非金属材料及成形

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1、第5章非金属材料及成形5.1概述非金属材料是指除金属材料之外的所有材料的总称。随着高新科学技术的发展，使用材料的领域越来越广，所提出的要求也越来越高。对于要求密度小、耐腐蚀、电绝缘、减振消声和耐高温等性能的工程构件，传统的金属材料已难以胜任。而非金属材料这些性能却有着各自优势。另外，单一金属或非金属材料无法实现的性能，可通过复合材料得以实现。非金属材料的来源十分广泛，大多成形工艺简单，生产成本较低，已经广泛应用于轻工、家电、建材、机电等各行各业中，目前在工稈领域应用最多的非金属材料主要是塑料、橡胶、陶瓷及各种复合材料。5.1.1非

2、金属材料的发展人类社会的发展在很大程度上取决于生产力的发展，生产力水平的高低往往以劳动工具为代表，而劳动工具的进步又离不开材料的发展。早在一百万年以前，人类开始用石头做工具，标志着人类进入旧石器时代。大约一万年以前，人类知道对石头进行加工，使之成为精致的器皿或工具，从而标志着人类进入新石器时代。在新石器时代，人类开始用皮毛遮身。8000年前，中国就开始用蚕丝做衣服，4500年前，印度人开始种植棉花，这些都标志着人类使用材料促进文明进步。在新石器时代，人类已发明了用黏土成形，经火烧固化而成为陶器。陶器不但成为器皿，而且成为装饰品，历

3、史上虽无陶器时代的名称，但其对人类文明的贡献却不可估量。这是人类有史以来第一次使用自然界存在的物质（黏土和水），发明制造了自然界没有的物品（陶器）。陶器可以盛水、煮食物。水在100oC沸腾而保持恒温，食物的营养成分不但不被破坏，而且更易于消化吸收。人类的饮食生活习性由烧烤发展为蒸煮，人类自身生存状况有了彻底改观。因此，甚至有史学家认为陶器是人类最伟大的发明。时至今日，满足人类居住的建筑用材料，仍以非金属材料为主。随着5000年前的青铜、3000年前的铁以及后来钢等金属材料的出现，人类在十八世纪发明了蒸汽机，十九世纪发明了电动机、平

4、炉和转炉炼钢。金属材料使人类农业繁荣并逐步走向工业时代，把人类带进了现代物质文明。当随着有机化学的发展，人造合成纤维的发明是人类改造自然材料的又一里程碑。目前各种有机合成材料几乎渗透到人类日常生活的各个领域。高性能的陶瓷材料以及各种复合材料支撑了航空航天事业的不断发展，使人类的文明走向宇宙。以单晶硅、激光材料、光导纤维为代表的新材料的出现，使人类仅用五十年就进入了信息时代。所以非金属材料对人类社会文明的进步发挥着重大的作用。在现代科学技术的推动下，材料科学发展迅速，材料的种类日益增多，不同功能的新材料不断涌现，原有材料的性能不断改

5、善与提高，以满足人类未来的各种使用需求，因此，材料特别是品种繁多的新型非金属材料是未来高科技的基石、先进工业生产的支柱和人类文明发展的基础。5.1.2非金属材料的分类目前，非金属材料通常以其组成的主要成分分为无机非金属材料、有机高分子材料及复合材料三大类。典型无机非金属材料:水泥、玻璃、陶瓷。典型有机高分子材料：塑料、橡胶、化纤。典型复合材料：无机非金属材料基复合材料、有机高分子材料基复合材料、金属基复合材料。5.1.3非金属材料的选择及应用1.非金属材料的选择由于非金属材料的种类繁多，不同类型、成分、性能及不同成形方法的非金属材

6、料在工稈实际中的使用和选择,是个很复杂的过程。设计师和工程师在选择非金属材料时，主要应考虑以下的因素：1）满足使用性能和工艺性能；2）防止出现失效事故；3）经济性；4）考虑可持续发展选材。此外，材料的选择是一个系统工程。在一个部件或者装置中，所选用的各种材料要能够在一起使用，而不能因相互作用而降低对方的性能。因此，在大多数情况下，材料的选择是一个反复权衡的复杂过程。在某种意义上，其重要性不亚于材料本身的研究开发。2.非金属材料的应用领域过去，非金属结构材料传统的应用领域主要是建筑、轻工、纺织、家电、仪器仪表、农业等，在工业上主要是

7、装饰件、密封件、刀具、轮胎等。但是现在，非金属结构材料在工业领域的广泛应用正以前所未有的速度发展。随着各种非金属材料合成和制备技术不断提高和完善，非金属材料的产量和性能均不断提高。有关专家预测，很多传统上由金属制造的零件、部件、结构件，将会被工程塑料、工程陶瓷及复合材料等非金属材料所取代。例如，汽车的车身可釆用工程塑料或复合材料，每千克工程塑料可代替4〜5千克钢铁，而且可整体成形，因而成本和油耗将进一步降低。由于原料充足，可以设计、制造出无穷的新产品，非金属结构材料在工业领域的应用前景十分广阔。另外，各种新型非金属材料，其应用领域

8、远比非金属结构材料的应用领域广阔得多，特别是现代高科技密集的领域。在微电子、信息通信、航空航天、生物工程、环境保护、新能源等领域中应用了大量的新型非金属材料，其中最具代表的有单晶硅、超导材料、固体激光材料、飞船高温防护材料、仿生材料、环保材料、隐形