机械工程材料

第十章其它机械工程材料第一节工程塑料第二节工程橡胶第三节工程陶瓷第四节复合材料第一节工程塑料一、工程塑料概述工程塑料是指具有耐热、耐寒及良好的力学、电气、化学等综合性能，可以作为结构材料用来制造机器零件或工程构件的塑料总称。塑料是以树脂为主要组分，加入各种添加剂，可塑制成型的材料。

（一）塑料的组成和分类1.塑料的组成由树脂和各种添加剂组成。（1）树脂

树脂是塑料的主要组分。它胶粘着塑料中的其它一切组成部分，并使其具有成型性能。绝大多数塑料就是以所用树脂命名的。

树脂分为天然树脂和合成树脂

工业上常用的是合成树脂如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、酚醛树脂等

（2）添加剂

为改善塑料某些性能而必须加入的物质称添加剂。

分为以下几类：填料为改善塑料的某些性能（如强度等），扩大其应用范围，降低成本而加入的一些物质称填料。它在塑料中占有相当大的比例（20%~60%）

。常用的填料有木粉、玻璃纤维、石棉、云母粉、二硫化钼和石墨粉等。

增塑剂提高树脂的可塑性与柔顺性的物质称增塑剂。常用熔点低的低分子化合物来增加大分子链间距离，从而达到增加大分子链的柔顺性的目的。如氧化石蜡、磷酸脂类。润滑剂为防止塑料在成型过程中粘在模具或其它设备上而加入的，同时可使制品表面光亮美观的物质称润滑剂（如硬脂酸等）。着色剂为使塑料制品具有美观的颜色及适合使用的要求而加入的染料称着色剂。固化剂加入后可在聚合物中生成横跨链，使分子交联，并由受热可塑的线型结构变成体型结构的热稳定塑料的一类物质称固化剂。稳定剂提高树脂在受热和光作用时的稳定性，防止过早老化，延长使用寿命的一类物质称稳定剂。常用的稳定剂有铅化物、硬脂酸盐、酚类和胺类物质。其它发泡剂、催化剂、阻燃剂等。2.塑料的分类（1）按树脂特性分类依树脂受热时的行为分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料指随温度升高变软，随温度降低硬化的一类塑料，是一类可以再生的塑料。其分子链结构通常是线型和支链线型结构。热固性塑料指成型过程具有线型结构，成型后在室温或加热到一定温度保温一段时间后，内部结构转化为体型网状结构的一类塑料，a)线型b)支链型c)体型聚合物大分子的三种结构（2）按塑料的应用范围分类

通用塑料

指聚烯烃类塑料、酚醛塑料和氨基塑料。它们占塑料总产量的3/4以上，大多数用于生活制品。

工程塑料

作为结构材料在机械设备和工程结构中使用的塑料。力学性能较高，耐热、耐蚀性也较好，是当前大力发展的塑料（如ABS塑料、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚酰胺等）。

（二）塑料的特性密度小（0.9~2.3g/cm3）良好的耐蚀性能

优异的电气绝缘性能

减磨、耐磨和自润滑性能

可以作为轴承、齿轮、活塞环和密封圈等在腐蚀性介质中或在少油、无油润滑条件下有效工作。消声吸振性独特的成型工艺性大部分塑料都可以直接注塑和挤压成型，也可以模压成型等，易制作复杂零件，生产效率高。二、热塑性塑料及应用（一）聚烯烃类塑料1.聚乙烯(PE)可作为化工设备与贮罐的耐腐蚀涂层衬里、化工耐腐蚀管道、阀件、衬套、滚动轴承保持器等。还可以用来制造小齿轮、轴承等；电缆包皮；食品包装袋、奶瓶、食品容器。全塑球阀2.聚氯乙烯（PVC）产量仅次于PE，是最早工业化生产的塑料品种之一。硬质聚氯乙烯制品有管、板、棒、焊条、管件、离心泵、通风机等。软质聚氯乙烯用于常温电气绝缘材料和电线的绝缘层。3.聚丙烯（PP）是常用塑料中唯一能经受高温（130℃）消毒的品种。常用来制造各种机械零件，如法兰、接头、泵叶轮、汽车上取暖及通风系统的结构件。4.聚苯乙烯（PS）产量仅次于PE、PVC。可作为各种仪表外壳、汽车灯罩、化工贮酸槽等。（二）ABS塑料由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种组元为主共聚而成。常用来制造齿轮、泵叶片、轴承、把手、管道、贮槽内衬、电机外壳、仪表盘、蓄电池槽、水箱外壳、冷藏库和冰箱衬里等。（三）其他热塑性塑料1.聚碳酸脂（PC）具有强度高、刚性好、耐冲击、耐磨和尺寸稳定性好，是良好的摩擦传动零件材料，如轴承、齿轮、齿条、蜗轮，也可做金刚砂磨轮粘结剂。2.有机玻璃

（PMMA）是目前最好的透明材料，透光率92%以上，比普通玻璃好。用于制造具有一定透明度和强度的零件，如油标、油杯、化学镜片、设备标牌、透明管道、飞机、船舶、汽车的座窗和仪器仪表部件、电气绝缘材料以及各种文具、生活用品等。3.聚甲醛（POM）具有优良的综合性能，其抗拉强度达到70MPa，可在104℃以下长期使用，脆化温度-40℃，吸水性极小，尺寸稳定性高，但热稳定性差，遇火会燃烧，在大气中暴晒还会老化。

聚甲醛塑料价格低廉，性能优于尼龙，可代替有色金属和合金，并逐步取代尼龙制作轴承、衬套等。用量最大的是汽车工业。4.聚酰胺（PA，又称尼龙或锦纶）

是目前机械工业中应用最广泛的一类工程塑料。机械强度很高，耐磨减摩，自润滑性能好，而且耐油、耐蚀、消声、减振。大量用于制造小型零件，代替非铁（有色）金属及其合金。尼龙易吸水，吸水后性能和尺寸变化大。5.聚四氟乙烯（F-4、PTFE）俗称氟塑料、塑料王，商品名称特氟隆。聚四氟乙烯具有优异的耐化学腐蚀性，不受任何化学试剂的浸蚀，故有“塑料之王”之称。在-195～+250℃范围内长期使用其力学性能几乎不发生变化。

主要用来制作化工机械上的各种零部件，如管道、反应器、活门、阀门、泵等，还广泛用于高频电子仪器的绝缘，还可用来制作各种垫圈、阀座、阀瓣、轴承、活塞环等。聚四氟乙烯夹层垫片聚四氟乙烯密封带、密封条

三通,异径三通,弯头三、热固性塑料及应用（一）酚醛塑料(PF)以酚醛树脂为基，加入木粉、布、石棉、纸等填料经固化处理而形成的交联型热固性塑料。具有较高的强度和硬度、耐热性、耐磨性、耐蚀性及良好的绝缘性。主要用于制造齿轮、轴承等结构件和各种电气绝缘零件，可用来做涂料、胶粘剂和日常生活用的电木制品（插头、开关、电话机外壳等），也可制作汽车的刹车片，化学工业用耐酸泵，纺织工业用无声齿轮及制作玻璃钢、模压塑料等。（二）环氧塑料(EP)以环氧树脂为基，加入各种添加剂经固化处理形成的热固性塑料。有“万能胶”之称。具有比强度高、耐热性、耐蚀性、绝缘性及加工成型性好的特点。主要用于制作塑料模具、精密量具、电子仪器的抗振护封的整体结构以及电气、电子元件、线圈的灌封，还可用作清漆、浇铸塑料、层压塑料及电绝缘材料等。（三）闭有机硅督塑料有机硅耽树脂的丧热稳定途高，耐唐高温老启化和耐旺热性很耗好，具菠有优良鞋的电绝障缘性，灾特别是底高温下爱电绝缘您性好，驻耐稀酸疏、稀碱稍、耐有析机溶剂乱，主要荣用于压哑制工作妈温度达住180典-20骑0℃的陶电绝缘融零件。第二节候工程金橡胶一、橡件胶材料私概述橡胶是以高分协子化合物肥为基础的侵、具有显羊著高弹性包的材料。迎以生胶为原料加抚入适量的配合剂而形成谱的高分霸子弹性求体。（一）橡张胶的组成粪和分类1.橡偏胶的组匙成生胶橡胶主要轰组分，来汁源可以是求天然的，叮也可以是熟合成的。笔起着粘结失其它配合爷剂的作用丝式，是决定衰橡胶制品劣性能的关防键因素。配合剂提高和改猪善橡胶制度品的各种慨性能而加毙入的物质泪。主要有硫化剂、防老剂、着色剂等。2.民橡胶的眉分类按原料来欣源：天然橡胶和合成橡胶丑；按应用钻范围：通用橡胶与特种橡固胶。通用橡锐胶是指用于救制造轮胎愿、工业用咬品、日常超用品的量倡大面广的秋橡胶。特种橡胶是指用蔬于制造蹦在特殊畅条件（柿高温、摸低温、农酸、碱味、油、你辐射等掏）下使饭用的零漠部件的暴橡胶。（二）橡工胶的性能高弹性橡胶最显廊著的性能酱特点是具董有高弹性页，其宏观求弹性变药形量可摆高达1划00%包～10诉00%牲。机械强度机械强话度是决丢定橡胶霉制品使退用寿命债的重要贷因素。浙工业生将产中常桨以抗撕裂强辫度（或拉伸计强度）及定伸强度来表示闪。耐磨性耐磨性是容橡胶抵抗成磨损的能抢力。磨损拾与橡胶的目强度成反关比，强度邮越高，磨引损量越小响。二、常雷用橡胶屑材料及盒应用（一）登天然橡僻胶具有较高昂的弹性、缝较好的力呜学性能、姓良好的电漆绝缘性及充耐碱性。主要用于雅制造轮胎键、胶带、费胶管等。（二）通毒用合成橡连胶（1）丁植苯橡胶由丁二嘴烯和苯暑乙烯共帮聚而成均的。其恐耐磨性诉、耐热恢性、耐幅油、抗沃老化性名均比天俩然橡胶递好。缺象点是生胁胶强度软低、粘引接性差丧、成型辅困难、衬硫化速膀度慢。主要用躁于制造糕轮胎、未胶带、贯胶管、辰工业密纳封件和水电气绝蠢缘材料伯等。橡胶法兰垫2.顺匆丁橡胶顺式-卡1、4摧聚丁二绘烯橡胶投的简称啄，是目坦前橡胶中嫂弹性最湿好的一凝种。主要用途于制作术轮胎、喜胶带、尼胶管、扇减振器肉、橡胶事弹簧等跨减振部炮件、绝宅缘零件栋等。3.氯丁召橡胶由氯丁聋二烯聚桶合而成重。具有天琴然橡胶才和一般身通用橡虎胶所没若有的优钓良性能跌。故有辆“万能橡扎胶”之称缎。用于制造绞矿井的运何输管、胶扔管、电缆理、高速带顽、垫圈等趁。4.乙丙标橡胶乙烯和丙塌烯共聚而竟成。抗老化祖性是通用橡售胶中最好巧的。主要用够于制作汗轮胎、酷输送带造、电线浙套管、排蒸汽导限管、密辽封圈、耍汽车部规件等。（三）特昂种合成面橡胶1.丁腈禁橡胶由丁二呼烯与丙闪烯腈聚烛合而成兰。其耐油性好，耐热蝴、耐燃烧竞、耐磨、驶耐碱、耐恼有机溶剂周。缺点是桥耐寒性差慌，其脆化畜温度为-枣10℃～雅-20℃著。主要用基于制作蛋耐油制帖品，如辽油桶、挽油槽、球输油管哭、耐油莲密封件款、印刷侨胶辊和街化工设圈备衬里打及各种皂耐油减摧震制品贷等。2.硅母橡胶由二甲基罚硅氧烷与断其它有机讲硅单体共全聚而成。具有高不耐热性迹和耐寒同性，抗喜老化能太力强、抓绝缘性产好。主要用于戴制造各种测耐高低温郑橡胶制品励，如各种矩耐热密封撒垫片、垫续圈、透气泳橡胶薄膜脂和耐高温擦的电线、关电缆等。3.氟晋橡胶以碳原子佳为主链，驾含有氟原扩子的聚合哲物。其化学稳谨定性高、掌耐蚀性能绿居各类橡拖胶之首，耐蚀性用好，最高岩使用温度滩为300仆℃。主要己用于国防挖和高技术豪中的密封辜件。遥控器按气键第三节在工程陶瓷一、陶瓷徐材料概述陶瓷亦称无机非金开属材料，是指用天然硅掘酸盐（粘土响、长石除、石英痛等）或人工合罗成化合壁物（氮化雁物、氧林化物、潮碳化物歌、硅化通物、硼宿化物、替氟化物懂）为原谜料，经粉碎、配辨料、成型泰和高温烧峡制而成的籍无机非吗金属材桂料。陶瓷是陶塑器与瓷器威的总称。陶瓷的具分类按化学组册成：硅酸盐陶仪瓷、氧化物陶前瓷、非氧化藏物陶瓷（氮化届物陶瓷逮、碳化垂物陶瓷片和复合玩陶瓷）按性能住：普通陶肾瓷（如日用肾陶瓷、建挣筑陶瓷、泽化工陶瓷耻等）和特种陶瓷（结构帝陶瓷、群功能陶泡瓷）按用途雕：日用瓷、调艺术瓷、买建筑瓷、抓工程陶瓷浇等陶瓷的窗晶体结凳构陶瓷晶路体一般粥是由离子键介构成的咽离子晶糟体（Mg赔O、A吹l2O3等），也焰有由共价键组咸成的共价尝晶体（Si3N4、Si叉C），杆晶体类削型远比仗金属材都料复杂借。陶瓷的显采微组织晶相（主要地组成相木）：氧化物黄和硅酸叔盐，玻璃相气相各组成围相结构帅、数量熄、形态市、大小牵及分布爱对陶瓷穿性能有捏显著影缘瑞响。陶瓷的化性能①高硬颂度大多数陶摧瓷材料的库硬度比金漏属高得多阶，故其耐磨性好（它的硬刻度仅次于大金刚石）惑。②高弹漂性模量与红高脆性陶瓷在拉剖伸时几乎酬没有塑性打变形，在踩拉应力作言用下产生勇一定弹性谎变形后直签接脆断，大多数夏的陶瓷毯材料的螺弹性模锤量都比翅金属高。③低抗牌拉强度和释较高的抗奸压强度由于陶计瓷内部旧存在大轧量气孔培，其作倦用相当唯于裂纹殿，故其养抗压强悼度较高炎。1.力西学性能陶瓷、钢辆和橡胶的乒应力-应虾变曲线④优驶良的高恩温强度疗和低的秩抗热震悠性陶瓷的伸熔点高拌于金属替，具有扔优于金闪属的高中温强度驳。陶瓷在集高温下刚不仅保炊持高硬打度，而临且基本距保持其不室温下鉴的强度少，具有高平的蠕变狮抗力，同时横抗氧化餐的性能具好，广弓泛用作摇高温材伯料。但陶瓷始承受温什度急剧计变化的戏能力差乌（热震歉性差）泳,当温转度剧烈其变化时娇易裂。2.电闪学性能陶瓷是传统的祥绝缘材逆料，只有当淡温度升高孩到熔点附费近时，离诱子热振动沉加强，才旷表现出一亦定的电导掠能力。现五代陶瓷中聪已出现了疤一批具有亩各种电性夜能的陶瓷专，如压电陶渴瓷、磁柔性陶瓷减、透明山铁电陶防瓷等，为奏陶瓷的乓应用开栗拓了广鹿阔的前持景。3.化草学性能即使1闷000筑℃以上倡的高温美也不会带氧化。扩此外，荣陶瓷对释酸、碱镇、盐等父的腐蚀殖也有较肉强的抵得抗能力斑，也能藏抵抗熔泄融金属睡的侵蚀晒。所以陈陶瓷是贝非常好瞒的耐蚀敲材料。4.光学单性能目前已研茧制出了如县制造固体慰激光器材泊料，光导陕纤维材料在、光存储堵材料等陶涉瓷新品种今，并已在业通信、摄加影、计算腔机技术等腹领域获得技了应用。二、常用闻工程结构抱陶瓷材料（一）淋氧化铝咐陶瓷以Al2O3为主要成就分，含有恶少量Si辈O2的陶瓷，拜α―Al2O3为主晶有相。根据Al2O3含量的不晚同分为：75瓷（75%扮Al2O3），又涉称刚玉—莫洞来石瓷；95瓷（95祝%A薄l2O3）99瓷（99俭%A天l2O3）。后两巧者又称刚玉瓷。常用作高域温实验的克容器和盛器装熔融的照铁、镍、议钴等的坩甘埚，测温距热电偶的归绝缘套管敞等。内燃机趣的火花静塞、火匀箭和导肠弹流罩父、轴承胁、切削捧刀具，狐以及密友封环等乐。氧化铝热电偶套管氧化铝陶瓷密封环氧化铝陶瓷喷咀（三）氮稿化硅（Si3N4）陶瓷按其制造巡寿工艺不同毛可分为热压烧圆结氮化毅硅（β龄-S袭i3N旺4）陶梅瓷和反应烧结隔氮化硅（烈α-S畅i3N4单）陶瓷。特点：硬度砖高，摩计擦因子芦小，只荡有0.吵1～0絮.2，阳具有自扛润滑性库；蠕变奇抗力高槽，热膨口胀系数利小，抗惑热震性蚊能在陶闻瓷中最转佳，化递学稳定貌性好，撇抗氢氟滴酸以外套的各种茂无机酸晒和碱溶势液的侵露蚀，也咸能抵抗吩熔融非夹铁金属摆的侵蚀令；同时即具有优高异的电蛮绝缘性遭能。应用：反应烧欠结氮化锋硅陶瓷主要用于迈制作形状司复杂、尺晒寸精度高律、耐热、勇抗蚀、耐矩磨、绝缘歌制品。热压烧互结氮化踪蝶硅陶瓷只用于奖制作形录状简单谁的耐磨训、耐高征温零件颗。氮化硅密废封环（四）剧Sia弹lon后陶瓷是在氮化硅缴陶瓷中添加亮一定的Al2O3构成的Si-A值l-O-逮N系的新型相陶瓷材扒料。是目前助所知强株度最高贴的陶瓷纹材料，并兼槐有有益讯的化学分稳定性剃、耐磨蛛性、良昆好的热殊稳定性薯以及不忌高的密感度，可直用作发窗动机部鲁件、耐狠腐蚀夹妄具、刀钞具材料富等。（五）蛛碳化硅宣陶瓷碳化硅叹晶体中啄主要包技括两种拘晶型：α-Si移C（属六杀方晶系，煎是高温稳忙定型）和挨β-Si炊C（属六甲方晶系，清是低温稳同定型）。特点：高温强亮度大，萄热压碳鲁化硅是撒目前高仍温强度剃最高的捡陶瓷。应用：某些要求绸高温强度倍高的结构抱材料，如伟用于火箭俯尾喷管的灶喷嘴、浇呼铸金属用从的喉嘴以远及热电偶盼导管、高洪温电炉电筝热棒和炉众管等，也搭可用于燃悄气轮机的层叶片和轴肆承等。还物可用作高织温热交换静器的材料粒，核燃料龄的包封材破料等，因旁其耐磨，良常用于制霉作各种泵博的密封圈雪。燃气喷嘴热电偶套管（六）氮悄化硼陶瓷BN晶耐体属六央方晶系王，其晶甘体结构伶与石墨霉相似，番具有很烦好的润纽奉滑性和异导热性放，有“白石墨”之称，维BN是绝察缘体，而伙石墨是导龙体。特点：具有良侄好的耐斗热性和恢导热性届，其热吊导率与傍不锈钢翼相当；夜热膨胀矛系数小队，绝缘郊性好，妻化学稳烘定性高惹；硬度凝较其它竖陶瓷低萝，可进羡行切削脸加工；惜有自润继滑性。应用：六方BN扭陶瓷常用于珠制作热库电偶套艺管、坩话埚、高芽温容器运和管道雹。立方BN阴目前只用祥于磨料和伶金属切削邪刀具。（七）锻碳化硼倍陶瓷碳化硼为患六方晶系示。B4C是强共炒价键化合擦物，其突花出特性是碌非常坚硬暑，仅次于黑金刚石和修立方BN味，具有很悲高的耐磨术性。应用：主要是市用作松双散的磨涝料，加奶工硬质盈陶瓷，津烧结体炭可作为尽喷砂的鉴喷嘴，硬研钵之故类的研苹磨工具陡、切削寒工具和探高温热蓄交换器境，也可脏用来制类作防弹查背心，训可广泛冤作为原肝子反应身堆的控服制剂使滴用。碳化硼喷嘴第四节胁复合船材料一、复问合材料甲概述复合材穴料由两种晒或两种砍以上在帖物理和焰化学上逝不同的放物质结每合起来恒而得到亿的一种番多相固每体材料寻。复合材策料的性岛能1.高比穴强度、高森比模量；2.抗疲锻劳性能好双；3.减摩刺耐磨、自贝润滑性能澡好；4.破箭损安全时性能好诵；5.化学涛稳定性好报；6.其它京特殊性能切如隔热蛛性，烧蚀竹性及特殊肆的电、光削、磁等性事能。此外岂复合材料娱适合于整伏体成型，域具有良好冻的工艺性信能。复合材虎料的分裳类与命各名按基体材料非金属基复合材料金属基复合材料（有色金属及合金）聚合物基陶瓷基按增强材料的形状纤维复合材料层合复合材料颗粒复合材料复合材林料的命堤名：根据增强材料和基体材料的名称来吉命名，以基体材耻料为主命名，如金属基梅复合材料袍、聚合物释基复合材兔料。2.找以增强材料削为主命名，如碳纤维乎增强复合援材料、氧格化铝纤维畅增强复合泥材料。3.基体与娃增强材惊料并用。一般是低将增强递材料名爹称放在馅前面，腊基体材蹲料名称膏放在后蹦面，最搏后加“风复合材起料”。二、玻共璃纤维民/聚合恐物复合阴材料（玻璃钢）它是以玻璃纤维