机械工程材料及成形工艺基础 张至丰 第九章 非金属材料及成形新.ppt

第九章 非金属材料及成形 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 二、高分子化合物的合成 1.加聚反应 加聚反应是指一种或多种单体相互加成而连接成大分子链的过程。 三、高分子材料的分类与命名 1.高分子材料的分类 2.高分子材料的命名 1) 天然高分子材料通常各有专用名称，(按其来源及性质决定)如纤维素、淀粉、蛋白质、虫胶等。 2) 加聚类高分子材料通常在原料低分子物质前加一个“聚”字，如乙烯加聚生成聚乙烯，氯乙烯加聚生成聚氯乙烯等。 3) 缩聚类以及共聚类高分子材料是在原料低分子化合物后加“树脂”两字。如酚类和醛类的聚合物称为酚醛树脂。有时还可以在缩聚物的链节结构名称前加“聚”字，如聚已二酰、聚己二胺等。 4) 有些结构复杂的高分子材料可直称其商品名称。如聚对苯二甲酸乙二醇酯可直称为涤纶树脂；聚己内酰胺又可直称为锦纶；聚二酰己二胺又直称为尼龙。 四、工程塑料 1.塑料的组成 合成树脂 —— 高分子化合物，如聚乙烯、酚醛塑料等。 添加剂 —— 填料或增强、增塑、固化、润滑、稳定、着色、阻燃剂等。 2.塑料的性能 （1）物理性能 密度小；电绝缘性好，介质损耗小。 （2） 化学性能 塑料一般能耐酸、碱、油、水及大气等的侵蚀，其中聚四氟乙烯甚至能 耐强氧化剂“王水”的侵蚀。 (3) 力学性能 塑料的强度和弹性模量都很低；减摩性好；自润滑性能好；在室温承受载荷后会出现蠕变。 3.常用工程塑料 热塑性塑料 —— 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；耐热性和刚性较差。如聚乙烯。 热固性塑料 —— 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、环氧树脂。 4.塑料成型 （1）模压 将配制好的塑料颗粒注入加热至一定温度的模膛内，加压成型后冷却固化，这种工艺主要用于热固性塑料。 （2）挤压 挤压也称压注成型。把塑料放在加料室内加热是粘流态，在活塞压力下挤入 模膛成型。这种制品尺寸、形状精度较高。 常用工程塑料 第二节 陶瓷材料 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