材料学概论-非金属材料

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1、第九章非金属材料第一节高分子材料第二节陶瓷材料第三节复合材料指金属以外的其它材料。机械工程主要使用的非金属材料有高分子材料、陶瓷材料以及复合材料。复合材料船体第一节高分子材料一、基本概念以高分子化合物为主要组分的材料有机高分子化合物无机高分子化合物天然—蚕丝、羊毛、纤维素、天然橡胶等人工—把低分子化合物聚合成高分子化合物加成聚合反应（加聚反应）缩合聚合反应（缩聚反应）二、高聚物的基本性能及特点重量轻绝缘好减摩、耐磨性耐热差耐腐蚀1、物理性能高弹性滞弹性实际强度低开裂现象老化2、力学性能三、工程高分子材料塑料合成橡胶合成纤维高分子材料1、塑料以树脂为基础，再加入

2、用来改善性能的各种添加剂，如填充剂、增塑剂、稳定剂、固化剂、着色剂、润滑剂等①通用塑料②工程塑料③塑料成形工艺聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚酸塑料和氨基塑料力学性能好，高温下长期使用。如ABS、聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯挤压成形吹塑成形注射成形2、合成橡胶橡胶在室温有高弹性能，在温度范围↑↑处于高弹态，即较小力产生较大变形，外力去除，回复原状。良好伸缩性、储能能力、耐磨、隔声、绝缘等，用于弹性材料、密封材料和传动材料。合成橡胶由石油、天然气、煤等制成单体，再由单体制成聚合反应而成。天然来自橡胶树3、合成纤维以石油、煤、天然气为原料制成合成纤维，性能见P225表1

3、0-3.有强度↑密度↓耐磨、蚀好，人造纤维用自然界加工而成如人造丝、棉、黏胶纤维、硝化纤维、醋酸纤维。第二节陶瓷材料一、陶瓷材料的概述1、概念传统——指以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经粉碎—混炼—成形——煅烧等过程制成的各种制品现代——包括各种硅酸盐材料和制品在内的无机非金属材料的通称2、分类原料的制备坯料的成型制品的烧成或烧结传统—烧成T为1250～1450℃特种—烧结T为熔点的2/3～4/53、生产粘土石英长石可塑成型注浆成型压制成型二、陶瓷的组织与结构陶瓷—由固相和气孔两部分构成的非均质体1、陶瓷的组织P239图10-18、19传统——由粘土、石英、

4、长石组成体系各种形状和大小的气孔与晶相、玻璃相三者在陶瓷制品中空间的相互关系（数量及分布结合）构成陶瓷的组织结构低温阶段（20～300℃）分解及氧化阶段（20～300℃）高温阶段（950℃～烧成温度）冷却阶段（烧成温度～室温）析出长大针状英来石液相在750～550℃固态玻璃残留石英由高温向低温转变残余水分排除结构水排除有机、碳素和无机氧化碳酸盐、硫化物分解低温晶型转变成高温晶型烧成式冷却坯体变化氧化分解继续进行共溶体等液相相继各组成相续溶解成粒状或片状一次英来石形成针状英来石长大发生烧结过程、体积收缩2、晶体相晶相种类、发育和存在状态、晶体取向、形态等决定陶瓷

5、主要用途和特点。主晶体相—为陶瓷中数中晶体中数量最多，且作用最大的晶体日用陶瓷中的主晶体相为英来石陶瓷中的晶体相主要有硅酸盐、氧化物和非氧化物三种(1)硅酸盐构成硅酸盐晶体结构的基本单元是[SiO4]硅氧四面体。图10-20、P239Si/O=0.29（半径之比）共价键(2)氧化物—以离子键结合，也有部分共价键陶瓷中最重要的氧化物类型：AO、AO2、A2O3、ABO3、AB2O4（A、B表示阳离子）结构的共同特点：氧离子（一般比阳离子大）进行紧密排列，金属阳离子位于一定间隙中，即四面体和八面体间隙中P241岛状组群状链状层状架状石英SiO2钠长石Na[AlSi

6、3O8]镁橄榄石Mg2[SiO4]硅钙石Ca3[Si2O7]蓝维石BaTi[Si3O9]绿宝石Be3Al2[Si6O18]硅氧四面体连接方式透辉石CaMg[Si2O6]透闪石Ca2Mg5[Si14O11]2(OH)2镁橄榄石Mg2[SiO4](3)非氧化物指不含氧的金属碳化物、氮化物、硼化物，碳化物主要由强大共价键结合，也有部分金属键和离子键碳化物氮化物硼化物和硅化物B、Si原子间具有较强的共价结合P243间隙相—C溶入TiC复杂碳化物——Fe3C氮化物BN六方晶格Si3N4AlN六方晶格共价键和金属键的过渡相与石墨结构相似3、玻璃相陶瓷中含20～40%玻璃相

7、当玻璃由熔融态转变为无定形固态时，液态的无规则结构被冻结下来玻态结构：硅氧四面体组成不规则的空间网.形成骨架①将晶体相粘连起来，填充晶体相之间的空隙.致密↑②降低烧成温度，加快烧结过程③阻止晶体转变，抑制晶体长大④获得一定程度的玻璃特性.如透光性等4、气孔由原材料中的气孔和成型后颗粒间的气孔构成三、陶瓷的性能具有强化学键，σb↑HB↑抗蚀↑高温性能↑具有绝缘、导体、半导体和超导体特性—光学、磁学、电学、力学①开口气孔——一端封闭，另一端与外界相通②闭口气孔——封闭在制品中不与外界相通③贯通气孔——贯通制品的两面1、力学性能①弹性E↑——气孔率↑E↓②硬度离子半

8、径↓离子电价↑配位数↓结合力↑HB↑③