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1、机械工程材料,大连海洋大学精品课程,授课教师：丁晓非 潘颖 授课时间：2013年03月15日,2,目录,第4篇 材料的应用,3,第3篇 常用机械工程材料,第9章 非合金钢及合金钢,第10章 铸铁,第11章 有色金属及其合金,第12章 非金属材料及新材料,4,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料 常称聚合物或高聚物 分子量一般104,5,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,由简单的结构单元重复
2、连接而成。 由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+=CH2=CH2=CH2=CH2 简写成 nCH2=CH2 CH2= CH2n 组成聚合物的低分子化合物称为单体。 聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链。 大分子链中重复结构单元称为链节。链节数目称为聚合度n。 分子量一般104,聚乙烯分子链,6,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,交联反应 裂解反应 聚合物的老化,交联反应是指大分子由线型结构转变为体型结构的过程。 交联反应使聚合物的力学性能、化学稳定性提高。 如树脂的固化、橡胶的硫化等。,大分子
3、链在各种外界因素（光、热、辐射、生物等）作用下，发生链的断裂，分子量下降的过程。,在长期使用过程中，由于受热、氧、紫外线、微生物等因素的作用发生变硬、变脆或变软、发粘的现象。,7,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,按用途分类 按聚合物反应类型分类 按聚合物的热行为分类 按主链上的化学组成分类,塑料 橡胶 纤维 胶粘剂 涂料,加聚物 缩聚物,热塑性聚合物和热固性聚合物,碳链聚合物 杂链聚合物 元素有机聚合物,8,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12
4、.4新材料简介,在原料单体名称前加“聚”字 在原料单体名称后加“树脂” 采用商品名称 采用英文字母缩写,聚乙烯 聚氯乙烯,环氧树脂 酚醛树脂,尼龙 涤纶,聚乙烯用PE 聚氯乙烯用PVC,9,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,塑料是指以天然或合成树脂为基本原料。 在一定温度、压力下可塑制成形，并在常温下能保持其形状不变的高聚物材料。,(1)工程塑料的组成 塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂。 树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。 简单组分塑料和复杂组分塑料两类。,稳定剂 填充剂 固化剂 润滑剂,树脂
5、,树脂+添加剂,10,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,(2)常用工程塑料 一般结构用塑料 聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚丙烯 ABS,电绝缘性优良 脆性大 日用装潢工业制品,高压聚乙烯薄膜 低压聚乙烯结构件,综合性能好 各种机械零件 医疗器械 家用电器部件,成本低 有毒性 硬质化工结构件 软质薄膜,坚韧 质硬 刚性 制造和化学工业广泛应用,11,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,(2)常用工程塑料 摩擦传动零件用塑料 聚酰胺
6、聚甲醛 聚碳酸酯 聚四氟乙烯,优良的机械性能机械、仪表、航空、电讯,强度高，耐磨、自润滑性好机械、化工及电气零件,塑料王减磨密封件、化工耐蚀件、绝缘材料,综合性能好 汽车、机床、化工、电气仪表、农机,12,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,(2)常用工程塑料 耐蚀用塑料 聚四氟乙烯 氯化聚醚 聚丙烯,化学工业和机电工业化工设备零件、管道,氯化聚醚防腐蝶阀,13,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,(2)常用工程塑料 耐高温件用塑料
7、 聚砜 聚苯醚 聚酰亚胺 氟塑料,热稳定性高电气、机械设备,综合性能好机电、医疗器械,耐热性最高特殊条件下使用的精密零件耐高温润滑轴承,聚酰亚胺层压板,14,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,(2)常用工程塑料 热固性塑料 -在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。,酚醛塑料 环氧塑料,-电讯器材和电木制品 如插座、开关,电器配件,-仪表构件 塑料模具,15,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,(1)合成纤维概述 -以煤、石
8、油、天然气、水、空气、食盐、石灰石等为原料，经化学处理制成的人工纤维。 绵纶（聚酰胺） 腈纶（聚丙烯腈） 90 涤纶（聚酯） 维纶（聚乙烯醇） 丙纶（聚丙烯） 氯纶（聚氯乙烯）,16,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,(2)常用合成纤维 绵纶（聚酰胺） 尼龙 耐磨性好丝袜、衬衣、渔网 腈纶（聚丙烯腈） 人造羊毛 衣料、毛毯 涤纶（聚酯） 的确良衣料、轮胎帘布 维纶（聚乙烯醇） 医用手术缝合材料 氟纶（聚四氟乙烯）原子能、航空和化学工业应用 芳纶（芳香族聚酰胺） 合成钢丝 航空航天领域,17,第12章 非金属材料
9、及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料 抗撕裂、耐疲劳好 密封、防腐蚀、防渗透、减震、耐磨、绝缘以及安全防护 一般不耐油、不耐溶剂和强氧化性介质，易老化,(1)橡胶的组成 天然橡胶 合成橡胶,硫化剂 填充剂 软化剂 发泡剂,生胶+配合剂,18,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,(2)常用合成橡胶 通用橡胶 轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置 特种橡胶 高低温、强腐蚀、强辐射等环境下的橡胶制品,19,第12章
10、非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。 传统陶瓷 新型陶瓷,20,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,1.陶瓷材料的组成、结构 -由晶相(1)、玻璃相(2)和气相(3)气孔组成,晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相。,21,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,1.陶瓷材料的组成、结构 -由晶相(
11、1)、玻璃相(2)和气相(3)气孔组成,玻璃相是陶瓷原料中部分组元与其他杂质在高温烧结过程中产生一系列物理、化学反应后形成的一种非晶态结构的低熔点固体。,气相是由原料和工艺等因素造成的，并保留于陶瓷中的气孔。,22,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,2.陶瓷的结合键 -以离子键、共价键及两者的混合键为主,23,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,3.陶瓷材料的性能 高熔点、高硬度、高化学稳定性、耐高温、耐氧化、耐腐蚀 密度小、弹性
12、模量大、耐磨损、强度高、脆性大 功能陶瓷还具有电、光、磁等特殊性能,脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹,韧性陶瓷硬度压痕,24,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,4.陶瓷材料的分类 按化学成分分类 按使用原料分类 按性能和用途分类,韧性陶瓷硬度压痕,氧化物陶瓷 氮化物陶瓷 碳化物陶瓷,普通 陶瓷 特种陶瓷,结构陶瓷和功能陶瓷,Al2O3 BN SiC,天然原料 合成材料,25,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,1.普通陶瓷 普通陶瓷是用
13、粘土(Al2O32SiO22H2O)、石英(SiO2)和长石(K2OAl2O36SiO2，Na2OAl2O36SiO2) 为原料，经成型、烧结而成的陶瓷。 其组织中主晶相为莫来石(3Al2O32SiO2)，占2530%，玻璃相占3560%，气相占13%。,韧性陶瓷硬度压痕,绝缘子,26,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,1.普通陶瓷 普通陶瓷加工成型性好，成本低，产量大。 除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门。,韧性陶瓷硬度压痕,景德镇瓷器,27,第12章 非金属材料及新材料,本章内容:
14、 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,2.特种陶瓷 （1）氧化物陶瓷,韧性陶瓷硬度压痕,氧化铝陶瓷以Al2O3为主要成分 良好的电绝缘性能及耐磨性 微晶刚玉的硬度极高(仅次于金刚石),28,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,2.特种陶瓷 （2）碳化物陶瓷,韧性陶瓷硬度压痕,高熔点、硬度和耐磨性 脆性大、耐高温氧化能力差 用于加热元件、砂轮、磨料,常压烧结碳化硅,29,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4
15、新材料简介,2.特种陶瓷 （3）硼化物陶瓷,韧性陶瓷硬度压痕,硼化铬、硼化钼、硼化钛、硼化钨和硼化锆 高硬度、较好的耐化学侵蚀能力 制作高温轴承、内燃机喷嘴及电触点材料,30,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,2.特种陶瓷 （4）氮化物陶瓷,氮化硅(Si3N4)和氮化硼(BN),反应烧结法得到的-Si3N4 热压烧结法得到的p-SiN4 Si3N4中加一定量Al2O3烧制成 氮化硼陶瓷,31,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,2
16、.特种陶瓷 （5）其他特种陶瓷,氮化铝陶瓷 莫来石陶瓷 赛隆陶瓷,坩埚、保护管等耐热材料,炉管、热电偶套管,切削刀具、底盘定位销,氮化铝散热片,32,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,-由两种或两种以上不同化学性质或不同组织结构的材料，经人工组合而成的合成材料。,基体相 起粘结作用,增强相 提高强度和韧性,复合材料船体,33,第12章 非金属材料及新材料,本章内容: 12.1高分子材料 12.2陶瓷材料 12.3复合材料 12.4新材料简介,1.按基体类型分类 金属基复合材料 高分子基复合材料 陶瓷基复合材料,纤维增强金属、铝聚乙烯复合薄膜,纤维增强塑料、碳碳
