nC水工藝設(shè)備基礎(chǔ)學(xué)習(xí)資料

水工藝設(shè)備基礎(chǔ)教師：邵青課程內(nèi)容前三章——基礎(chǔ)知識，包括1、水工藝設(shè)備常用材料的分類、性能2、材料的腐蝕防護(hù)原理、材料的保溫3、水工藝設(shè)備理論基礎(chǔ)（容器應(yīng)力理論、機(jī)械傳動原理、機(jī)械制造工藝、熱量交換理論）后七章——水工藝設(shè)備，包括容器(塔)設(shè)備、攪拌設(shè)備、換熱設(shè)備、分離設(shè)備、污泥處置設(shè)備和投藥設(shè)備。第一章水工藝設(shè)備常用材料水工藝設(shè)備常用材料金屬材料無機(jī)非金屬材料高分子材料復(fù)合材料第一節(jié)金屬材料金屬晶體結(jié)合的特點：外層電子的共有化（金屬鍵結(jié)合）金屬鍵結(jié)合的特點使得金屬具有良好的塑性和變形能力。由于外層共有電子在晶體中可以自由運(yùn)動，因而金屬一般具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。金屬中自由電子易吸收光能并以光發(fā)射的形式重新放出，因而金屬對光具有良好的反射性能。2、按質(zhì)量普通鋼(S0.055%;P0.045%)優(yōu)質(zhì)鋼(S0.040%;P0.040%)高級優(yōu)質(zhì)鋼(S0.030%;P0.035%)3、按用途結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種工程構(gòu)件和機(jī)器零件，屬低碳鋼或中碳鋼、合金鋼。

工具鋼：主要用于制造各種刀具、量具、模具屬于高碳鋼或高碳合金鋼。

特殊性能鋼：具有特殊物理性能或化學(xué)性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等，屬于高合金鋼）鋼材料（二）鋼的編號1、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

牌號表示：這類鋼主要保證機(jī)械性能，故用Q+數(shù)字表示，其中“Q”為“屈”字的漢語拼音字頭，數(shù)字表示屈服強(qiáng)度值例如：Q275表示屈服強(qiáng)度為275MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q195，Q215，Q255，Q275等牌號若牌號后面標(biāo)注A，B，C，D，則表示鋼材質(zhì)量等級不同，其中A級最低，D級最高。若在牌號后標(biāo)注字母“F”則為沸騰鋼，未加標(biāo)注的為鎮(zhèn)靜鋼。

例如：Q235－A?F表示屈服強(qiáng)度為235MPa的A級沸騰鋼2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造各種機(jī)器零件。這類鋼的硫，磷含量都限制在0.040%以下。

編號方法：采用兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量為萬分之幾。如：45鋼表示含碳量為0.45%(萬分之四十五)左右的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；如：08鋼表示含碳量為0.08%左右的低碳鋼。若鋼中含錳較高則在鋼號后面附以錳的元素符號Mn，如15Mn,45Mn等。

3、碳素工具鋼一般為高碳鋼，含碳量介于0.65%～1.35%。硫、磷含量限制嚴(yán)格，屬于優(yōu)質(zhì)鋼。當(dāng)硫，磷含量分別限制在0.030%以下時則為高級優(yōu)質(zhì)工具鋼。編號方法：以“T”（碳的漢語拼音字頭）開頭，后面數(shù)字表示含碳量的千分之幾。如：T8表示平均含碳量為0.8％的碳素工具鋼T13表示平均含碳量為1.3％的碳素工具鋼若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在編號最后加以“A”，如T8A，T13A4.合金結(jié)構(gòu)鋼編號方法：“兩位數(shù)字（鋼中平均含碳量的萬分之幾）＋元素符號（鋼中所含的合金元素）＋數(shù)字（該合金元素平均含量的百分之幾）”

如果合金平均含量低于1.5%，則不標(biāo)明含量；如果合金平均含量大于1.5%，2.5%，3.5%.....，則相應(yīng)的以2、3、4…….表示。例1：12CrNi3鋼，其平均含碳量為0.12%，平均含鉻量小于1.5%，平均含鎳量為3％。例2：30CrMnSi鋼，其平均含碳量為0.3%，鉻、錳、硅三種合金元素的含量均小于1.5%。若為高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，則在鋼號的最后加“A”字。5.合金工具鋼

編號與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，僅含碳量的表示方法有所不同。當(dāng)合金工具鋼的含碳量大于或等于1.00%時，其含碳量不予標(biāo)出；含碳量小于1.00%時，以千分之幾表示。如：9SiCr鋼，其平均含碳量為0.9%，硅和鉻的平均含量小于1.5%。二、金屬材料的基本性能金屬材料基本性能化學(xué)性能物理性能機(jī)械性能加工性能（一）化學(xué)性能含碳量提高，鋼的強(qiáng)度、硬度不斷提高，塑性、韌性下降，對焊接不利。FeS存在，F(xiàn)eS與Fe形成低熔點的共晶體（熔點為989℃)，產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。磷能全部溶于鐵素體中，使鋼的強(qiáng)度及硬度增加，但會導(dǎo)致塑性和沖擊韌性的顯著降低，特別在低溫時使鋼材顯著變脆，產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象。Mn是煉鋼時作為脫氧劑和合金元素加入鋼中的。與硫形成高熔點（1600℃）硫化錳，減輕硫的有害作用，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。能使鋼的強(qiáng)度、硬度和彈性提高，而塑性、韌性降低。作為合金元素，可以提高鋼的耐熱、耐蝕性。（二）物理性能密度熔點熱膨脹系數(shù)導(dǎo)熱性導(dǎo)電性彈性模量線膨脹系數(shù)：材料在溫度變化1℃時單位長度的伸縮變化值。彈性模量：材料在彈性極限內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值。導(dǎo)熱系數(shù)：當(dāng)溫度梯度（溫差與器壁厚度的比值）為1k/m，每小時通過每平方米傳熱面積傳過的熱量，單位W/(m?K)。導(dǎo)熱系數(shù)越大，材料的導(dǎo)熱性能越好。換熱器應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料，而作為設(shè)備保溫用的材料，應(yīng)選用具有較小導(dǎo)熱系數(shù)的材料。（三）機(jī)械性能彈性和塑性強(qiáng)度韌性抗拉強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度屈服強(qiáng)度硬度持久強(qiáng)度沖擊韌性斷裂韌性無塑性轉(zhuǎn)變溫度1.材料的彈性和塑性

彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后又能恢復(fù)其原來形狀的性能。

塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力?！劣盟苄粤己玫牟牧现圃靿毫θ萜鳎梢猿惺芫植扛邞?yīng)力，并允許發(fā)生小量的局部塑性變形，同時又不使整個容器喪失承載能力。

2．材料的強(qiáng)度

強(qiáng)度：金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。

（1）抗拉強(qiáng)度：金屬材料試樣在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力（MPa）

（2）屈服極限：金屬材料開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力（MPa）。

*抗拉強(qiáng)度和屈服極限是壓力容器設(shè)計中非常重要的強(qiáng)度指標(biāo)。

（3）持久強(qiáng)度：材料在某一溫度下受恒定載荷作用時，在規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)引起斷裂時的應(yīng)力（MPa）。高溫元件設(shè)計選材的重要依據(jù)。如：＝160MPa，表示材料在550℃下，經(jīng)h后發(fā)生斷裂的應(yīng)力值為160MPa。

蠕變變形：金屬材料在高溫和應(yīng)力的共同作用下，會產(chǎn)生緩慢的不可回復(fù)的變形。稱為蠕變變形，出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象的溫度，稱為蠕變溫度。

（4）蠕變強(qiáng)度：在給定的溫度下，在規(guī)定的時間內(nèi)，使試樣產(chǎn)生的蠕變變形量不超過規(guī)定值（如1％）時的最大應(yīng)力（MPa）如：＝100MPa，表示材料在500℃下，h后變形量為1％的應(yīng)力值為100MPa。

疲勞破壞：零件或構(gòu)件在工作過程中受到方向、大小反復(fù)變化的交變應(yīng)力的長期作用下，會在應(yīng)力遠(yuǎn)小于該材料的屈服強(qiáng)度情況下，突然發(fā)生脆性斷裂的現(xiàn)象。（5）疲勞強(qiáng)度：材料在經(jīng)受N次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂時的最大應(yīng)力，以（純彎曲疲勞）和（扭轉(zhuǎn)疲勞）表示（單位：MPa）N為次發(fā)生破壞的為低循環(huán)疲勞破壞，多發(fā)生在容器構(gòu)件上；N超過次發(fā)生破壞的為高循環(huán)疲勞破壞，多用于一般機(jī)械零件；

（6）硬度：材料抵抗其他物體刻劃或壓入其表面的能力。用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法測得的表面硬度是材料耐磨能力的重要指標(biāo)。×如果容器是用于處理有摩擦性的固體或含有可能引起磨蝕的懸浮固體的液體物料時，則應(yīng)考慮材料的表面硬度。

3.材料的韌性韌性是材料對缺口或裂紋敏感程度的反映，用來衡量材料的抗裂紋擴(kuò)展能力。韌性對壓力容器材料十分重要，是壓力容器用鋼的必檢項目。

(1)沖擊韌性：衡量材料韌性的指標(biāo)之一，可用帶缺口的沖擊試樣在沖擊試驗中所吸收的沖擊功數(shù)值作為沖擊韌性值。

(2)斷裂韌性:斷裂韌性值可以衡量材料的韌性情況，即可看出存在裂紋時材料所具有的防斷能力。能更科學(xué)地判斷容器是否存在較大宏觀缺陷，特別是裂紋性缺陷時是否會發(fā)生低應(yīng)力脆斷。

(3)無塑性轉(zhuǎn)變溫度（NDT）在不同的溫度下測定出一系列的沖擊韌性值，可以發(fā)現(xiàn)材料在某一溫度區(qū)間隨溫度降低韌性值突然下降。由此可得出該材料的無塑性轉(zhuǎn)變溫度，以便確定材料的最低使用溫度。

4、溫度對材料機(jī)械性能的影響*材料在高溫下應(yīng)力松弛。高溫高應(yīng)力下，材料發(fā)生蠕變變形。導(dǎo)致應(yīng)力隨時間降低，這種現(xiàn)象稱應(yīng)力松弛?！琳羝艿郎系姆ㄌm螺栓，常因應(yīng)力松弛，使其拉應(yīng)力隨時間增長而降低，最后引起法蘭漏氣。*低溫下材料的冷脆性。材料在低溫下，機(jī)械強(qiáng)度往往升高，而沖擊韌性值會陡降，材料由塑性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈?，這種現(xiàn)象稱為材料的冷脆性?！翆τ谀承┑蜏卦O(shè)備的設(shè)計和使用，應(yīng)對冷脆現(xiàn)象引起重視。（四）工藝性能可焊性可鍛性切削加工性成型工藝性熱處理性能1.可焊性：被焊金屬在采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式的條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難宜程度。2.可鍛性：金屬承受壓力加工的能力。金屬可鍛性決定于材料的化學(xué)組成與組織結(jié)構(gòu)，同時也與加工條件有關(guān)。3.切削加工性：材料被切削加工的難宜程度。4.成型工藝性：成型就是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下，經(jīng)外力作用產(chǎn)生塑性變形而成為所需形狀的過程。良好的成型工藝性能要求材料具有較高的塑性。5.熱處理性能：熱處理是以改善鋼材的某些性能為目的，將鋼材加熱到一定的溫度，在此溫度下保持一定的時間，然后以不同的速度冷卻下來的一種操作。三、耐蝕金屬材料及其性能（一）碳鋼和普通鑄鐵的耐蝕性大氣淡水土壤海水各類干燥氣體有機(jī)溶劑低濃度堿溶液濃氫氟酸濃硫酸（二）耐蝕低合金鋼耐蝕低合金鋼：在碳鋼中加入合金元素的總量低于3％左右的合金。加入合金元素種類、含量不同，所起的作用不同。

如：1)加入少量的銅、鉻、鋁能使鋼表面形成穩(wěn)定的保護(hù)膜，從而提高鋼在海水、大氣中的耐蝕性；2)加入鎢、鉬、鈦能與碳形成穩(wěn)定的碳化物，提高鋼的抗氫腐蝕能力；3)加入鎳可提高鋼對酸、堿和海水的耐蝕性，同時提高鋼的抗腐蝕疲勞的能力。根據(jù)在不同介質(zhì)中的耐腐蝕性能，可將耐蝕低合金鋼分為耐大氣腐蝕鋼，耐海水腐蝕鋼，耐硫化氫腐蝕鋼，耐氫腐蝕鋼等類型。（三）不銹鋼不銹鋼是鉻、鎳含量較高的合金鋼。按顯微組織可分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。1、馬氏體不銹鋼在氧化性介質(zhì)中，如大氣、水蒸氣中具有良好的耐蝕性；在淡水、海水、溫度不超過30℃的鹽水溶液、硝酸、食品介質(zhì)以及濃度不高的有機(jī)酸中也具有足夠的耐蝕性；在硫酸、鹽酸、熱磷酸、熱硝酸、熔融堿中，由于不能很好地建立鈍化狀態(tài)，耐蝕性很低。耐蝕機(jī)理：基體中含鉻量至少達(dá)到12％，在陽極區(qū)形成富含鉻的氧化膜，發(fā)生陽極鈍化現(xiàn)象，從而達(dá)到耐蝕的目的。主要牌號有：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13。1Cr13、2Cr13常用于制作能抗弱腐蝕性介質(zhì)、能承受沖擊負(fù)荷的零件。3Cr13、4Cr13可用于制作具有較高硬度和耐磨性的醫(yī)療刀具、量具等。2.鐵素體不銹鋼1Cr17的耐蝕性和塑性較好，可用于制作抗高溫氧化、耐硝酸腐蝕的設(shè)備。3.奧氏體不銹鋼

特點：強(qiáng)度、硬度較低，無磁性，塑性、韌性、耐蝕性較Cr13型不銹鋼為好，具有良好的焊接性、冷加工性及低溫韌性。

應(yīng)用：可用于制作在腐蝕性介質(zhì)中使用的設(shè)備，如吸收塔、酸槽、管道、貯藏及運(yùn)輸酸類用的容器等。（四）有色金屬及其合金有色金屬及其合金銅及其合金鋁及其合金鈦及其合金鉛及其合金鎳及其合金1.銅及其合金銅及其合金的特點：具有高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、冷韌性、并且在許多介質(zhì)中具有高的耐蝕性能。1）純銅，也稱紫銅.標(biāo)準(zhǔn)電極電位0.337v，化學(xué)穩(wěn)定性高。耐蝕特性：在大氣、淡水、海水、中性鹽類中銅表面生成一層具有保護(hù)作用的膜，因而是耐蝕的。在硫化物、含氨、銨鹽及氰化物的水溶液中、任何濃度的硝酸中，都是不耐蝕的。特點與應(yīng)用：低溫時可保持較高的塑性和沖擊韌性，常用作制造深度冷凍設(shè)備、蒸發(fā)器、蒸餾塔、蛇形管等。但銅的強(qiáng)度低，鑄造性能不好，且在某些介質(zhì)中的耐蝕性不高，很少用作結(jié)構(gòu)材料。編號：T2，表示純銅，雜質(zhì)含量為千分之二。2）銅合金

a)黃銅:銅和鋅組成的合金。

特點:機(jī)械性能與含鋅量關(guān)系密切。鑄造性能很好，抗蝕性較好。

耐蝕性：對大汽、海水以及氨以外的堿性溶液的耐蝕性很高；在氨、銨鹽和酸類存在的介質(zhì)中抗蝕性較差，特別對硫酸和鹽酸的抗蝕性極差。牌號表示：H＋表示平均含銅量百分?jǐn)?shù)的兩位數(shù)字如H80表示含銅80％的黃銅。特殊黃銅的編號為：

代號H＋第二主加元素符號＋銅含量＋第二主加元素含量如HSn70－1表示含銅70％，含錫1％的錫黃銅。b)青銅凡是銅合金中的主加元素不是鋅而是錫、鋁、硅等其他元素者，統(tǒng)稱為青銅。常用的有錫青銅、鋁青銅和硅青銅等。特點:1)錫青銅（含錫量3％～10％）鑄造性能較黃銅差，在大氣、海水、淡水及蒸汽中抗腐蝕性比純銅和黃銅更好，但對酸類的抗蝕性較差；無磁性、無冷脆現(xiàn)象、耐磨性高。2）鋁青銅（含鋁量8％～10％）的機(jī)械性能比黃銅和錫青銅高，在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機(jī)酸中具有比黃銅和錫青銅更高的耐蝕性；耐磨損、耐寒冷。3）硅青銅具有比錫青銅高的機(jī)械性能和較低的價格，而且鑄造性能和冷、熱壓力加工性能都很好.

牌號表示：用Q＋主加元素符號及其含量表示，如：QSn4-3表示平均含錫量為4％、鋅3％的錫青銅。銅合金產(chǎn)品2、鋁及其合金1）鋁特點:密度小，比重為2.7，約為銅的1/3;導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、冷韌性都好，但強(qiáng)度低、經(jīng)冷變形后強(qiáng)度可提高，能承受各種壓力加工。鈍化能力強(qiáng)，穩(wěn)定。鋁在水中、大部分中性和許多弱酸性溶液中、大氣中、強(qiáng)氧化性介質(zhì)以及在氧化性酸(如硝酸)中干燥HCl氣體中有足夠高的穩(wěn)定性；在氫氟酸、鹽酸、海水和其它含鹵素離子的溶液中是不耐蝕的，因為鹵素離子對鋁的氧化膜有破壞作用。

應(yīng)用:廣泛用于制造反應(yīng)器、熱交換器、冷卻器、泵、閥、槽車、管件、易燃易爆物料的容器等。

2）鋁合金

純鋁的強(qiáng)度較低，若在鋁中加入一些元素，如銅、鎂、鋅、錳、硅等形成鋁合金，其性能將會有很大的改善。

3、鈦及其合金1）純鈦

特點:有很好的鈍化性能，有“耐海水腐蝕之王”之稱。高溫下，鈦的化學(xué)活性很高，能與鹵素、氧、氮、碳、硫等元素發(fā)生劇烈反應(yīng)。鈦一般不發(fā)生孔蝕；除在幾種個別介質(zhì)(如發(fā)煙硝酸，甲醇溶液)中，也不發(fā)生晶間腐蝕；鈦的應(yīng)力腐蝕破裂敏感性小，具有抗腐蝕疲勞的性能，耐縫隙腐蝕性能良好。

2)鈦合金特點:鈦合金的機(jī)械性能與耐蝕性都比純鈦有明顯提高。工業(yè)上使用的都是鈦合金。鈦合金的主要腐蝕形態(tài)是氫脆和應(yīng)力腐蝕破裂。

氫脆：鈦及其合金在有氫氣環(huán)境中很易吸氫而脆裂，且其敏感性隨溫度的降低而增加。鈦中的雜質(zhì)鐵對吸氫有很大的促進(jìn)作用。在加工過程中應(yīng)采取除氫措施。鈦合金在熱鹽、甲醇、氯化物溶液、赤色硝酸、四氧化二氮等介質(zhì)中易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。消除措施：1）加入合金元素鉬、鈮、釩；2）采用合理的熱處理工藝；3）在各種加工后進(jìn)行應(yīng)力消除處理；4）加緩蝕劑；5）采取陰極保護(hù)4、鉛及其合金1）鉛

特點:強(qiáng)度小(僅為鋼的1/20)、硬度低、密度大、再結(jié)晶溫度低、熔點低、導(dǎo)熱性差、不耐磨、柔軟、有毒、價格高。耐大氣（特別是含有二氧化硫、硫化氫的氣體中）、硫酸、亞硫酸、鉻酸、氫氟酸、濃度小于85％的磷酸的腐蝕；不耐蟻酸、醋酸、硝酸、堿溶液的腐蝕。應(yīng)用：處理硫酸的設(shè)備襯里。2）鉛合金鉛中加銻，可增加鉛的硬度、強(qiáng)度和在硫酸中的穩(wěn)定性。加入不同含銻量的鉛銻合金稱為硬鉛。硬鉛可制作硫酸工業(yè)用的泵、閥門、管道等。

5、鎳及其合金1）鎳

特點:具有高強(qiáng)度、高塑性和冷韌的特性，能壓延成很薄的板和細(xì)絲。在各種溫度，任何濃度的堿溶液和各種熔融堿中，耐蝕性好；含硫氣體、濃氨水、含氧酸和鹽酸等介質(zhì)中，耐蝕性很差。應(yīng)用：在水處理工程和化工上主要用于制造堿性介質(zhì)設(shè)備，以及鐵離子在反應(yīng)過程中會發(fā)生催化影響而不能采用不銹鋼的那些過程設(shè)備。

2）鎳合金

Ni-Cu合金中的蒙乃爾合金具有很好的力學(xué)性能和機(jī)械性能,易于壓力加工和切削加工,在多種介質(zhì)中耐蝕性好。主要用于在高溫荷載下工作的耐蝕零件和設(shè)備。在水工藝工程和化工上應(yīng)用較多。Ni-Mo合金中的哈氏合金能耐室溫下所有濃度的鹽酸和氫氟酸。Ni-Cr合金中的因考爾合金(0Cr15Ni57Fe),在高溫下具有很好的力學(xué)性能和很高的抗氧化能力,是能抗熱濃腐蝕的少數(shù)幾種材料之一.

第二節(jié)無機(jī)非金屬材料一、陶瓷材料的分類

陶瓷材料傳統(tǒng)陶瓷（工業(yè)陶瓷、日用陶瓷）（硅酸鹽材料）玻璃（工業(yè)、建筑、日用玻璃）玻璃陶瓷（光學(xué)玻璃陶瓷、耐熱、耐蝕微晶玻璃等特種陶瓷具有某種特殊機(jī)械、物理或化學(xué)性能的陶瓷。如耐蝕、高溫、電容器、壓電、電光陶瓷等。金屬陶瓷金屬具有熱穩(wěn)定性好、韌性好的優(yōu)點，但易氧化，高溫強(qiáng)度不高；陶瓷則具有硬度高、耐火度高、耐腐蝕等優(yōu)點，但熱穩(wěn)定性差，脆性大。將兩者制成復(fù)合材料，可取長補(bǔ)短?？煞譃榻Y(jié)構(gòu)陶瓷、工具陶瓷和耐熱陶瓷等幾種。二、陶瓷的基本性能陶瓷的機(jī)械性能剛度硬度強(qiáng)度塑性韌性或脆性陶瓷的物理化學(xué)性能熱膨脹導(dǎo)熱性熱穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性導(dǎo)電性

陶瓷主要特點：不可燃燒性、高耐熱性、高化學(xué)穩(wěn)定性、不老化性、高硬度和良好的抗壓能力；脆性高、熱穩(wěn)定性低、對溫度巨變的抵抗力低、抗拉、抗彎性能差。三、耐蝕無機(jī)非金屬材料及其性能按照材料成分，大部分無機(jī)非金屬材料都是硅酸鹽材料。它們的耐蝕性能主要取決于二氧化硅的含量和其他金屬氧化物的含量。二氧化硅含量在60%以上的硅酸鹽材料具有優(yōu)良的耐蝕性能，除氫氟酸和高溫磷酸外，可耐所有酸的腐蝕。其缺點是不耐堿的腐蝕，但若硅酸鹽材料中的二氧化鈦含量較高時，它就能既耐酸腐蝕，又耐堿腐蝕。1、陶瓷及其耐蝕性能（1）耐酸陶瓷耐蝕性：耐沸騰溫度下任何濃度的鉻酸、96%的硫酸、沸點以下的任何濃度鹽酸和任何濃度的醋酸、草酸等有機(jī)酸不耐氫氟酸、堿性介質(zhì)。

特性：性脆、抗拉強(qiáng)度低、在急熱、急冷變化時和硬物敲擊下易碎。

用途：主要用來制作耐酸容器和塔器、泵、管道、閥門等，也用來制作耐酸瓷磚。

（2）氮化硅陶瓷特點:氮化硅陶瓷熱膨脹系數(shù)小、耐溫度急變性好、摩擦系數(shù)小、有自潤滑性，是一種優(yōu)良的耐磨材料。耐蝕性：氮化硅陶瓷耐所有的無機(jī)酸（氫氟酸除外）和某些堿溶液的腐蝕，它在高溫下的抗氧化性能也很好。應(yīng)用:可用于制作機(jī)械密封環(huán)、球閥和一些耐蝕、耐磨、耐高溫的精密零部件，如各種軸承等。2、玻璃及其耐蝕性能特點：除氫氟酸、熱磷酸和強(qiáng)堿外，它幾乎耐所有酸和氧化劑的腐蝕；表面光滑、透明、能保證污染條件下物料的清潔、耐溫度急變性差、質(zhì)脆、不耐沖擊和震動。應(yīng)用:在水質(zhì)分析、化工、石油、醫(yī)藥、食品等部門，玻璃可用作制造容器、量具、管道、閥門、泵及金屬管道的內(nèi)襯等。玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性：隨二氧化硅含量的增加，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性提高。隨堿金屬氧化物含量的增加，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性降低。用于防腐蝕的玻璃有石英玻璃、硼硅酸鹽玻璃、低堿無硼玻璃。3、化工搪瓷及其耐蝕性能搪瓷是將瓷釉涂搪在金屬底材上，經(jīng)過高溫?zé)贫?，是金屬和瓷釉的?fù)合材料?；ぬ麓杉嬗薪饘僭O(shè)備的力學(xué)性能和瓷釉的耐腐蝕性能雙重優(yōu)點。除了氫氟酸、含有氟離子的介質(zhì)、高溫磷酸、強(qiáng)堿外，它耐各種濃度的無機(jī)酸、有機(jī)酸、鹽類、有機(jī)溶劑和弱堿的腐蝕。瓷表面光滑易清洗，并有防止金屬離子干擾化學(xué)反應(yīng)和玷污產(chǎn)品的作用，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、釀造、合成纖維生產(chǎn)中。4、石墨及其耐蝕性能分為天然石墨和人工石墨兩種。天然石墨含有大量雜質(zhì)，耐蝕性差；在腐蝕工程中主要應(yīng)用不透性人造石墨。不透性石墨：利用各種浸漬劑（酚醛樹脂、呋喃樹脂等）或粘結(jié)劑（水玻璃等）進(jìn)行浸漬、壓形和澆注等加工處理制成，具有優(yōu)良的耐蝕性。在設(shè)備制造與化工防腐工程中，不透性石墨已成功地用于制造熱交換器、塔及塔件、管道、管件、鹽酸合成爐等。第三節(jié)高分子材料一、概述（一）基本概念一般將分子量低于500的化合物稱為低分子化合物，分子量高于5000的化合物稱為高分子化合物。高分子化合物的性能主要決定于構(gòu)成高分子的單體、鏈節(jié)結(jié)構(gòu)、聚合度等。高分子材料主要包括合成樹脂、合成橡膠、合成纖維三大類。（二）高分子化合物的合成

高分子化合物也稱為聚合物或高聚物。最常見的聚合反應(yīng)有加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩種.

1、加聚反應(yīng)：一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)。這種反應(yīng)沒有其他副產(chǎn)物，因此生成的聚合物具有與單體相同的成分。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和合成橡膠等產(chǎn)品。2、縮聚反應(yīng)：一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，同時析去(縮去)其他低分子物質(zhì)（如水、氨、醇、鹵化氫等）的反應(yīng)。反應(yīng)生成的聚合物叫縮聚物，而成分則與單體的不同。如滌綸、尼龍、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等高聚物都由縮聚反應(yīng)合成的。（三）高分子材料的分類和命名1、分類按大分子鏈幾何形狀按大分子鏈排列特點按極性線型支鏈型體型無定型晶態(tài)極性非極性按實際用途塑料橡膠纖維膠粘劑按大分子主鏈中的組成元素分類①碳鏈有機(jī)聚合物:該類聚合物的大分子主鏈全部由飽和碳鏈或雙鍵不飽和碳鏈組成(如聚烯烴，聚二烯烴)-C-C-C-C-C-或-C-C=C-C-

②雜鏈有機(jī)聚合物:該類聚合物的大分子主鏈中除碳原子外，還含有氧，氮，硫，磷等其它原子:-C-C-O-C-，-C-C-N-C-，或-C-C-S-C-

①和②包括樹脂和橡膠。塑性好、易加工、強(qiáng)度低、易于老化及燃燒。③元素有機(jī)聚合物:該類聚合物的主鏈主要由硅、鈦、鋁、硼、氧等原子構(gòu)成，如:-O-Si-O-Si-O-其側(cè)基一般為有機(jī)基團(tuán)(碳鏈)

④無機(jī)聚合物:該類聚合物的主鏈和側(cè)基均由無機(jī)元素或基團(tuán)構(gòu)成。硅酸鹽玻璃、石棉、云母、陶瓷等。2、命名①由化學(xué)結(jié)構(gòu)命名:就是以聚合物鏈節(jié)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)來命名。一是按鏈節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點命名；二是按有機(jī)化合物系統(tǒng)命名。

②由原料單體命名:就是以合成聚合物的低分子原料單體為基礎(chǔ)來命名。對于加聚類聚合物，在其鏈節(jié)所含單體前加一“聚”字來取名；對于縮聚類以及某些共聚類聚合物，在其低分子原料之后習(xí)慣加“樹脂”二字命名。

③采用商品名稱和代表符號:有許多聚合物人們習(xí)慣使用其商品名稱，例如有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)，電木(酚醛塑料)，滌綸或的確良(聚脂纖維)，腈綸或人造羊毛(聚丙烯腈纖維），錦綸或尼龍(聚酰胺纖維)等。

二、高分子材料的性能重量輕塑性與受迫彈性絕緣性耐熱性高彈性強(qiáng)度與斷裂滯彈性耐蝕性韌性減摩耐磨性老化滯彈性滯彈性：主要表現(xiàn)有蠕變、應(yīng)力松弛和內(nèi)耗等。蠕變：高聚物在室溫下承受力的長期作用時，發(fā)生的不可恢復(fù)的塑性變形稱為蠕變。如架空的聚氯乙烯電線套管，在電線和自身重量的作用下發(fā)生的緩慢的擾曲變形就屬于蠕變。由于高聚物的蠕變現(xiàn)象比其他材料嚴(yán)重，因此當(dāng)將其作為結(jié)構(gòu)材料使用時必須解決高聚物的蠕變問題。應(yīng)力松弛：高聚物受力變形后所產(chǎn)生的應(yīng)力隨時間而逐漸衰減的現(xiàn)象。該現(xiàn)象是大分子鏈在力的長期作用下，逐漸改變構(gòu)象和發(fā)生位移所引起的。如連接管道或設(shè)備的法蘭盤中的密封墊圈，經(jīng)較長時間工作后發(fā)生的滲漏現(xiàn)象，就是應(yīng)力松弛的表現(xiàn)。滯后與內(nèi)耗：高聚物承受周期性荷載時，出現(xiàn)應(yīng)變落后于應(yīng)力，即造成應(yīng)變的滯后。于是造成分子間的內(nèi)摩擦，產(chǎn)生內(nèi)耗，而那部分未來得及釋放，由變形所產(chǎn)生的彈性儲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?nèi)耗會導(dǎo)致高聚物溫度升高，加速其老化。

強(qiáng)度與斷裂

高聚物強(qiáng)度比金屬低得多，這是它目前作為工程結(jié)構(gòu)材料使用的最大障礙之一。實際高聚物強(qiáng)度低的原因與金屬一樣，是結(jié)構(gòu)中存在有缺陷。主要的缺陷有：微裂縫、空洞、氣孔、雜質(zhì)、結(jié)構(gòu)的松散性和不均勻性等。高聚物的斷裂有脆性斷裂和韌性斷裂兩種方式。老化老化是指高聚物在長期使用或存放過程中，由于受各種因素的作用，性能隨時間不斷惡化，逐漸喪失使用價值的過程。老化原因：分子鏈的結(jié)構(gòu)發(fā)生了降解或交聯(lián)。降解是大分子發(fā)生斷鏈或裂解，使分子量降低，高聚物碎斷為小分子；交聯(lián)則是分子鏈之間生成化學(xué)鍵，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使聚合物變硬變脆。改進(jìn)高聚物抗老化能力的主要措施：1）表面防護(hù)；2）改進(jìn)高聚物結(jié)構(gòu)，提高穩(wěn)定性；3）加入防老化劑三、常用塑料

以有機(jī)合成樹脂為主要組成材料，與其他配料混合，通過加熱、加壓塑造成一定形狀的產(chǎn)品。以合成樹脂制成的塑料，幾乎占全部三大合成材料的68％，同時塑料也是最主要的工程結(jié)構(gòu)與設(shè)備材料。塑料特點：具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，良好的耐腐蝕性、自潤滑性、優(yōu)良的電絕緣性、易于加工成型、耐熱性低、熱膨脹系數(shù)大、機(jī)械強(qiáng)度低、剛性差、易老化。（一）塑料的組成1.合成樹脂（由低分子化合物通過聚合或縮聚反應(yīng)合成的高分子化合物.）2.填料（塑料改性最重要的成分，主要起增強(qiáng)性能的作用）3.固化劑（通過交聯(lián)使樹脂具有體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，硬化和穩(wěn)定塑料制品）4.增塑劑（用以提高樹脂可塑性和柔性的添加劑）5.穩(wěn)定劑（延遲塑料在環(huán)境中的老化過程）6.潤滑劑（可防止塑料成形過程中產(chǎn)生的粘膜問題）7.著色劑（使塑料著色，可為有機(jī)或無機(jī)顏料）8.阻燃劑（遏制燃燒或造成自熄）

（二）常用塑料的分類及特性1、按照熱性能分：(1)熱塑性塑料加熱時軟化，可塑造成形，冷卻后則變硬。（線型聚合物）(2)熱固性塑料初加熱時軟化，可塑造成形，但固化之后再加熱，不再軟化，也不溶于溶劑。（體型聚合物）

2.按照使用范圍分：(1)通用塑料（主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、酚醛塑料等。）

(2)工程塑料（最重要的有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS等四種。）(3)耐熱塑料（常見的有聚四氟乙烯、有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧樹脂等。）

（三）常用塑料及性能見教材P33－36四、橡膠（一）天然橡膠

組成:橡膠樹的樹汁經(jīng)過煉制的高彈性固體。它是不飽和異戊二烯(C5H8)高分子聚合物。

特點:天然橡膠的力學(xué)性能較差；化學(xué)穩(wěn)定性較好，可耐一般非氧化性強(qiáng)酸，有機(jī)酸，堿溶液和鹽溶液的腐蝕，但不耐強(qiáng)氧化性酸和芳香族化合物的腐蝕。

應(yīng)用:在水工藝工程，化學(xué)工程等設(shè)備防腐處理中，軟橡膠主要用作各種設(shè)備的襯里；硬橡膠還可制成整體設(shè)備，如泵、管道、閥門等。

（二）合成橡膠

組成:合成橡膠的主要原料是石油、煤和天然氣。

特點及其應(yīng)用:丁基橡膠的突出特點是不透氣性，對氧化性環(huán)境如空氣和稀硝酸具有較好的耐蝕性.硅橡膠無味、無毒、其最大的特點是耐熱性好，可用作墊圈，密封件材料和隔熱材料。氟橡膠具有優(yōu)良的耐高溫，耐油，耐強(qiáng)氧化劑和耐酸堿性能，主要用于高溫、強(qiáng)氧化環(huán)境。第四節(jié)復(fù)合材料一、概述

（一）特點

復(fù)合材料就是由兩種或更多種的物理和化學(xué)本質(zhì)不同的物質(zhì)，人工制成的一種多相固體材料。

1、它可改善或克服組成材料的弱點，充分