非金属材料及其他新型材料课件

1、第6章 非金属材料及其他新型材料其它新型材料及其应用复合材料陶瓷材料高分子材料12341、高分子材料也称为聚合物材料，是以高分子化合物为基体，再配有其他添加剂（助剂）所构成的材料。中文名 高分子材料 外文名 macromolecular material2、主要组成元素：C、H、O、N、Si、S、P等高分子材料的特征：相对分子质量非常大；所有高分子都是由一种或几种简单的结构单元不断重复而形成的。例如：聚乙烯PE，它是最简单却又最广泛的高分子材料聚乙烯颗粒橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两

2、种。纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂

3、料和合成树脂涂料。功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、磁性、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。5、高分子材料的性能特点力学性能表现：高强度、低硬度、高耐磨性、高弹性、低弹性模量。力学性能对温度时间很敏感。高分子材料的物理化学性能表现为优良的绝缘性、低导热性和高化学稳定性（耐酸耐碱耐盐），但耐热性较差。缺点：易老化。其原因是大分子链发生了降解或交联。降解是高分子材料的大分子链发生断链成裂解的过程。交联是分子链之间生

4、成化学键，形成网状结构，从而材料变得硬而脆。陶瓷材料1、陶瓷：陶和瓷的总称。传统陶瓷（普通材料）是指用天然原料制成的黏土类陶瓷，这类陶瓷质硬，不导电，易于加工成型，成本低，产量大。缺点是耐高温和绝缘性不如特种陶瓷。原料：长石，石英，粘土，高龄土，绢云母，滑石，石灰。加入（MgO，ZnO，BaO，Cr2O3等）提高强度；加入（Al2O3，ZrO2等）提高强度和热稳定性；传统陶瓷：1.日用陶瓷 性能要求：白度，光洁度，热稳定性，机械强度，热稳定性 用途：日用器皿，工艺品艺术品等 2. 建筑陶瓷 性能要求：强度，热稳定性 用途：地面，墙壁，管道，卫生洁具等. 3. 电工陶瓷（高压瓷） 性能要求：强度

5、，介电性能和热稳定性. 用途：隔电，支持及连接，绝缘器件4. 化工陶瓷 性能要求：耐蚀性. 用途：实验器皿，耐热容器，管道，设备。（2）碳化物陶瓷。碳化物陶瓷般具有比氧化物更高的熔点。最常用的是SIC、SC，凤CTIC等。碳化物陶瓷在制备过程中应有气氛保护。（3）氮化物陶瓷。世界上的C3N4，可看其性能超过Si3O4。（4）硼化物陶瓷。硼化物陶瓷的应用并不很广泛，主要是作为深加剂或第二相加进其它陶瓷基体中，以达到改善性能的目的。常用的有Ti已、Zr等。按性能和用途分类(1)结构陶瓷。结构陶瓷作为结构材料用来制造结构零部件主要使用其力学性能。加强度、韧性、硬度、模量、耐磨性、耐高温性能(高温强度

6、、抗热震性、耐烧蚀性)等。上面讲到的核化学成分分类的四种陶瓷大多数均为结构陶瓷。如 AjZQ石C3N4等都是力学性能优越的代表性结构陶瓷材料。3、陶瓷材料的特点高硬度，决定了它具有优异的耐磨性；高焰点。决定了它具有杰出的耐热性；高化学稳定性决定了它具有良好的耐蚀性。尽管陶瓷材料有如此优异的特殊性能但由于其致命的缺点脆性，因而限制了其特性的发挥和实际应用。因此，陶瓷的韧化使成为世界瞩目的陶瓷材料研究领域的核心课题。复合材料一. 复合材料的定义： 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。二.复合材料的特征： 1.材料结构的可设计性 2.结构整体性能好 3.抗疲

7、劳性能好 4.破坏安全性好 5.成型工艺简单、灵活 复合材料性能不足之处1、横向拉伸强度和层间剪切强度低。2、断裂伸长率低，冲击韧性有时不好。3、制造产品性能不稳定，分散性大，质检困难。4、老化性能不好。5、机械连接困难。6、成本太高。复合材料的应用 1. 典型复合材料及应用 玻璃钢 玻璃钢：用玻璃纤维增强的塑料 既可以酚醛树脂、环氧树脂等热固型树脂为 基体，又可以聚丙烯、ABS等热塑性树脂为基体 特点：密度低、比强度高 密度：1.3 2.0 g/cm玻璃钢产品 碳纤维增强复合材料由碳纤维与酚醛、环氧、聚酯、聚四氧乙烯等树脂组成的复合材料 特点：密度更低，比强度和比模量更高 具有优良的疲劳性能

8、、耐冲击性能、自润滑性能和耐磨、耐蚀、耐热性能 飞机上用的复合材料增韧石墨石墨混杂复合材料玻璃纤维B-2隐形轰炸机 除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成，不易反射。轻巧的碳/碳复合材料 目前商用飞机上复合材料仅占全机重量的50%，而某些直升机早已达到90%荷兰计划研发新型绿色环保飞机 外形将酷似飞碟,另一个设想就是使用复合材料，如纤维增强塑料。这种复合材料强度可与金属媲美，而重量却比金属轻得多，因此可以节省燃油。复合材料军用吉普车玻璃纤维/碳纤维/增强树脂美洲轻木泡沫超级跑车车身大量应用碳纤维复合材料 体育休闲用品应用 这是一个开发较早，有稳定需求的应用领域。 1.

9、高尔夫球拍：4000万只/年，约占总数的80%以上，“已碳化了”。 2.其他各种球拍（网球拍、羽毛球拍等）： 500600万只/年，几乎独占市场。 3.钓鱼杆：1200万只/年，约占总数的50%以上。 4.自行车：12万辆/年。 5.其他：赛艇、赛车、弓箭、滑雪板、杆等等。 前4项约占CF耗量的85%左右，其他只占15%左右。 体育休闲用品应用-网球拍 体育休闲用品应用-滑雪板 台湾复合材料产业：台湾素有“复合材料体育用品王国”之称，当局一直把复合材料产业作为24项支柱产业之一予以支持发展。规模大、产品新、市场观念强、重开发、注意成果转化形成生产力，经费充足、人才档次高。台湾碳纤维约有3000

10、吨/年的产能。 这是一个覆盖甚广，内容甚多，也是一个发展最快，前景最好的应用领域。 1、基础设施领域（混凝土结构加固补强） 基础设施（Infrastructure）系指建筑领域的房屋、桥梁、隧道、涵洞、地铁及其相关的混凝土工程，其修复、更新、加固已构成复合材料目前极重要的应用领域。 结构应用：承拉索、护栏、扶手、梁、柱、杆、板、 桩、桁架、构架、格栅、筋条（代钢筋）。修复、加固、更新：层压板、包缠料（片材）。工 业 应 用建筑领域中的复合材料的应用新型材料1、新型材料是指最近发展或正在发展中的具有特殊功能和效用的材料。各个高科技领域都强烈的依赖于新型功能材料的研制和开发。本章主要介绍的新型材料有高温合金、形状记忆合金、非晶态材料、超导材料和纳米材料什么