，出現(xiàn)結(jié)晶化細(xì)頸，多發(fā)生脆性斷裂脆性斷裂。 如：各種橡膠，高壓聚乙烯 軟弱類：軟弱類：彈性模量和強(qiáng)度都很低，但有一定的伸長(zhǎng)率，完全的完全的塑性斷

15、裂塑性斷裂。 如：天然橡膠 影響因素：影響因素：溫度、變形速度（粘彈性） 韌性韌性如：熱固性塑料 0.55KJ/，熱塑性 25KJ/i 非金屬材料中高聚物的韌性較好（源于塑性好）i僅為金屬的 1% 數(shù)量級(jí)（源于強(qiáng)度低） 提高高聚物的韌性提高高聚物的韌性提高強(qiáng)度提高強(qiáng)度 如： 不飽和聚脂樹(shù)脂-玻璃纖維增強(qiáng)-玻璃鋼 強(qiáng)度 4088MN/ 204340MN/ 韌性 1.082.16KJ/ 27162KJ/ 斷裂伸長(zhǎng) 0.52.0% 提高斷裂伸長(zhǎng)率提高斷裂伸長(zhǎng)率 如：橡膠與塑料機(jī)械共混橡膠塑料 減摩，耐摩性減摩，耐摩性摩擦系數(shù)低一般為0.20.4，有些為0.04自潤(rùn)滑性能較好，磨損率低。消音，減震能力

16、強(qiáng)。對(duì)工作條件及磨粒適應(yīng)性好。絕緣性好，低導(dǎo)熱性絕緣性好，低導(dǎo)熱性耐蝕性好耐蝕性好不發(fā)生電化學(xué)腐蝕化學(xué)穩(wěn)定性很高，耐水和無(wú)機(jī)試劑，耐酸和堿。（強(qiáng)共價(jià)鍵，官能團(tuán)少；卷曲纏結(jié)，暴露基團(tuán)少）如：聚四氟乙烯（塑料王）在沸騰的王水中也很穩(wěn)定。摩擦副材料摩擦副材料摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)摩擦副材料摩擦副材料摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)軟鋼軟鋼-軟鋼軟鋼030軟鋼軟鋼-硬鋼（油潤(rùn)滑）硬鋼（油潤(rùn)滑）008硬鋼硬鋼-硬鋼硬鋼015聚四氟乙烯聚四氟乙烯-聚四氟乙烯聚四氟乙烯004 耐熱性耐熱性高聚物對(duì)溫度升高時(shí)性能明顯降低的抵抗能力。高聚物對(duì)溫度升高時(shí)性能明顯降低的抵抗能力。與金屬相比高聚物的耐熱性是較低的。馬丁耐熱溫度：將標(biāo)準(zhǔn)式樣

17、（120 x15x10mm）置于馬丁耐熱儀中施加一定的靜彎應(yīng)力（5MN/），緩慢加熱，使試樣末端彎曲到指定大?。?mm）時(shí)的溫度。i 熱固性塑料的耐熱性比熱性塑性材料高熱塑性塑料：聚乙烯，聚氯乙烯，尼龍等 100以下熱固性塑料：酚醛塑料 130150耐高溫塑料：有機(jī)硅塑料 200300i提高高聚物的耐熱性的途徑增大主鏈的剛性（引入龐大的側(cè)基，增大鏈的內(nèi)旋阻力；引入環(huán)狀結(jié)構(gòu)等）增強(qiáng)分子間的作用力（形成交聯(lián)、氫鍵，引入強(qiáng)的極性基團(tuán)等）提高聚合物的結(jié)晶度以及加入填充劑、增強(qiáng)劑等。 老化老化 指高聚物在長(zhǎng)期使用或存放過(guò)程中，由于受到各種因素的作用，性能隨時(shí)間不斷變化，逐漸喪失使用價(jià)值的過(guò)程。如：橡膠變

18、脆，龜裂或變軟，發(fā)粘。塑料褪色，失去光澤和開(kāi)裂。 老化的原因老化的原因 降解大分子斷鏈或裂解，碎斷成小分子，分子量 強(qiáng)度，彈性，熔點(diǎn)，溶解度，粘度交聯(lián)分子鏈之間生成化學(xué)鍵，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 性能變硬，變脆 影響因素影響因素 內(nèi)因內(nèi)因結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)結(jié)構(gòu)弱點(diǎn) 化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu) 分子鏈結(jié)構(gòu)分子鏈結(jié)構(gòu) 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)外因外因物理因素物理因素 熱、光、輻射、應(yīng)力熱、光、輻射、應(yīng)力 如離子化輻射如離子化輻射聚乙烯交聯(lián)聚乙烯交聯(lián) 高聚物的輻射穩(wěn)定性：高聚物的輻射穩(wěn)定性： 聚苯乙烯聚苯乙烯聚乙烯聚乙烯聚氯乙烯聚氯乙烯聚丙烯腈聚丙烯腈聚三氟氯乙烯聚三氟氯乙烯聚四氟乙烯聚四氟乙烯化學(xué)因素化學(xué)因素 氧和臭氧氧和臭氧 水

19、水 酸酸 堿堿 如氧或臭氧與高聚物作用如氧或臭氧與高聚物作用-氧化鏈鎖反應(yīng)棗高聚物自加氧化鏈鎖反應(yīng)棗高聚物自加速地降解老化速地降解老化生物因素生物因素 微生物，昆蟲(chóng)等微生物，昆蟲(chóng)等 改進(jìn)方法改進(jìn)方法 表面保護(hù)：表面涂鍍一層金屬或防老化涂料。改進(jìn)高聚物的結(jié)構(gòu)：減少結(jié)構(gòu)中的弱點(diǎn)，提高穩(wěn)定性。加入防老化劑：消除外因影響下產(chǎn)生的游離基，或減低其活潑性組成與分類：組成與分類：塑料是在玻璃態(tài)使用的、具有可塑性的高分子材料。塑料是在玻璃態(tài)使用的、具有可塑性的高分子材料。它是以樹(shù)脂為主要組分，加入各種添加劑，可塑成型的它是以樹(shù)脂為主要組分，加入各種添加劑，可塑成型的材料。材料。 組分：組分： 樹(shù)脂：樹(shù)脂是塑料

20、的主要組分。它膠粘著塑料中的其它一切組樹(shù)脂：樹(shù)脂是塑料的主要組分。它膠粘著塑料中的其它一切組成部分，并使其具有成型性能。樹(shù)脂的種類、性質(zhì)以及它在塑成部分，并使其具有成型性能。樹(shù)脂的種類、性質(zhì)以及它在塑料中占有的比例大小，對(duì)塑性的性能起著決定性的作用。料中占有的比例大小，對(duì)塑性的性能起著決定性的作用。添加劑：按加入目的及作用的不同，添加劑：按加入目的及作用的不同， 有填料、增塑劑、固化劑、有填料、增塑劑、固化劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、著色劑等穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、著色劑等 分類：分類：按樹(shù)脂特性分：按樹(shù)脂特性分：（1 1）依樹(shù)脂受熱時(shí)的行為分為熱塑性塑料和熱固性塑料）依樹(shù)脂受熱時(shí)的行為分為熱塑性塑料和熱固性

21、塑料（2 2）依樹(shù)脂合成反應(yīng)的特點(diǎn)分為聚合塑料和縮合塑料）依樹(shù)脂合成反應(yīng)的特點(diǎn)分為聚合塑料和縮合塑料按塑料的應(yīng)用范圍分通用塑料、工程塑料、特種塑料按塑料的應(yīng)用范圍分通用塑料、工程塑料、特種塑料2、工程塑料、工程塑料塑料制品的成型與加工塑料制品的成型與加工成型方法：注射成型法、壓制成型、澆鑄成型、抗壓成型、吹塑成型、真空成型等加工： 機(jī)械加工、塑料的連接、塑料制品的表面處理性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：相對(duì)密度??；耐蝕性能好；電絕緣性能好；減摩、耐磨性能好；有消音吸震性；剛性差；乃熱性低；膨脹系數(shù)大、熱導(dǎo)率小；蠕變溫度低；有老化現(xiàn)象；在某些溶劑中會(huì)發(fā)生溶脹或應(yīng)力開(kāi)裂。常見(jiàn)工程塑料常見(jiàn)工程塑料常見(jiàn)熱塑性塑料

22、 聚酰胺、聚甲醛（POM）、聚砜（PSF）、聚碳酸酯（PC）、ABS塑料等； 常見(jiàn)熱固塑性塑料（經(jīng)過(guò)固化處理）酚醛塑料、環(huán)氧塑料（EP）等應(yīng)用：應(yīng)用：可以作為：一般構(gòu)件、普通傳動(dòng)零件、摩擦零件、耐蝕零件、電器零件橡膠組成：橡膠是以高分子化合物為基礎(chǔ)的、具有顯著高彈性的材料。以生膠為原料加入適量的配合劑而形成的高分子彈性體。性能特點(diǎn)：橡膠最顯著的性能特點(diǎn)是具有高彈性主要表現(xiàn)為在較小的外力作用下就能產(chǎn)生很大的變形，切當(dāng)外力去除后又能很快恢復(fù)到近似原來(lái)的狀態(tài)；另一個(gè)表現(xiàn)為其宏觀彈性變形量可高達(dá)100%1000%。優(yōu)良的伸縮性和可貴的積儲(chǔ)能量的能力，良好的耐磨性、絕緣性、隔音性和阻尼性，一定的強(qiáng)度和硬

23、度。成為常用的彈性材料、密封材料、減震防震材料、傳動(dòng)材料、絕緣材料。3、橡膠與合成纖維、橡膠與合成纖維分類：按原料來(lái)源可分為天然橡膠和合成橡膠兩大類；天然橡膠是橡樹(shù)上流出的乳膠加工而制成的；合成橡膠是通過(guò)人工合成制得的，具有與天然橡膠相近性能的一類高分子材料。按應(yīng)用范圍又可分為通用橡膠與特種橡膠兩類。通用橡膠是指用于制造輪胎、工業(yè)用品、日常用品的量大面廣的橡膠，特種橡膠是指用于制造在特殊條件（高溫、低溫、酸、堿、油、輻射等）下使用的零部件的橡膠。常用的橡膠材料：天然橡膠：從天然植物中采集出來(lái)的一種以聚異戊二烯為主要成分的天然高分子化合物。性能特點(diǎn)：它具有較高的彈性、較好的力學(xué)性能、良好的電絕緣

24、性及耐堿性，是異類綜合性能較好的橡膠。缺點(diǎn)是耐油、耐溶膠較差，耐臭氧老化性差，不耐高溫及濃強(qiáng)酸。用途：主要用于制造輪胎、膠帶、膠管等。通用合成橡膠：丁苯橡膠：是由丁二烯和苯乙烯共聚而成的。其耐磨性、耐熱性、耐油、抗老化性均比天然橡膠好，并能以任意比例與天然橡膠混用，價(jià)格低廉。主要用于制造汽車(chē)輪胎、膠帶、膠管等。順丁橡膠：是由丁二烯聚合而成。其彈性、耐磨性、耐熱性、耐寒性均優(yōu)于天然橡膠，是制造輪胎的優(yōu)良材料。主要用于制作輪胎、膠帶、彈簧、減震器、電絕緣制品等。氯丁橡膠：是由氯丁二烯聚合而成。不僅具有可與天然橡膠比擬的高彈性、高絕緣性、較高強(qiáng)度和高耐堿性，而且具有天然橡膠和一般通用橡膠所沒(méi)有的優(yōu)良

25、性能。應(yīng)用廣泛，既可作通用橡膠，又可作特種橡膠。由于其耐燃燒，故可用于制桌礦井的運(yùn)輸帶、膠管、電纜；也可作告訴三角帶及各種墊圈等。乙丙橡膠：是由乙烯與丙烯共聚而成。具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗老化能力強(qiáng)，絕緣性、耐熱性、耐寒性好，在酸、堿中耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。主要用于制作輪胎、蒸汽膠管，耐熱運(yùn)輸帶、高壓電線管套等。特種合成橡膠：丁腈橡膠：是由丁二烯與丙烯腈聚合而成。其耐油性好、耐熱、耐燃燒、耐磨、耐堿、耐有機(jī)溶劑、抗老化。主要用于制作耐油制品，如油箱、貯油槽、輸油管等。硅橡膠：是由二甲基硅氧烷與其它有機(jī)硅單體共聚而成。具有 高耐熱性和耐寒性，在100350攝氏度范圍內(nèi)保持良好彈性，抗老化能力強(qiáng)、絕緣性好。主要

26、用于飛機(jī)和宇航中的密封件、薄膜、膠管和耐高溫的電線和電纜等。氟橡膠：是以碳原子為主鏈，含有氟原子的聚合物。其化學(xué)穩(wěn)定性高、耐蝕性能居各類橡膠之首，耐熱性好，最高使用溫度為300攝氏度。主要用于國(guó)防和高技術(shù)中的密封件，如火箭、導(dǎo)彈的密封圈及化工設(shè)備中的襯里等。 合成纖維 定義：凡能保持長(zhǎng)度比本身直徑大100倍的均勻條狀或絲狀的高分子材料均稱纖維。 分類：可分為天然纖維和化學(xué)纖維。 化學(xué)纖維又可分為人造纖維和合成纖維。人造纖維是用自然界的纖維加工而成，如叫“人造絲”、“人造棉”的粘膠纖維和硝化纖維、醋酸纖維等合成纖維是以石油、煤、天然氣為原料制成的。合成纖維的品種：滌綸：又叫的確良，具有高強(qiáng)度、耐

27、磨、耐蝕，易洗快干等優(yōu)點(diǎn)，是很好的衣料纖維。尼龍：在我國(guó)又稱棉綸，其強(qiáng)度大、耐磨性好、彈性好，主要缺點(diǎn)是耐光性差。腈綸：在國(guó)外叫奧綸、開(kāi)米司綸，它柔軟、輕盈、保暖，有人造羊毛之稱。維綸：維綸的原料易得，成本低，性能與棉花相似且強(qiáng)度高；缺點(diǎn)是彈性較差，織物易皺。丙綸：是后期之秀，發(fā)展快，纖維以輕、牢、耐磨著稱；缺點(diǎn)是可染性差，且曬易老化。氯綸：難燃、保暖、耐曬、耐磨，彈性也好，由于染色性差，熱收縮大，限制了它的應(yīng)用。 合成膠粘劑 特點(diǎn):用膠粘劑把物品連接在一起的方法叫膠接,也叫粘接. 整個(gè)膠接面都能承受載荷,因此強(qiáng)度較高,而且應(yīng)力分布均勻,你面了應(yīng)力集中,耐疲勞強(qiáng)度好. 可連接不同種類的材料,而

28、且可用于薄型零件脆性材料以及微型零件的連接. 膠接結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕,表面光滑美觀. 具有密封作用,而且膠粘劑電絕緣性好,可以防止金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕. 膠接工藝簡(jiǎn)單,操作方便.4、合成粘膠劑和涂料、合成粘膠劑和涂料組成:膠粘劑又叫粘結(jié)劑膠合劑或膠.有天然膠粘劑和合成膠粘劑之分,也可分為有機(jī)膠粘劑和無(wú)機(jī)膠粘劑.主要組成：除基料(一種或幾種高聚物)外,尚有固化劑填料增塑劑增韌劑稀釋劑促進(jìn)劑和著色劑.常用膠粘劑環(huán)氧膠粘劑 改性酚醛膠粘劑 聚氨酯膠粘劑-氰丙烯酸酯膠 掩氧膠 無(wú)機(jī)膠粘劑 涂料 作用 涂料即為通常說(shuō)的油漆,是一種有機(jī)高分子膠體的混合溶液,涂在物體表面上能干結(jié)成膜. 保護(hù)作用 避免外力碰傷、摩擦,

29、也防止大氣、水等的腐蝕. 裝飾作用 使制品表面光滑美觀. 特殊作用 可做標(biāo)志用,如管道、氣瓶和交通標(biāo)志牌等。船底漆可防止微生物駙著,保護(hù)船體光滑,減少行進(jìn)阻力. 另外還有絕緣涂料、導(dǎo)電涂料、抗紅外線涂料、吸收雷達(dá)涂料、示溫涂料以及醫(yī)院手術(shù)室用的殺菌涂料等。組成：粘結(jié)劑：粘結(jié)劑是涂料的主要成膜物質(zhì)，它決定了涂層的性質(zhì)。過(guò)去主要使用油料，現(xiàn)在使用和策劃能夠樹(shù)脂。顏料：顏料也是涂膜的組成部分，它不僅是涂料著色，而且能提高涂膜的強(qiáng)度、耐磨性、耐久性和防銹能力。溶劑：溶劑用以稀釋涂料，便于加工，干結(jié)后揮發(fā)。其他輔助材料：如催化劑、增塑劑、固化劑、穩(wěn)定劑等。常用涂料 酚醛樹(shù)涂料 、氨基樹(shù)脂涂料 、醇酸樹(shù)脂

30、涂料 、聚氨脂涂料 、有機(jī)硅涂料 。第四章 復(fù)合材料工程塑料工程塑料橡膠與合成纖維橡膠與合成纖維合成膠粘劑和涂料合成膠粘劑和涂料火箭殼體材料對(duì)射程的影響火箭殼體材料對(duì)射程的影響 1、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能復(fù)合材料定義：復(fù)合材料定義：兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）復(fù)合材料的特點(diǎn)復(fù)合材料的特點(diǎn)可綜合發(fā)揮各種組分材料的優(yōu)點(diǎn)可按需要進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)和制造可制成所需形狀的產(chǎn)品，并可避免多重加工工序。復(fù)合材料的基本結(jié)構(gòu)模式：復(fù)合材料的基本結(jié)構(gòu)模式：復(fù)合材料由基體基體和增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑兩個(gè)組分構(gòu)成：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通常一個(gè)相為連續(xù)相，稱為基體

31、基體；而另一相是一以獨(dú)立的形態(tài)分布在整個(gè)基體中的分散相，這種分散相的性能優(yōu)越，會(huì)使材料的性能顯著改善和和增強(qiáng)，稱為增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑（增強(qiáng)相、增強(qiáng)體）。增強(qiáng)劑（相）一般較基體硬，強(qiáng)度、模量較基體大，或具有其它特性。增強(qiáng)劑（相）可以是纖維狀、顆粒狀或彌散狀。增強(qiáng)劑（相）與基體之間存在著明顯界面。復(fù)合材料的分類按增強(qiáng)材料的形態(tài)顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料晶須增強(qiáng)復(fù)合材料短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料編織復(fù)合材料層狀復(fù)合材料按增強(qiáng)纖維種類玻璃纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料有機(jī)纖維復(fù)合材料金屬纖維復(fù)合材料陶瓷纖維復(fù)合材料 按基體材料 聚合物基復(fù)合材料 金屬基復(fù)合材料 無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料 按用

32、途 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料 功能復(fù)合材料復(fù)合材料的基本性能高比強(qiáng)度、高比模量（剛度）： 良好的高溫性能：復(fù)合材料可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)使用，同時(shí)其使用溫度均高于復(fù)合材料基體。目前聚合物基復(fù)合材料的最高耐溫上限為350 C；金屬基復(fù)合材料按不同的基體性能，其使用溫度在350 1100 C范圍內(nèi)變動(dòng)；陶瓷基復(fù)合材料的使用溫度可達(dá)1400C；碳碳復(fù)合材料的使用溫度最高，可高達(dá)2800C。良好的尺寸穩(wěn)定性： 加入增強(qiáng)體到基體材料中可以使其熱膨脹系數(shù)明顯下降。通過(guò)改變復(fù)合材料中增強(qiáng)體的含量，可以調(diào)整復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。例如在石墨纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料中，當(dāng)石墨纖維的含量達(dá)到48%時(shí)，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)為零，即在

33、溫度變化時(shí)其制品不發(fā)生熱變形。這對(duì)人造衛(wèi)星構(gòu)件非常重要。 良好的化學(xué)穩(wěn)定性： 聚合物基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料具有良好的抗腐蝕性 良好的抗疲勞、蠕變、 沖擊和斷裂韌性：由于增強(qiáng)體的加入，復(fù)合材料的抗疲勞、蠕變、 沖擊和斷裂韌性等性能得到提高，特別是陶瓷基復(fù)合材料的脆性得到明顯改善 良好的功能性能：包括 光、電、磁、熱、燒蝕、摩擦及潤(rùn)滑等性能。 性能特點(diǎn)： 比強(qiáng)度、比模量大 耐疲勞性能好 減震性好 過(guò)載安全性好 具多種功能 耐燒蝕性好 良好的摩擦性能（包括摩阻特性和減摩特性） 高度的電絕緣性能 優(yōu)良的耐腐蝕性能 特殊的光、電、磁學(xué)性能2、聚合物基復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料玻璃纖維增強(qiáng)塑料玻璃纖維

34、增強(qiáng)塑料玻璃鋼玻璃鋼 增強(qiáng)劑：玻璃纖維（SiO2+其他氧化物）性能：比強(qiáng)度和比模量高（如40%玻璃纖維增強(qiáng)尼龍的強(qiáng)度大于鋁合金），耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性好，電絕緣性較好熱塑性玻璃鋼 粘結(jié)劑：熱塑性樹(shù)脂尼龍、聚烯烴類、聚苯乙烯類、(熱塑性聚脂，聚碳 酸脂)機(jī)械性能、介電性能、耐熱性和抗衰老性能較好 性能：（與基體材料相比） i 強(qiáng)度和疲勞性能提高2-3倍以上 ii 沖擊韌性提高2-4倍(脆性材料) iii 蠕變抗力提高2-5倍 熱固性玻璃鋼（GFRP）粘結(jié)劑：熱固性樹(shù)脂酚醛樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂，有機(jī)硅樹(shù)脂 性能：輕，比強(qiáng)度高(高于銅合金和鋁合金，有高于合金鋼)，耐蝕性好,介電性能優(yōu)越,成型

35、性能良好 剛度較差，易老化，易蠕變用途：用途：玻璃纖維/尼龍-軸承，軸承架，齒輪；玻璃纖維/聚苯乙烯汽車(chē)內(nèi)裝飾制品，機(jī)殼碳纖維增強(qiáng)塑料碳纖維增強(qiáng)塑料 增強(qiáng)劑：碳纖維（石墨）高強(qiáng)度、高彈性模量且2000以上保持不變；-180不變脆。 普通碳纖維b=5001000MN/m2，E=2000070000MN/m2； 高模量碳纖維b=1500MN/m2，E= 150000MN/m2，比強(qiáng)度比模量是耐熱纖維中最高的 碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料：碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料： 基體環(huán)氧樹(shù)脂，酚醛樹(shù)脂，聚四氟乙烯性能普遍優(yōu)于玻璃鋼： 比鋁輕，比鋼強(qiáng)，E 比鋁合金和鋼大，疲勞強(qiáng)度高，沖擊韌性高，耐水和濕氣，化學(xué)穩(wěn)定性高，摩擦系數(shù)

36、小，導(dǎo)熱性好，耐X射線， 纖維和樹(shù)脂粘結(jié)力不夠，各向異性大，耐高溫性能有差距 用途： 航天材料飛行器，火箭外層材料，天線支架，殼體，機(jī)架 齒輪，軸承，活塞，密封圈，化工容器硼纖維增強(qiáng)塑料硼纖維增強(qiáng)塑料 增強(qiáng)劑：硼纖維硼纖維沉積于鎢絲 金屬硼+WB晶體(芯) d=915m，b=27503140MN/m2，E=382600392400MN/m2（=4倍玻纖），=0.70.8%硼纖維樹(shù)脂復(fù)合材料硼纖維樹(shù)脂復(fù)合材料 基體環(huán)氧樹(shù)脂，聚苯并咪唑，聚酰亞胺樹(shù)脂性能：抗壓強(qiáng)度為碳纖維復(fù)合材料的22.5倍，剪切強(qiáng)度高，蠕變小，硬度和彈性模量高，高疲勞強(qiáng)度（340390MN/m2），耐輻射，化學(xué)穩(wěn)定（水，有機(jī)溶劑

37、，燃料，潤(rùn)滑劑），導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能好（硼纖維是半導(dǎo)體）。 應(yīng)用：航空和宇航材料，如：翼面，儀表盤(pán)，轉(zhuǎn)子，壓氣機(jī)葉片，直升機(jī)螺旋槳葉的傳動(dòng)軸等聚合物復(fù)合材料聚合物復(fù)合材料FRP在波音在波音B-777上的應(yīng)用上的應(yīng)用 聚合物復(fù)合材料聚合物復(fù)合材料FRP 在導(dǎo)彈火箭上的應(yīng)用在導(dǎo)彈火箭上的應(yīng)用 聚合物復(fù)合材料聚合物復(fù)合材料FRP 在導(dǎo)彈火箭上的應(yīng)用在導(dǎo)彈火箭上的應(yīng)用 芳綸增強(qiáng)復(fù)合材料芳綸聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺kavlar纖維Kavlar-49增強(qiáng)纖維b=28003700MPa；（高于碳纖維）1.45g/cm3；（比碳纖維輕15，比玻璃纖維輕45）具耐熱性，分解溫度高達(dá)560熱膨脹系數(shù)低，耐疲勞性高，富

38、有強(qiáng)韌性，易加工增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂用于：航天飛機(jī)、宇航器的某些高壓容器、雷達(dá)天線罩 性能特點(diǎn)： 高比強(qiáng)度、高比模量 導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能 熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好 良好的高溫性能 耐磨性好 良好的疲勞性能和斷裂韌性 不吸潮、不老化、器密性好3、金屬基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料碳纖維金屬?gòu)?fù)合材料碳纖維金屬?gòu)?fù)合材料 基體金屬(主要為熔點(diǎn)較低的金屬或合金，如碳纖/鋁錫合金) 性能特點(diǎn)：接近于金屬熔點(diǎn)仍有很好的強(qiáng)度和彈性模量) 用途：碳纖/鋁錫合金高強(qiáng)度高級(jí)軸承（減磨性能優(yōu)于鋁錫合金）硼纖維金屬?gòu)?fù)合材料硼纖維金屬?gòu)?fù)合材料 基體鋁鎂及其合金，鈦及其合金 性能：如鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度、彈性模量、疲勞極限高于高強(qiáng)鋁合金和

39、耐熱鋁合金，比強(qiáng)度高于鋼和鈦合金 . 應(yīng)用：航空、火箭 金屬纖維復(fù)合材料金屬纖維復(fù)合材料增強(qiáng)纖維高熔點(diǎn)金屬：鎢、鉬絲 金屬金屬/金屬：金屬：基體鎳合金，鈦合金 提高合金的高溫強(qiáng)度和彈性模量，塑性和韌性較好，用于飛機(jī)構(gòu)件美國(guó)航天飛機(jī)Bf/Al主承力桁架 連續(xù)纖維/金屬基復(fù)合材料應(yīng)用的最著名例子就是美國(guó)航天飛機(jī)主倉(cāng)承力桁架、（原）蘇聯(lián)航天飛機(jī)“暴風(fēng)雪號(hào)”級(jí)間連接環(huán)均使用了Bf/Al復(fù)合材料。美國(guó)航天飛機(jī)主倉(cāng)承力桁架使用Bf/Al，減輕了結(jié)構(gòu)重量145公斤。 陶瓷材料用高強(qiáng)度、高模量的纖維或晶須增強(qiáng)后，可大幅度提高其高溫強(qiáng)度和韌性同時(shí)具有陶瓷材料的優(yōu)異特性強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗氧化、高溫下耐磨損

40、性好、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良、熱膨脹系數(shù)和密度小。碳纖維碳復(fù)合材料碳纖維碳復(fù)合材料 性能：強(qiáng)度和沖擊韌性比石墨高5-10倍，剛度高，耐磨性，化學(xué)穩(wěn)定性好，尺寸穩(wěn)定性好。用途：高溫技術(shù)，化工和核反應(yīng)裝置1.航天航空材料，導(dǎo)彈鼻錐，飛船的前緣，超音速飛機(jī)制動(dòng)裝置4、陶瓷基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料 C/C復(fù)合材料在航天飛機(jī)上應(yīng)用部位示意圖復(fù)合材料在航天飛機(jī)上應(yīng)用部位示意圖 固體發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖固體發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 碳碳/ /碳復(fù)合材料碳復(fù)合材料碳纖維陶瓷復(fù)合材料碳纖維陶瓷復(fù)合材料 碳纖/石英玻璃性能特點(diǎn)：抗彎強(qiáng)度提高了約12倍，沖擊韌性提高了約40倍，熱穩(wěn)定性也非常好碳纖/碳化硅、碳化硅纖維/碳化硅性能特

41、點(diǎn)： 1700、1200 保持20h的抗拉強(qiáng)度，有較好抗壓性能和較高的層間剪切強(qiáng)度，斷裂延伸率較一般陶瓷高，耐輻射效率高，可有效降低表面溫度，極好的抗氧化、抗開(kāi)裂性能。航天飛機(jī)高溫區(qū)隔熱板金屬纖維金屬纖維陶瓷復(fù)合材料復(fù)合材料增強(qiáng)纖維高熔點(diǎn)金屬：鎢、鉬絲 基體-氧化鋁，氧化鋯 改善陶瓷脆性和抗拉能力，用作高溫結(jié)構(gòu)材料。 第五章 功能材料概述（自學(xué)）（一）功能材料的概念（一）功能材料的概念功能材料是指具有特殊的電、磁、光、熱、聲、功能材料是指具有特殊的電、磁、光、熱、聲、力、化學(xué)性能和生物性能及其轉(zhuǎn)化的功能，用力、化學(xué)性能和生物性能及其轉(zhuǎn)化的功能，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息和能量的感受、計(jì)測(cè)、顯示控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)

42、信息和能量的感受、計(jì)測(cè)、顯示控制和轉(zhuǎn)化為主要的非結(jié)構(gòu)性高新材料。和轉(zhuǎn)化為主要的非結(jié)構(gòu)性高新材料。1、功能材料的特點(diǎn)與分類、功能材料的特點(diǎn)與分類（二）功能材料的特點(diǎn)（二）功能材料的特點(diǎn)多功能化多功能化如如NiTi合金，既具有形狀記憶功能，又具有結(jié)構(gòu)材料的超彈性。合金，既具有形狀記憶功能，又具有結(jié)構(gòu)材料的超彈性。 材料形態(tài)的多樣性材料形態(tài)的多樣性同一成分的材料形態(tài)不同時(shí)，常會(huì)呈現(xiàn)不同的功能。同一成分的材料形態(tài)不同時(shí)，常會(huì)呈現(xiàn)不同的功能。如如Al2O3陶瓷材料陶瓷材料拉成單晶時(shí)為人造寶石拉成單晶時(shí)為人造寶石燒結(jié)成多晶時(shí)常用作集成電路基板材料、透光陶瓷等；燒結(jié)成多晶時(shí)常用作集成電路基板材料、透光陶瓷等

43、；多孔質(zhì)化時(shí)是催化劑的良好載體與過(guò)濾材料；多孔質(zhì)化時(shí)是催化劑的良好載體與過(guò)濾材料；纖維化時(shí)為良好的絕熱保溫材料。纖維化時(shí)為良好的絕熱保溫材料。 材料與元件一體化材料與元件一體化功能材料則以元件形式為最終產(chǎn)品（結(jié)構(gòu)材料常以結(jié)構(gòu)形式為功能材料則以元件形式為最終產(chǎn)品（結(jié)構(gòu)材料常以結(jié)構(gòu)形式為最終產(chǎn)品）。最終產(chǎn)品）。制造與應(yīng)用的高技術(shù)性，性能與質(zhì)量的高精密性及高穩(wěn)制造與應(yīng)用的高技術(shù)性，性能與質(zhì)量的高精密性及高穩(wěn)定性定性1.為了賦予材料與元件的特定性能，需要嚴(yán)格控制材料成分（如為了賦予材料與元件的特定性能，需要嚴(yán)格控制材料成分（如高純度或超高純度要求、微量元素或特種添加劑含量等）和內(nèi)高純度或超高純度要求、

44、微量元素或特種添加劑含量等）和內(nèi)部結(jié)構(gòu)及表面質(zhì)量，這往往需進(jìn)行特殊制備與處理工藝。部結(jié)構(gòu)及表面質(zhì)量，這往往需進(jìn)行特殊制備與處理工藝。 （三）功能材料的分類（三）功能材料的分類 電功能材料電功能材料 指利用材料的電學(xué)性能和各種電效應(yīng)等電功能的材料。指利用材料的電學(xué)性能和各種電效應(yīng)等電功能的材料。 分為導(dǎo)電材料、電阻材料和電接點(diǎn)材料。分為導(dǎo)電材料、電阻材料和電接點(diǎn)材料。 磁功能材料磁功能材料 指利用材料的磁性能和磁效應(yīng)（電磁互感效應(yīng)、壓磁效應(yīng)、磁光指利用材料的磁性能和磁效應(yīng)（電磁互感效應(yīng)、壓磁效應(yīng)、磁光效應(yīng)、磁阻及磁熱效等）實(shí)現(xiàn)對(duì)能量及信息轉(zhuǎn)換、傳遞、調(diào)制、效應(yīng)、磁阻及磁熱效等）實(shí)現(xiàn)對(duì)能量及信息轉(zhuǎn)

45、換、傳遞、調(diào)制、存儲(chǔ)、檢測(cè)等功能作用的材料。存儲(chǔ)、檢測(cè)等功能作用的材料。 按成分不同分為金屬磁性材料（含金屬間化合物）和鐵氧體（氧按成分不同分為金屬磁性材料（含金屬間化合物）和鐵氧體（氧化物磁性材料）；化物磁性材料）； 按磁性能不同軟磁材料和硬磁材料。按磁性能不同軟磁材料和硬磁材料。 熱功能材料熱功能材料 指利用材料的熱學(xué)性能及其熱效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)某種功能的一類材料。指利用材料的熱學(xué)性能及其熱效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)某種功能的一類材料。 按性能分為膨脹材料、測(cè)溫材料、形狀記憶材料、熱釋電材料、按性能分為膨脹材料、測(cè)溫材料、形狀記憶材料、熱釋電材料、熱敏材料、隔熱材料等。熱敏材料、隔熱材料等。 光功能材料光功能材料

46、 按照材質(zhì)分為光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)塑料等；按照材質(zhì)分為光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)塑料等； 按用途可分為固體激光器材料、信息顯示材料、光纖、隱形材料按用途可分為固體激光器材料、信息顯示材料、光纖、隱形材料等。等。 2、功能材料簡(jiǎn)介、功能材料簡(jiǎn)介（一）電功能材料（一）電功能材料 導(dǎo)電材料；電阻材料；電接點(diǎn)材料導(dǎo)電材料；電阻材料；電接點(diǎn)材料（二）磁功能材料（二）磁功能材料 軟磁材料；硬磁材料（永磁材料）；信息磁材料；特殊軟磁材料；硬磁材料（永磁材料）；信息磁材料；特殊功能磁性材料功能磁性材料（三）熱功能材料（三）熱功能材料 膨脹材料；形狀記憶材料；測(cè)溫材料；隔熱材料膨脹材料；形狀記憶材料；測(cè)溫材料

47、；隔熱材料（四）光功能材料（四）光功能材料 固體激光器材料；信息顯示材料；光纖材料固體激光器材料；信息顯示材料；光纖材料（五）其它功能材料（五）其它功能材料 貯氧材料；傳感器用敏感功能材料；隱形功能材料；智貯氧材料；傳感器用敏感功能材料；隱形功能材料；智能材料；功能梯度材料能材料；功能梯度材料（一）電功能材料（一）電功能材料導(dǎo)電材料導(dǎo)電材料用來(lái)制造傳輸電能的電線電纜及傳導(dǎo)信息的導(dǎo)線引線與用來(lái)制造傳輸電能的電線電纜及傳導(dǎo)信息的導(dǎo)線引線與布線的功能材料。布線的功能材料。主要功能要求：具有良好的導(dǎo)電性，有時(shí)還要求一定的主要功能要求：具有良好的導(dǎo)電性，有時(shí)還要求一定的強(qiáng)度、彈性、韌性或耐熱、耐蝕等性能

48、。強(qiáng)度、彈性、韌性或耐熱、耐蝕等性能。主要包括：常用導(dǎo)電金屬材料、膜（薄膜或厚膜）導(dǎo)體主要包括：常用導(dǎo)電金屬材料、膜（薄膜或厚膜）導(dǎo)體布線材料、導(dǎo)電高分子材料、超導(dǎo)材料等。布線材料、導(dǎo)電高分子材料、超導(dǎo)材料等。（1）膜（薄膜或厚膜）導(dǎo)體布線材料）膜（薄膜或厚膜）導(dǎo)體布線材料（2）導(dǎo)電高分子材料）導(dǎo)電高分子材料 導(dǎo)電高分子材料具有類似金屬的電導(dǎo)率，且由于具有輕導(dǎo)電高分子材料具有類似金屬的電導(dǎo)率，且由于具有輕質(zhì)、柔韌、耐蝕、電阻率可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)、柔韌、耐蝕、電阻率可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。導(dǎo)電高分子材料按導(dǎo)電原理可分為結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子及復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料按導(dǎo)電原理可分為結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子及復(fù)合型導(dǎo)電高分子材

49、料。導(dǎo)電高分子材料。 （3）超導(dǎo)電材料）超導(dǎo)電材料 有些導(dǎo)體的直流電阻率，在某一低溫陡降為零，有些導(dǎo)體的直流電阻率，在某一低溫陡降為零，被稱為零電阻或超導(dǎo)電現(xiàn)象。被稱為零電阻或超導(dǎo)電現(xiàn)象。 超導(dǎo)體有電阻時(shí)被稱為超導(dǎo)體有電阻時(shí)被稱為“正常態(tài)正常態(tài)”，而處于零電阻時(shí)，而處于零電阻時(shí)被稱為被稱為“超導(dǎo)態(tài)超導(dǎo)態(tài)”。 導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度，即電阻突變?yōu)榱銓?dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度，即電阻突變?yōu)榱愕臏囟确Q為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度或臨界溫度的溫度稱為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度或臨界溫度Tc 。 超導(dǎo)體在臨界溫度超導(dǎo)體在臨界溫度Tc以下，不僅具有完全導(dǎo)電性（零以下，不僅具有完全導(dǎo)電性（零電阻），還具有完全抗磁性，即置于

50、外磁場(chǎng)中的超導(dǎo)電阻），還具有完全抗磁性，即置于外磁場(chǎng)中的超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零。體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零。 使超導(dǎo)體從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)的最低磁場(chǎng)強(qiáng)度和最使超導(dǎo)體從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)的最低磁場(chǎng)強(qiáng)度和最小電流密度，分別稱之為臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度小電流密度，分別稱之為臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度Hc臨界電流密臨界電流密度度Jc。 零電阻及完全抗磁性是超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特征。零電阻及完全抗磁性是超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特征。 理想的超導(dǎo)材料應(yīng)有高的理想的超導(dǎo)材料應(yīng)有高的Tc、Hc、Jc值，而且要易于加值，而且要易于加工成絲。工成絲。 超導(dǎo)材料有元素超導(dǎo)體（例如超導(dǎo)材料有元素超導(dǎo)體（例如Nb和和Pb）、合金超導(dǎo)體（如）、合金超導(dǎo)

51、體（如NbTi及及 NbZr合金）、化合物超導(dǎo)體（如合金）、化合物超導(dǎo)體（如Nb3Sn和和V3Ga）;有金有金屬超導(dǎo)體、高分子超導(dǎo)體、陶瓷超導(dǎo)體。屬超導(dǎo)體、高分子超導(dǎo)體、陶瓷超導(dǎo)體。 由于一般超導(dǎo)體材料均具有由于一般超導(dǎo)體材料均具有Tc低的特點(diǎn)，研制高溫超導(dǎo)材料就成低的特點(diǎn)，研制高溫超導(dǎo)材料就成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。1987年起，超導(dǎo)材料臨界溫度年起，超導(dǎo)材料臨界溫度Tc提高到提高到77K，高溫超導(dǎo)材料經(jīng)歷了四代：高溫超導(dǎo)材料經(jīng)歷了四代：第一代鑭系，如第一代鑭系，如LaCuBa氧化物，氧化物， Tc=91K第二代釔系，如第二代釔系，如YBaCu氧化物氧化物第三代鉍系，如第三代鉍系

52、，如BiSrCaCu氧化物，氧化物， Tc=114120K第四代鉈系，如第四代鉈系，如TiCaBaCu氧化物，氧化物， Tc=122125K1990年發(fā)明的一種不含銅的釩系復(fù)合氧化物其年發(fā)明的一種不含銅的釩系復(fù)合氧化物其Tc已達(dá)已達(dá)132K 超導(dǎo)材料的主要應(yīng)用超導(dǎo)材料的主要應(yīng)用 零電阻特性的應(yīng)用，如制造超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器等；零電阻特性的應(yīng)用，如制造超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器等； 高磁場(chǎng)特性的應(yīng)用，如磁流體發(fā)電、磁懸浮列車(chē)、核磁共振裝高磁場(chǎng)特性的應(yīng)用，如磁流體發(fā)電、磁懸浮列車(chē)、核磁共振裝置、電動(dòng)機(jī)等。置、電動(dòng)機(jī)等。 電阻材料電阻材料利用物質(zhì)固有的電阻特性來(lái)制造不同功能元件利用物質(zhì)固有的電阻特性來(lái)制造

53、不同功能元件的材料。的材料。主要用途：電阻元件、敏感元件和發(fā)熱元件。主要用途：電阻元件、敏感元件和發(fā)熱元件。按其特性與用途可分為：精密電阻材料、膜電按其特性與用途可分為：精密電阻材料、膜電阻材料和電熱材料。阻材料和電熱材料。 （1）精密電阻材料）精密電阻材料 精密電阻材料是指有低的電阻溫度系數(shù)、高精度、高穩(wěn)精密電阻材料是指有低的電阻溫度系數(shù)、高精度、高穩(wěn)定性和良好的工藝性能的一類金屬或合金。定性和良好的工藝性能的一類金屬或合金。1）貴金屬電阻合金）貴金屬電阻合金2）NiCr系電阻合金系電阻合金3）CuMn系電阻合金系電阻合金4）CuNi系電阻合金系電阻合金5）其它電阻合金）其它電阻合金（2）膜

54、電阻材料）膜電阻材料 特點(diǎn)：體積小、質(zhì)量輕、便于混合集成化。特點(diǎn)：體積小、質(zhì)量輕、便于混合集成化。 1）薄膜電阻材料）薄膜電阻材料 NiCr系、系、Ta系（如系（如Ta2Ni薄膜）和金屬陶瓷系（薄膜）和金屬陶瓷系（CrSiO薄膜）三大類。薄膜）三大類。主要用于高精度、高穩(wěn)定性、噪聲電平低的電路及高頻電路主要用于高精度、高穩(wěn)定性、噪聲電平低的電路及高頻電路器件。器件。 2）厚膜電阻材料）厚膜電阻材料 由導(dǎo)體粉料、玻璃粉料和有機(jī)載體三部分組成。由導(dǎo)體粉料、玻璃粉料和有機(jī)載體三部分組成。主要用于通用電阻、大功率電阻、高溫高壓電阻或高電阻器主要用于通用電阻、大功率電阻、高溫高壓電阻或高電阻器件。件。電

55、接點(diǎn)材料電接點(diǎn)材料電接點(diǎn)材料是指用來(lái)制造建立和消除電接觸的電接點(diǎn)材料是指用來(lái)制造建立和消除電接觸的所有導(dǎo)體構(gòu)件的材料。所有導(dǎo)體構(gòu)件的材料。有強(qiáng)電、中電和弱電三大類。有強(qiáng)電、中電和弱電三大類。強(qiáng)電和中電接點(diǎn)主要用于電力系統(tǒng)和電器裝置，強(qiáng)電和中電接點(diǎn)主要用于電力系統(tǒng)和電器裝置，弱電接點(diǎn)主要用于儀器儀表、電信和電子裝置。弱電接點(diǎn)主要用于儀器儀表、電信和電子裝置。 （1）強(qiáng)電接點(diǎn)材料）強(qiáng)電接點(diǎn)材料 要求為低接觸電阻、耐電蝕、耐磨損及具有較高的要求為低接觸電阻、耐電蝕、耐磨損及具有較高的耐高壓強(qiáng)度、滅弧能力和一定的機(jī)械強(qiáng)度等。耐高壓強(qiáng)度、滅弧能力和一定的機(jī)械強(qiáng)度等。1）真空開(kāi)關(guān)接點(diǎn)材料）真空開(kāi)關(guān)接點(diǎn)材料

56、 要求抗電弧熔焊、堅(jiān)硬而致密，常用的材料有要求抗電弧熔焊、堅(jiān)硬而致密，常用的材料有CuBiCe、CuFeNiCoBi、WCuBiZn合金等。合金等。2）空氣開(kāi)關(guān)接點(diǎn)材料）空氣開(kāi)關(guān)接點(diǎn)材料如如AgCdO、AgW、Ag石墨、石墨、CuW、Cu石墨等。石墨等。 （2）弱電接點(diǎn)材料）弱電接點(diǎn)材料 具有極好的導(dǎo)電性、極高的化學(xué)穩(wěn)定性、良好的耐磨具有極好的導(dǎo)電性、極高的化學(xué)穩(wěn)定性、良好的耐磨性及抗點(diǎn)火花燒損性。性及抗點(diǎn)火花燒損性。 主要有主要有Ag系、系、Au系、系、Pt系及系及Pd系金屬合金四種。系金屬合金四種。 （3）復(fù)合接點(diǎn)材料）復(fù)合接點(diǎn)材料 通過(guò)一定加工方式將貴金屬接點(diǎn)材料與普通金屬基底通過(guò)一定加

57、工方式將貴金屬接點(diǎn)材料與普通金屬基底材料結(jié)合一體，制成能直接用于制造接點(diǎn)零件制品的材料結(jié)合一體，制成能直接用于制造接點(diǎn)零件制品的材料。材料。 價(jià)格便宜，可制造出電接觸性能與力學(xué)性能優(yōu)化結(jié)合價(jià)格便宜，可制造出電接觸性能與力學(xué)性能優(yōu)化結(jié)合的接點(diǎn)元件。的接點(diǎn)元件。 軟磁材料軟磁材料指磁矯頑力低（指磁矯頑力低（Hc103A/m、磁導(dǎo)率高、磁滯損耗小、磁導(dǎo)率高、磁滯損耗小、磁感應(yīng)強(qiáng)度大，且在外磁場(chǎng)中易磁化和退磁的一類磁功磁感應(yīng)強(qiáng)度大，且在外磁場(chǎng)中易磁化和退磁的一類磁功能材料。能材料。包括金屬軟磁材料及鐵氧體軟磁材料。包括金屬軟磁材料及鐵氧體軟磁材料。金屬軟磁材料的飽和磁化強(qiáng)度高（適于能量轉(zhuǎn)換場(chǎng)合）、金屬

58、軟磁材料的飽和磁化強(qiáng)度高（適于能量轉(zhuǎn)換場(chǎng)合）、磁導(dǎo)率高（適合信息處理場(chǎng)合）、居里溫度高；但電阻磁導(dǎo)率高（適合信息處理場(chǎng)合）、居里溫度高；但電阻率低，有集膚效應(yīng)，渦流損失大。率低，有集膚效應(yīng)，渦流損失大。 （1）鐵鎳合金軟磁材料（亦稱坡莫合金）鐵鎳合金軟磁材料（亦稱坡莫合金） 具有高的磁導(dǎo)率、較高的電阻率、且易于加工，適于交流弱磁具有高的磁導(dǎo)率、較高的電阻率、且易于加工，適于交流弱磁場(chǎng)中使用。場(chǎng)中使用。是常用精密儀表的微弱信息傳遞與轉(zhuǎn)換、電路漏電檢測(cè)、微電是常用精密儀表的微弱信息傳遞與轉(zhuǎn)換、電路漏電檢測(cè)、微電磁場(chǎng)屏蔽等元件的最佳材料。但因飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)屏蔽等元件的最佳材料。但因飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度

59、Bs低，故不低，故不適于作功率傳輸器件。適于作功率傳輸器件。（二）磁功能材料（二）磁功能材料硬磁材料（永磁材料）硬磁材料（永磁材料）指材料在磁場(chǎng)充磁后，當(dāng)磁場(chǎng)去除時(shí)其磁性仍能長(zhǎng)時(shí)間指材料在磁場(chǎng)充磁后，當(dāng)磁場(chǎng)去除時(shí)其磁性仍能長(zhǎng)時(shí)間被保留的一類磁功能材料。被保留的一類磁功能材料。應(yīng)用：應(yīng)用：其一是利用硬磁合金產(chǎn)生的磁場(chǎng)；其一是利用硬磁合金產(chǎn)生的磁場(chǎng)；其二是利用硬磁合金的磁滯特性產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使電能轉(zhuǎn)化為其二是利用硬磁合金的磁滯特性產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如磁滯電動(dòng)機(jī)。機(jī)械能，如磁滯電動(dòng)機(jī)。 分類：分類：（1）AlNiCo系硬磁合金材料系硬磁合金材料 具有高剩磁、溫度系數(shù)低、性能具有高剩磁

60、、溫度系數(shù)低、性能穩(wěn)定。多用于硬磁性能穩(wěn)定性要求較高的精密儀器儀表及其裝穩(wěn)定。多用于硬磁性能穩(wěn)定性要求較高的精密儀器儀表及其裝置中。置中。（2）硬磁鐵氧體）硬磁鐵氧體 主要包括兩種鋇鐵氧體（主要包括兩種鋇鐵氧體（BaO6Fe2O3），磁矯），磁矯頑力與電阻率高，而剩磁低、價(jià)格低廉，主要用于高頻或脈沖頑力與電阻率高，而剩磁低、價(jià)格低廉，主要用于高頻或脈沖磁場(chǎng)。磁場(chǎng)。（3）稀土硬磁材料）稀土硬磁材料（4）鐵鉻鈷系硬磁合金材料）鐵鉻鈷系硬磁合金材料 信息磁材料信息磁材料信息磁材料指用于光電通訊、計(jì)算機(jī)、磁記錄和其它信信息磁材料指用于光電通訊、計(jì)算機(jī)、磁記錄和其它信息處理技術(shù)中的存取信息類磁功能材料。