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第12章 先进材料 陶瓷材料 纳米材料 复合材料 12.1 陶瓷材料 陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。 一、陶瓷材料的分类 按使用的原材料可分为 ：普通陶瓷和特种陶瓷。 按用途可分为：日用陶瓷和工业陶瓷。 按化学成分可分为 ：氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。 以粘土、石灰石、长石等硅酸盐化合物为原料，烧结而成。 陶瓷零件 SiC轴承 Si3N4轴承 SiC陶瓷件 SiC陶瓷件 二、玻璃 二氧化硅为主添加各种金属氧化物。 一、概述 12.2 纳米材料 纳米材料的尺寸在100nm以下，是20世纪80年代末诞生并蓬勃发展的一种高新技术。 二、纳米材料的性能特点 1、小尺寸效应 2、表面与界面效应 3、量子尺寸效应 4、宏观量子隧道效应 特殊的光学、磁性、热学、光学性质 复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成的材料。 12.3 复合材料 综合了纤维、树脂、金属、陶瓷的性能。 玻璃钢：玻璃纤维增强塑料 复合材料船体 复合材料的命名： （1）以基体为主来命名 例如金属基复合材料。 （2）以增强材料来命名 如碳纤维增强复合材料。 （3）基体与增强相并用 如“C/Al复合材料”即 为碳纤维增强铝基复合材料。 （4）商业名称命名 如“玻璃钢”即为玻璃纤维 增强树脂基复合材料。 1、比强度和比模量高：纤维增强复合材料的最高。 2、良好的抗疲劳性能 ：碳纤维增强材料?-1可达?b的70~80%，对疲劳裂纹扩展有阻碍作用。 3、导热性好、耐高温。 4、耐磨减震性好等。 比强度比较 碳纤维\树脂 硼纤维\树脂 玻璃纤维\树脂 钛 钢 铝 复合材料的性能特点： 按增强体分： （1）粒子增强复合材料 （2）纤维增强复合材料 （3）叠层复合材料。 SiC颗粒 Al2O3片 Al2O3纤维 增强相三种类型 复合材料的分类： 根据增强相、基体种类、材料特性 1. 常用增强纤维： (1)玻璃纤维：用量最大、价格最便宜。 (2)C纤维：化学性能与碳相似。 (3)硼纤维：耐高温、强度、弹性模量高。 (4) SiC纤维：高熔点、高硬度。 玻璃纤维 碳纤维 SiC纤维 一、纤维增强复合材料 硼纤维、SiC、C纤维、Al2O3纤维通 常以短纤维的形式用于 纤维增强聚合物基体复合材料零件 芳纶刹车片 碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制航空发动机高温构件 金属基的熔点高，纤维增强后的金属基复合材料（MMC）可以使用在较高温的工作环境之下。常用的基体金属材料有铝合金、钛合金和镁合金。 如：SiC/Al复合材料作为空客的机身，提升抗冲击性 MMC的SEM照片 纤维增强金属基复合材料： 航天飞机内桁架 （硼纤维/Al 基复合材料） 2005年，中南大学黄伯云院士等研制成功的碳－碳复合材料飞机刹车片结束了国家技术发明一等奖连续六年空缺的历史。。 纤维增强陶瓷基复合材料 在陶瓷材料中加入纤维增强，能大幅度提高强度，改善韧性，并提高使用温度。 由碳纤维增强相与碳基体组成的复合材料。碳－碳复合材料具有比强度高、抗热震性好、耐烧蚀性强、性能可设计等一系列优点 C/C复合材料 颗粒增强聚合物复合材料， 如：合成木材， 二、颗粒增强型复合材料 同样可以切削、开孔、上螺丝、胶结等，并具有质轻、不吸水、尺寸稳定、耐蚀、耐虫蛀、易着色等。 碳化物金属陶瓷作为刀具材料已被广泛应用，称作硬质合金。硬质合金通常以WC、TiC等作为强化相，Co、Ni作为粘结剂基体。 硬质合金组织(Co+WC) 硬质合金铣刀 颗粒增强金属/陶瓷复合材料 颗粒增强铝基泡沫复合材料 三、叠层复合材料 三明治复合 是指在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料。 有TiN涂层的高尔夫球头 层状复合 航空、仿生学等领域