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1、第四节、非金属材料与复合材料,非金属材料是指除金属材料之外的所有材料的总称，通常主要包括有机高分子材料、无机非金属材料和复合材料三大类。,随着高新科学技术的发展，使用材料的领域越来越广，所提出的要求也越来越高。对于要求密度小、耐腐蚀、电绝缘、减振消声和耐高温等性能的工程构件，传统的金属材料已难以胜任。 目前在工程领域应用最多的非金属材料主要是高分子材料（塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂、涂料、液晶）；陶瓷材料（陶瓷器、玻璃、水泥、耐火材料）及各种复合材料。,一、高分子材料,由千百个原子，彼此以共价键连接的大分子化合物。它们具有较大的相对分子质量，一般为几万到几十万，甚至达到数百万。,工程塑料塑料是
2、一种具有可塑性的人造高分子有机化合物(树脂)。塑料是指以有机合成树脂为主要成分,加入或不加入其他配合材料(助剂)而构成的人造材料。塑料的组成 树脂：主要组成成分，体现塑料性能； 添加剂：包括填料、增塑剂、固化剂、稳定剂、润滑剂、着色剂等。,塑料的分类,按分子结构及热性能不同分a)热塑性（PE、PP、PVC、PS、ABS、PMMA、PA、 POM、PC等）b)热固性（酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、聚邻苯二甲酸、二烯丙酯、有机硅塑料、硅酮塑料）,2）按塑料的用途分 通用塑料 指产量大、价格低、用途广的塑料。如：PE、PP、PS、PVC、酚醛塑料和氨基塑料； 工程塑料 指作为结构材料在机械设备和工程
3、结构中使用的塑料。如：POM、PA、PC、PPO、ABS、PSU、PTFE、PMMA和环氧树脂等； 特殊塑料 指具有某些特殊性能的塑料。如：氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂和环氧树脂等。,塑料的性能特点：,比强度高、耐蚀性能好、电绝缘性能好、减摩、耐磨性好、有消音吸震性。强度低、耐热性低、膨胀系数大、热导率小、蠕变温度低、易老化等。,低密度聚乙烯包装膜,聚四氟乙烯,酚醛树脂,聚丙烯,2、合成橡胶,橡胶是以高分子化合物为基础的、具有显著高弹性的材料。,橡 胶,天然橡胶,合成橡胶,通用橡胶,特种橡胶,丁苯橡胶 顺丁橡胶 氯丁橡胶,聚硫橡胶硅橡胶,橡胶的性能特点：,橡胶是在室温下处于高弹态的高分子材
4、料。 高弹性：弹性变量可达1001000； 耐磨性： 隔音性： 阻尼性： 绝缘性： 一定的强度和硬度：,丁苯橡胶,氯丁橡胶,硅橡胶,3、合成纤维,凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料，均称纤维。天然纤维： 化学纤维：（人造纤维、合成纤维）,纤维,天然纤维,化学纤维,棉花 羊毛 木材 草类,合成纤维：用石油、天然气等为原料制成的单体，再经聚合制成的纤维（如：“六大纶”、碳纤维、光导纤维等）,人造纤维：用木材、草类的纤维经化学加工制成。如粘胶纤维等,二、陶瓷材料,陶瓷是陶器与瓷器的总称。它是一种既古老而又现代的工程材料，亦称无机非金属材料，具有耐高温、耐腐蚀、硬度高、绝缘等
5、优点。陶瓷材料的发展经历了三次重大飞跃。从陶器发展到瓷器，是陶瓷发展史上的第一次重大飞跃；从传统陶瓷发展到先进陶瓷，是陶瓷发展史上的第二次重大飞跃；从先进陶瓷发展到纳米陶瓷是陶瓷发展史上的第三次重大飞跃。,一、陶瓷的分类按其原料的来源不同可分为普通陶瓷（传统陶瓷）和特种陶瓷（先进陶瓷）。普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物为原料（粘土、长石、石英），经过原料加工、成型、烧结而成，因此又叫硅酸盐陶瓷。特种陶瓷是采用纯度较高的人工合成化合物（如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN），经配料、成型、烧结而制得。,二、陶瓷的性能特点,1、力学性能 与金属材料相比，大多数陶瓷的硬度高，弹性模量大，脆性大
6、，几乎没有塑性，抗拉强度低，抗压强度高。 2、热性能 熔点高，抗蠕变能力强，热硬性可达1000；热膨胀系数和热导率小，承受温度快速变化的能力差，在温差剧变时会开裂。 3、化学性能 化学稳定性非常高，有良好的抗氧化能力，在强腐蚀介质和高温共同作用下有良好的抗腐蚀性能。 4、其他物理性能 大多数陶瓷是电绝缘体，功能陶瓷材料具有光、电、磁、声等特殊性能。,三、复合材料,复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理和化学复合，组成具有两个或两个以上相态结构的材料。 该类材料不仅性能优于组成中的任意一个单独的材料，而且还可具有组分单独不具有的独特性能。,分类 按照基体材料分 1、非金属基复合材料。又分为
7、：无机非金属基复合材料，如陶瓷基、水泥基复合材料等；有机非金属基复合材料，如塑料基、橡胶基复合材料。 2、金属基复合材料。如铝基、铜基、镍基、钛基复合材料。 按照增强材料分 1、纤维增强复合材料。如纤维增强塑料、纤维增强橡胶、纤维增强陶瓷、纤维增强金属等。 2、粒子增强复合材料。如金属陶瓷、烧结弥散硬化合金等。 3、叠层复合材料。如双层金属复合材料（巴氏合金钢轴承材料）、三层复合材料（钢铜塑料复合无油滑动轴承材料）。,复合强化原理复合材料是由基体材料和增强相构成。两者的类型和性质及两者之间的结合力，决定其性能，增强相的形状、数量、分布及制备过程等也影响其性能。增强机制(1)颗粒增强复合材料 (2)纤维增强复合材料 (3)晶须增强复合材料,复合材料的性能特点,比模量高、比强度大 （单位质量所提供的变形抗力和承载能力大） 良好的抗疲劳性能 良好的破断安全性 优良的高温性能 减振性良好,
