最新常用的非金属材料PPT课件.ppt

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1、常用的非金属材料第八章 常用非金属材料非金属材料非金属材料指工程材料中除金属材料以外的其指工程材料中除金属材料以外的其他一切材料。他一切材料。非金属材料的原料来源广泛，自然资源丰富，非金属材料的原料来源广泛，自然资源丰富，成形工艺简单，具有一些特殊性能，应用日益成形工艺简单，具有一些特殊性能，应用日益广泛，已成为机械工程材料中不可缺少的重要广泛，已成为机械工程材料中不可缺少的重要组成部分。组成部分。在机械工程中常用的非金属材料主要包括在机械工程中常用的非金属材料主要包括高分高分子材料、陶瓷材料和复合材料子材料、陶瓷材料和复合材料 工程材料与热加工基础程晓宇3常用塑料常用塑料(1)热塑性塑料热塑

2、性塑料 聚乙烯聚乙烯(PE)按生产工艺不同，分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯。高压聚乙烯化学稳定性高，柔软性、绝缘性、透明性、耐冲击性好，宜吹塑成薄膜、软管、瓶等。低压聚乙烯质地坚硬，耐磨性、耐蚀性、绝缘性好，适宜制作化工用管道、槽，电线、电缆包皮，承载小的齿轮、轴承等；又因其无毒，可制作茶杯、奶瓶、食品袋等。聚氯乙烯聚氯乙烯(PVC)分为硬质和软质两种。硬质聚氯乙烯强度较高，绝缘性和耐蚀性好，耐热性差，在1560温度范围使用，用于化工耐蚀的结构材料，如输油管、容器、离心泵、阀门管件等，用途很广。软质聚氯乙烯强度低于硬质聚氯乙烯，伸长率大，绝缘性较好，在1560的温度范围使用。用于电线、

3、电缆的绝缘包皮，农用薄膜，工业包装等。因其有毒，不能包装食品。工程材料与热加工基础程晓宇3常用塑料常用塑料聚丙烯聚丙烯(PP)密度小，是常用塑料中最轻的一种。强度、硬度、刚性、耐热性均高于低压聚乙烯，可在120以下长期工作。绝缘性好，且不受湿度影响，无毒无味，但低温脆性大，不耐磨，易老化，用于一般机械零件，如齿轮、耐蚀件（如泵叶轮、化工管道、容器）；绝缘件；电视机、收音机、电扇、电机罩等壳体；生活用具，医疗器械，食品和药品包装等。聚酰胺聚酰胺(PA)俗称尼龙或锦纶。强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、吸振性、自润滑性、成形性好，摩擦系数小，无毒无味，可在100以下使用。蠕变值大，导热性差，吸水性高，成

4、形收缩率大。常用的有尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010等。用于制造耐磨、耐蚀的某些承载和传动零件，如轴承、机床导轨、齿轮、螺母及一些小型零件。也可用于制作高压耐油密封圈，或喷涂在金属表面作防腐、耐磨涂层，应用较广。工程材料与热加工基础程晓宇3常用塑料常用塑料聚甲基丙烯酸甲脂聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)俗称有机玻璃俗称有机玻璃 透光性、着色性、绝缘性、耐蚀性好，在自然条件下老化发展缓慢，可在60100使用。不耐磨，脆性大，易溶于有机溶剂中，硬度不高，表面易擦伤。用于航空、仪器、仪表、汽车中的透明件和装饰件，如飞机窗、灯罩、电视和雷达屏幕，油标、油杯、设备标牌等。ABS塑料塑料 是丙烯腈(

5、A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)的三元共聚物。综合力学性能好，尺寸稳定性、绝缘性、耐水和耐油性、耐磨性好，长期使用易起层。用于制造齿轮，叶轮，轴承，把手，管道，贮槽内衬，仪表盘，轿车车身，汽车挡泥板，电话机、电视机、电机、仪表的壳体，应用较广。聚甲醛聚甲醛(POM)耐磨性、尺寸稳定性、着色性、减摩性，绝缘性好，可在零下40100长期使用。加热易分解，成形收缩率大。用于制造减摩、耐磨件及传动件，如轴承、滚轮、齿轮、绝缘件，化工容器，仪表外壳，表盘等，可代替尼龙和有色金属。工程材料与热加工基础程晓宇3常用塑料常用塑料聚四氟乙烯聚四氟乙烯(F-4)也称塑料王也称塑料王 有极强的耐蚀性，可抗王水腐蚀，

6、绝缘性、自润滑性好，不吸水，摩擦系数小，可在195250使用，但价格较高。用于耐蚀、减摩、耐磨件，密封件，绝缘件，如高频电缆、电容线圈架，化工用反应器、管道等。聚碳酸脂聚碳酸脂(PC)强度高，韧性、尺寸稳定性、透明性好，可在60120长期使用。耐疲劳性不如尼龙和聚甲醛。用于制造齿轮、蜗轮、凸轮，电气仪表零件，大型灯罩，防护玻璃，飞机挡风罩，高级绝缘材料，用途很广。聚砜聚砜(PSF)强度、硬度、成形温度高，抗蠕变、尺寸稳定性、绝缘性好，可在100150长期使用。不耐有机溶剂和紫外线。用于制造耐热件，绝缘件，减摩、耐磨件，高强度件，如凸轮，精密齿轮、真空泵叶片、仪表壳体和罩，汽车护板，电子器件等。

7、工程材料与热加工基础程晓宇3常用塑料常用塑料(2)热固性塑料热固性塑料酚醛塑料酚醛塑料(PF)俗称电木俗称电木 强度、硬度、绝缘性、耐蚀性、尺寸稳定性好，工作温度100，脆性大，耐光性差，只能模压成形，价格低。用于制造仪表外壳，灯头、灯座、插座，电器绝缘板，耐酸泵，刹车片，电器开关，水润滑轴承等。氨基塑料氨基塑料 俗称电玉俗称电玉 颜色鲜艳，半透明如玉，绝缘性好，长期使用温度80，耐水性差。用于制造装饰件、绝缘件，如开关、插头、旋钮、把手、灯座、钟表外壳等。环氧塑料环氧塑料(EP)俗称万能胶俗称万能胶 强度、韧性、绝缘性、化学稳定性好，能防水、防潮、防霉，可在80155长期使用，成形工艺简便，

8、成形后收缩率小，粘结力强。用于制造塑料模具、仪表和电器零件、电子元件及线圈及用于涂覆、包封和修复机件。工程材料与热加工基础程晓宇8.1.2 橡胶橡胶 1橡胶的组成与性能橡胶的组成与性能 橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子材料。橡胶具有弹性大（最高伸长率可达8001000，外力去除后能迅速恢复原状），吸振能力强，耐磨性、隔声性、绝缘性好，可积储能量，有定的耐蚀性和足够的强度等有点，其主要缺点是易老化。工程材料与热加工基础程晓宇2常用橡胶常用橡胶 种类名称（代号）b/MPa/%使用温度t/回弹性耐磨性耐碱性耐酸性耐油性耐老化用 途 举 例通用橡胶天然橡胶（NR）173565090

9、0-70110好 中 好 差 差轮胎、胶带、胶管丁苯橡胶（SBR）1520500600-50140中 好 中 差 差 好轮胎、胶板、胶布、胶带、胶管顺丁橡胶（BR）1825450800-70120好 好 好 差 差 好轮胎、v带、耐寒运输带、绝缘件氯丁橡胶（CR）25278001000-35130中 中 好 中 好 好电线(缆)包皮，耐燃胶带、胶管，汽车门窗嵌条，油罐衬里丁腈橡胶（NBR）1530300800-35175中 中 中 中 好 中耐油密封圈、输油管、油槽衬特种橡胶聚氨酯橡胶（UR）2035300800-3080中 好 差 差 好耐磨件、实心轮胎、胶辊氟橡胶（FPM）20221005

10、00-50300中 中 好 好 好 好高级密封件，高耐蚀件，高真空橡胶件硅橡胶41050500-100300差 差 好 中 差 好耐高、低温制品和绝缘件工程材料与热加工基础程晓宇8.2 陶瓷材料陶瓷材料8.2.1 陶瓷的分类与性能陶瓷的分类与性能1陶瓷的分类陶瓷的分类 按原料不同，陶瓷分为按原料不同，陶瓷分为普通陶瓷普通陶瓷和和特种陶瓷特种陶瓷；按；按用途不同分为用途不同分为日用陶瓷日用陶瓷和和工业陶瓷工业陶瓷。普通陶瓷普通陶瓷又称传统陶瓷，其原料是天然的硅酸盐产物，如粘又称传统陶瓷，其原料是天然的硅酸盐产物，如粘土、长石、石英等。这类陶瓷又称硅酸盐陶瓷，例如日用陶瓷、土、长石、石英等。这类陶

11、瓷又称硅酸盐陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。建筑陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。特种陶瓷特种陶瓷又称近代陶瓷，其原料是人工合成的金属氧化物、又称近代陶瓷，其原料是人工合成的金属氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特种陶瓷具有一些独特碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特种陶瓷具有一些独特的性能，可满足工程结构的特殊需要。的性能，可满足工程结构的特殊需要。工程材料与热加工基础程晓宇8.2.2 常用工业陶瓷常用工业陶瓷 1普通陶瓷普通陶瓷 质地坚硬、不氧化、不导电、耐腐蚀、成本低，加工成形性好。强度低，使用温度为1200。广泛用于电气、化工、建筑和纺织行业。例如：受力不大，在酸

12、、碱中工作的容器、反应塔、管道；绝缘件；要求光洁、耐磨、低速、受力小的导纱零件。2氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷 主要成分是A12O3。强度比普通陶瓷高26倍，硬度高(仅低于金刚石)；耐高温（陶瓷可在1600时长期使用，空气中使用温度最高为1980），高温蠕变小；耐酸、碱和化学药品腐蚀，绝缘性好。脆性大，不能承受冲击。用于制作高温容器(如坩埚)，内燃机火花塞；切削高硬度、大工件、精密件的刀具；耐磨件(如拉丝模)；化工、石油用泵的密封环；高温轴承；纺织机用高速导纱零件等。工程材料与热加工基础程晓宇8.2.2 常用工业陶瓷常用工业陶瓷3氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 这类陶瓷化学稳定性好，除氢氟酸外，可耐无机酸(盐酸

13、、硝酸、硫酸、磷酸、王水)和碱液腐蚀；抗熔融非铁金属侵蚀，硬度高，摩擦系数小，耐磨性好；绝缘性；热膨胀系数小，抗高温蠕变性高于其他陶瓷；最高使用温度低于氧化铝陶瓷。用于制作高温轴承，热电偶套管，泵和阀的密封件，切削高硬度材料的刀具。例如，农用泵因泥砂多，要求密封件耐磨，原来用铸造锡青铜作密封件与9Crl8对磨，寿命低，现用氮化硅陶瓷与9Crl8对磨，使用8400h，磨损仍很小。工程材料与热加工基础程晓宇8.2.2 常用工业陶瓷常用工业陶瓷 4碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷 这类陶瓷高温强度大，抗弯强度在1400仍保持500600MPa，热传导能力强，有良好的热稳定性、耐磨性、耐蚀性和抗蠕变性。用于制作工

14、作温度高于1500的结构件，如火箭尾喷管的喷嘴，浇注金属的浇口杯，热电偶套管、炉管，汽轮机叶片，高温轴承，泵的密封圈。5氮化硼陶瓷氮化硼陶瓷 这类陶瓷有良好的高温绝缘性(2000时仍绝缘)、耐热性、热稳定性、化学稳定性、润滑性，能抗多数熔融金属侵蚀，硬度低，可进行切削加工。用于制作热电偶套管，坩埚，导体散热绝缘件，高温容器、管道、轴承，玻璃制品的成形模具。工程材料与热加工基础程晓宇8.3 复合材料复合材料复合材料复合材料由两种或两种以上性质不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料，称为复合材料。8.3.1 复合材料的分类复合材料的分类按基体不同，分为两类：按基体不同，分为两类：非金属基复合材料

15、非金属基复合材料和和金属基复合材料金属基复合材料。按增强相的种类和形状不同，分为三类：按增强相的种类和形状不同，分为三类：颗粒复合材料颗粒复合材料、层叠层叠复合材料复合材料和和纤维增强复合材料纤维增强复合材料。按性能，分为按性能，分为结构复合材料结构复合材料、功能复合材料功能复合材料等。等。工程材料与热加工基础程晓宇8.3.2 复合材料的性能复合材料的性能1比强度和比模量高比强度和比模量高 例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的8倍，比模量(弹性模量与密度之比)比钢大3倍。2抗疲劳性能好抗疲劳性能好 例如碳纤维-聚酯树脂复合材料的疲劳强度是其抗拉强度的70-80，而大多数金属的疲劳

16、强度是其抗拉强度的3050。3减振性能好减振性能好 纤维与基体界面有吸振能力，可减小振动。例如，尺寸形状相同的梁，金属梁9s停止振动，碳纤维复合材料制成的梁2.5s就可停止振动。4高温性能好高温性能好 一般铝合金在400500时弹性模量急剧下降，强度也下降。碳或硼纤维增强的铝复合材料，在上述温度时，其弹性模量和强度基本不变。此外，复合材料还有较好的减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工减摩性、耐蚀性、断裂安全性和工艺性等。艺性等。工程材料与热加工基础程晓宇8.3.3 常用复合材料常用复合材料1纤维增强复合材料纤维增强复合材料(1)玻璃纤维增强复合材料(俗称玻璃钢玻璃钢)按粘结剂不同，分为热塑性玻璃钢和

17、热固性玻璃钢。热塑性玻璃钢热塑性玻璃钢 以玻璃纤维为增强剂，热塑性树脂为粘结剂。与热塑性塑料相比，当基体材料相同时，强度和疲劳强度提高2-3倍，冲击韧度提高2-4倍，抗蠕变能力提高25倍，强度超过某些金属。这种玻璃钢用于制作轴承、齿轮、仪表盘、收音机壳体等。工程材料与热加工基础程晓宇8.3.3 常用复合材料常用复合材料热固性玻璃钢热固性玻璃钢 以玻璃纤维为增强剂，热固性树脂为粘结剂。其密度小，耐蚀性、绝缘性、成形性好，比强度高于铜合金和铝合金，甚至高于某些合金钢。但刚度差，为钢的11015。耐热性不高(低于200)，易老化和蠕变。主要制作要求自重轻的受力件，例如汽车车身，直升机旋翼，氧气瓶，轻

18、型船体，耐海水腐蚀件，石油化工管道和阀门等。(2)碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料 这种复合材料与玻璃钢相比，其抗拉强度高，弹性模量是玻璃钢的46倍。玻璃钢在300以上，强度会逐渐下降，而碳纤维的高温强度好。玻璃钢在潮湿环境中强度会损失15，碳纤维的强度不受潮湿影响。此外，碳纤维复合材料还具有优良的减摩性、耐蚀性、导热性和较高的疲劳强度。工程材料与热加工基础程晓宇8.3.3 常用复合材料常用复合材料2层叠复合材料层叠复合材料层叠复合材料是由两层或两层以上不同材料复合而成。用层叠法增强的复合材料可使强度、刚度、耐磨、耐蚀、绝热、隔声、减轻自重等性能分别得到改善。常见的有双层金属复合材料、塑料

19、-金属多层复合材料和夹层结构复合材料等。3颗粒复合材料3.颗粒复合材料颗粒复合材料是由一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体材料内所组成的。金属陶瓷就是颗粒复合材料，它是将金属的热稳定性好、塑性好，高温易氧化和蠕变，与陶瓷脆性大，热稳定性差，但耐高温、耐腐蚀等性能进行互补，将陶瓷微粒分散于金属基体中，使两者复合为一体。例如，钨钴类硬质合金刀具就是一种金属陶瓷 工程材料与热加工基础程晓宇知识窗知识窗先进陶瓷先进陶瓷(又称精细陶瓷精细陶瓷、高技术陶瓷高技术陶瓷)具有优异的性能，如耐磨损、耐腐蚀、耐高温、高硬度、高强度和电、磁、光等功能，从而在计算机、通信、生物、航天、新能源、精密机械等领域获得愈来愈广

20、的应用。然而，传统的成形制造技术(如模压成形、注浆成形)，在陶瓷部件的成形质量和成形精度等方面都满足不了要求，特别是对于近几年发展起来的在电子、通信、生命科学与微机电系统中的微细陶瓷零部件，陶瓷的传统成形制造技术已无法制备。陶瓷粉末注射成形陶瓷粉末注射成形 清华大学在“七五”和“八五”其间先后研究了Si3N4陶瓷陶瓷涡轮转子燃汽轮机陶瓷叶片的精密注射成形，并提出微波快速脱脂新方法，得到国外专家高度评价。工程材料与热加工基础程晓宇学习指导学习指导学习方法建议：学习方法建议：学习本章内容，要发挥多媒体、电教片的作用；对本章内容要归纳、总结和比较，以常用非金属材料的特点和用途为主线，突出重点。在学习过程中还要广泛收集非金属材料的应用实例，加深对本章内容的理解。工程材料与热加工基础程晓宇