非金属材料Word文档下载推荐.docx

1、 光学材料： 铌铝石榴石激光材料，氧化铝、氧化钇透明材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等 高温结构陶瓷： 高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物 超硬材料： 碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等 人工晶体： 铝酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等 生物陶瓷： 长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体材料等 无机复合材料： 陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料 篇二：非金属材料及崩解 第5章 非金属材料及成形 5.1概述 型材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健康发展，使用材料的领域日渐广，所制订的要求也越来越高。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，

2、传统的金属材料已难以胜任。而非金属材料这些性能但他却有着有着各自优势。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，绝大部分成形工艺简单，生产成本较低，已经最广泛应用于轻工、家电、建材、冶金等各行各业中，目前在工程领域应用现今最多的非金属材料主要是橡胶、橡胶、陶瓷及各种复合材料。 5.1.1非金属材料的国际化 人类社会的发展在很大程度上取决于推进生产力的发展，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。早在一亿年以前，生命体开始用石头做工具，标志着人脑进入旧石器时代。大约一万年以前，人类知道对石头需要进行加工，使或使

3、之成为精致的铜制或工具，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物，4500年前，印度人开始养殖棉花，这些都标志着人类使用材料促进文明进步。在新石器时代，人类已发明了用粘土成形，经火烧固化而有望成为陶器。陶器不但成为器皿，而且成为装饰品，历史之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，食材的营养成分不但配料不被破坏，而且更易于消化吸收。生物的饮食生活习性由烧烤发展为蒸煮，生命体自身生存状

4、况有了彻底改观。因此，甚至有史学家认为陶器是人类最的发明。时至今日，满足人脑居住的建筑用材料，仍以非金属材料见长。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十九世纪了蒸汽机，十九世纪研制成功了电动机、平炉和转炉炼钢。金属材料使人类农业繁荣并逐步走向工业时代，把近代人类带进了现代物质文明。当随着有机化学的发展战略，里程碑人造合成纤维的发明是生物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各个领域日常生活的人类。高性能的陶瓷材料以及各种支撑复合材料了航空航天事业的不断发展，使有机体的文明走向宇宙。以单晶硅、激光材料、光导纤维为代表的新材料的出

5、现，并使人类仅用五十年就信息时代进入了信息时代。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。在现代科技进步的推动下，材料科学产业发展迅速，材料的种类日益增多，不同功能的有所不同新材料不断涌现，原有材料急剧的性能不断缓解与提高，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高科技的基石、优良工业生产的支柱和人类文明发展支柱的基础。 5.1.2非金属材料的进行分类 目前，非金属材料通常以其共同组成的主要成分分为新型材料无机非金属材料、有机高分子材料及铝材三大类。 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

6、材料基复合材料、有机涂料高分子材料基碳纤维、金属基复合材料。 5.1.3非金属材料的可以选择及应用 1无机物的选择 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一般来说的非金属材料在工程实际中的使用和选择，是个很复杂的整个过程。设计师和工程师在选择可以选择非金属材料这时，主要应考虑以下的因素：1）满足使用性能和工艺性能；2）防止出现归零事故；3）经济性；4）考虑可持续发展选材。 此外，材料的偏好选择是一个系统工程。在一个零件或者装置中，所选用的各种涂料材料要能够在一起使用，而不能因相互作用而降低对方的安全性。 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

7、上，其重要性不亚于研发材料本身的分子生物学开发。 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高层建筑建筑、轻工、纺织、家电、仪器仪表、农业等，在工业上主要是装饰件、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逐渐提高和完善，非金属材料的供应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。例如，汽车的车身可采用工程塑料或复合材料，每千克工程塑料可代替45千克钢铁，而且可整体成形，因而成本和交易成本油耗将进一步降低。

8、由于原料充足，可以设计、制造出与无穷的新产品，非金属结构物料在工业领域的应用前景材料十分广阔。 另外，各种新型非金属材料，形态其应用领域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，其中最具名誉主席的有单晶硅、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、隐形纳米材料等等。由于篇幅所限，本章的主要内容为非金属结构材料及其成形。 5.2工程塑料及成形 塑料树脂是一类以天然或合成树脂为主要成分，在一定温度、压力条件下经塑制成形，并在能保持形状不变的高分子工程材料。 塑料具

9、有一定的耐热、耐热及良好的力学、电气、化学等综合性能，可以替代非铁金属及其合金，作为结构材料用来制造机器零件或工程结构。塑料以其质轻、耐蚀、电绝缘，具有良好的耐磨和减磨性，良好的成形工艺性等特性以及有丰富的资源而成为应用很广泛的高分子材料，在工农业、交通运输业、国防工业及日常生活中均得到广泛应用。 5.2.1工程塑料的组合成和性能 l. 塑料的组成 一般说来，塑料是由树脂若干种和若干种苯甲酸钠 （如填充剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、稳定剂、固化剂和阻燃剂）组成。 1）树脂 树脂是塑料的主要组分，它是塑料中能起粘合剂作用的催化作用部分，并或使塑料具有成形性能。 2）填充剂 其主要作用是:改变塑料的

10、某些性能，降低塑料成本，扩大塑料的运用范围。 3）增塑剂 增塑剂是用来提高树脂可塑性的。常用增塑剂如氟化石蜡、磷酸脂类等。 4）润滑剂 润滑剂是为防止塑料在成形过程中粘模而加人的添加剂。 5）着色剂 着色剂是使塑料制品具有美丽色彩的有机布料或无机颜料。 6）固化剂 固化剂是热固性塑料所须要亚硝酸盐的添加剂，目的在于促使线型结构转变为体型结构，成形后获得较厚的塑料制品。 7）稳定剂 稳定剂又称防老化添加剂，其主要作用是提高某些塑料的受热或光照稳定性。 8）其他添加剂 塑料添加剂塑化剂除上述几项外还有阻燃剂（如氧化锑等）、抗静电剂、发泡剂、溶剂、稀释剂等。 2. 工程塑料的性能 1）力学性能 力学

11、性能是工程塑料使用范围的重要指标之一，工程塑料具有极低的强度、良好的塑性、韧性和耐磨性，可代替硬质机器零件或构件，其次是某些工程塑料胶粘剂的比强度（材料拉伸强度与密度之比）很高，大大超过金属的比强度（如玻璃纤维铝合金），可制造减轻自重的各种结构件。 5.2.2工程塑料的进行分类和应用 1. 塑料的分类 1）按树脂受热的行为聚氯乙烯分为热塑性与热固性塑料 热塑性塑料:其分子结构主要为线型或支链线型分子结构，工艺特点是受热受压、熔融，具有可塑性，冷却后坚硬；再受热又可软化，可重复使用而其基本性能维持现状；可溶解在一定的溶剂中。成形工艺简便、形式多种多样，生产效率高，可直接注射、挤压、吹塑成形。如聚

12、乙烯、聚丙烯、ABS等。 热固性塑料:拥有体型分子结构，热固性塑料一次成形后，质地坚硬、性质稳定，不再溶于溶剂中，受热不变形，不软化，不能回收。成形工艺复杂，大多只能采用多层模压或层压法，生产效率低。如酚醛塑料、环氧塑料等。 5.2.3工程塑料的成形 1. 塑料成形加工技术系统分类 塑料的成形，按各种成形加工技术在生产中所属成形加工阶段的各不相同，可将其划分为一次实用化成形技术开发、二次成形技术和二次技术三个类别。 2. 塑料的一次成形技术 塑料的一次成形指于是指于将粉状、粒状、纤维状和碎屑状固体塑料、树脂溶液或糊状等各种形态的塑料原料制成所需形状和尺寸制品或半制品的技术。这类成形方法很多，由

13、于目前生产上广泛采用注射、挤出、压制、浇铸等方法成形。 注射成形主要应用于热塑性塑料和流动性较大的热固性塑料，可以成形几何形状复杂、尺寸精确及带各种嵌件的塑料制品，如电视机外壳、日常生活用品等。目前目前注射制品约占建筑材料总量的30%。近年来新的注射技术如反应注射、双色注射、发泡注射等的发展和应用，为注射成形提供了更加广阔的应用呼之欲出前景。 2）挤出成形 挤出成形又称挤塑成形或挤出模塑，其成形过程如图5-3所示。首先将粒状或粉状的片状塑料加入到挤出机（与注射机相似）料斗中，然后由旋转的挤出机螺杆送到加热二区，随之熔融呈粘流态，然后在挤压系统作用下，塑料熔体通过具有较大形状的挤出模具（机头）口

14、模而成形为所断面形状的连续型材。 3）压制成形 压制成形是指主要依靠外压的作用，实现成形物料外型的一次实现成形技术。压制成形是塑料加工中最传统的工艺方法，广泛用于热固性塑料的成形原料。根据成形物料的性状和加工设备及工艺的，压制成形可分为模压成形和层压成形。模压成形（图5-4a）是将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的热固性塑料原料放人模具中，然后电路板闭模加热加压而使其在模具中成形并硬化，最后脱模取出不锈钢制件，其所用设备为液压机、旋压机等。 3.塑料的二次成形技术 塑料的二次成形是指在一定条件指对下要将塑料半制品（如型材或坯件等）通过随即成形加工，以摘得制品的最终形样最终的技术。目前生产上采用生产的

15、有木质吹塑成形、热成形和薄膜的双向拉伸成形等几种二次成形技术。 1）中空吹塑成形 吹塑成形是制造空心塑料包装的成形方法，是借助气体压力使闭合在模腔内尚处于半熔融态的型坯吹胀成为中空制品的二次成形技术。中空吹塑又分为注射吹塑和挤出吹塑，注射吹塑是用注射成形法先将塑料制成有底型坯，再把型坯移入吹塑模内进行吹塑成形。图5-6所示为注射吹塑成形过程。首先由注射机在高压下将熔融塑料注入型坯模具内并在芯模上形成适宜尺寸、形状和质量的管状有底型坯，所用模芯为一端封闭的管状物，压缩空气可从开口端通入并从管壁上所开的多个小孔逸出。型坯成形后，注射模将留在芯模上的热型坯移入吹塑模内，合模后从模芯通道吹入0.20.

16、7Mpa的压缩空气，型坯立即被吹胀而脱离模芯并紧贴吹塑模的型腔壁上，并在空气压力下进行冷却定型，然后开模吐出制品。 5.4工业陶瓷及成形 陶瓷是由天然或人工合成的粉状原料和化工原料组成,经过成形和高温烧结制成的,由金属和非金属元素构成化合物反应生成的多晶体相固体材料。 5.4.1陶瓷的社团结构及性能 1陶瓷的组织结构 普通陶瓷的典型组织是固体由晶体相、玻璃相和气体相组成的。特种陶瓷的原料纯度高，组织比较单一。如含Al203在95%以上氧化铝陶瓷，其组织主要由Al203晶体和少量气体相组成。 2陶瓷的性能 1）陶瓷的力学性能 陶瓷的弹性模量E一般都较高，极不容易变形。有的先进陶瓷有很好的弹性，可

17、以制作成陶瓷弹簧。陶瓷的硬度很高，绝大多数陶瓷的硬度抗拉强度远高于金属。陶瓷的耐磨性好，是制造各种特殊要求的易损零、部件的好材料。例如用碳化硅陶瓷制造的各种泵类的密封环，寿命很长，可以用到整台机器报废为止。陶瓷的抗拉强度低，但抗弯强度较高，抗压强度更高，一般比抗拉强度高一个数量级。 陶瓷材料一般具有优于金属的高温，在1000oC以上高温下陶瓷仍能保持其室温下的强度，而且高温抗蠕变能力强，是工程上常用的耐高温材料。传统陶瓷陶瓷在室温尽管没有塑性。近年来还发现一些陶瓷具有超塑性，断裂前的应变可达到 300左右。现代陶瓷的韧性低、脆性大。而许多先进陶瓷材料则是既坚且韧，如增韧氧化锆瓷就非常坚韧。 2

18、）陶瓷的物理性能 热性能 陶瓷的线膨胀系数较小，比金属低得多；陶瓷的主要靠原子的热振动来完成的，不同陶瓷材料的耐腐蚀性能不同，有的是良好的绝热材料，有的则是良好的导热材料，如氮化硼和碳化硅陶瓷。 热稳定性陶瓷材料在温度急剧变化时具有抵抗破坏的能力。热膨胀系数大、导热性差、韧性低的材料热稳定性不高。多数陶瓷的导热性差、韧性低，故热稳定性差。但也有些陶瓷具有高的热稳定性，如碳化硅等。 导电性 多数机械性能陶瓷具有较好的绝缘性能，但有些陶瓷具有一定的导电性，如压电陶瓷、超导陶瓷等。 光学特性 陶瓷一般是不透明的，随着科技发展，目前已研制出了如制造固体固体激光器材料，光导纤维材料、光存储材料等陶瓷新品

19、种 3）陶瓷的化学性能 陶瓷的形态非常稳定，通常情况下不可能同介质中的氧发生反应，不但室温下用不会氧化，即使1000oC以上的高温 也不会氧化，并且对酸、碱、盐等的腐蚀腐蚀有较佳的抵抗能力，也能抵抗熔融金属（如铝、铜等）的侵蚀。 5.4.2陶瓷的系统分类及应用 陶瓷按共同组成可分为硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷（氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和复合陶瓷）；按性能可分为普通陶瓷（如日用陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷等）和特种陶瓷（如结构陶瓷、功能陶瓷）；按用途可分为日用瓷、艺术瓷、建筑瓷、工程陶瓷等。 5.5复合材料及成形 5.5.1 复合材料的定义、分类和性能 1复合材料定义 复合材料是由两种或两种以

20、上的组分复合材料通过适当制备工艺复合在一起的新材料，其既保留原组分材料的特性，又具有原单一组分材料所获得的或更优异的特性。 从理论上说，金属材料、陶瓷材料或高分子材料相互之间或同种材料之间均可复合形成新的复合材料。事实上也是如此，如在高分子材料/高分子材料、陶瓷材料/高分子材料、金属材料/高分子材料、金属材料/金属材料、陶瓷材料/金属材料、陶瓷材料/陶瓷材料之间的复合都已获得许多种高性能新型。复合材料通常由基体材料和增强材料两部分组成，基体一般选用用心强度韧性好的材料，如聚合物、橡胶、金属等，而增强材料则选用高强度、高弹性模量的复合材料，如玻璃纤维、碳纤维和硼纤维等。 4复合材料的性能 1）比

21、强度和比模量大些 复合材料的突出好处是比强度（强度/密度）与比模量（弹性模量/密度）高，比强度和比模量是度量承载能力的一个指标，比强度愈高，同一零件的自重愈小；比模量愈高，零件的刚度愈大。表5-6 列出了常见纤维增强复合材料与钢等金属的性能。因此，这些特性为某些要求自重轻和好的零件提供了理想的材料。 2）抗疲劳性能好 多数金属的疲劳极限是抗拉强度的40%50%，而碳纤维聚酯树脂复合材料则高达70%80%。 3）耐热性高 碳纤维增强树脂复合材料的耐热性比树脂有明显提高，而各个方面金属基复合材料在耐热性方面更显示出其优越性，碳化硅纤维、氧化铝纤维与陶瓷复合，在空气中能耐1200oC1400oC高温

22、，要比每种超高温合金的耐热性高出100oC以上。用于汽车发动机，使用温度可高达1370oC 4）减振性能好 结构的自振频率除与结构本身形状有关，依然与材料的比模量的平方根成正比。高的自振频率避免了工作状态下共振而引起的早期破坏。而且复合材料中纤维与基体界面具有吸振能力，因此其振动涡流很高。 5）高韧性和抗热冲击性，在PMC和CMC中尤为重要； 6）绝缘、导电和导热性 玻璃纤维增强塑料是电磁炉一种优良的电气绝缘材料，用于制造仪表、电机与电器中的绝缘零部件，这种材料还不受电磁作用，不反射无线电波，微波透过性良好，还具有耐烧蚀性、耐辐照性，可用于制造飞机、导弹和地面雷达罩。金属基复合材料具有良好的导

23、电和导热性拥有能，可以使局部的高温热源和集中电荷很快扩散消失，有利于解决热气流冲击和雷击问题。 7）耐烧蚀性、耐磨损 8）特殊的光、电、磁性能等。 复合材料性能除具有上述操控性外，还具有可设计性，可以根据对力劝材料的性能强烈要求，在基体、增强材料的类型和含量上进行选择，并进行适当的制备与加工。在制品制造时，复合材料还适合一次整体成形，具备良好的加工性能。 篇三：非金属材料常识 PC/ABS 铝制和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚氯乙烯和混合物 典型应用范围:汽车零件仪表板、内部花饰以及车轮盖 注塑模工艺条件:干燥处理：加工前的日晒处理是处理必须的。湿度应小于0.04%，建议干燥条件为90110C，24

24、小时。熔化温度： 230300C。模具温度：50100C。注射压力：取决于塑件。注射速度：尽可能地高。 化学和物理特性: PC/ABS具有PC和ABS两者的综合特性。例如ABS的易加工特性和PC的优良机械功能性和热稳定性。二者的比率将影响PC/ABS材料的热稳定性。PC/ABS这种混合材料也显示了优异的流动特性。 PC/PBT 聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物齿轮箱、蓬阿穆氨杠以及要求具有抗化学反应和耐腐蚀性、热稳定性、抗冲击性以及几何操纵性产品销售的产品。注塑模工艺条件:建议110135C,约4小时的干燥处理。235300C。3793C。化学和物理特性: PC/PBT具有PC和PBT二

25、者的综合特性，例如PC的高韧性和几何稳定性可靠性以及PBT的化学稳定性、热稳定性和润滑特性等。 PE-HD 高密度聚乙烯 典型应用范围:电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等。干燥：如果存储恰当则无须干燥。220260C。对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200250C之间。5095C。6mm以下壁厚的塑件应使用较高的温度，6mm以上壁厚的塑件使用较低的模具低温。塑件冷却温度应当均匀以相似性减小锌合金的差异。对于最优的加工周期时间，冷却沃洛韦齐区直径应不小于8mm，并且距模具表面的距离应在1.3d之内（这里“d”是冷却沃洛韦齐区的直径）。7001050bar。建议使用高速注射。流道和浇口

26、:流道直径在4到7.5mm之间，流道长度应尽可能短。可以使用各种类型的浇口，浇口长度不要超过0.75mm。特别适用于使用热流道模具。 PE-HD的高结晶度导致了它的高密度，抗张力强度，高温扭曲温度，粘性以及化学稳定性。PE-HD比PE-LD有当更强的抗渗透性。PE-HD的抗冲击强度较低。PH-HD的特性主要由密度和分子量分布所控制。适用于注塑模的PE-HD分子量分布很窄。对于密度为0.91 0.925g/cm3，我们称之为第一类型PE-HD；对于密度为0.926 0.94g/cm3，称之为第二类型PE-HD；对于密度为0.94 0.965g/cm3，称之为第三类型PE-HD。该材料的流动特性很

27、好，MFR为0.1到28之间。分子量越高，PH-LD的流动特性越差，但是有更好的导热强度。PE-LD是半结晶材料，成型后锌合金较高，在1.5%到4%之间。PE-HD很容易发生环境应力开裂现象。可以通过使用很低流动特性的材料以减小内部应力，从而减轻开裂现象。PE-HD当温度高于60C时很容易在溶化烃类溶剂中溶解，但其抗溶解性比PE-LD还要好一些。 PE-LD 低密度聚乙烯 典型应用范围:碗，箱柜，管道联接器一般不需要 熔化温度：180280C 模具温度：2040C为了实现冷却均匀以及较为经济的去更为热，建议冷却腔道直径至少为8mm，并且从冷却腔道到模具表面的距离不要超过冷却腔道直径的 1.5倍

28、。最大可到1500bar。保压压力：最大可到750bar。建议使用快速注射速度。可以使用各种类型的流道和浇口PE特别适合于使用热流道模具。商业用的PE-LD材料的密度为0.910.94 g/cm3。PE-LD对气体和水蒸汽具有渗透性。PE-LD 的热膨胀系数很高不很高适合于加工另一方面使用的制品。如果PE-LD的密度在0.910.925 g/cm3之间，那么其收缩率在2%5%之间；如果密度在0.9260.94 g/cm3之间，那么其收缩率在1.5%4%之间。当前实际的还要取决于注塑工艺参数。PE-LD多种类型在室温下可以抵抗多种溶剂，但是芳香烃和氯化烃水溶液可使其膨胀。同PE-HD类似，PE-

29、LD容易发生环境氛围应力开裂现象。 PEI 聚乙醚的标准型应用范围:汽车工业（发动机配件如温度传感器、二氧化碳和空气处理器等），电器及电子设备（电气联结器、印刷电路板、芯片外壳、防爆盒等），产品包装，飞机内部设备，医药行业（外科器械、工具壳体、非植入器械）。PEI具有机能性物料特性并可导致材料降解。要求湿度值应小于0.02%。建议干燥条件为150C、4小时的干燥处理。普通类型材料为340400C；增强类型材料为340415C。107175C，建议模具温度为140C。7001500bar。使用尽可能高的注射速度。 PEI具有很强的高温精确性，既使到是非增强型的PEI，仍有着很好的韧性和强度。因此

30、利用PEI优越的优良热稳定性可用来制作高温耐热器件。PEI还有较好的阻燃性、抗化学反应以及电绝缘特性。玻璃化转换温度很高，达215C。PEI还很低的收缩率及良好的等方向机械特性。汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅 拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘，星梦娱乐用车辆如高尔夫球手推 车以及喷气式雪撬车等。ABS材料具有吸湿性,在加工之前进行阳光充足干燥处理建议干燥条件,为8090C下最 少干燥2小时。材料温度应可以保证小于0.1%。210280C；建议温度：245C。模具温 度：25?70C。模具温度将影响影响塑件耐久性，温度较低则导致致使光洁度较低）。 5001000bar。中高速