第六章第六章 非金属材料非金属材料6.16.1 高分子材料高分子材料 6.26.2 陶瓷材料陶瓷材料 6.36.3 复合材料复合材料本章仅作一般了解本章仅作一般了解 6.1 6.1 高分子材料高分子材料一、概述一、概述主要成分主要成分 — 高分子化合物（分子量大，一般在高分子化合物（分子量大，一般在103~107）） 天然高分子材料 天然高分子材料 —松香、天然纤维、蛋白质、天然松香、天然纤维、蛋白质、天然橡胶 人工合成高分子材料 人工合成高分子材料 — 塑料、合成橡胶、合成纤维塑料、合成橡胶、合成纤维（涤纶等）涤纶等）高聚物结构特点高聚物结构特点 — 由一种或几种简单低分子化合物重复由一种或几种简单低分子化合物重复连接而成链状结构如聚乙烯、聚氯乙烯连接而成链状结构如聚乙烯、聚氯乙烯分别由乙烯、氯乙烯聚合而成分别由乙烯、氯乙烯聚合而成分类分类 — 塑料、橡胶、纤维塑料、橡胶、纤维 性能特点性能特点低强度低强度——σσb b≈100MPa≈100MPa高弹性高弹性 —— 如橡胶的弹性变形率为如橡胶的弹性变形率为100~1000%100~1000%，金属一般为，金属一般为1% 1% ；；低弹性模量低弹性模量 —— 塑料和橡胶分别为金属的塑料和橡胶分别为金属的 1/10 1/10 和和 1/1000 1/1000 。
高耐磨性高耐磨性 ——— 比金属好，如汽车外轮胎比金属好，如汽车外轮胎高绝缘性高绝缘性低耐热性低耐热性 低导热性 低导热性 —— 是金属的是金属的1/100 ~1/1000 1/100 ~1/1000 高热膨胀性 高热膨胀性 —— 约为金属的约为金属的 3~10 3~10 倍倍高耐腐蚀性高耐腐蚀性 —— 耐酸、碱等耐酸、碱等老化老化 —— 受氧、光、热、机械力等长时间作用后，性能逐渐恶化受氧、光、热、机械力等长时间作用后，性能逐渐恶化 二、工程塑料二、工程塑料组成组成合成树脂合成树脂 —高分子化合物，如聚乙烯、酚醛塑料等高分子化合物，如聚乙烯、酚醛塑料等 添加剂添加剂 — 填料或增强、增塑、固化、润滑、稳定、着色、填料或增强、增塑、固化、润滑、稳定、着色、阻燃剂等阻燃剂等分类分类热塑性塑料热塑性塑料 — 加热软化，冷却后又硬化成形，可反复进加热软化，冷却后又硬化成形，可反复进行加工成型简便，机械性能较好；耐热行加工成型简便，机械性能较好；耐热性和刚性较差如聚乙烯性和刚性较差如聚乙烯 热固性塑料热固性塑料 —受热固化后，不会再受热软化机械性能受热固化后，不会再受热软化。
机械性能差；耐热性和刚性较好如酚醛树脂、环差；耐热性和刚性较好如酚醛树脂、环氧树脂 三、橡胶三、橡胶高弹性，变形量高弹性，变形量100~1000%；弹性模数低，仅；弹性模数低，仅1MN /m 天然橡胶天然橡胶 — 耐油和耐溶剂性差，易老化，不耐高温耐油和耐溶剂性差，易老化，不耐高温 合成橡胶 合成橡胶 — 如，丁苯橡胶、氯丁橡胶如，丁苯橡胶、氯丁橡胶 用途用途 —— 轮胎，工业、生活及医疗用品轮胎，工业、生活及医疗用品 特种橡胶特种橡胶 —— 耐高、低温，耐酸、碱、油，辐射等的耐高、低温，耐酸、碱、油，辐射等的橡胶 常用工程塑料常用工程塑料有机玻璃（有机玻璃（PMMA) —— 密度仅玻璃的一半，密度仅玻璃的一半，σb=42~50MPa ，，比普通玻璃高比普通玻璃高7~18倍用于透明件，装饰件，绝缘件用于透明件，装饰件，绝缘件聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC））—— σb = 30~60 MPa ，，使用温度使用温度-15~55℃硬PVC 耐油、耐蚀，耐油、耐蚀，用于化工管道，电器绝缘材料及电线绝缘层、套管软用于化工管道，电器绝缘材料及电线绝缘层、套管软PVC 富有弹性，富有弹性，用作非食品包装薄膜。
用作非食品包装薄膜聚丙烯聚丙烯 PP —— 刚性大刚性大, 重量轻，耐热（重量轻，耐热（-35~121 ℃ ），绝缘性优越用于机械零），绝缘性优越用于机械零件（法兰，齿轮），化工容器、管道，电器外壳等件（法兰，齿轮），化工容器、管道，电器外壳等ABS塑料塑料 —— 硬、韧、刚的混合特性较好；容易电镀用于零件（齿轮，泵叶轮硬、韧、刚的混合特性较好；容易电镀用于零件（齿轮，泵叶轮, 轴承等轴承等, 电机、仪表外壳，管道，汽车零件及车身电机、仪表外壳，管道，汽车零件及车身聚酰胺（聚酰胺（PA, 尼龙）尼龙）—— 耐磨耐磨, 减摩性及韧性好耐蚀减摩性及韧性好耐蚀, 无毒用于耐磨无毒用于耐磨, 耐蚀的耐蚀的承载转动零件（齿轮承载转动零件（齿轮, 轴承轴承, 螺钉和螺母等小型零件）螺钉和螺母等小型零件）酚醛树脂（酚醛树脂（PF））—— 如热固性酚醛树脂（胶木）如热固性酚醛树脂（胶木）, 耐磨、性脆；绝缘性好（不小耐磨、性脆；绝缘性好（不小于于10KV）；）；耐热、不耐碱用于电器插座，开关，机，仪表盒；耐热、不耐碱用于电器插座，开关，机，仪表盒；汽车刹车片汽车刹车片, 内燃机曲轴皮带轮内燃机曲轴皮带轮, 齿轮齿轮, 耐酸泵等；日用非食物器皿。
耐酸泵等；日用非食物器皿 6.2 6.2 陶瓷材料陶瓷材料陶瓷陶瓷 —— 用天然或人工合成的粉状化合物，经过用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成，由无机非金属化成型和高温烧结制成，由无机非金属化合物（硅酸盐等）构成的多相固体材料合物（硅酸盐等）构成的多相固体材料性能性能力学性能力学性能 —— 刚性、硬度、脆性大，抗压强度刚性、硬度、脆性大，抗压强度 大，抗拉强度、塑韧性低大，抗拉强度、塑韧性低 熔点高、高温下不易氧化，但不耐温度的急剧变化熔点高、高温下不易氧化，但不耐温度的急剧变化耐蚀性、绝缘性好耐蚀性、绝缘性好 分类及用途分类及用途普通陶瓷普通陶瓷 —— 日用，建筑卫生，电器（绝缘），化日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工等用途工等用途特种陶瓷特种陶瓷 —— 氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化物陶瓷等，用于电容器，压电瓷、氮化硼陶瓷、氧化物陶瓷等，用于电容器，压电，磁性，电光，高温零件等磁性，电光，高温零件等电子陶瓷电子陶瓷 ——电子产品、敏感元件等。
电子产品、敏感元件等 6.3 6.3 复合材料复合材料一、概述一、概述复合材料复合材料 —— 两种（以上）性质不同的材料组合而成两种（以上）性质不同的材料组合而成性能特点性能特点 —— 比强度和比刚度高比强度和比刚度高 ，减磨性、耐蚀性好，，减磨性、耐蚀性好，但塑韧性较低但塑韧性较低结构结构 —— 基体＋增强相基体＋增强相 基体基体 —— 非金属基（树脂、橡胶、陶瓷），金属基非金属基（树脂、橡胶、陶瓷），金属基（如，钢）如，钢） 增强相增强相 —— 纤维，陶瓷或金属颗粒、夹层纤维，陶瓷或金属颗粒、夹层 纤维纤维 —— 玻璃、碳、棉、麻、石棉、硼、碳化硅等玻璃、碳、棉、麻、石棉、硼、碳化硅等纤维 ρ103kg/m3 σb MN/m2 E 103MN/m2 σb/ρ103E/ρ钢钢7.8 1010 206 129 26 铝铝2.8 461 74 165 26 钛钛4.5 942 112 209 25 玻璃钢玻璃钢2.0 1040 39 520 20 碳纤维／环氧树脂碳纤维／环氧树脂1.45 1472 137 1015 95 硼纤维／铝硼纤维／铝2.65 981 196 370 74 实例实例 玻璃钢 玻璃钢 —— 玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料 钨钴类硬质合金 钨钴类硬质合金 —— 陶瓷颗粒增强钴陶瓷颗粒增强钴 轮胎 轮胎 —— 纤维增强橡胶纤维增强橡胶 钢筋混凝土 钢筋混凝土 ——陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料 多孔性铁基和青铜基自润滑衬套 多孔性铁基和青铜基自润滑衬套 —— 夹层结构夹层结构复合材料复合材料 碳纤维 碳纤维/铝锡合金铝锡合金 二、常见复合材料二、常见复合材料 玻璃钢玻璃钢增强剂增强剂 —— 玻璃纤维（主要是玻璃纤维（主要是SiOSiO2 2），），比强度和比强度和比模量高，耐蚀，绝缘。
比模量高，耐蚀，绝缘粘结剂粘结剂（基体）（基体）——热固性的酚醛、环氧树脂，热固性的酚醛、环氧树脂，热塑性的聚脂热塑性的聚脂性能性能（与基体相比）（与基体相比）—— ( ( 比比 ) ) 强度，疲劳性强度，疲劳性能，韧性，蠕变抗力高能，韧性，蠕变抗力高用途用途 —— 轴承，轴承架，齿轮，车身轴承，轴承架，齿轮，车身 碳纤维树脂复合材料碳纤维树脂复合材料 增强剂 增强剂 —— 碳纤维碳纤维 ( ( 石墨石墨 ) ) ，强度和，强度和弹性模量高，且弹性模量高，且2000℃2000℃以上保持不变；以上保持不变；- -180℃180℃不变脆 粘结剂粘结剂（基体）（基体）—— 环氧树脂，酚醛树环氧树脂，酚醛树脂，聚四氟乙烯脂，聚四氟乙烯 性能性能（与基体相比）（与基体相比）—— 强度，疲劳性强度，疲劳性能，韧性，耐蚀，蠕变抗力高能，韧性，耐蚀，蠕变抗力高 用途 用途 —— 火箭外壳火箭外壳 ，齿轮，轴承，活，齿轮，轴承，活塞，密封圈，化工容器塞，密封圈，化工容器 硼纤维树脂复合材料硼纤维树脂复合材料 增强剂增强剂 —— 硼纤维硼纤维, σb=2750～～3140MPa，，E=382～～392MPa（（4倍于玻纤）。
倍于玻纤） 基体基体 —— 环氧树脂等环氧树脂等 性能性能 —— 抗压、剪切和疲劳强度高，蠕变小，抗压、剪切和疲劳强度高，蠕变小，硬度和弹性模量高，耐辐射硬度和弹性模量高，耐辐射, 化学稳定化学稳定（水（水, 有机溶剂有机溶剂, 燃料燃料, 润滑剂）润滑剂）, 导热性导热性能和导电性能好能和导电性能好 用途用途 —— 航空和宇航材料航空和宇航材料 硼纤维金属复合材料硼纤维金属复合材料 增强剂增强剂 —— 硼纤维硼纤维, σb=2750～～3140MPa，，E=382～～392MPa（（4倍于玻纤）倍于玻纤） 基体基体 —— 铝镁及其合金，钛及其合金铝镁及其合金，钛及其合金 性能 性能 —— 如铝基复合材料的强度、弹性如铝基复合材料的强度、弹性模量、疲劳极限高于高强铝合金，比强度高模量、疲劳极限高于高强铝合金，比强度高于钢和钛合金于钢和钛合金 用途 用途 ——航空、火箭航空、火箭 名词概念名词概念同素异构同素异构 过冷度过冷度 加工硬化加工硬化 再结晶再结晶固溶强化固溶强化 淬透性淬透性 变质处理变质处理 红硬性红硬性调质处理调质处理 回火稳定性回火稳定性回火脆性回火脆性 淬火临界冷却速度淬火临界冷却速度 。