第12章+非金属材料及新材料.ppt

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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,机械工程材料,大连海洋大学精品课程,授课教师：丁晓非潘颖,授课时间：,2013,年,03,月,15,日,2,目录,第,4,篇材料的应用,第,3,篇常用机械工程材料,第,2,篇金属材料组织和性能的控制,第,1,篇金属材料的结构与性能,3,第,3,篇常用机械工程材料,第,9,章非合金钢及合金钢,第,10,章铸铁,第,11,章有色金属及其合金,第,12,章非金属材料及新材料,3,3,3,3,4,12.1.1,高分子材料的组成,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料,常称聚合物或高聚物,分子量一般,10,4,5,12.1.1,高分子材料的组成,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,由简单的结构单元重复连接而成。,由乙烯合成聚乙烯,:,CH,2,=CH,2,+CH,2,=CH,2,+=CH,2,=,CH,2,=,CH,2,=,CH,2,简写成,nCH,2,=CH,2,CH,2,=,CH,2,n,组成聚合物的低分子化合物称为单体。,聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链。,大分子链中重复结构单元称为链节。链节数目称为聚合度,n,。,分子量一般,10,4,聚乙烯分子链,6,12.2.2,高分子材料的化学反应,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,交联反应,裂解反应,聚合物的老化,交联反应是指大分子由线型结构转变为体型结构的过程。,交联反应使聚合物的力学性能、化学稳定性提高。,如树脂的固化、橡胶的硫化等。,大分子链在各种外界因素（光、热、辐射、生物等）作用下，发生链的断裂，分子量下降的过程。,在长期使用过程中，由于受热、氧、紫外线、微生物等因素的作用发生变硬、变脆或变软、发粘的现象。,7,12.1.3,高分子材料的,分类,和命名,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,按用途分类,按聚合物反应类型分类,按聚合物的热行为分类,按主链上的化学组成分类,塑料橡胶纤维胶粘剂涂料,加聚物缩聚物,热塑性聚合物和热固性聚合物,碳链聚合物杂链聚合物元素有机聚合物,8,12.1.3,高分子材料的分类和,命名,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,在原料单体名称前加,“,聚,”,字,在原料单体名称后加,“,树脂,”,采用商品名称,采用英文字母缩写,聚乙烯聚氯乙烯,环氧树脂酚醛树脂,尼龙涤纶,聚乙烯用,PE,聚氯乙烯用,PVC,9,12.1.4,常用高分子工程材料,-,塑料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,塑料是指以天然或合成树脂为基本原料。,在一定温度、压力下可塑制成形，并在常温下能保持其形状不变的高聚物材料。,(1),工程塑料的组成,塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂。,树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。,简单组分塑料,和,复杂组分塑料,两类。,稳定剂,填充剂,固化剂,润滑剂,树脂,树脂,+,添加剂,10,12.1.4,常用高分子工程材料,-,塑料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,(2),常用工程塑料,一般结构用塑料,聚乙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯,聚丙烯,ABS,电绝缘性优良脆性大,日用装潢工业制品,高压聚乙烯,薄膜,低压聚乙烯,结构件,综合性能好,各种机械零件医疗器械家用电器部件,成本低有毒性,硬质化工结构件软质薄膜,坚韧质硬刚性,制造和化学工业广泛应用,11,12.1.4,常用高分子工程材料,-,塑料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,(2),常用工程塑料,摩擦传动零件用塑料,聚酰胺,聚甲醛,聚碳酸酯,聚四氟乙烯,优良的机械性能,机械、仪表、航空、电讯,强度高，耐磨、自润滑性好,机械、化工及电气零件,塑料王,减磨密封件、化工耐蚀件、绝缘材料,综合性能好,汽车、机床、化工、电气仪表、农机,12,12.1.4,常用高分子工程材料,-,塑料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,(2),常用工程塑料,耐蚀用塑料,聚四氟乙烯,氯化聚醚,聚丙烯,化学工业和机电工业,化工设备零件、管道,氯化聚醚防腐蝶阀,13,12.1.4,常用高分子工程材料,-,塑料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,(2),常用工程塑料,耐高温件用塑料,聚砜,聚苯醚,聚酰亚胺,氟塑料,热稳定性高,电气、机械设备,综合性能好,机电、医疗器械,耐热性最高,特殊条件下使用的精密零件耐高温润滑轴承,聚酰亚胺层压板,14,12.1.4,常用高分子工程材料,-,塑料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,(2),常用工程塑料,热固性塑料,-,在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。,酚醛塑料,环氧塑料,-,电讯器材和电木制品如插座、开关,电器配件,-,仪表构件塑料模具,15,12.1.4,常用高分子工程材料,-,合成纤维,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,(1),合成纤维概述,-,以煤、石油、天然气、水、空气、食盐、石灰石等为原料，经化学处理制成的人工纤维。,绵纶（聚酰胺）,腈纶（聚丙烯腈）,90,涤纶（聚酯）,维纶（聚乙烯醇）,丙纶（聚丙烯）,氯纶（聚氯乙烯）,16,12.1.4,常用高分子工程材料,-,合成纤维,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,(2),常用合成纤维,绵纶（聚酰胺）尼龙,耐磨性好,丝袜、衬衣、渔网,腈纶（聚丙烯腈）人造羊毛,衣料、毛毯,涤纶（聚酯）的确良,衣料、轮胎帘布,维纶（聚乙烯醇）医用手术缝合材料,氟纶（聚四氟乙烯）原子能、航空和化学工业应用,芳纶（芳香族聚酰胺）合成钢丝航空航天领域,17,12.1.4,常用高分子工程材料,-,合成纤维,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,以高分子化合物为基础的具有,高弹性,的材料,抗撕裂、耐疲劳好,密封、防腐蚀、防渗透、减震、耐磨、绝缘以及安全防护,一般不耐油、不耐溶剂和强氧化性介质，易老化,(1),橡胶的组成,天然橡胶,合成橡胶,硫化剂,填充剂,软化剂,发泡剂,生胶,+,配合剂,18,12.1.4,常用高分子工程材料,-,合成纤维,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,(2),常用合成橡胶,通用橡胶,轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置,特种橡胶,高低温、强腐蚀、强辐射等环境下的橡胶制品,密封圈,胶管,轮胎,19,陶瓷材料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。,传统陶瓷新型陶瓷,20,12.2.1,陶瓷材料概述,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,1.,陶瓷材料的组成、结构,-,由晶相,(1),、玻璃相,(2),和气相,(3),气孔,组成,晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相。,21,12.2.1,陶瓷材料概述,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,1.,陶瓷材料的组成、结构,-,由晶相,(1),、玻璃相,(2),和气相,(3),气孔,组成,玻璃相是陶瓷原料中部分组元与其他杂质在高温烧结过程中产生一系列物理、化学反应后形成的一种非晶态结构的低熔点固体。,气相是由原料和工艺等因素造成的，并保留于陶瓷中的气孔。,22,12.2.1,陶瓷材料概述,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,2.,陶瓷的结合键,-,以离子键、共价键及两者的混合键为主,共价键,离子键,23,12.2.1,陶瓷材料概述,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,3.,陶瓷材料的性能,高熔点、高硬度、高化学稳定性、耐高温、耐氧化、耐腐蚀,密度小、弹性模量大、耐磨损、强度高、脆性大,功能陶瓷,还具有电、光、磁等特殊性能,脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹,韧性陶瓷硬度压痕,24,12.2.1,陶瓷材料概述,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,4.,陶瓷材料的分类,按化学成分分类,按使用原料分类,按性能和用途分类,韧性陶瓷硬度压痕,氧化物陶瓷氮化物陶瓷碳化物陶瓷,普通陶瓷特种陶瓷,结构陶瓷和功能陶瓷,Al,2,O,3,BN,SiC,天然原料,合成材料,25,12.2.2,常用工业陶瓷,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,1.,普通陶瓷,普通陶瓷是用粘土,(Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O),、石英,(SiO,2,),和长石,(K,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,，,Na,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,),为原料，经成型、烧结而成的陶瓷。,其组织中主晶相为莫来石,(3Al,2,O,3,2SiO,2,),，占,2530%,，玻璃相占,3560%,，气相占,13%,。,韧性陶瓷硬度压痕,绝缘子,26,12.2.2,常用工业陶瓷,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,1.,普通陶瓷,普通陶瓷加工成型性好，成本低，产量大。,除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门。,韧性陶瓷硬度压痕,景德镇瓷器,27,12.2.2,常用工业陶瓷,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,2.,特种陶瓷,（,1,）氧化物陶瓷,韧性陶瓷硬度压痕,氧化铝陶瓷以,Al,2,O,3,为主要成分,良好的电绝缘性能及耐磨性,微晶刚玉的硬度极高,(,仅次于金刚石,),密封环,氧化铝陶瓷坩埚,28,12.2.2,常用工业陶瓷,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,2.,特种陶瓷,（,2,）碳化物陶瓷,韧性陶瓷硬度压痕,高熔点、硬度和耐磨性,脆性大、耐高温氧化能力差,用于加热元件、砂轮、磨料,常压烧结碳化硅,29,12.2.2,常用工业陶瓷,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,2.,特种陶瓷,（,3,）硼化物陶瓷,韧性陶瓷硬度压痕,硼化铬、硼化钼、硼化钛、硼化钨和硼化锆,高硬度、较好的耐化学侵蚀能力,制作高温轴承、内燃机喷嘴及电触点材料,30,12.2.2,常用工业陶瓷,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,2.,特种陶瓷,（,4,）氮化物陶瓷,氮化硅,(Si,3,N,4,),和氮化硼,(BN),反应烧结法得到的,-Si,3,N,4,热压烧结法得到的,p,-SiN,4,Si,3,N,4,中加一定量,Al,2,O,3,烧制成,氮化硼陶瓷,31,12.2.2,常用工业陶瓷,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,2.,特种陶瓷,（,5,）其他特种陶瓷,氮化铝陶瓷,莫来石陶瓷,赛隆陶瓷,坩埚、保护管等耐热材料,炉管、热电偶套管,切削刀具、底盘定位销,氮化铝散热片,32,复合材料概念,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,-,由,两种或两种以上,不同化学性质或不同组织结构的材料，经,人工组合而成,的合成材料。,基体相起粘结作用,增强相提高强度和韧性,复合材料船体,33,12.3.1,复合材料的分类,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,1.,按基体类型分类,金属基复合材料,高分子基复合材料,陶瓷基复合材料,纤维增强金属、铝聚乙烯复合薄膜,纤维增强塑料、碳碳复合材料、合成皮革,金属陶瓷、纤维增强陶瓷、钢筋混凝土,34,12.3.1,复合材料的分类,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,2.,按增强材料类型分类,层叠复合材料,纤维增强复合材料,粒子增强复合材料,双金属、填充泡沫塑料,玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维,金属离子与塑料复合,陶瓷颗粒与金属复合,35,12.3.1,复合材料的分类,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,3.,按复合材料用途分类,结构复合材料,功能复合材料,玻璃纤维减震、耐磨机械零件,雷达玻璃钢天线罩磁性复合材料,玻璃钢管,36,12.3.2,复合材料的性能特点,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,-,各向异性的高强度非均质材料。,比强度和比模量高,抗疲劳性能好,高温性能好,减振性能好,美,UH,60A,型直升飞机,37,12.3.3,工程上常用的复合材料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,3.,按复合材料用途分类,树脂基复合材料,金属基复合材料,其他类型的复合材料,以纤维增强的树脂为主,工作温度高导电导热性好,夹层复合材料、碳,/,碳复合材料,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,38,半导体材料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,锗、硅、砷化镓一类材料,导电性介于金属和非金属,在不同条件下导电性能会灵敏地发生变化,制作热敏电阻,芳纶刹车片,半导体热敏传感器,39,生物医用材料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,高可靠植入人体内的生物活性材料合成关键技术,生物相容材料制备技术,组织器官替代材料、人造血液、人造皮和透析膜技术,芳纶刹车片,40,新型光电子材料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,大直径、高光学质量人工晶体制备技术和有机、无机新型非线性光学晶体探索；,大功率半导体激光光纤模块及全固态,(,可调谐,),激光技术；,有机、无机超高亮度红、绿、蓝三基色材料及应用技术；,新型红外、蓝、紫半导体激光材料以及新型光探测和光储存材料及应用技术。,芳纶刹车片,41,高温超导材料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,高温超导薄膜及异质结构薄膜的制备、集成和微加工技术；,可实用化高温超导线材制备技术，高温超导体材料,(,准单晶和织构材料,),批量生产技术。,芳纶刹车片,42,纳米材料,第,12,章非金属材料及新材料,本章内容,:,12.1,高分子材料,12.2,陶瓷材料,12.3,复合材料,12.4,新材料简介,在一维或一维以上的尺度为几纳米或几十纳米内的材料，就属于纳米材料。,尺寸依赖性,-,物理性质、化学性质、力学性质、组成相行为,芳纶刹车片,The End of Chapter 12.,

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