机械制造基础 第六章 其他材料

第六章其他材料第一节粉末冶金材料粉末冶金：用金属粉末或金属与非金属粉末经混合、压制、烧结后制成材料或零件的一种方法是一种不经过熔炼生产材料或零件的方法，零件尺寸精确，生产过程可无切削或少切削一、粉末冶金简介粉末冶金特点与一般的熔炼铸造相比，有以下特点

1）能生产具有特殊性能的材料和制品。2）无切屑或少切屑的精密加工。金属粉末成本高、模具费用高、制品大小和形状受到一定限制、制品的韧性和强度较差。粉末冶金工艺1.制粉机械粉碎法金属液雾化法物理化学法（1）机械粉碎法利用球磨机、涡流机对材料进行机械粉碎球磨机粉碎：利用钢球和待粉碎材料在旋转的容器中不断地撞击获得粉末的方法，适合于粉碎脆性材料涡流机：将材料装入带有搅拌装置的容器中进行剧烈搅拌并使材料粉碎的方法，适合于韧性材料（2）金属液雾化法利用高压气体、液体或高速旋转的叶片将熔融金属打碎成雾滴状，冷却后成粉末，主要用于Al、Cu、Fe和低熔点的金属粉末（3）物理化学法利用热分解、点解和化学反应的方法制取粉末，主要有还原法、热分解法和电解法还原法：用氢气作还原剂，可生产W、Mo、Fe、Ni、Cu等金属粉末热分解法：用于生产金或白金粉末电解法：制取Cu、Fe、Ni、Cr、Zn等及其合金的粉末2.筛分与混合目的：使粉料中的各组分均匀化各组分密度相差较大且均匀程度较高的采用湿混，常用于硬质合金的生产为改善粉末的成形和可塑性，可加汽油、橡胶或石蜡等增塑剂3.压制成形将松散的混合好的粉末通过压制或其他方法制成具有一定形状、尺寸和密度的型坯常用模压成形，将混合均匀的粉末装入压模中，在压力机上压制成形4.烧结通过烧结，使孔隙减少或消除，得到组织致密、具有一定的物理性能和力学性能的烧结体烧结在保护性气氛的高温炉或真空炉中进行5.后处理一般包括：整形、切削加工、热处理、浸油等二、常用粉末冶金材料（一）硬质合金硬质合金：采用难熔的碳化物粉末和黏结剂钴（Co）混合，加压成形后烧结而成的一种粉末冶金材料1）硬度高、耐磨性好、热硬性好常温下硬度可达86～93HRA，900～1000℃温度下，仍保持60HRC的高硬度。可切削50HRC左右的硬质材料。2）抗压强度和弹性模量高常温下抗压强度可达6000MPa，900℃时可达1000MPa。弹性模量高，是高速工具钢的2～3倍。1.钨钴类硬质合金主要成分：碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。牌号：“YG+数字”表示，数字表示钴的质量分数。例：YG15钴的质量分数越高：合金强度、韧性越好，常用于有冲击振动的粗加工钴的质量分数越低：合金硬度越高，耐热性越好，主要用于比较平稳的精加工可用代号“K”表示，采用红色标记钨钴类硬质合金具有较高的强度和韧性，耐磨性较好，制作的刀具主要用于铸铁、有色金属、塑料、橡胶等2.钨钛钴类硬质合金主要成分：碳化钨、碳化钛（TiC）和粘结剂钴牌号：“YT+数字”表示，数字表示碳化钛质量分数，例：YT15碳化钛的加入，提高了硬度、耐磨性和热硬性，抗弯强度和韧性有所下降。在合金表面形成一层氧化钛薄膜，切削时不易粘刀。碳化钛含量少的用于粗加工，含量高的用于精加工可用代号“P”表示，采用蓝色标记合金具有较高的耐热性和耐磨性，适于加工韧性材料（如钢等）。3.通用硬质合金（万能硬质合金）主要成分：碳化钨、碳化钛、碳化钽（或碳化铌）和粘结剂钴。牌号：“YW+数字”表示，例：YW1。含碳化钽（或碳化铌），有利于提高抗弯强度、硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化能力。兼有上述两类硬质合金的优点，可加工铸铁和各种钢材，特别对不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工钢材，切削效果更好。可替代YG类硬质合金加工铸铁等脆性材料，但韧性较差，效果不比YG类合金

可用代号“M”表示，采用黄色标记4.钢结硬质合金以高速钢或铬钢作为黏结剂，性能介于高速钢和硬质合金之间，并可进行锻造、热处理、焊接。具有良好的成形性，适用于制造各种形状复杂的整体刀具、模具和耐磨零件。（二）含油轴承利用粉末冶金材料的多孔性，经浸油后，成品的孔隙中含油润滑油，具有很好的自润滑性（二）含油轴承轴承工作时，摩擦使轴承发热，金属粉末膨胀，孔隙容积减小，孔隙中润滑油排除，同时轴旋转时带动轴承间隙中的空气高速流动，造成负压力，迫使孔隙中的润滑油被抽到工作表面起自润滑作用

停止工作时，润滑油又渗入到孔隙中，保证长时间不加油也能有效工作（二）含油轴承含油轴承一般用做中速、轻载荷的轴承，特别适宜不经常加油的轴承，可避免因润滑造成的脏污，主要用于纺织机械、食品机械、家用电器、精密机械及仪表工业中（三）摩擦材料采用铜粉或铁粉为基体，加入石墨、铅、锡等粉末制成，摩擦系数大，耐磨性好，抗咬合性好，具有良好的导热性和相应的强度第九章高分子材料高分子材料：以高分子化合物为主要组分的材料。常称聚合物或高聚物。高分子化合物的分子量一般>500。高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。高分子化合物的组成：由简单的结构单元重复连接而成。如由乙烯合成聚乙烯:CH2=CH2+CH2=CH2+→-CH2-CH2-CH2-CH2-可简写成nCH2=CH2→[CH2–CH2]n组成聚合物的低分子化合物称为单体。聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链。大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中CH2–CH2

)称为链接。聚乙烯分子链高分子材料的分类按用途：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。按聚合物反应类型：加聚物和缩聚物。按聚合物的热行为：热塑性聚合物和热固性聚合物按主链上的化学组成：碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物高分子材料的结构1、大分子链的结构

⑴大分子链的柔顺性大分子链主链共价键有一定键长和键角，保持键长和键角不变时单键可任意旋转，称单键的内旋转。高分子材料的结构内旋转使大分子链卷曲成各种不同形状，对外力有很大的适应性，这种特性称为大分子链的柔顺性。柔顺性与单键内旋转的难易程度有关。⑵大分子链的形状

按照大分子链的几何形状，可将高分子化合物分为线型结构、支链型结构和体型结构。线型结构高聚物的弹性、塑性好，硬度低，是热塑性材料。支链型结构近于线型结构。体型结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，是热固性材料。高分子的聚集态结构固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子链排列规则的部分，排列不规则的部分为非晶态。

一个大分子链可以穿过几个晶区和非晶区。晶区熔点、密度、强度、硬度、刚性、耐热性、化学稳定性高，而弹性、塑性、冲击强度下降。高分子材料的力学状态线型非晶态高分子材料的力学状态玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下，只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。高聚物呈玻璃态的最高温度称玻璃化温度，用Tg表示。用于这种状态的材料有塑料和纤维。线型非晶态高聚物的温度-变形曲线

高弹态：温度高于Tg，分子活动能力增加，受力时产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。粘流态：由于温度高，分子活动能力很大，在外力作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分子材料的加工态，大分子链开始发生粘性流动的温度称粘流温度，用Tf表示。线型非晶态高聚物的温度-变形曲线

线型晶态高分子材料的力学状态分为一般分子量和很大分子量两种情况。一般分子量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，Tm以下与非晶态的玻璃相似，高于Tm进入粘流态。

线型晶态高聚物的温度-变形曲线

部分结晶高聚物在非晶区Tg与晶区Tm间,非晶区柔性好，晶区刚性好，处于韧性状态，即皮革态一、工程塑料塑料：在玻璃态下使用的高分子材料。一定温度、压力下可塑制成型，常温下能保持形状不变。（一）塑料的组成以树脂为主要组分，加入一些能改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的一种高分子材料。塑料制品1.合成树脂

塑料的主要成分，决定塑料的基本性能，在塑料中又起黏结剂的作用，又称黏料，许多塑料以树脂的名称命名。2.添加剂为改善塑料某些性能而加入的物质。填充剂：使塑料具有新的性能增塑剂：用于提高树脂的可塑性和柔软性，常加入低熔点固体或液体有机物作为增塑剂，甲酸脂类、磷酸酯类；稳定剂（防老化剂）：防止塑料再成形加工和使用过程中受光、热、氧气等外界因素的影响而使塑料过早老化，延长塑料制品的使用寿命润滑剂：用于防止塑料成形过程中粘膜，便于脱模，使制品表面光洁美观，常用硬脂酸及其盐类；固化剂：用于使热高聚物固结硬化，制成坚硬和稳定的塑料制品，常用胺类、酸类及过氧化物等化合物；着色剂：用于塑料制品着色，要求着色剂性质稳定、着色力强、耐热和耐光性好。添加剂⑵塑料的分类按树脂受热时行为：热塑性塑料和热固性塑料。按使用范围：通用塑料、工程塑料和特种塑料。热固性塑料制品通用塑料：产量大、价格低、用途广。工程塑料：力学性能高，耐热、耐蚀性能好。特种塑料：具有某些特殊性能如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合。

（三）塑料的性能1.化学性能良好的耐蚀性，一般能耐酸、碱、油、水和大气的腐蚀，用于制造在腐蚀条件下的零部件和化工机械零件2.物理性能（1）密度密度小，不加任何填料或增强材料的塑料，密度为0.85~2.20g/cm3，为钢的1/8~1/4，泡沫塑料密度0.02~0.2g/cm3（2）热性能不及金属，受热易老化、分解，大多数只能在100℃以下使用，极少数可在250℃左右长期使用

良好的绝热材料，热导率仅为金属的1/600~1/500、易摩擦发热，影响使用性能

线膨胀系数大，一般为钢的3~10倍，零件尺寸精度不稳定，与环境温度变化有关（3）电性能

电绝缘性好，组分发生变化时，电绝缘性也随之变化，填充剂、增塑剂都使电绝缘性降低3.力学性能强度、刚度和韧性一般较差，强度约30~150MPa，受温度影响较大，仅为钢的1/10，只能作受力不大的构件，密度小，比强度较高摩擦系数小，具有很好的减摩性，自润滑性好，适合制造轴承、轴套、丝杠螺母等要求减摩性好的零件，特别是在无润滑或少润滑摩擦条件工作的零件室温承受载荷后出现蠕变及应力松弛良好的减震性和消音性成形加工性好、方法简单、成本低、生产率高（四）常用工程塑料1.一般结构用塑料包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。ABS塑料“坚韧、质硬、刚性”，应用广泛。

PE波纹管PP方向盘ABS阀门PS管2.热塑性塑料受热时软化，冷却后固化，再受热时又软化，具有可塑性和重复性，常用有聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯等（1）聚酰胺(PA)又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨性好、化学性能稳定，耐油且摩擦系数小，弹性小，较易成形。

缺点：耐热性不高，吸水性较大，吸水后电性能及尺寸稳定性下降，用作一般机械、化工及电气零件。尼龙管件(2)聚甲醛(POM)

具有较高的冲击韧度、耐疲劳性，化学稳定性和尺寸稳定性较好，良好的减摩性和自润滑性，成形时收缩较大，热稳定性和耐热性较差，用于制造齿轮、轴承、阀门、仪表外壳、门把手等（3）聚碳酸酯(PC)

优良的综合性能，抗拉强度66~77N/mm2，耐冲击性特别好。透明、耐热、耐寒、尺寸稳定、电性能好，摩擦系数大，用于各种机械、电器、仪表中的零件，也可作防盗、防弹窗玻璃等PC挡风板（4）聚四氟乙烯(PTFE)俗称“塑料王”，具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，摩擦系数极低，只有0.04。缺点：强度低、加工性差。主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件2.热固性塑料

以缩聚树脂为基础，加入多种添加剂制成，特点：初次加热时软化，可注塑成形，冷却固化后再加热时不再软化和熔融，不溶于有机溶剂，不能再形成使用（1）酚醛塑料（PF）以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。以木粉为填料制成酚醛压塑粉，俗称胶木粉，用于制作电木制品（如插座、开关等），绝缘性好，有较好的耐热性、较高的硬度、刚性和一定强度电器配件以纸片、棉布、玻璃布等为填料制成的层压酚醛塑料，具有强度高、耐冲击性好及耐磨性好等特点，用做受载要求较高的机械零件，如齿轮、轴承、汽车刹车片等（2）环氧塑料（EP）由环氧树脂加入固化剂（胺类和酸酐类）后形成强度较高，韧性较好，具有良好的化学稳定性、绝缘性、耐热性、耐寒性，成形工艺好，可制作塑料模具、船体、电子零部件等

环氧树脂是优良的黏结剂，有“万能胶”之称，用于各种工程结构黏结剂和制备各种复合材料，玻璃钢等3.耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。

氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚四氟乙烯，但工艺性比聚四氟乙烯好，成本低。在化学工业和机电工业获得广泛应用，如化工设备零件、管道、衬里等。氯化聚醚防腐蝶阀

4.耐高温件用塑料聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚酰亚胺(PI)及氟塑料等。聚砜的热稳定性高是其最突出的特点。使用温度达150~174℃。用于机械设备等工业。聚苯醚具有良好的综合性能，用于机电等方面。聚酰亚胺在260℃下可长期使用。主要用于特殊条件下使用的精密零件。聚酰亚胺层压板二、橡胶

橡胶：以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。橡胶受到较小外力作用时能产生较大的变形（100%~1000%），外力去除后又能恢复到原来状态，是橡胶区别于其他物质的主要标志。除高弹性外，还具有很高的可挠性、良好的耐磨性、电绝缘性、隔音性及吸振性等性能。最大缺点是老化（一）橡胶的分类按原料来源分：天然橡胶；合成橡胶天然橡胶：橡胶树流出的胶乳，经采集和适当加工后制成的弹性固状物，主要化学成分：聚异戊二烯合成橡胶主要成分：合成高分子化合物按用途不同分：通用橡胶；特种橡胶通用橡胶：主要用于制作轮胎、输送带、胶管、胶板等，主要品种丁苯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等，价格低廉，用量较大特种橡胶：主要用作高温、低温、酸、碱、油和辐射条件下工作的橡胶制品，主要有丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶等，价格较高密封圈胶管轮胎（二）橡胶的组成

工业用橡胶由生胶和橡胶配合剂组成。生胶无配合剂并未经硫化，性能不好，加入配合剂才能制成所需的产品1.生胶未加配合剂的天然或合成橡胶称为生胶，是橡胶制品的主要组分，不仅决定了橡胶制品的性能，也是把各种配合剂和骨架材料黏成一体的黏结剂2.配合剂为改善橡胶制品的某些性能而有意识加入的物质称配合剂，橡胶配合剂有硫化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。（1）硫化剂使橡胶的分子间产生交联，形成立体网络结构，获得富有弹性的硫化胶，常用硫化剂：硫磺、硫化物等（2）硫化促进剂促进硫化，缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量，常用有镁、钙、锌的氧化物和有机硫化物（3）增塑剂增强橡胶的塑性，便于加工成形，常用松香、凡士林、磷酸三甲苯酯等（4）防老化剂橡胶制品储存和使用过程中，受光、热、介质的作用使性能变坏，发黏变脆，称为橡胶老化

为延缓老化，提高使用寿命，可加入石蜡、蜂蜡或其他比橡胶更易氧化的物质，在橡胶表面形成稳定的氧化膜、抵抗氧的侵蚀（5）填充剂为提高橡胶的强度和降低成本及改善工艺性能，常用炭黑、石英、滑石粉等3.骨架材料主要提高橡胶制品的力学性能，常加入各种纤维织物、金属丝及编织物作为骨架材料第三节陶瓷材料

陶瓷材料：除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。生产过程较复杂，基本工艺是原料的制备、坯料的成形和制品的烧结一、陶瓷的分类按使用原料分：普通陶瓷和特种陶瓷。普通陶瓷：用天然原料如黏土、长石、和石英等烧结而成，按性能和用途分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等特种陶瓷：各种新型陶瓷，采用高纯度人工合成原料，具有某些特殊性能，以适应各种需要。按主要成分不同分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；按用途分为高温陶瓷、压缩陶瓷、光学陶瓷、磁性陶瓷等按化学成分分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷及其它化合物陶瓷。按性能和用途分：分为结构陶瓷和功能陶瓷导电玻璃玻璃幕墙二、陶瓷的性能特点1、力学性能

硬度远大于金属，在各类材料中硬度最高，最适宜作超硬耐磨材料，室温弹性模量高于金属，抗压强度高于铸铁。

但抗拉强度低、受外力作用几乎不产生塑性变形，脆性大。

陶瓷裁纸刀

2、热学性能

一般具有高的熔点，大多在2000℃，高温下化学稳定性好，比金属耐热性好，生产中用来制作耐火砖、耐火泥、耐火涂料等

热膨胀系数和导热系数低于金属，可作为高温绝热材料，温度变化时，具有良好的尺寸稳定性。抗热振性能比较差。韧性陶瓷硬度压痕脆性陶瓷硬度压痕周围的裂纹二、陶瓷的性能特点3、电学性能

大多具有较好的绝缘性能，可作电器工业的绝缘材料。少数具有半导体性质，可做整流器，铁电陶瓷具有极高的介电常数，可制作电容器，在外电场作用下，能改变形状，将电能转变为机械能，可做扩音机、超声波仪、声呐等二、陶瓷的性能特点4、化学性能

高温下不易氧化，组织结构非常稳定，对酸、碱、盐具有很好的耐腐蚀能力。陶瓷零件5、相组成特点陶瓷材料通常由三种不同的相组成，即晶相(1)、玻璃相(2)和气相(3)[气孔]。晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相。玻璃相的作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材料致密度、降低烧结温度和抑制晶粒长大气相在工艺过程中形成并保留下来。6、结合键特点以离子键(如Al2O3)、共价键(如Si3N4)及两者的混合键为主。共价键离子键7、工艺特点

陶瓷是脆性材料，大部分陶瓷通过粉体成型和高温烧结成形，因此陶瓷是烧结体。烧结体是晶粒的聚集体，有晶粒和晶界，存在的问题是其存在一定的气孔率。

Al2O3粉末的烧结组织ZrO2陶瓷中的气孔三、常用工业陶瓷

（一）、普通陶瓷

普通陶瓷是用粘土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、长石(K2O·Al2O3·6SiO2，Na2O·Al2O3·6SiO2)和石英(SiO2)为原料，经成型、烧结而成的陶瓷。组织中主晶相为莫来石(3Al2O3·2SiO2)，占25~30%，玻璃相占35~60%，气相占1~3%。

普通陶瓷产量大，质地坚硬，具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性和绝缘性，成本低，加工成型性好，但强度低。除日用陶瓷、瓷器外，大量用于电器、化工、建筑、纺织等工业部门。景德镇瓷器绝缘子（二）、特种陶瓷1.氧化铝陶瓷

以Al2O3为主要成分,含有少量SiO2的陶瓷，又称高铝陶瓷。Al2O3化工、耐磨陶瓷配件Al2O3密封、气动陶瓷配件单相Al2O3陶瓷组织根据Al2O3含量不同分为75瓷(含75%Al2O3，又称刚玉-莫来石瓷)、95瓷和99瓷，后两者又称刚玉瓷。

95瓷纺织件99瓷纺织件

氧化铝陶瓷耐高温性能好，可使用到1950℃,具有良好的电绝缘性能及耐磨性，很高的电阻率和低的热导率，强度高，微晶刚玉的硬度极高(仅次于金刚石)氧化铝耐高温喷嘴氧化铝陶瓷转心球阀氧化铝陶瓷密封环氧化铝陶瓷坩埚氧化铝陶瓷广泛用作耐火材料，如耐火砖、淬火钢切削刀具、内燃机火花塞、导弹导流罩、轴承等。2.氮化硅（Si3N4）陶瓷氮化硅是由Si3N4四面体组成的共价键固体。①氮化硅的制备与烧结工艺工业硅直接氮化：3Si+2N2→Si3N4二氧化硅还原氮化：3SiO2+6C+2N2→Si3N4+6CO烧结工艺优点

缺点

反应烧结

烧结时几乎没有收缩，能得到复杂的形状密度低，强度低，耐蚀性差热压烧结

用较少的助剂就能致密化，强度、耐蚀性最好只能制造简单形状，烧结助剂使高温强度降低

热压烧结氮化硅用于形状简单、精度要求不高的零件，如切削刀具、高温轴承等。Si3N4轴承

反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件，如机械密封环等。汽轮机转子叶片气阀等零件氮化硅的强度、比强度、比模量高；硬度仅次于金刚石、碳化硼等；摩擦系数仅为0.1~0.2，耐磨、能自润滑；热膨胀系数在各种陶瓷中最小，使用温度达1400℃；抗热震性大大高于其他陶瓷材料；化学稳定性高，耐腐蚀，可耐各种无机酸和碱溶液的腐蚀，能抵抗熔融金属的铅、铝、镍等金属侵蚀，优良的电绝缘性和耐辐射性3.碳化硅（SiC）陶瓷

碳化硅是通过键能很高的共价键结合的晶体。用石英沙(SiO2)加焦碳直接加热至高温还原而成：SiO2+3C→SiC+2CO。

碳化硅的烧结工艺：热压和反应烧结两种碳化硅表面有一层薄氧化膜，因此很难烧结，需添加烧结助剂促进烧结，常加助剂有硼、碳、铝等。常压烧结碳化硅碳化硅的最大特点是高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，仅次于氧化铍陶瓷。碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承，泵的密封圈、拉丝成型模具等。

SiC陶瓷件SiC陶瓷件SiC轴承SiC密封件4.氧化锆陶瓷氧化锆的晶型转变：立方相⇌四方相⇌单斜相。四方相转变为单斜相非常迅速，引起很大的体积变化，易使制品开裂。氧化锆中加入某些氧化物(如CaO、MgO、Y2O3等)能形成稳定立方固溶体，不再发生相变，具有这种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆(FSZ)，力学性能低，抗热冲击性差。减少加入的氧化物数量，使部分氧化物以四方相的形式存在。由于这种材料只使一部分氧化锆稳定，所以称部分稳定氧化锆(PSZ)。

部分稳定氧化锆组织

部分稳定氧化锆的导热率低，绝热性好；热膨胀系数大，接近于发动机中使用的金属，抗弯强度与断裂韧性高，除在常温下使用外，已成为绝热柴油机的主要侯选材料，如发动机汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承等。部分稳定氧化锆制品氧化锆单相陶瓷

氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。

受到外力作用时，相变吸收能量使裂纹尖端应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，大幅提高陶瓷材料韧性。氧化锆油泵氧化柱塞氧化锆拉线轮氧化锆球阀部分稳定氧化锆喷涂层增韧氧化锆导轮芯轴5.氮化硼陶瓷主要成分BN，晶体结构分为六方和立方立方氮化硼硬度仅次于金刚石，常作磨料和高速切削刀具

六方氮化硼晶体结构与石墨相似，强度比石墨高，具有很好的耐热性、良好的化学稳定性和切削加工性，适用于制造坩埚、高温轴承、玻璃制品模具等第四节复合材料

复合材料：由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料经人工组合而成的多相材料。

复合材料船体波音飞机－复合材料机身段

复合材料主要包括基体相和增强相。基体相是一种连续相，把改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用。增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能(功能复合材料)的作用。纤维增强高分子复合材料一、复合材料的分类及性能特点（一）复合材料的分类1、按基体类型分类

分为树脂基、陶瓷基和金属基复合材料。2、按增强相的性质和形状分类

分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料和层状复合材料。SiC颗粒Al2O3片Al2O3纤维增强相三种类型3、按复合材料的用途分类分为结构复合材料和功能复合材料。结构复合材料：利用力学性能特点，如强度、硬度、韧性等制作各种结构件或机械零件功能复合材料：利用物理性能如光、电、磁、热等，制作各种结构件（二）复合材料的性能特点1、比强度和比模量高

复合材料中，作为增强剂的物质都采用强度很高的纤维，复合后材料密度较小，比强度和比模量较高比强度和比模量：材料的强度、弹性模量与相对密度之比。比强度越大、零件自重减小；比模量越大，零件的刚性越好比强度比较碳纤维\树脂硼纤维\树脂玻璃纤维\树脂钛钢铝2.破损安全性好

纤维增强复合材料中，构件过载后，使部分纤维断裂，随即迅速进行应力重新分配，由未断裂的纤维承载，不致造成构件在短时间内失去承载能力而断裂，提高使用的安全性3、抗疲劳性能好

复合材料基体中密布大量纤维，基体塑性一般较好，可消除或减少应力集中，同时纤维和基体的界面处能够有效地阻止疲劳裂纹的扩展，所以疲劳强度较高4、良好高温性能

大多数增强纤维都有较高的熔点或软化温度，用纤维与金属组成的复合材料其高温强度和弹性模量均有所提高5、减振性能良好

构件的自振频率与本身质量、形状有关，与材料比模量的平方根成正比复合材料的比模量大，自振频率很高，可防止工作状态下产生共振而引起破坏，同时复合材料中的大量界面对振动有反射吸收作用，振动阻尼高。二、常用复合材料（一）粒子增强复合材料

粒子增强复合材料是将一种或多种粒子高度弥散地分布在基体中，阻碍导致塑性变形的位错运动(金属基体)和分子链运动(聚合物基体)。这种复合材料是各向同性的。

一般粒子直径0.01~0.10μm范围，可获得最佳增强效果加入金属粉末可增强导电性加入Fe3O4粉末可改善导磁性加入MoS2可提高减摩性

陶瓷颗粒增强的金属基复合材料具有高的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和小的膨胀系数，可制作刀具、重载轴承、高温材料等聚合物基粒子复合材料如酚醛树脂中掺入木粉的电木、碳酸钙粒子改性热塑性塑料的钙塑材料(合成木材)等。

陶瓷基粒子复合材料如氧化锆增韧陶瓷等。

粒子增强SiC陶瓷基复合材料颗粒增强铝基泡沫复合材料碳黑增强橡胶卫星用颗粒增强铝基复合材料零件（二）层状复合材料

层状复合材料是指在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料。这种材料是各向异性的(层内两维同性)。如碳化硼片增强钛、胶合板等。双金属、表面涂层等也是层状复合材料。层状陶瓷复合材料断口形貌三明治复合有TiN涂层的高尔夫球头层状复合铝合金蜂窝夹层板（三）纤维增强复合材料

纤维增强复合材料是指以各种金属和非金属作为基体，以各种纤维作为增强材料的复合材料碳纤维一