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化工材料与应用

课程介绍课程目标掌握化工材料基础知识主要内容材料分类、性能、制备与应用学习方法

第一章：化工材料概述定义用于化学工业的各类功能性材料分类金属、非金属、高分子及复合材料发展历史从传统材料到现代高性能材料

化工材料的重要性1未来发展趋势材料创新驱动产业变革2对经济发展的贡献支撑国民经济多个支柱行业3在工业中的应用生产设备、催化剂和功能产品

化工材料的分类方法按化学成分分类有机、无机及复合材料按物理性质分类导热、绝缘、耐腐蚀等特性按用途分类结构材料、功能材料、特种材料

常见化工材料类型金属材料钢铁、铝、铜等及其合金无机非金属材料陶瓷、玻璃、水泥等高分子材料塑料、橡胶、纤维等复合材料结合多种材料优点的新型材料

第二章：金属材料1定义与特性导电导热，具有金属光泽2分类黑色金属、有色金属及合金3应用领域结构材料、功能部件、催化剂

钢铁材料成分与结构铁碳合金，含碳量决定性能不同晶体结构形成不同组织性能特点强度高，塑性好可热处理强化主要应用建筑结构、设备容器机械部件、工具模具

铝合金材料成分与结构以铝为基础，添加Cu、Mg、Si等元素性能优势轻质、耐腐蚀、导热性好应用实例航空航天、汽车、建筑、包装

铜及铜合金特性介绍导电导热性好，耐蚀性强主要种类黄铜、青铜、白铜等应用领域电气设备、热交换器、装饰品

镁合金及其他轻质金属性能特点密度小，比强度高制备工艺熔炼铸造、挤压成型应用前景3C产品、汽车轻量化、航空器件

金属材料的腐蚀与防护腐蚀机理电化学腐蚀和化学腐蚀防腐技术表面处理、阴极保护、合金化案例分析海洋平台防腐、管道保护

第三章：无机非金属材料3000°C耐高温性部分陶瓷材料耐温极限10?Ω·m绝缘性典型绝缘陶瓷电阻率9.5硬度氧化铝陶瓷莫氏硬度

陶瓷材料传统陶瓷瓷器、砖瓦耐火材料新型陶瓷氧化物陶瓷非氧化物陶瓷应用领域结构部件电子元件生物医用

玻璃材料组成与结构硅酸盐网状结构，非晶态性能特点透光性好，耐腐蚀，易成型工业应用光学元件、建筑材料、容器3

水泥和混凝土生产工艺原料粉碎、煅烧、研磨性能指标强度等级、凝结时间、耐久性工程应用建筑结构、桥梁、水利工程

耐火材料分类主要成分耐火温度(°C)典型应用硅质SiO?1700焦炉粘土质Al?O?,SiO?1800工业窑炉高铝质Al?O?1900玻璃熔窑镁质MgO2200钢铁冶炼

功能无机材料

第四章：高分子材料定义与特点由分子量大的分子构成分类方法热塑性、热固性、弹性体发展趋势高性能化、功能化、绿色化

热塑性塑料主要种类聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)聚氯乙烯(PVC)聚苯乙烯(PS)性能特点可反复加热成型加工性能好可回收再利用应用领域包装材料日用品工业部件

热固性塑料酚醛树脂耐热绝缘，电器零件环氧树脂粘合性好，复合材料基体不饱和聚酯成型简便，建筑装饰材料

橡胶材料天然橡胶来源于橡胶树胶乳弹性好，抗撕裂性强轮胎、密封件、减震器合成橡胶人工合成高分子弹性体丁苯橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶耐油、耐热、特种用途

纤维材料1234天然纤维棉、麻、丝、毛合成纤维涤纶、锦纶、腈纶高性能纤维碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯应用领域纺织品、复合材料增强体、特种防护

高分子材料改性技术300%韧性提升改性聚丙烯冲击强度增幅150°C耐热性提高改性尼龙热变形温度5倍阻燃等级提升阻燃改性后氧指数提升

第五章：复合材料优势与局限性能可设计，成本较高分类方法按基体和增强体类型分类定义与特点两种以上材料复合形成新材料

金属基复合材料铝基复合材料纯铝

陶瓷基复合材料1制备工艺粉末冶金法、化学气相浸渗、溶胶-凝胶法2性能优势高温强度好，断裂韧性提高，热震性能改善3典型应用发动机部件、刹车材料、航天器热防护系统

聚合物基复合材料常见种类玻璃纤维增强塑料(GFRP)碳纤维增强塑料(CFRP)芳纶增强塑料性能特点比强度高耐腐蚀可设计性好应用实例汽车轻量化部件航空航天结构运动器材

纤维增强复合材料增强纤维拉伸强度(GPa)密度(g/cm3)主要优势玻璃纤维3.52.5价格低碳纤维5.01.8高强轻质芳纶纤维3.01.4耐冲击硼纤维3.52.6高模量

功能复合材料智能复合材料形状记忆、自修复特性纳米复合材料纳米填料增强，性能大幅提升功能梯度材料性能沿方向渐变，适应特殊环境

第六章：化工材料的制备技术概述材料制备工艺决定最终性能主要方法热加工、化学合成、物理沉积工艺流程原料处理、成型、热处理、后加工

高温熔融法原理介绍材料加热至熔融状态后成型适用材料金属、玻璃、部分陶瓷工艺特点设备简单，生产效率高

粉末冶金法制粉机械粉碎或化学还原获得金属粉末成型模压、等静压、注射成型烧结高温下颗粒结合形成致密体后处理机械加工、浸渍、表面处理

化学气相沉积法半导体光学薄膜硬质涂层碳材料其他

溶胶-凝胶法基本原理前驱体溶液转变为溶胶，进而形成凝胶网络工艺步骤水