最新常用非金属材料PPT课件.ppt

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1、常用非金属材料常用非金属材料1 高分子材料高分子材料 高分子材料是由高分子材料是由成千上万成千上万个小分子个小分子单体单体通过通过聚合反应聚合反应以以共价键共价键结合起来的结合起来的长链分子而构成的。长链分子而构成的。分子量很大，104CHHCHHCHHCHHCH2乙烯CH2n聚乙烯（7）透明）透明“金属金属”聚碳酸酯（聚碳酸酯（PC）特点：特点：优良的抗冲击性和透明度，集刚、硬、韧、透明为一体优良的抗冲击性和透明度，集刚、硬、韧、透明为一体的典型塑料。阻燃性好，自熄性材料。高温下易开裂。的典型塑料。阻燃性好，自熄性材料。高温下易开裂。应用应用：光盘、灯罩、防护玻璃、手机壳体、精密仪器中齿轮、

2、：光盘、灯罩、防护玻璃、手机壳体、精密仪器中齿轮、相机零件、太空杯、餐具等。相机零件、太空杯、餐具等。PC膜可用于录音（像）带。膜可用于录音（像）带。（8）塑料王）塑料王聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTEE或或F4）特点：特点：最优良的耐高、低温性能（最优良的耐高、低温性能（-260250），几乎不受任），几乎不受任何化学品腐蚀，化学稳定性超过玻璃、陶瓷甚至金、铂；摩擦何化学品腐蚀，化学稳定性超过玻璃、陶瓷甚至金、铂；摩擦系数最小，润滑性好，介电损耗小，无味、无毒、不燃，有良系数最小，润滑性好，介电损耗小，无味、无毒、不燃，有良好的生物相容性及抗血栓性。好的生物相容性及抗血栓性。应用应用：不粘锅涂

3、层、管道密封用生料带，机械上减摩密封零件，：不粘锅涂层、管道密封用生料带，机械上减摩密封零件，电器上耐高频绝缘零件、以及强腐蚀场合设备内衬和零件。医电器上耐高频绝缘零件、以及强腐蚀场合设备内衬和零件。医用材料中人造血管、人工心脏等。用材料中人造血管、人工心脏等。（9）强韧而耐磨耐油的塑料）强韧而耐磨耐油的塑料聚酰胺（聚酰胺（PA）“尼龙尼龙”特点：特点：优良的耐磨性、减摩性和自润滑性。优异的耐油性和气优良的耐磨性、减摩性和自润滑性。优异的耐油性和气体阻隔性；耐疲劳性好；吸湿性较大。体阻隔性；耐疲劳性好；吸湿性较大。应用：应用：汽车上输油管、油箱；汽车上输油管、油箱；DVD的齿轮、螺母、轴承等；

4、与的齿轮、螺母、轴承等；与HDPE复合，用于冷冻食品包装；还大量用于拉链、打火机壳、复合，用于冷冻食品包装；还大量用于拉链、打火机壳、头盔、球拍线、鱼线、输血管等。头盔、球拍线、鱼线、输血管等。（11）合成塑料的鼻祖）合成塑料的鼻祖酚醛树脂（酚醛树脂（PF）特点：特点：一定强度、硬度，耐磨、绝缘性好、耐热性好，但性脆。一定强度、硬度，耐磨、绝缘性好、耐热性好，但性脆。有毒。有毒。应用：应用：“电木电木”，灯头、开关、插座、纽扣、刹车片、齿轮等，灯头、开关、插座、纽扣、刹车片、齿轮等（10）每天接触的塑料）每天接触的塑料热塑性聚酯（热塑性聚酯（PET）特点：特点：PET膜拉伸强度很高，可长期用于

5、户外，但耐热性不高。膜拉伸强度很高，可长期用于户外，但耐热性不高。应用：应用：PET膜和片材主要用于各种食品、药品、精密仪器的高档膜和片材主要用于各种食品、药品、精密仪器的高档包装、录音带、胶片、光盘、磁卡等；各种饮料瓶、矿泉水瓶等；包装、录音带、胶片、光盘、磁卡等；各种饮料瓶、矿泉水瓶等；各种电器元件外壳。各种电器元件外壳。2.橡胶橡胶橡胶是一种具有极高弹性及低刚度的高分子材料。橡胶是一种具有极高弹性及低刚度的高分子材料。（1）最早应用的橡胶）最早应用的橡胶天然橡胶（天然橡胶（NR）特点：特点：强度高、耐撕裂；弹性、耐磨性、耐寒性、耐碱性、气强度高、耐撕裂；弹性、耐磨性、耐寒性、耐碱性、气密

6、性、防水性、绝缘性及加工性能优良，但耐热、耐油及耐老密性、防水性、绝缘性及加工性能优良，但耐热、耐油及耐老化性差。化性差。应用：应用：各类轮胎、胶带、胶管、胶鞋、气球及医疗卫生品等。各类轮胎、胶带、胶管、胶鞋、气球及医疗卫生品等。（2）产量最大的合成橡胶）产量最大的合成橡胶丁苯橡胶（丁苯橡胶（SBR）特点：特点：同天然橡胶相比质地均匀、成本低、耐磨性及气密性同天然橡胶相比质地均匀、成本低、耐磨性及气密性好，抗撕裂和耐老化性也较好，但强度和弹性差。好，抗撕裂和耐老化性也较好，但强度和弹性差。应用：应用：各类轮胎、胶带、胶管、胶鞋、硬质胶轮等，改性后各类轮胎、胶带、胶管、胶鞋、硬质胶轮等，改性后可

7、替代天然橡胶。可替代天然橡胶。（3）“万能万能”橡胶橡胶氯丁橡胶（氯丁橡胶（CR）特点：特点：其物理、力学性能均可与天然橡胶相比拟，且具有良其物理、力学性能均可与天然橡胶相比拟，且具有良好的耐油、耐溶剂、耐氧化、耐老化、耐酸碱等性能，但耐好的耐油、耐溶剂、耐氧化、耐老化、耐酸碱等性能，但耐寒性较差，密度较大。寒性较差，密度较大。应用：应用：耐老化的电线电缆包皮、耐油耐蚀的胶管、输送带、耐老化的电线电缆包皮、耐油耐蚀的胶管、输送带、矿井用橡胶制品、油罐衬里等。矿井用橡胶制品、油罐衬里等。丁腈橡胶（丁腈橡胶（NBR）：）：耐油性好（用于输油管、耐油密封垫圈、耐油性好（用于输油管、耐油密封垫圈、耐油

8、耐热输送带、印刷胶辊等）耐油耐热输送带、印刷胶辊等）顺丁橡胶（顺丁橡胶（BR）：）：弹性最好（制造轮胎、三角带、橡胶弹簧、弹性最好（制造轮胎、三角带、橡胶弹簧、鞋底等）鞋底等）乙丙橡胶（乙丙橡胶（EPM）：）：密度最小（用于建筑防水材料、车辆配密度最小（用于建筑防水材料、车辆配件、蒸汽胶管、胶带、电线绝缘层等）件、蒸汽胶管、胶带、电线绝缘层等）硅橡胶：硅橡胶：最耐热耐寒最耐热耐寒氟橡胶：氟橡胶：最耐腐蚀最耐腐蚀2 陶瓷材料陶瓷材料 从广义上讲陶瓷包含一切天然及合成的从广义上讲陶瓷包含一切天然及合成的无机非金属固体材料，如水泥、耐火材料、无机非金属固体材料，如水泥、耐火材料、玻璃、石墨、天然石材

9、、陶瓷等。玻璃、石墨、天然石材、陶瓷等。从狭义上讲是用天然或合成的粉体，经从狭义上讲是用天然或合成的粉体，经成形和高温烧结制成的，由金属和非金属的成形和高温烧结制成的，由金属和非金属的无机化合物构成的多晶固体材料。无机化合物构成的多晶固体材料。传统陶瓷：传统陶瓷：天然硅酸盐矿物（黏土、石英、长石等）天然硅酸盐矿物（黏土、石英、长石等）先进陶瓷：先进陶瓷：高纯度的人工合成原料（氧化物、氮化高纯度的人工合成原料（氧化物、氮化物、碳化物等）物、碳化物等）一、陶瓷材料的制备方法一、陶瓷材料的制备方法原料预处理原料预处理配料配料坯料制备坯料制备成形成形干燥干燥施釉施釉烧成烧成后加工后加工制品制品二、陶瓷

10、材料的组织结构特点二、陶瓷材料的组织结构特点晶相：硅酸盐、氧化物和非氧化物晶相：硅酸盐、氧化物和非氧化物玻璃相：低熔点非晶态物质玻璃相：低熔点非晶态物质气相：气孔气相：气孔（2）陶瓷材料的弹性模量是各类材料中最高的）陶瓷材料的弹性模量是各类材料中最高的（1）结合键主要为离子键和共价键，因此陶瓷材料具有高）结合键主要为离子键和共价键，因此陶瓷材料具有高的化学稳定性，耐高温、耐腐蚀、高强度等基本属性。的化学稳定性，耐高温、耐腐蚀、高强度等基本属性。（3）脆性材料，断裂前无塑性变形，冲击韧性极低，抗拉）脆性材料，断裂前无塑性变形，冲击韧性极低，抗拉强度远低于抗压强度。强度远低于抗压强度。（4）硬度高

11、，尤其是高温硬度高。）硬度高，尤其是高温硬度高。三、陶瓷材料的基本性能三、陶瓷材料的基本性能（5）熔点高，高温强度好，高温抗氧化性好，抗熔融金属）熔点高，高温强度好，高温抗氧化性好，抗熔融金属侵蚀性高。侵蚀性高。（6）导电能力在很大范围内变化。）导电能力在很大范围内变化。主要缺点：性脆、加工性能差、可靠性差主要缺点：性脆、加工性能差、可靠性差1.传统陶瓷传统陶瓷主要原料：主要原料：高岭土、长石、石英高岭土、长石、石英结构特点：结构特点：主晶相：莫来石主晶相：莫来石（3Al2O3SiO2）2530%玻璃相：玻璃相：35-60%气气 相：相：13%性性 能：能：质地硬、耐腐蚀、不氧化、不导电、耐高

12、温质地硬、耐腐蚀、不氧化、不导电、耐高温（45%)刚玉瓷刚玉瓷(9099.5%)性性 能：能：耐高温耐高温(在在1600下长期使用下长期使用)强度高、硬度高、耐磨性好强度高、硬度高、耐磨性好 优良的电绝缘性和耐腐蚀、抗氧化性优良的电绝缘性和耐腐蚀、抗氧化性 原料丰富原料丰富 脆性大、抗热震性能差脆性大、抗热震性能差用用 途：途：广泛应用于各类高温、耐蚀和电气绝缘工程。如广泛应用于各类高温、耐蚀和电气绝缘工程。如坩埚、热电偶保护套管、化工反应炉管等。机械工程中用坩埚、热电偶保护套管、化工反应炉管等。机械工程中用作高速切削刀具、磨料、内燃机火花塞、拉丝模等。作高速切削刀具、磨料、内燃机火花塞、拉丝

13、模等。（1）氧化铝陶瓷）氧化铝陶瓷主要成分：主要成分：SiC 性性 能：能：优异的高温强度优异的高温强度(1700)很好的热稳定性、抗蠕变性、耐磨性、耐蚀性、导很好的热稳定性、抗蠕变性、耐磨性、耐蚀性、导 热性、耐辐射性以及低的热膨胀性热性、耐辐射性以及低的热膨胀性 高温抗氧化性好高温抗氧化性好用用 途：途：火箭尾喷管或喷嘴、炉衬、电加热管、坩埚、热火箭尾喷管或喷嘴、炉衬、电加热管、坩埚、热电偶套管、高温轴承以及核燃料包封材料。另外还可以用电偶套管、高温轴承以及核燃料包封材料。另外还可以用作砂轮和各种磨具。作砂轮和各种磨具。（2）碳化硅陶瓷）碳化硅陶瓷主要成分：主要成分：Si3N4 性性 能：

14、能：很高的硬度很高的硬度 自润滑作用，摩擦系数小，耐磨性好自润滑作用，摩擦系数小，耐磨性好 抗氧化性好、抗热震性大大高于其它陶瓷抗氧化性好、抗热震性大大高于其它陶瓷 优良的化学稳定性（优良的化学稳定性（HF外）外）优良的绝缘性能优良的绝缘性能用用 途：途：热压烧结法：形状简单、精度要求不高的零件如热压烧结法：形状简单、精度要求不高的零件如 刀具、活塞盖、高温轴承等刀具、活塞盖、高温轴承等 反应烧结法：形状复杂、要求精度高、耐磨、耐反应烧结法：形状复杂、要求精度高、耐磨、耐 蚀、耐热等场合，如泵密封环、热电偶保护套、转子、缸蚀、耐热等场合，如泵密封环、热电偶保护套、转子、缸套、活塞环、管道、阀门

15、等套、活塞环、管道、阀门等 陶瓷发动机陶瓷发动机（3）氮化硅陶瓷）氮化硅陶瓷3 复合材料复合材料 复合材料是由两种或两种以上不同性质或复合材料是由两种或两种以上不同性质或不同组织的组分，以宏观或微观方式复合形不同组织的组分，以宏观或微观方式复合形成的新型材料，一般由基体组元和增强相或成的新型材料，一般由基体组元和增强相或功能组元组成。功能组元组成。复复合合材材料料基体组元基体组元增强相增强相树脂基复合材料树脂基复合材料金属基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料纤维增强纤维增强颗粒增强颗粒增强玻璃纤维玻璃纤维碳纤维碳纤维硼纤维硼纤维碳化硅纤维碳化硅纤维氧化铝纤维氧化铝纤维芳纶纤维芳

16、纶纤维陶瓷或金属陶瓷或金属颗粒颗粒 常用复合材料常用复合材料一、玻璃钢：一、玻璃钢：基体：树脂；增强体：玻璃纤维基体：树脂；增强体：玻璃纤维性能：强度高、密度小（钢的性能：强度高、密度小（钢的1/4）、耐腐蚀、）、耐腐蚀、绝缘性好绝缘性好应用：应用：人造卫星、导弹和火箭外壳（瞬时耐高温性能）；人造卫星、导弹和火箭外壳（瞬时耐高温性能）；雷达罩（不反射无线电波、微波透过性好）；雷达罩（不反射无线电波、微波透过性好）；电机、电器及仪表的绝缘零部件；电机、电器及仪表的绝缘零部件；各种管道、泵、阀门、容器等。各种管道、泵、阀门、容器等。二、碳纤维增强树脂基复合材料：二、碳纤维增强树脂基复合材料：基体：

17、树脂；增强体：碳纤维基体：树脂；增强体：碳纤维性能：高的比强度和比模量，良好的高温性能，优性能：高的比强度和比模量，良好的高温性能，优良的抗疲劳性能、耐冲击、减摩耐磨、耐腐蚀等。良的抗疲劳性能、耐冲击、减摩耐磨、耐腐蚀等。应用：制造承载、耐磨等零件，如轴承、密封圈、应用：制造承载、耐磨等零件，如轴承、密封圈、齿轮等。化学工业、汽车制造业、航空航天和国防齿轮等。化学工业、汽车制造业、航空航天和国防工业等。工业等。美国哥伦比亚号航天飞机推进火箭上的关键部件燃料喷嘴和燃烧器；人造卫星的机架。C纤维复合材料。三、颗粒增强铝基复合材料三、颗粒增强铝基复合材料基基 体：铝合金体：铝合金增强体：增强体：Si

18、C、Al2O3、B4C及石墨等及石墨等性能：重量轻、比强度高、耐疲劳、耐磨损、热性能：重量轻、比强度高、耐疲劳、耐磨损、热膨胀系数低、尺寸稳定性好、缺口敏感性低膨胀系数低、尺寸稳定性好、缺口敏感性低应用：超大规模集成电路基板、各种结构型材和应用：超大规模集成电路基板、各种结构型材和耐磨部件。耐磨部件。材料材料应用举例应用举例特点特点17%SiC颗粒增强铝基复合颗粒增强铝基复合材料材料飞机、导弹用板材飞机、导弹用板材拉伸模量大于拉伸模量大于100GPa40%SiC晶须增强铝基复合晶须增强铝基复合材料材料三叉戟、导弹制导元件三叉戟、导弹制导元件代替铍，成本代替铍，成本低，无毒低，无毒Al2O3短纤

19、维增强铝基复合短纤维增强铝基复合材料材料汽车发动机抗磨环汽车发动机抗磨环耐磨，成本低耐磨，成本低15%Ti细颗粒增强铝基复细颗粒增强铝基复合材料合材料汽车制动件、连杆、活汽车制动件、连杆、活塞塞模量高模量高四、纳米颗粒增强陶瓷基复合材料四、纳米颗粒增强陶瓷基复合材料基基 体：陶瓷（体：陶瓷（Al2O3、ZrO2）增强体：金属纳米颗粒、陶瓷纳米颗粒增强体：金属纳米颗粒、陶瓷纳米颗粒性能：大幅度提高断裂强度、显著提高断裂韧性性能：大幅度提高断裂强度、显著提高断裂韧性五、五、C/C复合材料复合材料 基体：基体：C 增强体：增强体：C纤维纤维 性能：强度和冲击韧性特别高，比强度高，高温性能：强度和冲击韧性特别高，比强度高，高温强度好（强度好（2500），良好的抗腐），良好的抗腐蚀蚀性能和抗性能和抗热热震性。震性。应应用：主要用于航空航天、用：主要用于航空航天、军军事和生物事和生物医学医学，如洲如洲际导弹头际导弹头部的隔部的隔热热罩罩、固体火箭、固体火箭喷喷管、管、飞飞机刹机刹车车片、片、赛车赛车刹刹车车系系统统等。等。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！25