单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章,非金属材料,第七章,非金属材料及其它材料,概述,第一节 高分子材料,其次节 陶瓷材料,第三节 复合材料,第四节 其它工程材料,概 述,非金属材料通常是指除金属材料以外的金属材料.概括起来可分为无机非金属材料和有机非金属材料两大类.,随着科学技术的进展，各种机械系统不仅要求具有足够的力学性能,而且还要求具有牢靠性高、多功能化、微型化和智能化等特性。要实现这一目标不仅要承受以强度指标为主的构造材料，而且还必需承受具有特殊物理、化学等性能的其它工程材料，如功能材料和纳米材料等。,本章将分别介绍一些工程上常用的非金属材料及其应用，以及复合材料和一些其它工程材料。,第一节,高分子材料,如前面章节所介绍的，高分子化合物是由低分子化合物组成，是大量低分子的聚合物,因相对分子量很大,故称之为高分子化合物或高聚物.,高分子化合物中的原子彼此主要是以共价键形式连接的 .,高分子物质分自然和人工合成两大类,自然高分子物质有蚕丝、羊毛 、纤维素、自然橡胶以及存在与生物组织中的淀粉、蛋白质.工程上的高分子物质主要指塑料、橡胶和纤维这三大合成材料为主.,第一节,高分子材料,一、高分子化合物的合成,高分子化合物的合成就是把低分子化合物(单体)聚合起来形成高分子化合物的过程.合成反响主要有两种加聚反响和缩聚反响.,一)加聚反响,在加热、光照或化学引发剂作用下,由很多一样或不同的不饱和低分子化合物、环状化合物开环相互连接形成大分子的反响叫做加聚反响,其产物叫加聚物.,在加聚反响过程中,没有低分子产物的析出,而且生产的聚合物与原料具有一样的化学组成.加聚反响是目前高分子合成工业的根底.常见的加聚反响见表7-1所示.,第一节,高分子材料,二)缩聚反响,在加热或催化剂作用下,由很多一样或不同的低分子化合物相互混合,发生化合反响得到高分子化合物,同时析出某些低分子的过程叫做缩聚反响,所生产的聚合物叫缩聚物.,缩聚物的成分与单体不同,缩聚反响要比加聚反响简单的多.,第一节,高分子材料,二、高分子化合物的分类及命名,1、高分子化合物的分类,高分子化合物的分类见表7-2。,2、高分子化合物的命名,常用高分子材料的名称承受习惯命名法,即在原料单体前加“聚”字,如聚乙烯聚卤乙烯等,也有一些是在原料名称后加“树脂”二字,如酚醛树脂,脲醛树脂等.有很多高分子材料承受商业名称,没有统一的命名规章.有时为了简化,常用英文所写,如聚乙烯用PF,聚卤乙烯用PVC等.,第一节,高分子材料,三、塑料,塑料是以树脂为主要成分的有机高分子固体材料.它在肯定的温度和压力下具有可塑性,能塑制成肯定外形的制品,且在常温下能保持外形不变,因而得名为“塑料”.,一)塑料的组成,1.合成树脂 2.填料或增加材料 3.固化剂,4.增塑剂 5.稳定剂 6.阻燃剂,第一节,高分子材料,二)塑料的分类,塑料的种类繁多,常用的分类方法有两种:,1.按塑料受热后的性质进展分类,1)热塑性塑料,2)热固性塑料,2.按塑料的功能分类,1)通用塑料,2)工程塑料,3)特种塑料,第一节,高分子材料,三)塑料的特性,1.质量轻、比强度高 2.良好的耐蚀性能,3.优异的电气绝缘性能,4.突出的减摩、耐磨和自润滑性能,5.优良的消音吸振性 6.易成型加工,7.其它特殊性能,四)常用工程塑料及应用,1.有机玻璃热塑性塑料,2.ABS热塑性塑料,3. 尼龙(锦纶)热塑性塑料,第一节,高分子材料,4.,聚甲醛(,POM),热塑性塑料,5.聚碳酸酯(双酚,A,型,PC),热塑性塑料,6.聚砜(双酚,A,型,PSF),热塑性塑料,7.氟塑料热塑性塑料,8.卤化聚醚热塑性塑料,9.聚酰亚胺热塑性塑料,10. 常用热固性塑料包括酚醛塑料(,PF),、环氧塑料、有机硅塑料、,DAP,及,DAIP,、聚二苯醚、钙塑材料等.,第一节,高分子材料,四、橡胶,橡胶和塑料一样,也是一种有机高分子材料.它与塑料的区分在于在很宽的温度范围内处于高弹性状态,因而其独特的性能就是具有高弹性,对它施加不大的外力就可产生很大的变形,外力一去掉又能很快的恢复原状.,大局部橡胶是二烯类化合物的高聚物,平均相对分子质量在二十万以上.未加协作剂、未经硫化的橡胶称为生胶.,橡胶依据来源可分为自然橡胶和合成橡胶两大类.合成橡胶依据其使用性又分为合成橡胶和特种合成橡胶.其分类和表示符号如图71所示.常用橡胶品种的性能特点及应用见表73所示,第一节,高分子材料,五、合成纤维,合成纤维是指以石油、自然气、煤及农副产品等作为原料,经过化学合成方法而得到的化学纤维.依据用途不同分为一般合成纤维和特种合成纤维两大类.,常见的一般合成纤维以锦纶、涤纶、晴纶、维纶、卤纶和丙纶六大纶为主,占到合成纤维总产量的90%以上.其特性和用途见表7-4.,特种纤维的品种较多,而且还在不断进展之中.,第一节,高分子材料,六、粘接剂,作为一门独立的边缘科学技术,粘接技术在航空工业、汽车工业等方面显示出了巨大的潜力,而粘接剂也已经成为各行各业不行缺少的重要原材料之一.,粘接剂一般由几种材料组成.通常依据固化形式可分为三类:,溶剂型、反响型、热熔型,粘接剂品种及其繁多,成分特别简单,大致的种类如表7-2所示.,其次节 陶瓷材料,一.陶瓷的概念,陶瓷是指用各种粉状原料做成肯定外形后,在高温窑炉中烧制而成的一种无机非金属固体材料.传统意义上的陶瓷仅指陶器和瓷器;目前陶瓷一词是对无机非金属材料的总称,泛指以离子键结合的物质.,二.陶瓷的特性和分类,1.陶瓷的特性,硬度高、抗压强度大、耐高温、不怕氧化和腐蚀、隔热和绝缘性能好等,确定是质脆,经不起敲打碰撞,难修复、成型精度差、转配连接性能不良等.,其次节 陶瓷材料,2.陶瓷的分类,陶瓷材料的分类方法尚无统一方案,依据近代陶瓷的含义,陶瓷材料被分为四类.如图7-3所示.,三.工业陶瓷材料,1.一般工业陶瓷 2.耐酸陶瓷,3 高温陶瓷 4.透亮瓷,5.电解陶瓷 6.金属陶瓷,第三节,复合材料,一.概述,复合材料一般是指为了到达某些特殊性能要求而将两种或两种以上物理、化学性质不同的物质,经人工组合而得到的多相固体材料. 它可以改善或抑制组成材料的弱点,充分发挥它们的优点.复合材料开拓了一条制造材料的新途径,已经在很多工业和技术部门中引起了极大的重视.,第三节,复合材料,二.复合材料的组成和分类,复合材料由基体相和增加相两大类相组成.,复合材料的种类繁多,常见的分类方法有以下三种:,1)依据基体类型分, 可分为金属基复合材料、树脂基复合材料 、无机非金属基复合材料,2)以增加纤维类型分, 分为碳纤维增加复合材料、玻璃纤维复合材料、复合纤维复合材料、混杂纤维复合材料,3)以增加物外形分,可分为连续纤维增加复合材料、纤维织物或片状材料增加复合材料、短纤维增加复合材料、粒状填料复合材料.,第三节,复合材料,二.复合材料的性能,复合材料的性能的性能不仅取决于基体和增加体的类型和性质,还取决于增加体的形态、大小及在基体中的含量和分布、排列方式,除此之外,还与基体和增加体之间的结合性能有关.,复合材料一般具有如下性能:,1.高比强度和高比刚度 2.耐疲惫性高,3.抗断裂力量强 4.减震力量强,5. 高温性能好,抗蠕变力量强 6. 其它性能,第三节,复合材料,四.常用复合材料及应用,1.玻璃钢,2. 碳纤维复合材料,3.硼纤维复合材料,4.金属纤维复合材料,5.晶须复合材料,第四节,其它工程材料,一、功能材料,所谓功能材料是指具有特殊的电、磁、光、热、声、力、化学性能和生物性能及其转化的功能，用以实现对信息和能量的感受、计测、显示掌握和转化为主要目的的非构造性高新材料。有时也把只有特殊力学性能的材料包括在功能材料之内。,第四节,其它工程材料,功能材料的分类方法很多，目前尚无公认的统一方法，通常的分类见表7-11。,功能材料的特点：,1.多功能化,2.材料与元件一体化,3.制造和应用的高技术性，性能和质量的高周密性和高稳定性,4.材料形态多样性,第四节,其它工程材料,下面简洁介绍几种常见的功能材料。,一电功能材料,1、导电材料,导电材料主要包括：常用导电金属材料、厚膜与薄膜导体布线材料、导电高分子材料、超导电材料等。,2、电阻材料,3、电接点材料,第四节,其它工程材料,二磁功能材料,1、软磁材料,2、硬磁材料永磁材料,3、信息磁材料,第四节,其它工程材料,三热功能材料,1、膨胀材料,2、外形记忆材料,第四节,其它工程材料,四其他功能材料,1、光敏材料,2、贮氢材料,3、光纤材料,4、隐形材料,第四节,其它工程材料,二、纳米材料,一概述,纳米是一种度量单位，1纳米nm等于10-9米，即百万分之一毫米、十亿分之一米。1nm相当于头发丝直径的10万分之一。1纳米大约是3-4个原子排列在一起的宽度。广义地说，所谓纳米材料，是指用晶粒尺寸为纳米级的微小颗粒制成的各种材料，其纳米颗粒的大小不应超过100纳米，而通常状况下不应超过10纳米。目前，国际上将处于1-100nm纳米尺度范围内的超微颗粒及其致密的聚拢体，以及由纳米微晶所构成的材料，统称为纳米材料，包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。,第四节,其它工程材料,二纳米材料的分类,目前，依据材料的形态，纳米材料可分为：纳米颗粒型材料、纳米固体材料、颗粒膜材料和纳米磁性液体材料等四种,.纳米颗粒型材料,.纳米固体材料,.颗粒膜材料,.纳米磁性液体材料,第四节,其它工程材料,三纳米科学与技术的应用,由于纳米固体材料具有独特的性能，因此在各个领域具有特别广泛的应用。科学家预言，纳米时代的到来不会很久，它在将来的应用将远远超过计算机工业，并成为将来信息时代的核心。,第四节,其它工程材料,1.,在化工与精细化工领域的应用,2.,在生物工程上的应用,3.,在陶瓷领域的应用,4.,在微电子学上的应用,5.在医学上的应用,