7非金属材料及新型材料课件

机械工程材料与热加工工艺目录第七章非金属材料及新型材料机械工程材料与热加工工艺目录第七章非金属材料及新型材料非金属材料高分子材料塑料橡胶纤维胶结剂涂料陶瓷普通陶瓷特殊陶瓷复合材料颗粒增强粒子增强层叠新型材料高温材料形状记忆材料超导材料非金属材料高分子材料塑料橡胶纤维胶结剂涂料陶瓷普通陶瓷特殊陶第二节常用高分子材料一、工程塑料

1.塑料的组成塑料是以有机合成树脂为主要成分，再加入添加剂所组成的。

(1)合成树脂是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主要组成，也起粘结剂作用。

(2)添加剂为改善塑料的性能而加入的其它组分，主要有以下几种：

1)填料

:改善性能并扩大使用范围

2)增塑剂:提高树脂可塑性和柔软性

3)稳定剂

:防止老化

4)固化剂

:较坚硬和稳定还有润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂和发泡剂等第二节常用高分子材料2.塑料的性能

(1)物理性能密度小，不加任何填料或增强材料的塑料，其密度为0.85－2.20g／cm3，只有钢的1／8～1／4；泡沫塑料更轻，密度为0.02～0.20g／cm3。电绝缘性好，介质损耗小，在电器、电机、无线电、电子工业方面应用广泛。

(2)化学性能塑料一般能耐酸、碱、油、水及大气等的侵蚀，其中聚四氟乙烯甚至能耐强氧化剂“王水”的侵蚀。因此，塑料广泛用于制造在腐蚀条件下的零部件和化工设备。

(3)力学性能塑料的强度和弹性模量都很低。例如，热塑性塑料的强度一般为50～100MPa,热固性塑料一般为30～60MPa，玻璃纤维增强尼龙，其强度也只有200MPa，相当于灰铸铁的强度。减摩性好，塑料硬度虽低于金属，但摩擦系数小，如聚四氟乙烯自摩擦系数只有0.04；尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯等也都有较小的摩擦系数，因此有很好的减摩性。另外，塑料还由于自润滑性能好，所以它适合于制造轴承、凸轮、密封圈等要求减摩性好的零件，特别对在无润滑和少润滑的摩擦条件下工作的零件尤为适合。2.塑料的性能3.常用工程塑料

根据树脂的热性能,分成热塑性塑料和热固体塑料(1)热塑性塑料1)聚酰胺(PA):尼龙2)ABS塑料3)聚甲醛(PQM)4)聚碳酸酯(PC)5)聚苯乙烯(PS)6)聚砜（PSF）7）聚四氟乙烯（PTTE）8）有机玻璃

（2）热固体塑料1）酚醛塑料2）环氧塑料3.常用工程塑料最鲜艳且成形性特好的塑料—聚苯乙烯（PS）特点：极易染成鲜艳颜色、透明度好，有光泽，可成型形突出，电绝缘性好，刚性好，脆性大，户外长期使用易变黄变脆。应用：各类电器配件、壳体、一般光学仪器、灯罩、玩具、建筑广告装饰板、磁带盒、笔杆等强韧易成形的白色塑料—ABS：丙烯腈（Acrylonitrile）、丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styrene）特点：综合性能好，价格低、坚韧、质硬且具刚性的材料。应用：电视机、洗衣机、计算机等壳体；汽车上仪表盘、方向盘、挡泥板、手柄等，也可用于化工管道、板材等塑料王—聚四氟乙烯（PTEE或F4）特点：最优良的耐高、低温性能（-260~250℃），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。应用：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。医用材料中人造血管、人工心脏等。透明“金属”—聚碳酸酯（PC）特点：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。应用：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。PC膜可用于录音（像）带。最鲜艳且成形性特好的塑料—聚苯乙烯（PS）强韧易成形的白色塑二、橡胶

1．橡胶的组成橡胶是在使用温度范围内处于高弹态的高分子材料，在较小的载荷作用下能产生很大变形。当载荷卸除后又能很快恢复到原来状态，是常用的弹性材料、密封材料、减震防震材料和传动材料。2．橡胶的性能由于使用条件不同，、对橡胶有不同的性能要求，如拉伸强度、抗撕裂强度、耐磨性、弹性、伸长率、永久变形量、耐寒、耐高温、透气性等。其中最重要的性能还是橡胶的高弹性和强度。

(1)高弹性能：橡胶的弹性模量低，大约为1MPa，而其它塑料纤维的弹性模量约2000MPa以上。变形量大，一般在100～1000％，而其它聚合物只有0.1～0.01％。橡胶还具有很好的回弹性能，加天然橡胶回弹高度达70～80％。

（2）强度：经硫化处理和炭黑处理后，其抗拉强度达到25-35MPa，并具有良好的耐磨性。二、橡胶3.常用橡胶天然橡胶合成橡胶(1)天然橡胶天然橡胶是优良的电绝缘体，但耐热老化性和耐大气老化性较差，不耐臭氧、油和有机溶剂，且易燃。使用温度范围为-70～110℃，广泛用于作轮胎、胶带和胶管等。(2)合成橡胶具有类似橡胶性质的各种高分子化合物，种类很多。硅橡胶：属于特种橡胶，耐高温(300℃)、耐寒(-100℃)，电绝缘性能优良；但抗拉强度低，价格较贵。它可用来制造耐高温、耐寒或耐高温电绝缘制品等。氟橡胶：属于特种橡胶，其特点是：耐高温和耐介质腐蚀性好，耐臭氧和耐大气老化性也较好；但加工性差，价格较贵。它使用温度范围在-50～300℃，常用来制造高级密封件、高真空耐蚀件等。丁苯橡胶：耐磨、耐自然老化、耐臭氧性，但加工性能不及天然橡胶。天然橡胶和丁苯橡胶均属于通用橡胶，广泛用于作轮胎、胶布、胶鞋、胶管等制品。3.常用橡胶天然橡胶合成橡胶(2)合成橡胶硅橡胶：属于特种第三节工业陶瓷陶瓷是各种无机非金属材料的通称。陶瓷可分为普通陶瓷(传统陶瓷)和特种陶瓷(近代陶瓷)两大类。其生产过程较复杂，但基本工艺是原料的制备、坯料的成型和制品的烧结三大步骤。一、工业陶瓷的性能

1.力学性能：塑性差；抗拉强度较低，但抗压强度较高；陶瓷的硬度高（在1500HV以上），而淬火钢为500～800HV，高聚物最硬也不超过20HV。2．化学性能：

陶瓷对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质均有较强的抗蚀能力，与有色金属的银、铜等熔体也不发生作用。3．功能特性(1)光学性能

如固体激光器材料、光导纤维材料、光存储材料等(2)磁学性能：

以氧化铁为主要成分（如Fe3O4、CuFe2O4、MgFe2O4）的磁性氧化物，可作磁性陶瓷材料，在录音磁带、唱片、电子束偏转线圈、变压器铁心等方面有着广泛的应用。第三节工业陶瓷(3)电学性能电阻率非常高。如A12O3可作电器工业的绝缘材料；氧化锡为半导体；铁电陶瓷(钛酸钡BaTiO3等具有极高的介电常数，可用来制作较小的电容器。

(4)热学性能

陶瓷材料熔点高，大多在2000℃以上具有比金属材料高得多的耐热性；导热能力远低于金属材料，它常作为高温绝热材料。多孔或泡沫陶瓷可用作-120～-240℃的隔热材料。陶瓷的线膨胀系数比高聚物低，比金属更低，一般在10-5～10-6／K。

(3)电学性能

二、常用工业陶瓷

1.普通陶瓷普通陶瓷质地坚硬，有良好的抗氧化性、耐蚀性和绝缘性，生产工艺简单、成本低；但强度低，通常使用温度为1200℃左右。普通陶瓷广泛应用于日用、电气、化工、建筑等部门，如装饰瓷、餐具、绝缘子、耐蚀容器、管道等。2．特种陶瓷

(1)氧化铝陶瓷：熔点(2050℃)高、热强度高、抗氧化，故耐热性好，室温下硬度仅次于金刚石，抗拉强度比普通陶瓷大5～6倍，而且热硬性也很高，可达1200℃。氧化铝陶瓷广泛用于制造高速切削刀具、量块、拉丝模、高温器皿、坩埚、热电偶套管、内燃机火花塞等。

(2)氮化硅陶瓷；主要用于制作各种泵的耐蚀与耐磨的密封环、高温轴承、热电偶套管、燃汽轮机转子叶片和难切削加工的刀具。(3)碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷具有较高的高温强度，其抗弯强度在1400℃仍保持在300～600MPa；而其它陶瓷在1200～1400℃时，抗弯强度就显著下降。碳化硅陶瓷可用于工作温度高于1500℃的零件，如火箭喷嘴、热电偶套筒、高温电炉的零件、各种泵的密封圈等。

（4）金属陶瓷由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的结构材料。兼有金属和陶瓷的优点。

二、常用工业陶瓷第四节复合材料由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，经人工合成而得到的多相材料（基相+增强相）。一、分类

1.按基体类型分类：

2．按增强材料性质和形态分类：

3．按材料的用途分

非金属基体金属基体纤维增强复合材料颗粒增强复合材料晶须增强复合材料结构复合材料功能复合材料智能复合材料塑料基、橡胶基、陶瓷基铝基、铜基橡胶轮胎、传动皮带金属陶瓷、烧结弥散硬化合金铝基、镁基、铜基树脂复合材料、金属基复合材料压电复合材料、超导复合材料形状记忆合金、智能纺织品第四节复合材料非金属基体金属基体纤维增强复合材料颗粒增强二、复合材料的性能1、比模量高、比强度大

比模量是弹性模量与密度之比；比强度是抗拉强度和密度之比。实质是单位质量所提供的变形抗力和承载能力，这对要求自重小，运转速度高的结构零件很重要。2、疲劳极限较高

由于纤维增强复合材料对缺口、应力集中敏感小，纤维-基体界面能阻止疲劳裂纹扩展，使裂纹扩展改变方向。实验测定表明，碳纤维复合材料的疲劳极限可达抗拉强度的70-80%，而金属的疲劳极限只有其抗拉强度的一半左右。3、减振性能好4、高温性能好

大多数增强纤维在高温下仍保持高的强度，用其增强金属和树脂时能显著提高高温性能。例如铝合金在400℃时弹性模量大幅度下降，强度也显著降低，而用碳纤维增强后，在此温度下弹性模量可基本保持不变。5、工作安全性高

纤维增强复合材料中有大量独立的纤维，平均每平方厘米面积上有几千到几万根，当少数纤维断裂后载荷就会重新分配到其它未破断的纤维上使构件不致发生突然破坏。

二、复合材料的性能三、常用复合材料及其应用1、纤维增强复合材料

以玻璃纤维和热塑性树脂复合的玻璃纤维增强材料比普通塑料具有更高的强度和冲击韧度。玻璃纤维和塑料基体组成的复合材料通常叫做玻璃钢。按所用基体可分为热固性玻璃钢（以环氧树脂、酚醛树脂等为基体）和热塑性玻璃钢（以尼龙，聚苯乙烯等为基体）两种。强度较高，接近或超过铜铝合金，而密度只有钢的1/4-1/5。因此其比强度甚至高于合金钢。此外，还具有良好的耐蚀性。2、层叠增强复合材料

层叠增强复合材料是由两层或两层以上的不同性质的材料结合而成，以达到增强的目的。3、颗粒增强复合材料1）金属颗粒与塑料复合2）陶瓷颗粒与塑料复合三、常用复合材料及其应用将纳米尺度范围定义在1-100nm范围

。广义地讲，在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料都叫纳米材料。

纳米材料尺寸接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。且其尺度接近光的波长，并具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，不同于该物质在整体状态时所表现的性质。第五节纳米材料将纳米尺度范围定义在1-100nm范纳米材料的应用

医药使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。

纳米材料的应用医药使用纳米技术能使药品生产过程

环境保护

环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。环境保护环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。

家电

用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料。

家电用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有电子计算机和电子工业可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。电子计算机和电子工业可以从阅读硬盘上读卡机机械工业

采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。机械工业采用纳米材料技术对机械关键零部件进行

具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。第六节超导材料

基本特性：①零电阻性：可无损耗传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。②完全抗磁性：只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。

应用1、开发新能源2、节能方面具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的第七节贮氢合金一、原理二、分类三、应用1、贮运氢气的容器2、氢能汽车3、分离、回收氢4、制取高纯度氢气5、氢气静压机第七节贮氢合金一、原理第八节形状记忆合金1963年，美国海军一个研究所奉命研制一种新式装备。在一次试验中他们需要一些镍-钛合金丝，然而当他们将合金丝领回来时，却发现这些镍钛合金丝是弯弯曲曲的，使用起来不方便。于是他们就将这些细丝一根根地拉直，并用在试验中。在试验过程中，奇怪的现象出现了：当温度升到一定值的时候，这些已经被拉得直直的镍钛合金丝，突然又全部恢复到原来弯弯曲曲的形状，而且丝毫不差，和原来一模一样。所谓形状记忆效应是指某些合金材料在一定条件下，虽经变形但仍然能够恢复到变形前原始形状的能力。目前发现的有“记忆”能力的金属都是合金，是通过人工的方法由几种不同金属混合而成的一类金属。在这种金属里，金属原子是按一定的方式排列起来的，而且这些金属原子有一个特点就是当受到一定的外力时，它们可以离开自己原来的位置而“迁居”到邻近的另一个地方去暂时“借住”。这个过程，也就是金属做成的物体发生形变的过程。而当我们将这金属加温后，由于获得了一定的能量，这种金属里的原子又从“借住”的地方“搬回”原来的“家”去住第八节形状记忆合金1963年，美国海军一个研究所奉命研制形状记忆合金的可贵之处，在于它是一种无疲劳的材料，这种“回忆”——“变形”的本领可以反复使用500万次而不产生疲劳断裂，而且它恢复原状几乎可以达到100％，即和原来一模一样。开发成功的形状记忆合金有Ti-Ni基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。形状记忆合金的可贵之处，在于它是一种无疲劳的材第九节非晶态合金一、定义

某些金属熔体，以极快的速率急剧冷却，例如每秒钟冷却温度大于100万度，则可得到一种崭新的材料。由于冷却极快，高温下液态时原子的无序状态，被迅速“冻结”而形成无定形的固体，这称为非晶态金属；因其内部结构与玻璃相似，故又称金属玻璃。从结构上讲非晶态金属与普通玻璃相近。二、特点

1、强度和韧性兼具，一般的金属这两者是相互矛盾的，即强度高而韧性低，或与此相反。同时耐磨性也明显地高于钢铁材料。

2、耐蚀性远优于不锈钢，因为其表面易形成薄而致密的钝化膜；同时其结构均匀，没有金属晶体中经常存在的晶粒、晶界、缺陷且不易产生引起电化学腐蚀的阴、阳两极。

3、具有优良的磁学性能；由于其电阻率比一般金属晶体高，可以大大减少涡流损失，低损耗、高磁导，成为引人注目的新型材料。非晶态的铁芯和硅钢芯的空载损耗可降低60-80％，被誉为节能的“绿色材料”。

4、明显的催化性能；它还可作为储氢材料。

第九节非晶态合金一、定义机械工程材料与热加工工艺目录第七章非金属材料及新型材料机械工程材料与热加工工艺目录第七章非金属材料及新型材料非金属材料高分子材料塑料橡胶纤维胶结剂涂料陶瓷普通陶瓷特殊陶瓷复合材料颗粒增强粒子增强层叠新型材料高温材料形状记忆材料超导材料非金属材料高分子材料塑料橡胶纤维胶结剂涂料陶瓷普通陶瓷特殊陶第二节常用高分子材料一、工程塑料

1.塑料的组成塑料是以有机合成树脂为主要成分，再加入添加剂所组成的。

(1)合成树脂是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主要组成，也起粘结剂作用。

(2)添加剂为改善塑料的性能而加入的其它组分，主要有以下几种：

1)填料

:改善性能并扩大使用范围

2)增塑剂:提高树脂可塑性和柔软性

3)稳定剂

:防止老化

4)固化剂

:较坚硬和稳定还有润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂和发泡剂等第二节常用高分子材料2.塑料的性能

(1)物理性能密度小，不加任何填料或增强材料的塑料，其密度为0.85－2.20g／cm3，只有钢的1／8～1／4；泡沫塑料更轻，密度为0.02～0.20g／cm3。电绝缘性好，介质损耗小，在电器、电机、无线电、电子工业方面应用广泛。

(2)化学性能塑料一般能耐酸、碱、油、水及大气等的侵蚀，其中聚四氟乙烯甚至能耐强氧化剂“王水”的侵蚀。因此，塑料广泛用于制造在腐蚀条件下的零部件和化工设备。

(3)力学性能塑料的强度和弹性模量都很低。例如，热塑性塑料的强度一般为50～100MPa,热固性塑料一般为30～60MPa，玻璃纤维增强尼龙，其强度也只有200MPa，相当于灰铸铁的强度。减摩性好，塑料硬度虽低于金属，但摩擦系数小，如聚四氟乙烯自摩擦系数只有0.04；尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯等也都有较小的摩擦系数，因此有很好的减摩性。另外，塑料还由于自润滑性能好，所以它适合于制造轴承、凸轮、密封圈等要求减摩性好的零件，特别对在无润滑和少润滑的摩擦条件下工作的零件尤为适合。2.塑料的性能3.常用工程塑料

根据树脂的热性能,分成热塑性塑料和热固体塑料(1)热塑性塑料1)聚酰胺(PA):尼龙2)ABS塑料3)聚甲醛(PQM)4)聚碳酸酯(PC)5)聚苯乙烯(PS)6)聚砜（PSF）7）聚四氟乙烯（PTTE）8）有机玻璃

（2）热固体塑料1）酚醛塑料2）环氧塑料3.常用工程塑料最鲜艳且成形性特好的塑料—聚苯乙烯（PS）特点：极易染成鲜艳颜色、透明度好，有光泽，可成型形突出，电绝缘性好，刚性好，脆性大，户外长期使用易变黄变脆。应用：各类电器配件、壳体、一般光学仪器、灯罩、玩具、建筑广告装饰板、磁带盒、笔杆等强韧易成形的白色塑料—ABS：丙烯腈（Acrylonitrile）、丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styrene）特点：综合性能好，价格低、坚韧、质硬且具刚性的材料。应用：电视机、洗衣机、计算机等壳体；汽车上仪表盘、方向盘、挡泥板、手柄等，也可用于化工管道、板材等塑料王—聚四氟乙烯（PTEE或F4）特点：最优良的耐高、低温性能（-260~250℃），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。应用：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。医用材料中人造血管、人工心脏等。透明“金属”—聚碳酸酯（PC）特点：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。应用：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。PC膜可用于录音（像）带。最鲜艳且成形性特好的塑料—聚苯乙烯（PS）强韧易成形的白色塑二、橡胶

1．橡胶的组成橡胶是在使用温度范围内处于高弹态的高分子材料，在较小的载荷作用下能产生很大变形。当载荷卸除后又能很快恢复到原来状态，是常用的弹性材料、密封材料、减震防震材料和传动材料。2．橡胶的性能由于使用条件不同，、对橡胶有不同的性能要求，如拉伸强度、抗撕裂强度、耐磨性、弹性、伸长率、永久变形量、耐寒、耐高温、透气性等。其中最重要的性能还是橡胶的高弹性和强度。

(1)高弹性能：橡胶的弹性模量低，大约为1MPa，而其它塑料纤维的弹性模量约2000MPa以上。变形量大，一般在100～1000％，而其它聚合物只有0.1～0.01％。橡胶还具有很好的回弹性能，加天然橡胶回弹高度达70～80％。

（2）强度：经硫化处理和炭黑处理后，其抗拉强度达到25-35MPa，并具有良好的耐磨性。二、橡胶3.常用橡胶天然橡胶合成橡胶(1)天然橡胶天然橡胶是优良的电绝缘体，但耐热老化性和耐大气老化性较差，不耐臭氧、油和有机溶剂，且易燃。使用温度范围为-70～110℃，广泛用于作轮胎、胶带和胶管等。(2)合成橡胶具有类似橡胶性质的各种高分子化合物，种类很多。硅橡胶：属于特种橡胶，耐高温(300℃)、耐寒(-100℃)，电绝缘性能优良；但抗拉强度低，价格较贵。它可用来制造耐高温、耐寒或耐高温电绝缘制品等。氟橡胶：属于特种橡胶，其特点是：耐高温和耐介质腐蚀性好，耐臭氧和耐大气老化性也较好；但加工性差，价格较贵。它使用温度范围在-50～300℃，常用来制造高级密封件、高真空耐蚀件等。丁苯橡胶：耐磨、耐自然老化、耐臭氧性，但加工性能不及天然橡胶。天然橡胶和丁苯橡胶均属于通用橡胶，广泛用于作轮胎、胶布、胶鞋、胶管等制品。3.常用橡胶天然橡胶合成橡胶(2)合成橡胶硅橡胶：属于特种第三节工业陶瓷陶瓷是各种无机非金属材料的通称。陶瓷可分为普通陶瓷(传统陶瓷)和特种陶瓷(近代陶瓷)两大类。其生产过程较复杂，但基本工艺是原料的制备、坯料的成型和制品的烧结三大步骤。一、工业陶瓷的性能

1.力学性能：塑性差；抗拉强度较低，但抗压强度较高；陶瓷的硬度高（在1500HV以上），而淬火钢为500～800HV，高聚物最硬也不超过20HV。2．化学性能：

陶瓷对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质均有较强的抗蚀能力，与有色金属的银、铜等熔体也不发生作用。3．功能特性(1)光学性能

如固体激光器材料、光导纤维材料、光存储材料等(2)磁学性能：

以氧化铁为主要成分（如Fe3O4、CuFe2O4、MgFe2O4）的磁性氧化物，可作磁性陶瓷材料，在录音磁带、唱片、电子束偏转线圈、变压器铁心等方面有着广泛的应用。第三节工业陶瓷(3)电学性能电阻率非常高。如A12O3可作电器工业的绝缘材料；氧化锡为半导体；铁电陶瓷(钛酸钡BaTiO3等具有极高的介电常数，可用来制作较小的电容器。

(4)热学性能

陶瓷材料熔点高，大多在2000℃以上具有比金属材料高得多的耐热性；导热能力远低于金属材料，它常作为高温绝热材料。多孔或泡沫陶瓷可用作-120～-240℃的隔热材料。陶瓷的线膨胀系数比高聚物低，比金属更低，一般在10-5～10-6／K。

(3)电学性能

二、常用工业陶瓷

1.普通陶瓷普通陶瓷质地坚硬，有良好的抗氧化性、耐蚀性和绝缘性，生产工艺简单、成本低；但强度低，通常使用温度为1200℃左右。普通陶瓷广泛应用于日用、电气、化工、建筑等部门，如装饰瓷、餐具、绝缘子、耐蚀容器、管道等。2．特种陶瓷

(1)氧化铝陶瓷：熔点(2050℃)高、热强度高、抗氧化，故耐热性好，室温下硬度仅次于金刚石，抗拉强度比普通陶瓷大5～6倍，而且热硬性也很高，可达1200℃。氧化铝陶瓷广泛用于制造高速切削刀具、量块、拉丝模、高温器皿、坩埚、热电偶套管、内燃机火花塞等。

(2)氮化硅陶瓷；主要用于制作各种泵的耐蚀与耐磨的密封环、高温轴承、热电偶套管、燃汽轮机转子叶片和难切削加工的刀具。(3)碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷具有较高的高温强度，其抗弯强度在1400℃仍保持在300～600MPa；而其它陶瓷在1200～1400℃时，抗弯强度就显著下降。碳化硅陶瓷可用于工作温度高于1500℃的零件，如火箭喷嘴、热电偶套筒、高温电炉的零件、各种泵的密封圈等。

（4）金属陶瓷由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的结构材料。兼有金属和陶瓷的优点。

二、常用工业陶瓷第四节复合材料由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，经人工合成而得到的多相材料（基相+增强相）。一、分类

1.按基体类型分类：

2．按增强材料性质和形态分类：

3．按材料的用途分

非金属基体金属基体纤维增强复合材料颗粒增强复合材料晶须增强复合材料结构复合材料功能复合材料智能复合材料塑料基、橡胶基、陶瓷基铝基、铜基橡胶轮胎、传动皮带金属陶瓷、烧结弥散硬化合金铝基、镁基、铜基树脂复合材料、金属基复合材料压电复合材料、超导复合材料形状记忆合金、智能纺织品第四节复合材料非金属基体金属基体纤维增强复合材料颗粒增强二、复合材料的性能1、比模量高、比强度大

比模量是弹性模量与密度之比；比强度是抗拉强度和密度之比。实质是单位质量所提供的变形抗力和承载能力，这对要求自重小，运转速度高的结构零件很重要。2、疲劳极限较高

由于纤维增强复合材料对缺口、应力集中敏感小，纤维-基体界面能阻止疲劳裂纹扩展，使裂纹扩展改变方向。实验测定表明，碳纤维复合材料的疲劳极限可达抗拉强度的70-80%，而金属的疲劳极限只有其抗拉强度的一半左右。3、减振性能好4、高温性能好

大多数增强纤维在高温下仍保持高的强度，用其增强金属和树脂时能显著提高高温性能。例如铝合金在400℃时弹性模量大幅度下降，强度也显著降低，而用碳纤维增强后，在此温度下弹性模量可基本保持不变。5、工作安全性高

纤维增强复合材料中有大量独立的纤维，平均每平方厘米面积上有几千到几万根，当少数纤维断裂后载荷就会重新分配到其它未破断的纤维上使构件不致发生突然破坏。

二、复合材料的性能三、常用复合材料及其应用1、纤维增强复合材料

以玻璃纤维和热塑性树脂复合的玻璃纤维增强材料比普通塑料具有更高的强度和冲击韧度。玻璃纤维和塑料基体组成的复合材料通常叫做玻璃钢。按所用基体可分为热固性玻璃钢（以环氧树脂、酚醛树脂等为基体）和热塑性玻璃钢（以尼龙，聚苯乙烯等为基体）两种。强度较高，接近或超过铜铝合金，而密度只有钢的1/4-1/5。因此其比强度甚至高于合金钢。此外，还具有良好的耐蚀性。2、层叠增强复合材料

层叠增强复合材料是由两层或两层以上的不同性质的材料结合而成，以达到增强的目的。3、颗粒增强复合材料1）金属颗粒与塑料复合2）陶瓷颗粒与塑料复合三、常用复合材料及其应用将纳米尺度范围定义在1-100nm范围

。广义地讲，在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料都叫纳米材料。

纳米材料尺寸接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。且其尺度接近光的波长，并具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，不同于该物质在整体状态时所表现的性质。第五节纳米材料将纳米尺度范围定义在1-100nm范纳米材料的应用

医药使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。

纳米材料的应用医药使用纳米技术能使药品生产过程

环境保护

环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。环境保护环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。

家电

用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料。

家电用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有电子计算机和电子工业可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。电子计算机和电子工业可以从阅读硬盘上读卡机机械工业

采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高