【大学课件】非金属材料

非金属材料概述非金属材料是现代工业和日常生活中不可或缺的重要组成部分。它们种类繁多，性能各异，应用广泛。本课程将深入探讨塑料、橡胶、陶瓷、玻璃和复合材料等非金属材料的特性、制造工艺和应用领域。塑料材料定义塑料是以合成或天然高分子化合物为主要成分的材料。特点质轻、耐腐蚀、绝缘性好、易加工成型。应用广泛用于包装、建筑、电子、汽车等行业。发展不断研发新型塑料，提高性能和环保性。塑料的性能与分类主要性能机械性能：拉伸强度、弹性模量热性能：熔点、玻璃化转变温度电性能：绝缘性、介电常数分类方法按分子结构：线型、支链型、交联型按原料来源：合成塑料、天然塑料按加工性能：热塑性、热固性热塑性塑料聚乙烯（PE）应用广泛，用于包装袋、管道等。聚丙烯（PP）耐热性好，用于汽车部件、家电外壳。聚氯乙烯（PVC）耐腐蚀，用于管道、电线护套。聚苯乙烯（PS）透明度高，用于一次性餐具、包装盒。热固性塑料耐热性强可在高温环境下使用，不易变形。耐化学性好抗酸碱腐蚀能力强，适用于特殊环境。不可回收一旦成型固化，无法再熔融加工。橡胶材料1起源最早发现于南美洲亚马逊热带雨林。2发展19世纪硫化技术发明，推动橡胶工业革命。3现状天然橡胶和合成橡胶并存，应用领域不断扩大。4未来研发新型环保橡胶材料，提高性能和可持续性。橡胶的性能与分类弹性具有优异的弹性变形能力。耐磨性抗摩擦磨损能力强。密封性良好的气密性和水密性。减震性能有效吸收振动和冲击。天然橡胶1原料三叶橡胶树的乳液2主要成分顺式-1,4-聚异戊二烯3优点弹性好、抗撕裂性强4缺点耐油性差、耐老化性能不佳5应用轮胎、胶管、减震器等合成橡胶1丁苯橡胶（SBR）用于轮胎、鞋底2丁腈橡胶（NBR）耐油性好，用于油封3氯丁橡胶（CR）耐候性强，用于传动带4硅橡胶（Q）耐高低温，用于密封件陶瓷材料8000年历史陶瓷制作可追溯至新石器时代。1000℃以上高温烧结是陶瓷成型的关键工艺。10GPa某些先进陶瓷的弹性模量可达此数值。陶瓷的特征与性能1耐高温熔点高，可在高温环境下使用。2硬度高莫氏硬度可达7-9，耐磨性好。3化学稳定性耐腐蚀，不易与酸碱反应。4脆性抗冲击能力差，易碎裂。陶瓷的分类传统陶瓷以天然原料为主，如瓷器、砖瓦主要用于日用品、建筑材料特种陶瓷以人工合成原料为主，如氧化铝、氮化硅用于电子、航空航天等高科技领域陶瓷材料的制造1原料准备粉碎、混合、过筛2成型注浆、压制、挤出等3干燥去除成型体中的水分4烧结高温固化，形成致密结构5后处理研磨、上釉等表面处理玻璃材料定义非晶态固体，主要由二氧化硅构成。特点透明、硬度适中、化学稳定性好。用途建筑、光学、电子、艺术等领域。发展趋势功能化、智能化、环保化。玻璃的性能与分类普通玻璃钠钙玻璃，用于窗户、器皿光学玻璃高透光性，用于镜片、棱镜硼硅酸盐玻璃耐热冲击，用于实验室器皿玻璃的制造工艺配料按比例混合石英砂、纯碱等原料。熔化在1500℃左右高温熔炉中熔融。成型吹制、压制或浮法成型。退火缓慢冷却，消除内应力。复合材料定义由两种或两种以上不同性质的材料组成的多相材料。组成通常包括增强体（纤维、颗粒等）和基体（金属、陶瓷、树脂等）。特点可设计性强，性能优异，轻质高强。复合材料的制造工艺1手糊成型适用于小批量生产，成本低。2模压成型适用于大批量生产，效率高。3缠绕成型用于制造管状或球形制品。4拉挤成型生产连续、截面固定的制品。复合材料的性能高强度比强度远高于传统材料。轻质密度低，可大幅减轻结构重量。抗疲劳疲劳强度高，使用寿命长。可设计性可根据需求调整性能。复合材料的应用体育用品轻质高强的特点使其广泛用于自行车、网球拍等。新能源大型风力发电机叶片采用复合材料制造。汽车工业用于车身、内饰件，减轻车重，提高燃油效率。工程塑料1定义性能优异的特种塑料2特点耐热性好、机械强度高3种类尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛等4应用机械、电子、汽车等工业领域工程塑料的特点与应用尼龙（PA）耐磨性好，用于齿轮、轴承聚碳酸酯（PC）透明度高，抗冲击，用于安全防护设备聚甲醛（POM）尺寸稳定性好，用于精密零件先进陶瓷材料结构陶瓷高强度、耐高温，用于切削工具、耐磨零件。功能陶瓷具有特殊电学、磁学、光学性能，用于电子元件。生物陶瓷生物相容性好，用于人工骨骼、牙科材料。复合陶瓷综合多种优点，用于航空航天等领域。先进陶瓷材料的性能与应用发动机零件耐高温、耐磨损，提高发动机效率。电子元件介电性能好，用于电容、传感器。医疗植入物生物相容性好，用于人工关节。高分子纳米复合材料定义在高分子基体中分散纳米尺度填料的新型复合材料。特点性能大幅提升，少量添加即可显著改善材料性能。填料纳米粒子、纳米纤维、纳米片等。制备方法原位聚合法、溶液法、熔融混合法等。高分子纳米复合材料的特点力学性能强度、模量显著提高。阻隔性气体、水汽渗透性降低。热稳定性耐热温度提高。功能性导电、抗菌等特殊功能。高分子纳米复合材料的应用包装材料提高食品保鲜性能，延长保质期。汽车工业减轻车身重量，提高燃油效率。防护用品增强防弹、防割等性能。新型功能性非金属材料智能材料形状记忆合金：可在特定条件下恢复原始形状压电材料：可将机械能转化为电能，反之亦然仿生材料自清洁材料：模仿荷叶效应，具有