非金屬材料及其他新型材料課件

1、第6章 非金屬材料及其他新型材料其它新型材料及其應用復合材料陶瓷材料高分子材料12341、高分子材料也稱為聚合物材料，是以高分子化合物為基體，再配有其他添加劑（助劑）所構成的材料。中文名 高分子材料 外文名 macromolecular material2、主要組成元素：C、H、O、N、Si、S、P等高分子材料的特征：相對分子質量非常大；所有高分子都是由一種或幾種簡單的結構單元不斷重復而形成的。例如：聚乙烯PE，它是最簡單卻又最廣泛的高分子材料聚乙烯顆粒橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。其分子鏈間次價力小，分子鏈柔性好，在外力作用下可產生較大形變，除去外力后能迅速恢復原狀。有天然橡膠和合成橡膠兩

2、種。纖維分為天然纖維和化學纖維。前者指蠶絲、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子為原料，經過紡絲和后處理制得。纖維的次價力大、形變能力小、模量高，一般為結晶聚合物。塑料是以合成樹脂或化學改性的天然高分子為主要成分，再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。其分子間次價力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。通常按合成樹脂的特性分為熱固性塑料和熱塑性塑料；按用途又分為通用塑料和工程塑料。高分子膠粘劑是以合成天然高分子化合物為主體制成的膠粘材料。分為天然和合成膠粘劑兩種。應用較多的是合成膠粘劑。高分子涂料是以聚合物為主要成膜物質，添加溶劑和各種添加劑制得。根據成膜物質不同，分為油脂涂料、天然樹脂涂

3、料和合成樹脂涂料。功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力學性能、絕緣性能和熱性能外，還具有物質、能量和信息的轉換、磁性、傳遞和儲存等特殊功能。已實用的有高分子信息轉換材料、高分子透明材料、高分子模擬酶、生物降解高分子材料、高分子形狀記憶材料和醫(yī)用、藥用高分子材料等。5、高分子材料的性能特點力學性能表現：高強度、低硬度、高耐磨性、高彈性、低彈性模量。力學性能對溫度時間很敏感。高分子材料的物理化學性能表現為優(yōu)良的絕緣性、低導熱性和高化學穩(wěn)定性（耐酸耐堿耐鹽），但耐熱性較差。缺點：易老化。其原因是大分子鏈發(fā)生了降解或交聯(lián)。降解是高分子材料的大分子鏈發(fā)生斷鏈成裂解的過程。交聯(lián)是分子鏈之間生

4、成化學鍵，形成網狀結構，從而材料變得硬而脆。陶瓷材料1、陶瓷：陶和瓷的總稱。傳統(tǒng)陶瓷（普通材料）是指用天然原料制成的黏土類陶瓷，這類陶瓷質硬，不導電，易于加工成型，成本低，產量大。缺點是耐高溫和絕緣性不如特種陶瓷。原料：長石，石英，粘土，高齡土，絹云母，滑石，石灰。加入（MgO，ZnO，BaO，Cr2O3等）提高強度；加入（Al2O3，ZrO2等）提高強度和熱穩(wěn)定性；傳統(tǒng)陶瓷：1.日用陶瓷 性能要求：白度，光潔度，熱穩(wěn)定性，機械強度，熱穩(wěn)定性 用途：日用器皿，工藝品藝術品等 2. 建筑陶瓷 性能要求：強度，熱穩(wěn)定性 用途：地面，墻壁，管道，衛(wèi)生潔具等. 3. 電工陶瓷（高壓瓷） 性能要求：強度

5、，介電性能和熱穩(wěn)定性. 用途：隔電，支持及連接，絕緣器件4. 化工陶瓷 性能要求：耐蝕性. 用途：實驗器皿，耐熱容器，管道，設備。（2）碳化物陶瓷。碳化物陶瓷般具有比氧化物更高的熔點。最常用的是SIC、SC，鳳CTIC等。碳化物陶瓷在制備過程中應有氣氛保護。（3）氮化物陶瓷。世界上的C3N4，可看其性能超過Si3O4。（4）硼化物陶瓷。硼化物陶瓷的應用并不很廣泛，主要是作為深加劑或第二相加進其它陶瓷基體中，以達到改善性能的目的。常用的有Ti已、Zr等。按性能和用途分類(1)結構陶瓷。結構陶瓷作為結構材料用來制造結構零部件主要使用其力學性能。加強度、韌性、硬度、模量、耐磨性、耐高溫性能(高溫強度

6、、抗熱震性、耐燒蝕性)等。上面講到的核化學成分分類的四種陶瓷大多數均為結構陶瓷。如 AjZQ石C3N4等都是力學性能優(yōu)越的代表性結構陶瓷材料。3、陶瓷材料的特點高硬度，決定了它具有優(yōu)異的耐磨性；高焰點。決定了它具有杰出的耐熱性；高化學穩(wěn)定性決定了它具有良好的耐蝕性。盡管陶瓷材料有如此優(yōu)異的特殊性能但由于其致命的缺點脆性，因而限制了其特性的發(fā)揮和實際應用。因此，陶瓷的韌化使成為世界矚目的陶瓷材料研究領域的核心課題。復合材料一. 復合材料的定義： 復合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質組合而成的一種多相固體材料。二.復合材料的特征： 1.材料結構的可設計性 2.結構整體性能好 3.抗疲

7、勞性能好 4.破壞安全性好 5.成型工藝簡單、靈活 復合材料性能不足之處1、橫向拉伸強度和層間剪切強度低。2、斷裂伸長率低，沖擊韌性有時不好。3、制造產品性能不穩(wěn)定，分散性大，質檢困難。4、老化性能不好。5、機械連接困難。6、成本太高。復合材料的應用 1. 典型復合材料及應用 玻璃鋼 玻璃鋼：用玻璃纖維增強的塑料 既可以酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等熱固型樹脂為 基體，又可以聚丙烯、ABS等熱塑性樹脂為基體 特點：密度低、比強度高 密度：1.3 2.0 g/cm玻璃鋼產品 碳纖維增強復合材料由碳纖維與酚醛、環(huán)氧、聚酯、聚四氧乙烯等樹脂組成的復合材料 特點：密度更低，比強度和比模量更高 具有優(yōu)良的疲勞性能

8、、耐沖擊性能、自潤滑性能和耐磨、耐蝕、耐熱性能 飛機上用的復合材料增韌石墨石墨混雜復合材料玻璃纖維B-2隱形轟炸機 除主體結構是鈦復合材料外，其它部分均由碳纖維和石墨等復合材料構成，不易反射。輕巧的碳/碳復合材料 目前商用飛機上復合材料僅占全機重量的50%，而某些直升機早已達到90%荷蘭計劃研發(fā)新型綠色環(huán)保飛機 外形將酷似飛碟,另一個設想就是使用復合材料，如纖維增強塑料。這種復合材料強度可與金屬媲美，而重量卻比金屬輕得多，因此可以節(jié)省燃油。復合材料軍用吉普車玻璃纖維/碳纖維/增強樹脂美洲輕木泡沫超級跑車車身大量應用碳纖維復合材料 體育休閑用品應用 這是一個開發(fā)較早，有穩(wěn)定需求的應用領域。 1.

9、高爾夫球拍：4000萬只/年，約占總數的80%以上，“已碳化了”。 2.其他各種球拍（網球拍、羽毛球拍等）： 500600萬只/年，幾乎獨占市場。 3.釣魚桿：1200萬只/年，約占總數的50%以上。 4.自行車：12萬輛/年。 5.其他：賽艇、賽車、弓箭、滑雪板、桿等等。 前4項約占CF耗量的85%左右，其他只占15%左右。 體育休閑用品應用-網球拍 體育休閑用品應用-滑雪板 臺灣復合材料產業(yè)：臺灣素有“復合材料體育用品王國”之稱，當局一直把復合材料產業(yè)作為24項支柱產業(yè)之一予以支持發(fā)展。規(guī)模大、產品新、市場觀念強、重開發(fā)、注意成果轉化形成生產力，經費充足、人才檔次高。臺灣碳纖維約有3000

10、噸/年的產能。 這是一個覆蓋甚廣，內容甚多，也是一個發(fā)展最快，前景最好的應用領域。 1、基礎設施領域（混凝土結構加固補強） 基礎設施（Infrastructure）系指建筑領域的房屋、橋梁、隧道、涵洞、地鐵及其相關的混凝土工程，其修復、更新、加固已構成復合材料目前極重要的應用領域。 結構應用：承拉索、護欄、扶手、梁、柱、桿、板、 樁、桁架、構架、格柵、筋條（代鋼筋）。修復、加固、更新：層壓板、包纏料（片材）。工 業(yè) 應 用建筑領域中的復合材料的應用新型材料1、新型材料是指最近發(fā)展或正在發(fā)展中的具有特殊功能和效用的材料。各個高科技領域都強烈的依賴于新型功能材料的研制和開發(fā)。本章主要介紹的新型材料有高溫合金、形狀記憶合金、非晶態(tài)材料、超導材料和納米材料什么