第4章非金属汇编.ppt

氮化硼陶瓷具有石墨型六方结构。所以，又称为白石墨，能耐高温，并有自润滑性 常用作高温轴衬、高温模具耐摩擦等零件 在高压和1360℃温度时，六方氮化硼转变为立方结构的β-BN，相对密度为3.45，具有极高的硬度。能抗高温达2000℃，已成为仅次于金刚石硬度的新型超硬材料，可用来制作金属切削刀具。适用于高硬度金属材料(调质、淬火钢)的精加工、高强度钢和耐热钢的精加工，有色金属的低粗糙度加工等 （3）碳化物陶瓷 碳化物陶瓷有SiC、WC、TiC等。这类材料具有高的硬度、熔点和化学稳定性 碳化物陶瓷具有较高的高温强度，其抗弯强度在1400℃时仍保持在300~600MPa，而其他陶瓷在1200℃时抗弯强度已显著下降。此外，它还具有很高的热传导能力，较好的热稳定性、耐磨性、耐蚀性和抗蠕变性 碳化硅陶瓷可用来制造工作温度高于1500℃的零件炉零件，如火箭喷嘴、热电偶套管、高温电炉零件，各种泵的密封圈等 3．金属陶瓷 金属陶瓷是把金属的热稳定性和韧性与陶瓷的硬度、耐火度、耐蚀性综合起来而形成的具有高强度、高韧性、高耐蚀和高的高温强度的新型材料。 （1）氧化物基金属陶瓷 这是目前应用最多的金属陶瓷。在这类金属陶瓷中，通常以铬为粘结剂，其含量不超过10%。由于铬能和Al2O3形成固溶体，故可将Al2O3粉放牢固地粘结起来。此外，铬的高温性能较好，抗氧化性和耐蚀性较高，所以和纯氧化铝陶瓷相比，改善了韧性、热稳定性和抗氧化能力 氧化铝基金属陶瓷的特点是热硬性高(达1200℃)、高温强度高、抗氧化性良好，与被加工金属材料的粘着倾向小，可提高加工精度和降低表面粗糙度。但它们的脆性仍较大，且热稳定性较低。主要用作工具材料，如刃具、模具、喷嘴、密封环等 （2）碳化物基金属陶瓷 碳化物基金属陶瓷应用较为广泛，常用作工具材料，通常又称为硬质合金。另外也作为耐热材料使用，是一种较好的高温结构材料。 硬质合金一般以钴为粘结剂，其含量在3%-8%。含钴量较高，则韧性和结构强度愈好，但硬度和耐磨性稍有下降。常用的有WC-Co、WC-TiC-Co和WC-TiC-TaC-Co物硬质合金。其性能特点是硬度高，达86~93HRA(相当于69~81HRC)，热硬性好(工作温度达900~1000℃)，用硬质合金制作的刀具，切削速度比高速钢高4~7倍，刀具寿命可提高几倍到几十倍。 近年来发展起来的钢结硬质合金，其粘结剂为合金钢粉末，且含量很高(50%~65%)。它的热硬性与耐磨性略逊于一般硬质合金，但韧性好，并可进行锻造、热处理和切削加工。可制造各种形状复杂的刃具 高温结构材料中最常用的是碳化铁基金属陶瓷。其粘接金属主要是Ni、CO，含量高达60%，以满足高温构件的韧性和热稳定性需要。其特点是高温性能好，如在900℃时，仍可保持较高抗拉强度。碳化钛基金属陶瓷主要用作涡轮喷气发动机燃料室、叶片、涡轮盘以及航空、航天装置中的某些耐热件 4.3 复合材料 由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，经人工合成的材料称为复合材料。它不仅具有各组成材料的优点，而且还获得单一材料无法具备的优越的综合性能。 日常所见的人工复合材料很多，如钢筋混凝土就是用钢筋与石子、沙子、水泥等制成的复合材料，轮胎是由人造纤维与橡胶复合而成的材料 4.3.1 复合材料的性能特点 4.3.2 复合材料的分类 1．比强度和比模量高 在复合材料中，由于一般作为增强相的多数是强度很高的纤维，而且组成材料密度较小。所以，复合材料的比强度、比模量比其他材料要高得多（见表4-11）。这对宇航、交通运输工具，要求在保证性能的前提下，减轻自重具有重大的实际意义 4.3.1 复合材料的性能特点 材料 相对 密度 抗拉 强度σb （MPa） 弹性模量E （MPa） 比强度 σb/ρ 比弹性 模量 E/ρ 钢 铝 钛 玻璃钢 碳纤维Ⅱ/环氧树脂 碳纤维Ⅰ/环氧树脂 有机纤维（PRD）/环氧树脂 硼纤维/环氧树脂 硼纤维/铝 7.8 2.8 4.5 2.0 1.45 1.6 1.4 2.1 1.65 1010 461 942 1040 1472 1050 1373 1344 981 206×103 74×103 112×103 39×103 137×103 235×103 78×103 206×103 196×103 129 165 209 520 1015 656 981 640 370 26×103 26×103 25×103 20×103 95×103 147×103 56×103 98×103 74×103 表4-11各类材料强度性能的比较 2．疲劳强度较高 碳纤维增强复合材料的疲劳极限相当于其抗拉强度的70%-80%，而多数金属材料疲劳强度只有抗拉强度的40%-50%。这是因为在纤维增强复合材料中，纤维与基体间的界面能够