機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 其他材料

第六章其他材料第一節(jié)粉末冶金材料粉末冶金：用金屬粉末或金屬與非金屬粉末經(jīng)混合、壓制、燒結(jié)后制成材料或零件的一種方法是一種不經(jīng)過熔煉生產(chǎn)材料或零件的方法，零件尺寸精確，生產(chǎn)過程可無切削或少切削一、粉末冶金簡介粉末冶金特點與一般的熔煉鑄造相比，有以下特點

1）能生產(chǎn)具有特殊性能的材料和制品。2）無切屑或少切屑的精密加工。金屬粉末成本高、模具費(fèi)用高、制品大小和形狀受到一定限制、制品的韌性和強(qiáng)度較差。粉末冶金工藝1.制粉機(jī)械粉碎法金屬液霧化法物理化學(xué)法（1）機(jī)械粉碎法利用球磨機(jī)、渦流機(jī)對材料進(jìn)行機(jī)械粉碎球磨機(jī)粉碎：利用鋼球和待粉碎材料在旋轉(zhuǎn)的容器中不斷地撞擊獲得粉末的方法，適合于粉碎脆性材料渦流機(jī)：將材料裝入帶有攪拌裝置的容器中進(jìn)行劇烈攪拌并使材料粉碎的方法，適合于韌性材料（2）金屬液霧化法利用高壓氣體、液體或高速旋轉(zhuǎn)的葉片將熔融金屬打碎成霧滴狀，冷卻后成粉末，主要用于Al、Cu、Fe和低熔點的金屬粉末（3）物理化學(xué)法利用熱分解、點解和化學(xué)反應(yīng)的方法制取粉末，主要有還原法、熱分解法和電解法還原法：用氫氣作還原劑，可生產(chǎn)W、Mo、Fe、Ni、Cu等金屬粉末熱分解法：用于生產(chǎn)金或白金粉末電解法：制取Cu、Fe、Ni、Cr、Zn等及其合金的粉末2.篩分與混合目的：使粉料中的各組分均勻化各組分密度相差較大且均勻程度較高的采用濕混，常用于硬質(zhì)合金的生產(chǎn)為改善粉末的成形和可塑性，可加汽油、橡膠或石蠟等增塑劑3.壓制成形將松散的混合好的粉末通過壓制或其他方法制成具有一定形狀、尺寸和密度的型坯常用模壓成形，將混合均勻的粉末裝入壓模中，在壓力機(jī)上壓制成形4.燒結(jié)通過燒結(jié)，使孔隙減少或消除，得到組織致密、具有一定的物理性能和力學(xué)性能的燒結(jié)體燒結(jié)在保護(hù)性氣氛的高溫爐或真空爐中進(jìn)行5.后處理一般包括：整形、切削加工、熱處理、浸油等二、常用粉末冶金材料（一）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金：采用難熔的碳化物粉末和黏結(jié)劑鈷（Co）混合，加壓成形后燒結(jié)而成的一種粉末冶金材料1）硬度高、耐磨性好、熱硬性好常溫下硬度可達(dá)86～93HRA，900～1000℃溫度下，仍保持60HRC的高硬度?？汕邢?0HRC左右的硬質(zhì)材料。2）抗壓強(qiáng)度和彈性模量高常溫下抗壓強(qiáng)度可達(dá)6000MPa，900℃時可達(dá)1000MPa。彈性模量高，是高速工具鋼的2～3倍。1.鎢鈷類硬質(zhì)合金主要成分：碳化鎢（WC）和粘結(jié)劑鈷（Co）。牌號：“YG+數(shù)字”表示，數(shù)字表示鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例：YG15鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高：合金強(qiáng)度、韌性越好，常用于有沖擊振動的粗加工鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低：合金硬度越高，耐熱性越好，主要用于比較平穩(wěn)的精加工可用代號“K”表示，采用紅色標(biāo)記鎢鈷類硬質(zhì)合金具有較高的強(qiáng)度和韌性，耐磨性較好，制作的刀具主要用于鑄鐵、有色金屬、塑料、橡膠等2.鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金主要成分：碳化鎢、碳化鈦（TiC）和粘結(jié)劑鈷牌號：“YT+數(shù)字”表示，數(shù)字表示碳化鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)，例：YT15碳化鈦的加入，提高了硬度、耐磨性和熱硬性，抗彎強(qiáng)度和韌性有所下降。在合金表面形成一層氧化鈦薄膜，切削時不易粘刀。碳化鈦含量少的用于粗加工，含量高的用于精加工可用代號“P”表示，采用藍(lán)色標(biāo)記合金具有較高的耐熱性和耐磨性，適于加工韌性材料（如鋼等）。3.通用硬質(zhì)合金（萬能硬質(zhì)合金）主要成分：碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭（或碳化鈮）和粘結(jié)劑鈷。牌號：“YW+數(shù)字”表示，例：YW1。含碳化鉭（或碳化鈮），有利于提高抗彎強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐熱性和抗氧化能力。兼有上述兩類硬質(zhì)合金的優(yōu)點，可加工鑄鐵和各種鋼材，特別對不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等難加工鋼材，切削效果更好。可替代YG類硬質(zhì)合金加工鑄鐵等脆性材料，但韌性較差，效果不比YG類合金

可用代號“M”表示，采用黃色標(biāo)記4.鋼結(jié)硬質(zhì)合金以高速鋼或鉻鋼作為黏結(jié)劑，性能介于高速鋼和硬質(zhì)合金之間，并可進(jìn)行鍛造、熱處理、焊接。具有良好的成形性，適用于制造各種形狀復(fù)雜的整體刀具、模具和耐磨零件。（二）含油軸承利用粉末冶金材料的多孔性，經(jīng)浸油后，成品的孔隙中含油潤滑油，具有很好的自潤滑性（二）含油軸承軸承工作時，摩擦使軸承發(fā)熱，金屬粉末膨脹，孔隙容積減小，孔隙中潤滑油排除，同時軸旋轉(zhuǎn)時帶動軸承間隙中的空氣高速流動，造成負(fù)壓力，迫使孔隙中的潤滑油被抽到工作表面起自潤滑作用

停止工作時，潤滑油又滲入到孔隙中，保證長時間不加油也能有效工作（二）含油軸承含油軸承一般用做中速、輕載荷的軸承，特別適宜不經(jīng)常加油的軸承，可避免因潤滑造成的臟污，主要用于紡織機(jī)械、食品機(jī)械、家用電器、精密機(jī)械及儀表工業(yè)中（三）摩擦材料采用銅粉或鐵粉為基體，加入石墨、鉛、錫等粉末制成，摩擦系數(shù)大，耐磨性好，抗咬合性好，具有良好的導(dǎo)熱性和相應(yīng)的強(qiáng)度第九章高分子材料高分子材料：以高分子化合物為主要組分的材料。常稱聚合物或高聚物。高分子化合物的分子量一般>500。高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工業(yè)用高分子材料主要是人工合成的。高分子化合物的組成：由簡單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成。如由乙烯合成聚乙烯:CH2=CH2+CH2=CH2+→-CH2-CH2-CH2-CH2-可簡寫成nCH2=CH2→[CH2–CH2]n組成聚合物的低分子化合物稱為單體。聚合物的分子為很長的鏈條，稱為大分子鏈。大分子鏈中重復(fù)結(jié)構(gòu)單元(如聚乙烯中CH2–CH2

)稱為鏈接。聚乙烯分子鏈高分子材料的分類按用途：塑料、橡膠、纖維、膠粘劑、涂料等。按聚合物反應(yīng)類型：加聚物和縮聚物。按聚合物的熱行為：熱塑性聚合物和熱固性聚合物按主鏈上的化學(xué)組成：碳鏈聚合物、雜鏈聚合物和元素有機(jī)聚合物高分子材料的結(jié)構(gòu)1、大分子鏈的結(jié)構(gòu)

⑴大分子鏈的柔順性大分子鏈主鏈共價鍵有一定鍵長和鍵角，保持鍵長和鍵角不變時單鍵可任意旋轉(zhuǎn)，稱單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。高分子材料的結(jié)構(gòu)內(nèi)旋轉(zhuǎn)使大分子鏈卷曲成各種不同形狀，對外力有很大的適應(yīng)性，這種特性稱為大分子鏈的柔順性。柔順性與單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)的難易程度有關(guān)。⑵大分子鏈的形狀

按照大分子鏈的幾何形狀，可將高分子化合物分為線型結(jié)構(gòu)、支鏈型結(jié)構(gòu)和體型結(jié)構(gòu)。線型結(jié)構(gòu)高聚物的彈性、塑性好，硬度低，是熱塑性材料。支鏈型結(jié)構(gòu)近于線型結(jié)構(gòu)。體型結(jié)構(gòu)高聚物硬度高，脆性大，無彈性和塑性，是熱固性材料。高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)固態(tài)高聚物分為晶態(tài)和非晶態(tài)兩大類，晶態(tài)為分子鏈排列規(guī)則的部分，排列不規(guī)則的部分為非晶態(tài)。

一個大分子鏈可以穿過幾個晶區(qū)和非晶區(qū)。晶區(qū)熔點、密度、強(qiáng)度、硬度、剛性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性高，而彈性、塑性、沖擊強(qiáng)度下降。高分子材料的力學(xué)狀態(tài)線型非晶態(tài)高分子材料的力學(xué)狀態(tài)玻璃態(tài)：低溫下，鏈段不能運(yùn)動。在外力作用下，只發(fā)生大分子原子的微量位移，產(chǎn)生少量彈性變形。高聚物呈玻璃態(tài)的最高溫度稱玻璃化溫度，用Tg表示。用于這種狀態(tài)的材料有塑料和纖維。線型非晶態(tài)高聚物的溫度-變形曲線

高彈態(tài)：溫度高于Tg，分子活動能力增加，受力時產(chǎn)生很大彈性變形。用于這種狀態(tài)高聚物是橡膠。粘流態(tài)：由于溫度高，分子活動能力很大，在外力作用下，大分子鏈可以相對滑動。粘流態(tài)是高分子材料的加工態(tài)，大分子鏈開始發(fā)生粘性流動的溫度稱粘流溫度，用Tf表示。線型非晶態(tài)高聚物的溫度-變形曲線

線型晶態(tài)高分子材料的力學(xué)狀態(tài)分為一般分子量和很大分子量兩種情況。一般分子量的高聚物在低溫時，鏈段不能活動，變形小，Tm以下與非晶態(tài)的玻璃相似，高于Tm進(jìn)入粘流態(tài)。

線型晶態(tài)高聚物的溫度-變形曲線

部分結(jié)晶高聚物在非晶區(qū)Tg與晶區(qū)Tm間,非晶區(qū)柔性好，晶區(qū)剛性好，處于韌性狀態(tài)，即皮革態(tài)一、工程塑料塑料：在玻璃態(tài)下使用的高分子材料。一定溫度、壓力下可塑制成型，常溫下能保持形狀不變。（一）塑料的組成以樹脂為主要組分，加入一些能改善使用性能和工藝性能的添加劑而制成的一種高分子材料。塑料制品1.合成樹脂

塑料的主要成分，決定塑料的基本性能，在塑料中又起黏結(jié)劑的作用，又稱黏料，許多塑料以樹脂的名稱命名。2.添加劑為改善塑料某些性能而加入的物質(zhì)。填充劑：使塑料具有新的性能增塑劑：用于提高樹脂的可塑性和柔軟性，常加入低熔點固體或液體有機(jī)物作為增塑劑，甲酸脂類、磷酸酯類；穩(wěn)定劑（防老化劑）：防止塑料再成形加工和使用過程中受光、熱、氧氣等外界因素的影響而使塑料過早老化，延長塑料制品的使用壽命潤滑劑：用于防止塑料成形過程中粘膜，便于脫模，使制品表面光潔美觀，常用硬脂酸及其鹽類；固化劑：用于使熱高聚物固結(jié)硬化，制成堅硬和穩(wěn)定的塑料制品，常用胺類、酸類及過氧化物等化合物；著色劑：用于塑料制品著色，要求著色劑性質(zhì)穩(wěn)定、著色力強(qiáng)、耐熱和耐光性好。添加劑⑵塑料的分類按樹脂受熱時行為：熱塑性塑料和熱固性塑料。按使用范圍：通用塑料、工程塑料和特種塑料。熱固性塑料制品通用塑料：產(chǎn)量大、價格低、用途廣。工程塑料：力學(xué)性能高，耐熱、耐蝕性能好。特種塑料：具有某些特殊性能如耐高溫、耐腐蝕的塑料，這類塑料產(chǎn)量少，價格貴，只用于特殊需要的場合。

（三）塑料的性能1.化學(xué)性能良好的耐蝕性，一般能耐酸、堿、油、水和大氣的腐蝕，用于制造在腐蝕條件下的零部件和化工機(jī)械零件2.物理性能（1）密度密度小，不加任何填料或增強(qiáng)材料的塑料，密度為0.85~2.20g/cm3，為鋼的1/8~1/4，泡沫塑料密度0.02~0.2g/cm3（2）熱性能不及金屬，受熱易老化、分解，大多數(shù)只能在100℃以下使用，極少數(shù)可在250℃左右長期使用

良好的絕熱材料，熱導(dǎo)率僅為金屬的1/600~1/500、易摩擦發(fā)熱，影響使用性能

線膨脹系數(shù)大，一般為鋼的3~10倍，零件尺寸精度不穩(wěn)定，與環(huán)境溫度變化有關(guān)（3）電性能

電絕緣性好，組分發(fā)生變化時，電絕緣性也隨之變化，填充劑、增塑劑都使電絕緣性降低3.力學(xué)性能強(qiáng)度、剛度和韌性一般較差，強(qiáng)度約30~150MPa，受溫度影響較大，僅為鋼的1/10，只能作受力不大的構(gòu)件，密度小，比強(qiáng)度較高摩擦系數(shù)小，具有很好的減摩性，自潤滑性好，適合制造軸承、軸套、絲杠螺母等要求減摩性好的零件，特別是在無潤滑或少潤滑摩擦條件工作的零件室溫承受載荷后出現(xiàn)蠕變及應(yīng)力松弛良好的減震性和消音性成形加工性好、方法簡單、成本低、生產(chǎn)率高（四）常用工程塑料1.一般結(jié)構(gòu)用塑料包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。聚丙烯具有優(yōu)良的綜合性能，可制造各種機(jī)械零件。ABS塑料“堅韌、質(zhì)硬、剛性”，應(yīng)用廣泛。

PE波紋管PP方向盤ABS閥門PS管2.熱塑性塑料受熱時軟化，冷卻后固化，再受熱時又軟化，具有可塑性和重復(fù)性，常用有聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯等（1）聚酰胺(PA)又稱尼龍或綿綸，強(qiáng)度較高，耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定，耐油且摩擦系數(shù)小，彈性小，較易成形。

缺點：耐熱性不高，吸水性較大，吸水后電性能及尺寸穩(wěn)定性下降，用作一般機(jī)械、化工及電氣零件。尼龍管件(2)聚甲醛(POM)

具有較高的沖擊韌度、耐疲勞性，化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性較好，良好的減摩性和自潤滑性，成形時收縮較大，熱穩(wěn)定性和耐熱性較差，用于制造齒輪、軸承、閥門、儀表外殼、門把手等（3）聚碳酸酯(PC)

優(yōu)良的綜合性能，抗拉強(qiáng)度66~77N/mm2，耐沖擊性特別好。透明、耐熱、耐寒、尺寸穩(wěn)定、電性能好，摩擦系數(shù)大，用于各種機(jī)械、電器、儀表中的零件，也可作防盜、防彈窗玻璃等PC擋風(fēng)板（4）聚四氟乙烯(PTFE)俗稱“塑料王”，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，幾乎不受任何化學(xué)藥品的腐蝕，摩擦系數(shù)極低，只有0.04。缺點：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料。密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件2.熱固性塑料

以縮聚樹脂為基礎(chǔ)，加入多種添加劑制成，特點：初次加熱時軟化，可注塑成形，冷卻固化后再加熱時不再軟化和熔融，不溶于有機(jī)溶劑，不能再形成使用（1）酚醛塑料（PF）以酚醛樹脂為基，加入填料及其他添加劑而制成。以木粉為填料制成酚醛壓塑粉，俗稱膠木粉，用于制作電木制品（如插座、開關(guān)等），絕緣性好，有較好的耐熱性、較高的硬度、剛性和一定強(qiáng)度電器配件以紙片、棉布、玻璃布等為填料制成的層壓酚醛塑料，具有強(qiáng)度高、耐沖擊性好及耐磨性好等特點，用做受載要求較高的機(jī)械零件，如齒輪、軸承、汽車剎車片等（2）環(huán)氧塑料（EP）由環(huán)氧樹脂加入固化劑（胺類和酸酐類）后形成強(qiáng)度較高，韌性較好，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、絕緣性、耐熱性、耐寒性，成形工藝好，可制作塑料模具、船體、電子零部件等

環(huán)氧樹脂是優(yōu)良的黏結(jié)劑，有“萬能膠”之稱，用于各種工程結(jié)構(gòu)黏結(jié)劑和制備各種復(fù)合材料，玻璃鋼等3.耐蝕用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。

氯化聚醚的化學(xué)穩(wěn)定性僅次于聚四氟乙烯，但工藝性比聚四氟乙烯好，成本低。在化學(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、管道、襯里等。氯化聚醚防腐蝶閥

4.耐高溫件用塑料聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚酰亞胺(PI)及氟塑料等。聚砜的熱穩(wěn)定性高是其最突出的特點。使用溫度達(dá)150~174℃。用于機(jī)械設(shè)備等工業(yè)。聚苯醚具有良好的綜合性能，用于機(jī)電等方面。聚酰亞胺在260℃下可長期使用。主要用于特殊條件下使用的精密零件。聚酰亞胺層壓板二、橡膠

橡膠：以高分子化合物為基礎(chǔ)的具有高彈性的材料。橡膠受到較小外力作用時能產(chǎn)生較大的變形（100%~1000%），外力去除后又能恢復(fù)到原來狀態(tài)，是橡膠區(qū)別于其他物質(zhì)的主要標(biāo)志。除高彈性外，還具有很高的可撓性、良好的耐磨性、電絕緣性、隔音性及吸振性等性能。最大缺點是老化（一）橡膠的分類按原料來源分：天然橡膠；合成橡膠天然橡膠：橡膠樹流出的膠乳，經(jīng)采集和適當(dāng)加工后制成的彈性固狀物，主要化學(xué)成分：聚異戊二烯合成橡膠主要成分：合成高分子化合物按用途不同分：通用橡膠；特種橡膠通用橡膠：主要用于制作輪胎、輸送帶、膠管、膠板等，主要品種丁苯橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠等，價格低廉，用量較大特種橡膠：主要用作高溫、低溫、酸、堿、油和輻射條件下工作的橡膠制品，主要有丁腈橡膠、硅橡膠、氟橡膠等，價格較高密封圈膠管輪胎（二）橡膠的組成

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，性能不好，加入配合劑才能制成所需的產(chǎn)品1.生膠未加配合劑的天然或合成橡膠稱為生膠，是橡膠制品的主要組分，不僅決定了橡膠制品的性能，也是把各種配合劑和骨架材料黏成一體的黏結(jié)劑2.配合劑為改善橡膠制品的某些性能而有意識加入的物質(zhì)稱配合劑，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。（1）硫化劑使橡膠的分子間產(chǎn)生交聯(lián)，形成立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，獲得富有彈性的硫化膠，常用硫化劑：硫磺、硫化物等（2）硫化促進(jìn)劑促進(jìn)硫化，縮短硫化時間，降低硫化溫度，減少硫化劑用量，常用有鎂、鈣、鋅的氧化物和有機(jī)硫化物（3）增塑劑增強(qiáng)橡膠的塑性，便于加工成形，常用松香、凡士林、磷酸三甲苯酯等（4）防老化劑橡膠制品儲存和使用過程中，受光、熱、介質(zhì)的作用使性能變壞，發(fā)黏變脆，稱為橡膠老化

為延緩老化，提高使用壽命，可加入石蠟、蜂蠟或其他比橡膠更易氧化的物質(zhì)，在橡膠表面形成穩(wěn)定的氧化膜、抵抗氧的侵蝕（5）填充劑為提高橡膠的強(qiáng)度和降低成本及改善工藝性能，常用炭黑、石英、滑石粉等3.骨架材料主要提高橡膠制品的力學(xué)性能，常加入各種纖維織物、金屬絲及編織物作為骨架材料第三節(jié)陶瓷材料

陶瓷材料：除金屬和高聚物以外的無機(jī)非金屬材料通稱。生產(chǎn)過程較復(fù)雜，基本工藝是原料的制備、坯料的成形和制品的燒結(jié)一、陶瓷的分類按使用原料分：普通陶瓷和特種陶瓷。普通陶瓷：用天然原料如黏土、長石、和石英等燒結(jié)而成，按性能和用途分為日用陶瓷、建筑陶瓷、電絕緣陶瓷、化工陶瓷等特種陶瓷：各種新型陶瓷，采用高純度人工合成原料，具有某些特殊性能，以適應(yīng)各種需要。按主要成分不同分為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金屬陶瓷等；按用途分為高溫陶瓷、壓縮陶瓷、光學(xué)陶瓷、磁性陶瓷等按化學(xué)成分分為氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷及其它化合物陶瓷。按性能和用途分：分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷導(dǎo)電玻璃玻璃幕墻二、陶瓷的性能特點1、力學(xué)性能

硬度遠(yuǎn)大于金屬，在各類材料中硬度最高，最適宜作超硬耐磨材料，室溫彈性模量高于金屬，抗壓強(qiáng)度高于鑄鐵。

但抗拉強(qiáng)度低、受外力作用幾乎不產(chǎn)生塑性變形，脆性大。

陶瓷裁紙刀

2、熱學(xué)性能

一般具有高的熔點，大多在2000℃，高溫下化學(xué)穩(wěn)定性好，比金屬耐熱性好，生產(chǎn)中用來制作耐火磚、耐火泥、耐火涂料等

熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)低于金屬，可作為高溫絕熱材料，溫度變化時，具有良好的尺寸穩(wěn)定性。抗熱振性能比較差。韌性陶瓷硬度壓痕脆性陶瓷硬度壓痕周圍的裂紋二、陶瓷的性能特點3、電學(xué)性能

大多具有較好的絕緣性能，可作電器工業(yè)的絕緣材料。少數(shù)具有半導(dǎo)體性質(zhì)，可做整流器，鐵電陶瓷具有極高的介電常數(shù)，可制作電容器，在外電場作用下，能改變形狀，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，可做擴(kuò)音機(jī)、超聲波儀、聲吶等二、陶瓷的性能特點4、化學(xué)性能

高溫下不易氧化，組織結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，對酸、堿、鹽具有很好的耐腐蝕能力。陶瓷零件5、相組成特點陶瓷材料通常由三種不同的相組成，即晶相(1)、玻璃相(2)和氣相(3)[氣孔]。晶相是陶瓷材料中主要的組成相，決定陶瓷材料物理化學(xué)性質(zhì)的主要是晶相。玻璃相的作用是充填晶粒間隙、粘結(jié)晶粒、提高材料致密度、降低燒結(jié)溫度和抑制晶粒長大氣相在工藝過程中形成并保留下來。6、結(jié)合鍵特點以離子鍵(如Al2O3)、共價鍵(如Si3N4)及兩者的混合鍵為主。共價鍵離子鍵7、工藝特點

陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷通過粉體成型和高溫?zé)Y(jié)成形，因此陶瓷是燒結(jié)體。燒結(jié)體是晶粒的聚集體，有晶粒和晶界，存在的問題是其存在一定的氣孔率。

Al2O3粉末的燒結(jié)組織ZrO2陶瓷中的氣孔三、常用工業(yè)陶瓷

（一）、普通陶瓷

普通陶瓷是用粘土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、長石(K2O·Al2O3·6SiO2，Na2O·Al2O3·6SiO2)和石英(SiO2)為原料，經(jīng)成型、燒結(jié)而成的陶瓷。組織中主晶相為莫來石(3Al2O3·2SiO2)，占25~30%，玻璃相占35~60%，氣相占1~3%。

普通陶瓷產(chǎn)量大，質(zhì)地堅硬，具有良好的抗氧化性、耐腐蝕性和絕緣性，成本低，加工成型性好，但強(qiáng)度低。除日用陶瓷、瓷器外，大量用于電器、化工、建筑、紡織等工業(yè)部門。景德鎮(zhèn)瓷器絕緣子（二）、特種陶瓷1.氧化鋁陶瓷

以Al2O3為主要成分,含有少量SiO2的陶瓷，又稱高鋁陶瓷。Al2O3化工、耐磨陶瓷配件Al2O3密封、氣動陶瓷配件單相Al2O3陶瓷組織根據(jù)Al2O3含量不同分為75瓷(含75%Al2O3，又稱剛玉-莫來石瓷)、95瓷和99瓷，后兩者又稱剛玉瓷。

95瓷紡織件99瓷紡織件

氧化鋁陶瓷耐高溫性能好，可使用到1950℃,具有良好的電絕緣性能及耐磨性，很高的電阻率和低的熱導(dǎo)率，強(qiáng)度高，微晶剛玉的硬度極高(僅次于金剛石)氧化鋁耐高溫噴嘴氧化鋁陶瓷轉(zhuǎn)心球閥氧化鋁陶瓷密封環(huán)氧化鋁陶瓷坩堝氧化鋁陶瓷廣泛用作耐火材料，如耐火磚、淬火鋼切削刀具、內(nèi)燃機(jī)火花塞、導(dǎo)彈導(dǎo)流罩、軸承等。2.氮化硅（Si3N4）陶瓷氮化硅是由Si3N4四面體組成的共價鍵固體。①氮化硅的制備與燒結(jié)工藝工業(yè)硅直接氮化：3Si+2N2→Si3N4二氧化硅還原氮化：3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO燒結(jié)工藝優(yōu)點

缺點

反應(yīng)燒結(jié)

燒結(jié)時幾乎沒有收縮，能得到復(fù)雜的形狀密度低，強(qiáng)度低，耐蝕性差熱壓燒結(jié)

用較少的助劑就能致密化，強(qiáng)度、耐蝕性最好只能制造簡單形狀，燒結(jié)助劑使高溫強(qiáng)度降低

熱壓燒結(jié)氮化硅用于形狀簡單、精度要求不高的零件，如切削刀具、高溫軸承等。Si3N4軸承

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。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片氣閥等零件氮化硅的強(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0.1~0.2，耐磨、能自潤滑；熱膨脹系數(shù)在各種陶瓷中最小，使用溫度達(dá)1400℃；抗熱震性大大高于其他陶瓷材料；化學(xué)穩(wěn)定性高，耐腐蝕，可耐各種無機(jī)酸和堿溶液的腐蝕，能抵抗熔融金屬的鉛、鋁、鎳等金屬侵蝕，優(yōu)良的電絕緣性和耐輻射性3.碳化硅（SiC）陶瓷

碳化硅是通過鍵能很高的共價鍵結(jié)合的晶體。用石英沙(SiO2)加焦碳直接加熱至高溫還原而成：SiO2+3C→SiC+2CO。

碳化硅的燒結(jié)工藝：熱壓和反應(yīng)燒結(jié)兩種碳化硅表面有一層薄氧化膜，因此很難燒結(jié)，需添加燒結(jié)助劑促進(jìn)燒結(jié)，常加助劑有硼、碳、鋁等。常壓燒結(jié)碳化硅碳化硅的最大特點是高溫強(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)，僅次于氧化鈹陶瓷。碳化硅陶瓷用于制造火箭噴嘴、澆注金屬的喉管、熱電偶套管、爐管、燃?xì)廨啓C(jī)葉片及軸承，泵的密封圈、拉絲成型模具等。

SiC陶瓷件SiC陶瓷件SiC軸承SiC密封件4.氧化鋯陶瓷氧化鋯的晶型轉(zhuǎn)變：立方相?四方相?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，易使制品開裂。氧化鋯中加入某些氧化物(如CaO、MgO、Y2O3等)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(FSZ)，力學(xué)性能低，抗熱沖擊性差。減少加入的氧化物數(shù)量，使部分氧化物以四方相的形式存在。由于這種材料只使一部分氧化鋯穩(wěn)定，所以稱部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)。

部分穩(wěn)定氧化鋯組織

部分穩(wěn)定氧化鋯的導(dǎo)熱率低，絕熱性好；熱膨脹系數(shù)大，接近于發(fā)動機(jī)中使用的金屬，抗彎強(qiáng)度與斷裂韌性高，除在常溫下使用外，已成為絕熱柴油機(jī)的主要侯選材料，如發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)襯、推桿、活塞帽、閥座、凸輪、軸承等。部分穩(wěn)定氧化鋯制品氧化鋯單相陶瓷

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。

受到外力作用時，相變吸收能量使裂紋尖端應(yīng)力場松弛，增加裂紋擴(kuò)展阻力，大幅提高陶瓷材料韌性。氧化鋯油泵氧化柱塞氧化鋯拉線輪氧化鋯球閥部分穩(wěn)定氧化鋯噴涂層增韌氧化鋯導(dǎo)輪芯軸5.氮化硼陶瓷主要成分BN，晶體結(jié)構(gòu)分為六方和立方立方氮化硼硬度僅次于金剛石，常作磨料和高速切削刀具

六方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與石墨相似，強(qiáng)度比石墨高，具有很好的耐熱性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和切削加工性，適用于制造坩堝、高溫軸承、玻璃制品模具等第四節(jié)復(fù)合材料

復(fù)合材料：由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)或組織結(jié)構(gòu)不同的材料經(jīng)人工組合而成的多相材料。

復(fù)合材料船體波音飛機(jī)－復(fù)合材料機(jī)身段

復(fù)合材料主要包括基體相和增強(qiáng)相?；w相是一種連續(xù)相，把改善性能的增強(qiáng)相材料固結(jié)成一體，并起傳遞應(yīng)力的作用。增強(qiáng)相起承受應(yīng)力（結(jié)構(gòu)復(fù)合材料）和顯示功能(功能復(fù)合材料)的作用。纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料一、復(fù)合材料的分類及性能特點（一）復(fù)合材料的分類1、按基體類型分類

分為樹脂基、陶瓷基和金屬基復(fù)合材料。2、按增強(qiáng)相的性質(zhì)和形狀分類

分為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、粒子增強(qiáng)復(fù)合材料和層狀復(fù)合材料。SiC顆粒Al2O3片Al2O3纖維增強(qiáng)相三種類型3、按復(fù)合材料的用途分類分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：利用力學(xué)性能特點，如強(qiáng)度、硬度、韌性等制作各種結(jié)構(gòu)件或機(jī)械零件功能復(fù)合材料：利用物理性能如光、電、磁、熱等，制作各種結(jié)構(gòu)件（二）復(fù)合材料的性能特點1、比強(qiáng)度和比模量高

復(fù)合材料中，作為增強(qiáng)劑的物質(zhì)都采用強(qiáng)度很高的纖維，復(fù)合后材料密度較小，比強(qiáng)度和比模量較高比強(qiáng)度和比模量：材料的強(qiáng)度、彈性模量與相對密度之比。比強(qiáng)度越大、零件自重減??；比模量越大，零件的剛性越好比強(qiáng)度比較碳纖維\樹脂硼纖維\樹脂玻璃纖維\樹脂鈦鋼鋁2.破損安全性好

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，構(gòu)件過載后，使部分纖維斷裂，隨即迅速進(jìn)行應(yīng)力重新分配，由未斷裂的纖維承載，不致造成構(gòu)件在短時間內(nèi)失去承載能力而斷裂，提高使用的安全性3、抗疲勞性能好

復(fù)合材料基體中密布大量纖維，基體塑性一般較好，可消除或減少應(yīng)力集中，同時纖維和基體的界面處能夠有效地阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，所以疲勞強(qiáng)度較高4、良好高溫性能

大多數(shù)增強(qiáng)纖維都有較高的熔點或軟化溫度，用纖維與金屬組成的復(fù)合材料其高溫強(qiáng)度和彈性模量均有所提高5、減振性能良好

構(gòu)件的自振頻率與本身質(zhì)量、形狀有關(guān)，與材料比模量的平方根成正比復(fù)合材料的比模量大，自振頻率很高，可防止工作狀態(tài)下產(chǎn)生共振而引起破壞，同時復(fù)合材料中的大量界面對振動有反射吸收作用，振動阻尼高。二、常用復(fù)合材料（一）粒子增強(qiáng)復(fù)合材料

粒子增強(qiáng)復(fù)合材料是將一種或多種粒子高度彌散地分布在基體中，阻礙導(dǎo)致塑性變形的位錯運(yùn)動(金屬基體)和分子鏈運(yùn)動(聚合物基體)。這種復(fù)合材料是各向同性的。

一般粒子直徑0.01~0.10μm范圍，可獲得最佳增強(qiáng)效果加入金屬粉末可增強(qiáng)導(dǎo)電性加入Fe3O4粉末可改善導(dǎo)磁性加入MoS2可提高減摩性

陶瓷顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料具有高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐蝕性和小的膨脹系數(shù)，可制作刀具、重載軸承、高溫材料等聚合物基粒子復(fù)合材料如酚醛樹脂中摻入木粉的電木、碳酸鈣粒子改性熱塑性塑料的鈣塑材料(合成木材)等。

陶瓷基粒子復(fù)合材料如氧化鋯增韌陶瓷等。

粒子增強(qiáng)SiC陶瓷基復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)鋁基泡沫復(fù)合材料碳黑增強(qiáng)橡膠衛(wèi)星用顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料零件（二）層狀復(fù)合材料

層狀復(fù)合材料是指在基體中含有多重層片狀高強(qiáng)高模量增強(qiáng)物的復(fù)合材料。這種材料是各向異性的(層內(nèi)兩維同性)。如碳化硼片增強(qiáng)鈦、膠合板等。雙金屬、表面涂層等也是層狀復(fù)合材料。層狀陶瓷復(fù)合材料斷口形貌三明治復(fù)合有TiN涂層的高爾夫球頭層狀復(fù)合鋁合金蜂窩夾層板（三）纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

纖維增強(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)合材料碳纖維一