第二章 材料的科学魅力与社会进步2非金属材料(材料与社会4)精品名师资料

1、通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）第二章第二章材料的科学魅力与社会进步材料的科学魅力与社会进步主讲教师：主讲教师： 孙士斌孙士斌 通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）材料科学基础材料科学基础无所不在的金属材料无所不在的金属材料古老又年轻的陶瓷材料古老又年轻的陶瓷材料博采众长的复合材料博采众长的复合材料本章主要内容本章主要内容通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）二、古老又年轻二、古老又年轻的陶瓷材料的陶瓷材料通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）古老的陶瓷古老的陶瓷人类

2、最早、最伟大的文明创造。人类最早、最伟大的文明创造。自然物质与人类精神的完美结合。自然物质与人类精神的完美结合。新石器时代的标志。新石器时代的标志。中华文明的伟大象征之一中华文明的伟大象征之一 。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）陶器是用陶器是用黏土或陶土黏土或陶土为胎，经为胎，经手制、轮制、模制等方法加工手制、轮制、模制等方法加工成型后，在成型后，在80010008001000c高温高温下焙烧而成的物品。下焙烧而成的物品。亦称陶俑，是典型的陶制品。亦称陶俑，是典型的陶制品。 秦秦兵兵马马俑俑通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）

3、 经过了几千年的发展，出现了瓷器。从陶到瓷，经过了几千年的发展，出现了瓷器。从陶到瓷，在技术上主要实现了三大突破：在技术上主要实现了三大突破：瓷土的发现和利用瓷土的发现和利用 瓷土与陶土相比，瓷土与陶土相比，fefe2 2oo3 3、caocao、mgomgo等称为助等称为助熔剂的物质明显减少，熔剂的物质明显减少，siosio2 2的含量也降至的含量也降至70%70%以下，而以下，而alal2 2oo3 3的含量的含量显著增加。显著增加。釉的发明和创新釉的发明和创新 釉是覆盖在瓷器表面的一种玻璃态的物质，它是釉是覆盖在瓷器表面的一种玻璃态的物质，它是用矿物（长石、方解石、石英、滑石、高岭土等）

4、和颜料按照一定的用矿物（长石、方解石、石英、滑石、高岭土等）和颜料按照一定的比例配制而成，用多种方法施于陶瓷胚体表面。比例配制而成，用多种方法施于陶瓷胚体表面。 烧制温度的提高烧制温度的提高 烧制温度从烧制温度从80080010001000提高到提高到12001200以上，相以上，相应配套的出现了窑炉。高温使釉料被熔融并均匀地覆盖在瓷器的表面，应配套的出现了窑炉。高温使釉料被熔融并均匀地覆盖在瓷器的表面，冷却后之地坚硬、光滑、不沾污、高度绝缘、色彩艳丽动人。冷却后之地坚硬、光滑、不沾污、高度绝缘、色彩艳丽动人。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会） 最早出现于距今

5、最早出现于距今30003000多多年前的商周年前的商周，后经过近，后经过近10001000年的发展，到汉代年的发展，到汉代已日趋成熟，在已日趋成熟，在唐、宋、唐、宋、元、明、清元、明、清历代，造瓷历代，造瓷技术水平登峰造极。技术水平登峰造极。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）陶瓷定义陶瓷定义陶瓷陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合物，是用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成的，由无机化合物经过成型和高温烧结制成的，由无机化合物构成的多相固体材料。构成的多相固体材料。 狭义定义：狭义定义：以粘土为主要原料，经高温烧制的制品，包括以粘土为主要原料，经高温

6、烧制的制品，包括陶陶器，瓷器和炽器器，瓷器和炽器等。等。广义定义：广义定义：经高温烧制的经高温烧制的无机非金属材料无机非金属材料的总称，包括的总称，包括砖瓦、砖瓦、耐火材料、玻璃、水泥、石墨以及各种碳化物、氮化物、硼耐火材料、玻璃、水泥、石墨以及各种碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、氧化物化物、硅化物、氧化物等。等。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会） 陶瓷的性能陶瓷的性能(1)(1)硬度是各类材料中最高的。硬度是各类材料中最高的。 （高聚物（高聚物20hv30gpa)(30gpa)是其他材料无是其他材料无可比拟的，故成为超硬材料家族中的重要成员。可比拟的，故成为

7、超硬材料家族中的重要成员。在在b b4 4c c中，硼与碳主要以共价键相结合中，硼与碳主要以共价键相结合(90%)(90%)，具，具有有高熔点、高硬度、高模量、容重小高熔点、高硬度、高模量、容重小(2.52gcm(2.52gcm-3-3) )、耐磨、耐酸碱腐蚀耐磨、耐酸碱腐蚀等特点，并具有良好的中子、等特点，并具有良好的中子、氧气吸收能力，较低的膨胀系数氧气吸收能力，较低的膨胀系数(5.0 x10(5.0 x10-6-6k k-1 -1) )、良好、良好的热电性能，是一种重要的结构陶瓷材料。的热电性能，是一种重要的结构陶瓷材料。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会

8、）碳化硼碳化硼- -精细高级的研磨材料。精细高级的研磨材料。由于碳化硼研磨效率由于碳化硼研磨效率高，作为研磨介质主要用于材料的磨细工艺中，如：高，作为研磨介质主要用于材料的磨细工艺中，如：宝石、陶瓷、刀具、轴承、硬质合金等硬质材料的磨宝石、陶瓷、刀具、轴承、硬质合金等硬质材料的磨削、研磨、钻孔及抛光等。削、研磨、钻孔及抛光等。碳化硼碳化硼- -工业陶瓷材料的首选。工业陶瓷材料的首选。由碳化硼粉末压制成由碳化硼粉末压制成的制品：喷砂嘴、密封环、喷管、轴承、泥浆泵的柱的制品：喷砂嘴、密封环、喷管、轴承、泥浆泵的柱塞和火箭发射架、军舰、直升飞机的陶瓷途层等作为塞和火箭发射架、军舰、直升飞机的陶瓷途层

9、等作为一种新型材料，具有高熔点、高硬度、高弹性模量、一种新型材料，具有高熔点、高硬度、高弹性模量、耐磨力强、自润性好等特点而被广泛用于喷砂机械、耐磨力强、自润性好等特点而被广泛用于喷砂机械、电子、信息、航空航天、汽车等行业。电子、信息、航空航天、汽车等行业。b b4 4c c陶瓷的应用陶瓷的应用通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）碳化硼屏蔽和控制材料碳化硼屏蔽和控制材料- -核工业的安全保障。核工业的安全保障。碳化碳化硼材料由于其具有较大的热中子俘获截面，具有极硼材料由于其具有较大的热中子俘获截面，具有极好的吸收中子和抗辐射性能，被国际公认推荐为好的吸收中子和抗

10、辐射性能，被国际公认推荐为最最佳的核反应堆的控制材料和屏蔽材料佳的核反应堆的控制材料和屏蔽材料。碳化硼防弹装甲碳化硼防弹装甲- -增强国防力量。增强国防力量。由于强度高、比由于强度高、比重小、特别适合在重小、特别适合在轻质防弹装甲轻质防弹装甲中使用，如飞机、中使用，如飞机、车辆、舰船和人体的防护。车辆、舰船和人体的防护。碳化硼合金粉末碳化硼合金粉末- -提高机械零部件的寿命。提高机械零部件的寿命。将碳化将碳化硼粉末同金属结合生成金属为基的合金粉末，经过硼粉末同金属结合生成金属为基的合金粉末，经过这种材料做特殊的表面处理，使原有的机械零部件这种材料做特殊的表面处理，使原有的机械零部件更 加 耐

11、磨 损 且 抗 酸 碱 腐 蚀 性 增 强 。更 加 耐 磨 损 且 抗 酸 碱 腐 蚀 性 增 强 。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）碳化硼特种吸收体碳化硼特种吸收体提供能力遨游太空。提供能力遨游太空。 有：有：“黑金子黑金子”之称的碳化硼，以粉末状态应用在能源上之称的碳化硼，以粉末状态应用在能源上，作为传送火箭的固体燃料。，作为传送火箭的固体燃料。碳化硼添加剂碳化硼添加剂化工行业的好伙伴。化工行业的好伙伴。 由于化学性由于化学性能稳定，碳化硼与酸、碱溶液不起反应，具有高化能稳定，碳化硼与酸、碱溶液不起反应，具有高化学位，所以被大量用于生产其他含硼材料，如

12、硼化学位，所以被大量用于生产其他含硼材料，如硼化锆、硼化钛等。锆、硼化钛等。碳化硼碳化硼高级耐火材料必不可少。高级耐火材料必不可少。 由于碳化硼具由于碳化硼具有抗氧化、耐高温的特性，被用作高级的定形和不有抗氧化、耐高温的特性，被用作高级的定形和不定形耐火材料广泛应用在冶金各个领域，如钢铁炉定形耐火材料广泛应用在冶金各个领域，如钢铁炉具、窑具等。具、窑具等。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）3 3）碳化钛陶瓷（）碳化钛陶瓷（tictic）tictic属属面心立方晶型，熔点高面心立方晶型，熔点高。tictic陶瓷陶瓷强度较高，导热性较好，硬度大强度较高，导热性较好

13、，硬度大。化学稳定性好化学稳定性好，不水解，高温抗氧化性好，不水解，高温抗氧化性好( (仅次于仅次于sic)sic)。在常温下不与酸起反应，但在硝酸和氢氟酸的混合在常温下不与酸起反应，但在硝酸和氢氟酸的混合酸中能溶解，于酸中能溶解，于10001000在氮气氛中能形成氮化物。在氮气氛中能形成氮化物。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）tictic陶瓷硬度大，是硬质合金生产的重要原料，陶瓷硬度大，是硬质合金生产的重要原料，tictic和和tintin、wcwc、alal2 2oo3 3等原料等原料制成各类复相陶瓷材料制成各类复相陶瓷材料，可，可用于制造耐磨原料、切削

14、刀具材料、机械零件等，还用于制造耐磨原料、切削刀具材料、机械零件等，还可制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚。可制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚。透明透明tictic陶瓷是良好的光学材料。陶瓷是良好的光学材料。多孔多孔tictic陶瓷陶瓷可作为耐高温材料以及用来制作过滤器可作为耐高温材料以及用来制作过滤器和光催化材料，当和光催化材料，当tictic空隙率在空隙率在5050时，很适合用做时，很适合用做人造骨骼。人造骨骼。碳化钛陶瓷的应用碳化钛陶瓷的应用通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会） 刀具材料的发展与进步对人类的文明史有着重要的影刀具材料的发展与进步对人类的文

15、明史有着重要的影响，刀具的使用作为划分远古人类历史发展时期的标志。响，刀具的使用作为划分远古人类历史发展时期的标志。在新石器时代，人类开始采用打磨的石料作刀具；以后青在新石器时代，人类开始采用打磨的石料作刀具；以后青铜和铁刀工具的出现也成为古代人类历史发展阶段的标志。铜和铁刀工具的出现也成为古代人类历史发展阶段的标志。 在历史上，刀具的发展走过了漫长的历程，不过，从在历史上，刀具的发展走过了漫长的历程，不过，从18501850年至今一百余年来，刀具材料获得快速的发展。年至今一百余年来，刀具材料获得快速的发展。 18981898年年高速钢高速钢工具问世，工具问世，19231923年德国研制成功年

16、德国研制成功wc-cowc-co硬质合金，并于硬质合金，并于19271927年开始工业化生产，使切削加工技术年开始工业化生产，使切削加工技术的历史发生了两次革命性的进步。的历史发生了两次革命性的进步。陶瓷刀具陶瓷刀具通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会） 19051905年德国人开始了用氧化铝制作陶瓷刀具的研究，年德国人开始了用氧化铝制作陶瓷刀具的研究，19121912年英国首获年英国首获alal2 2oo3 3陶瓷刀具专利。但是，直到陶瓷刀具专利。但是，直到2020世纪世纪5050年代陶瓷刀具才

17、真正达到年代陶瓷刀具才真正达到实用化。实用化。 2020世纪世纪7070年代人们研制成功了年代人们研制成功了alal2 2oo3 3+tio+tio2 2系统复合陶瓷刀具，使系统复合陶瓷刀具，使alal2 2oo3 3陶瓷刀具走出了缓慢发展的低谷，成为解决超硬材冷加工的一陶瓷刀具走出了缓慢发展的低谷，成为解决超硬材冷加工的一种新型刀具材料。种新型刀具材料。 2020世纪世纪7070年代初美国生产的年代初美国生产的多晶金刚石刀具和多晶立方氮化硼多晶金刚石刀具和多晶立方氮化硼刀具开刀具开始投放市场。始投放市场。 2020世纪世纪8080年代初清华大学用热压氮化硅陶瓷和英国年代初清华大学用热压氮化硅

18、陶瓷和英国lucaslucas公司用公司用sialonsialon陶瓷（陶瓷（si si3 3nn4 4和和alal2 2oo3 3的固溶体）的固溶体）制作刀具都取得良好的切削效果。制作刀具都取得良好的切削效果。 2020世纪世纪9090年代以来，像年代以来，像纳米颗粒和晶须增强陶瓷刀具、陶瓷涂层刀具、纳米颗粒和晶须增强陶瓷刀具、陶瓷涂层刀具、梯度功能陶瓷刀具、超硬刀具材料梯度功能陶瓷刀具、超硬刀具材料等都得到了快速的发展，促进了加等都得到了快速的发展，促进了加工制造业的技术进步。工制造业的技术进步。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）陶瓷刀具与传统陶瓷刀具与传

19、统的高速钢和硬质的高速钢和硬质合金刀具相比，合金刀具相比，具有具有更好的红硬更好的红硬性和耐磨性性和耐磨性。与超硬材料金刚与超硬材料金刚石和石和cbncbn相比，相比，它具有它具有更低的制更低的制造成本、更好的造成本、更好的热稳定性和抗冲热稳定性和抗冲击能力击能力。刀具材料的发展趋势刀具材料的发展趋势通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）3 3、氮化物陶瓷、氮化物陶瓷 氮是具有最高电负性的元素之一，只有氧，氟和氯比它更高。氮是具有最高电负性的元素之一，只有氧，氟和氯比它更高。这就意味着氮化物由一大组化合物构成。这就意味着氮化物由一大组化合物构成。v 润滑剂，如润滑

20、剂，如hbnhbnv 切割材料，如切割材料，如si si3 3nn4 4，cbncbnv 绝缘体，如绝缘体，如hbnhbn， si si3 3nn4 4v 半导体，如半导体，如ganganv 金属镀膜，如金属镀膜，如tintin，alnalnv 储氢材料，如储氢材料，如l li i3 3nn通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）1 1）氮化硅陶瓷（）氮化硅陶瓷（si si3 3nn4 4） 氮化硅陶瓷强度高，韧性好，是最好的陶瓷材料之一。氮化硅陶瓷强度高，韧性好，是最好的陶瓷材料之一。 氮化硅陶瓷有高的电阻率，高的介电常数，低的介质损耗氮化硅陶瓷有高的电阻率，高的

21、介电常数，低的介质损耗, ,可用作电路基片，高温绝缘体，电容器，雷达天线等。可用作电路基片，高温绝缘体，电容器，雷达天线等。 氮化硅有优良的化学稳定性。氮化硅有优良的化学稳定性。 氮化硅硬度高，摩擦系数低。氮化硅硬度高，摩擦系数低。 良好的高温抗氧化性。良好的高温抗氧化性。通识教育选修示范课程申报（材料与社会）通识教育选修示范课程申报（材料与社会）氮化硅陶瓷的应用氮化硅陶瓷的应用氮化硅基陶瓷刀具：氮化硅基陶瓷刀具： (1)(1)高硬度。高硬度。 si si3 3nn4 4陶瓷刀片的室温硬度值达到莫氏硬度陶瓷刀片的室温硬度值达到莫氏硬度9 9级，大大级，大大提高了切削能力和耐磨性。提高了切削能力

22、和耐磨性。 (2)(2)高强度。高强度。 si si3 3nn4 4陶瓷刀片的抗弯强度目前可达陶瓷刀片的抗弯强度目前可达9009001000mpa1000mpa，其抗压强度也与普通硬质合金相当。其抗压强度也与普通硬质合金相当。 (3)(3)高耐热性和抗氧化性高耐热性和抗氧化性。 si si3 3nn4 4陶瓷刀具的高温性能特别好，在陶瓷刀具的高温性能特别好，在10001000强度几乎不下降，即使在强度几乎不下降，即使在1200120014501450切削高温下仍保持切削高温下仍保持一定的硬度、强度进行长时间切削。一定的硬度、强度进行长时间切削。 (4)(4)高抗热震性。抗热震性是指材料在承受急

23、剧温度变化时，其抗高抗热震性。抗热震性是指材料在承受急剧温度变化时，其抗破损能力的重要指标。破损能力的重要指标。 si si3 3nn4 4陶瓷刀具具有较高的抗弯强度、较高陶瓷刀具具有较高的抗弯强度、较高的导热率，低的热膨胀系数，中等的弹性模量，所以其抗热震性的导热率，低的热膨胀系数，中等的弹性模量，所以其抗热震性好。好。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）氮化硅陶瓷轴承氮化硅陶瓷轴承 氮化硅陶瓷球轴承有两种形式。氮化硅陶瓷球轴承有两种形式。一种是滚珠一种是滚珠( (球球) )为陶瓷材料为陶瓷材料，内外圈仍为轴承钢制造，称为混合式球轴承，内外圈仍为轴承钢制造，称

24、为混合式球轴承; ;另一种是滚珠另一种是滚珠和内外圈都为陶瓷材料，称为全陶瓷球轴承和内外圈都为陶瓷材料，称为全陶瓷球轴承。混合式球轴承混合式球轴承通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）2 2）氮化硼陶瓷（）氮化硼陶瓷（bnbn） 氮化硼（氮化硼（bnbn）共有三种结晶构造，分别是）共有三种结晶构造，分别是六方六方氮化硼（氮化硼（hbnhbn），密排六方氮化硼（），密排六方氮化硼（wbnwbn）和立方）和立方氮化硼（氮化硼（cbncbn）。wbnwbn和和cbncbn是由是由hbnhbn在高温、高在高温、高压下转变而成，压下转变而成，hbnhbn在常压下是稳定相，在

25、常压下是稳定相，wbnwbn和和cbncbn是高压稳定相，在常压下是亚稳相。是高压稳定相，在常压下是亚稳相。 通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）六方氮化硼（六方氮化硼（hbnhbn）具有类似石墨）具有类似石墨的层状结构，颜色为白色，所以向的层状结构，颜色为白色，所以向来有来有白石墨白石墨之称。之称。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会） 立方氮化硼（简称立方氮化硼（简称cbncbn）硬度仅次于金钢石硬度仅次于金钢石，但热但热稳定性远高于金钢石稳定性远高于金钢石。磨削性能十分优异，其出现导致。磨削性能十分优异，其出现导致磨削发生革命

26、性变化，是磨削技术的第二次飞跃。磨削发生革命性变化，是磨削技术的第二次飞跃。 立方氮化硼立方氮化硼砂轮和刀具砂轮和刀具通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）三、博采众长三、博采众长的复合材料的复合材料通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会） 由由两种以上两种以上不同的原材料组成，不同的原材料组成，使原材料的性能得到充分发挥，并通使原材料的性能得到充分发挥，并通过过复合化复合化而得到单一材料所不具备的而得到单一材料所不具备的性能的材料。性能的材料。复合材料定义复合材料定义通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）

27、必须由两种以必须由两种以上化学、物理上化学、物理性质不同的材性质不同的材料组合而成料组合而成必须是必须是人造人造的的，是人们根据，是人们根据需要设计制造需要设计制造的材料的材料通过各组分性通过各组分性能的互补可获能的互补可获得单一材料不得单一材料不能达到的能达到的综合综合性能性能123三个必要条件三个必要条件通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）复合材料的特点复合材料的特点通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）材料材料a a材料材料b+b+材料材料c c基体基体matrixmatrix增强相增强相reinforcementreinfo

28、rcement主要组份，粘结、主要组份，粘结、保护增强相并把外保护增强相并把外加载荷造成的应力加载荷造成的应力传递到增强相上去传递到增强相上去其它组份，主要其它组份，主要承载相，并起着承载相，并起着提高强度提高强度( (或韧或韧性性) )的作用的作用复合材料的组成复合材料的组成通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）按照按照基体基体分类分类按照按照增强体增强体分类分类复合材料分类复合材料分类通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）几何形状几何形状纤维纤维颗粒颗粒板状板状复合材料分类复合材料分类sic 晶粒晶粒 al2o3 纤维纤维al2o

29、3板状板状通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）复合材料复合材料金属基复合材料（如铝基、铜基、镁基和钛基等）金属基复合材料（如铝基、铜基、镁基和钛基等）木基复合材料木基复合材料有机材料基复合材料有机材料基复合材料无机非金属基复合材料无机非金属基复合材料聚合物基复合材料聚合物基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料混凝土基复合材料混凝土基复合材料碳基复合材料碳基复合材料热塑性树脂基热塑性树脂基热固性树脂基热固性树脂基按基体材料分类按基体材料分类通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）增强材料增强材料晶须增强材料晶须增强材料氧化物颗粒：氧化物

30、颗粒：alal2 2oo3 3，siosio2 2颗粒增强材料颗粒增强材料纤维增强纤维增强无机纤维：无机纤维：碳，硼，碳，硼， sicsic， alal2 2oo3 3有机纤维：有机纤维：芳纶，聚乙烯，尼龙芳纶，聚乙烯，尼龙金属纤维：金属纤维：不锈钢，不锈钢，ww，momo按增强体材料分类按增强体材料分类陶瓷晶须：陶瓷晶须： sicsic，tictic金属晶须：金属晶须：cr, fe, cucr, fe, cu非氧化物颗粒：非氧化物颗粒：sicsic，tictic，b b4 4c c硅酸盐颗粒：硅酸盐颗粒：高岭土，滑石高岭土，滑石通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社

31、会） 玻璃纤维玻璃纤维将熔化的玻璃以极将熔化的玻璃以极快的速度抽拉成细快的速度抽拉成细微的丝，即成为玻微的丝，即成为玻璃纤维。璃纤维。细度在细度在3.83.821.6m, 21.6m, 脆性与直脆性与直径的四次方成正比。径的四次方成正比。通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）航空航天领域中，为航空航天领域中，为获得获得高比强度和高比高比强度和高比弹性模量弹性模量，开发新型，开发新型纤维纤维-硼纤维。硼纤维。硼的熔点在硼的熔点在20002000以上，硬度仅次于金以上，硬度仅次于金刚石。刚石。 硼纤维硼纤维类型类型硼纤维硼纤维碳纤维碳纤维拉伸强度拉伸强度3.6gpa3

32、.6gpa3.53gpa3.53gpa弹性模量弹性模量400gpa400gpa370gpa370gpa比重比重2.572.573 3通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）航天飞机的机身衍架航天飞机的机身衍架用硼铝复合材料管用硼铝复合材料管材制造，取得减重材制造，取得减重20206666的效果。的效果。 航天飞机货仓间隔支航天飞机货仓间隔支柱，可减重柱，可减重4444。 美国美国p&wp&w公司在公司在jt8djt8d发动机上用硼铝复发动机上用硼铝复合材料取代钛合金，合材料取代钛合金，可减重可减重1010。硼纤维在航空航天领域的应用效益硼纤维在航空航

33、天领域的应用效益航天飞机内航天飞机内mmc mmc (al / b(al / b纤维纤维) )桁架桁架通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）将有机纤维烧结后得到的一种含碳量在将有机纤维烧结后得到的一种含碳量在9090以上的纤维。以上的纤维。其质轻而强度高，具有良好的润滑及耐磨性能，其价格约其质轻而强度高，具有良好的润滑及耐磨性能，其价格约为硼纤维的十分之一。为硼纤维的十分之一。 碳纤维碳纤维通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）土房土房-草增强泥基复合材料草增强泥基复

34、合材料 钢筋混凝土建筑框架钢筋混凝土建筑框架玻璃纤维撑杆玻璃纤维撑杆通识教育选修示范课程申报（材料与社会）通识教育选修示范课程申报（材料与社会）复合材料在航天领域中的应用复合材料在航天领域中的应用主货舱门主货舱门- 碳纤维碳纤维/ /环氧树脂环氧树脂压力容器压力容器- 凯芙拉纤维凯芙拉纤维/ /环氧树脂环氧树脂主机隔框和翼梁主机隔框和翼梁- 硼硼/ /铝复合材料铝复合材料“哥伦比亚号哥伦比亚号”航天飞机航天飞机发动机的喷管发动机的喷管- 碳碳/ /碳复合材料碳复合材料发动机组传力架发动机组传力架- 钛基复合材料钛基复合材料机身防热瓦机身防热瓦- 陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料通识教育选修示范课程

35、（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）国家技术发明一等奖（国家技术发明一等奖（20042004年）年）“高性能炭高性能炭/ /炭航空制动材料的制备技术炭航空制动材料的制备技术” 黄伯云团队研制的飞机刹车片黄伯云团队研制的飞机刹车片“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料” 攻克航天飞机攻克航天飞机隔热瓦隔热瓦技术难关技术难关通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）复合材料在航空领域的应用复合材料在航空领域的应用法国法国 “ “空中客车空中客车” ” 公司生产的公司生产的a380a380双层四引擎大型客机，最大双层四引擎大型客机，最大可载客量可载客量650650人人复合材料使复合材料使a380a380减重减重1515吨吨(1) (1) 机翼机翼(2) (2) 垂直尾翼和水平尾翼垂直尾翼和水平尾翼(3) (3) 地板梁和后承压框地板梁和后承压框(4) (4) 固定机翼前缘固定机翼前缘(5) (5) 机翼后缘处的襟翼机翼后缘处的襟翼, ,副翼副翼(6) (6) 机身蒙皮壁板机身蒙皮壁板通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程（材料与社会）通识教育选修示范课程申报（材料与社会）通识教育选修示范课程申报（材料与社会）复合材料在体育用品中的应用复合材料在体育用品中的应用通识教育选