第八章 非金属材料及成形.ppt

第一节 高分子材料 第二节 陶瓷材料 第三节 复合材料 第四节 纳米材料及功能材料 一、基本概念 高分子化合物是相对分子质量特别大(相对分子质量大于500)的化合物的总称，所以又称为高聚物或聚合物。 按来源分： （1）天然高分子材料 ：松香、天然纤维、蛋白质、天然橡胶。 （2）人工合成高分子材料： 塑料、合成橡胶、合成纤维（涤纶等）。 按成分分： （1）无机高分子材料：分子组成中没有碳元素，如硅酸盐材料、玻璃、水泥以及陶瓷等。 （2）有机高分子材料：主要是由含碳、氢、氧、氮、硅等非金属原子的低分子化合物在一定条件下聚合而成，如聚乙烯塑料就是由乙烯聚合制成的： 第一节 高分子材料 有机玻璃（PMMA) —— 密度仅玻璃的一半，σb=42~50MPa ，比普通玻璃高7~18倍。用于透明件，装饰件，绝缘件。 聚氯乙烯（PVC）—— σb = 30~60 MPa ，使用温度-15~55℃。硬PVC 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PVC 富有弹性，用作非食品包装薄膜。 聚丙烯 PP —— 刚性大, 重量轻，耐热（-35~121 ℃ ），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。 ABS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, 轴承等, 电机、仪表外壳，管道，汽车零件及车身。 聚酰胺（PA, 尼龙）—— 耐磨, 减摩性及韧性好。耐蚀, 无毒。用于耐磨, 耐蚀的承载转动零件（齿轮, 轴承, 螺钉和螺母等小型零件）。 酚醛树脂（PF）—— 如热固性酚醛树脂（胶木）, 耐磨、性脆；绝缘性好（不小于10KV）；耐热、不耐碱。用于电器插座，开关，电话机，仪表盒；汽车刹车片, 内燃机曲轴皮带轮, 齿轮, 耐酸泵等；日用非食物器皿。 二、高分子材料的分类与命名 一、陶瓷材料的分类 1、根据原料，可分为： (1) 普通陶瓷：以粘土、长石、石英等天然原料制成，主要用于日用、建筑、化工等领域。 (2) 特种陶瓷，又称精细陶瓷，是以高纯度的人工化合物，如硅化物、氧化物、硼化物、氮化物、碳化物为原料制成，主要用于机械、电子、能源、冶金和一些新技术领域。 2、根据性能和用途，可分为： (1) 结构陶瓷：作为结构材料用来制造结构零部件。 (2) 功能陶瓷：作为功能材料来制造功能器件。 3、根据化学成分，可以分为： (1) 氧化物陶瓷：如Al2O3、Si02、MgO、ZrO2、CaO、和Cr2O3陶瓷。 (2) 碳化物陶瓷：如SiC、WC、B4C和TiC。 (3) 氮化物陶瓷：Si3N4陶瓷，TiN、BN、AlN等。 (4) 硼化物陶瓷：应用不广泛，主要是作为添加剂或第二相加入其他陶瓷，常用的有TiB2、ZrB2陶瓷 。 二、陶瓷材料的性能特点 1.力学性能 (1) 塑性 通常在高温下具有一定的塑性，塑性差。 (2) 强度 陶瓷抗拉强度较低；但抗压强度较高。 (3) 硬度 陶瓷的硬度在各类材料中最高，多数陶瓷的硬度在1500HV以上；而淬火钢为500～800HV；高聚物最硬也不超过20HV。 2.化学性能 陶瓷抗氧化力强；有较强的抗蚀能力，与有色金属的银、铜等熔体也不发生作用。 3.功能特性 （1）光学性能 应用广泛，如固体激光器材料、光导纤维材料、光存储材料等。如：氧化铝透明陶瓷。 （2） 磁学性能 以氧化铁为主要成分(如Fe3O4、CuFe2O4、MgFe2O4)的磁性氧化物，可作磁性陶瓷材料，在录音磁带、唱片、电子束偏转线圈、变压器铁心等方面有着广泛的应用。 (3) 电学性能 他具有极高的电阻率，如A1203的电阻率为1013Ω.m，可作绝缘材料。少数陶瓷具有半导体性能，如高温烧结的氧化锡，可用作整流器。铁电陶瓷(钛酸钡BaTi03)具有极高的介电常数，可用来制作体积小而容量大的电容器。 (4) 热学性能 陶瓷材料熔点高；导热能力远低于金属材料。陶瓷的线膨胀系数比高聚物低，比金属更低，一般在10-5～10-6／K。 三、常用陶瓷的种类、性能和应用 1.普通陶瓷 成分：高岭土(A1203.2SiO2.2H2O)、长石[钾长石(K2O.A12O3.6H2O)和钠长石(Na20.A12O3.6H2O)、硅砂(Si02) 。 性能：质地坚硬，有良好的抗氧化性、耐蚀性和绝缘性，生产工艺简单、成本低；但强度低，通常使用温度为1200℃左右。 应用：普通陶瓷广泛应用于日用、电气、化工、建筑等部门，如装饰瓷、餐具、绝缘子、耐蚀容器、管道等。 2.特种陶瓷 (1) 氧化铝陶瓷 性能： 熔点(2050℃)高、热强度高、抗氧化，故耐热性好，室温下硬度仅次于金刚石，抗拉强度比普通陶瓷大5～6倍，而且热硬性也很高，可达1200℃