《低温材料基础》 课件 第五章 非金属材料.ppt

一、高分子材料1.5低温结构胶黏剂聚氨酯及改性聚氨酯胶黏剂含有异氰酸酯基（?NCO）、氨基甲酸酯基（?NHCOO）以及长柔性链段，因此具有良好的柔韧性、抗冲击性、耐振动疲劳性以及高剥离强度等特性，也是优良的低温胶黏剂。此外，聚氨酯胶黏剂在液氢温区仍具有较高的剥离强度，且黏接强度随温度的下降反而升高，如图5-4所示，不会出现一般高分子材料在低温下呈现的变脆现象。其他胶黏剂还有有机硅胶黏剂、聚芳杂环类胶黏剂等，但是这些胶黏剂需要在高温下（约300℃）进行缩聚固化，且在固化过程中会释放低分子物质，而且价格昂贵，因此较少使用。二、陶瓷材料2.1陶瓷材料及基本性能陶瓷是陶器和瓷器的总称。在材料领域，陶瓷泛指硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、耐火材料、陶瓷等。①按应用可分为工程陶瓷和功能陶瓷两类。②按原料来源分类，陶瓷材料可分为普通陶瓷（传统陶瓷）和特种陶瓷（现代陶瓷）。③按化学组成分类，陶瓷材料可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷，以及几种元素化合物复合的陶瓷（如氧氮化硅铝陶瓷等）。陶瓷材料有模量高、硬度高、耐高温性能好、化学组织结构非常稳定、电绝缘性能良好、热导率及线膨胀系数低等优良性能。二、陶瓷材料2.2常用工程陶瓷材料常用工程陶瓷材料为普通陶瓷。普通陶瓷，即黏土类陶瓷，是由黏土、长石、石英等为原料，经配制、烧结而成。普通陶瓷质地坚硬，具有良好的电绝缘性能、耐腐蚀性和工艺性，可耐1200℃高温，还具有成本低廉等优势。普通陶瓷除用作日用陶瓷外还广泛用于工业上绝缘电瓷以及耐酸碱要求不高的化学瓷。此外，普通陶瓷还用于要求较低的结构零件用材料。二、陶瓷材料2.2常用工程陶瓷材料1．氧化铝陶瓷：氧化铝陶瓷是以Al2O3为主要成分的陶瓷，其中Al2O3含量占45%以上。根据瓷坯中主晶相的不同，可分为刚玉瓷、刚玉?莫来石瓷和莫来石瓷等。氧化铝陶瓷广泛用于高温试验用的坩埚、内燃机火花塞、金属拉丝模和切削铸铁和淬火钢的刀具等。2．氮化硅陶瓷：。氮化硅晶体结构属六方晶系。其化学稳定性好，硬度高，摩擦系数小且具有自润滑性，还具有优异的电绝缘性能。此外，氮化硅陶瓷具有突出的抗热震性能，这是其他陶瓷所不具备的。二、陶瓷材料2.2常用工程陶瓷材料3．碳化硅陶瓷：碳化硅陶瓷是将石英、碳和木屑装入电弧炉在1900～2000℃的高温下反应而制成。碳化硅和氮化硅一样是键能高而稳定的共价键晶体。碳化硅陶瓷的突出特点是在高温时强度高。热压烧结碳化硅陶瓷是目前高温强度最高的陶瓷。碳化硅陶瓷热导率高，耐磨性、耐腐蚀性和抗蠕变性能都较好。4．氮化硼（BN）陶瓷：氮化硼陶瓷是将硼砂和尿素通过氮的等离子气体加热制成BN粉末，然后采用冷压法或热压法制成。氮化硼晶体属六方晶系，结构与石墨类似。六方晶体BN具有良好的耐热性和高温介电强度，是理想的高温绝缘材料和散热材料。二、陶瓷材料2.2常用工程陶瓷材料5．氧化锆陶瓷：氧化锆（ZrO2）有三种晶体结构，即立方结构（c相）、四方结构（t相）和单斜结构（m相）。氧化锆陶瓷热导率小，化学稳定性好，耐蚀性高，可用于高温绝缘材料、耐火材料，此外，氧化锆陶瓷还具有气体敏感特性，可做气敏元件。6．氧化镁、氧化钙、氧化铍陶瓷：氧化镁、氧化钙陶瓷抗金属碱性熔渣腐蚀性好，但热稳定性差。氧化镁陶瓷高温易挥发。氧化钙陶瓷易水化。氧化铍陶瓷具有优良的导热性和热稳定性，还具有较高高温发射率，但机械强度不高。二、陶瓷材料2.2常用工程陶瓷材料7．氮化铝陶瓷：氮化铝陶瓷主要用于半导体基板材料，坩埚、保护管等耐热材料，以及在树脂基体中高导热填料、红外与雷达的透过材料等。8．莫来石陶瓷：莫来石陶瓷是主相为莫来石的陶瓷总称。莫来石陶瓷具有较高的高温强度和良好的抗蠕变能力，还具有较低的热导率。9．SiALON陶瓷：SiALON陶瓷是在Si3N4中添加Al2O3、MgO、Y2O3等氧化物形成的一种新型陶瓷。SiALON陶瓷具有较高的强度、优异的化学稳定性和耐磨性能。此外，SiALON陶瓷还具有较好的抗冷热冲击性能。10．金属陶瓷：金属陶瓷是以金属氧化物（Al2O3、ZrO2等）或金属碳化物为主体，加入适量金属粉末，随后通过粉末冶金制得的具有金属性质的陶瓷总称。典型的金属陶瓷是硬质合金。二、陶瓷材料2.3陶瓷材料低温性能（1）陶瓷材料抗压强度极高；（2）陶瓷材料的抗拉性能远低于其抗压性能，且抗拉性能受温度影响较大，多数陶瓷材料抗拉强度随温度降低而降低；（3）陶瓷材料弹性模量较高；（4）多数陶瓷材料室温断裂韧度KIc在2～8MPa·m1/2之间，临界弹性能GIc在0.02～0.05kJ/m2之间；（5）