工程材料学第09章 其他材料-new.ppt

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1、第九章其他材料陶瓷材料高分子材料第一节陶瓷材料一、什么是陶瓷材料陶瓷是以天然或人工合成的无机非金属物质为原料，通过成型和高温烧结制成的固体材料。二、陶瓷材料分类1、按化学成分氧化物陶瓷：如：Al2O3，ZrO2，MgO氮化物陶瓷：如：Si3N4，AlN，BN硅化物陶瓷：如：SiC，TiC，WC硼化物陶瓷：如：TiB2，ZrB2，Mo2B2、按性能和用途分结构陶瓷：具有优良的力学性能，用来制作结构件的一类陶瓷（如高温高强陶瓷，超硬模具陶瓷）。功能陶瓷：具有特殊物理、化学性能，用来制作功能器件的一类陶瓷（如压电陶瓷、半导体陶瓷）

2、结构陶瓷功能陶瓷三、陶瓷的组织和结构陶瓷材料主要的相有：晶体相玻璃相气相1、晶体相：是陶瓷材料的主要组成相，它是由一些化合物和以化合物为基的固溶体组成。陶瓷中晶体相种类氧化物：如：Al2O3，TiO2等非氧化物：如：Si3N4，SiC等含氧酸盐：如：硅酸盐，钛酸盐，锆酸盐等2、玻璃相1）形成：对于硅酸盐类陶瓷，其主要组成为SiO2。SiO2的熔点较低，在烧结的过程中常呈熔化状态，SiO2的结晶动力学非常慢，在随后的冷却过程中不易结晶，而形成非晶态玻璃相。玻璃相的原子排列是长程无序，但短程有序。2）作用：连结结晶相，填充晶体

3、相之间的空隙，提高材料密度。降低烧结温度，加快烧结过程抑制晶体长大3）缺点：玻璃相的熔点低，降低高温强度。三、气相1、形成：气相是指陶瓷组织内部残留下来的气体，由于原始粉体中存在的水分和水解产物，在烧结过程中来不及逸出而残留在陶瓷中，是烧结过程中不可避免的。2、对陶瓷材料的影响1）产生应力集中，引起裂纹，降低力学性能。2）降低导热率。3）降低陶瓷的透明度。因此陶瓷中的气孔应尽可能少四、陶瓷材料的性能1、力学性能1）刚度高，硬度高因陶瓷材料大都是共价键或离子键结合，结合键牢固，因此弹性模量高（刚度高），同时具有高硬度和高耐

4、磨性。2）塑性差，韧性差材料的塑性主要源于位错在滑移面上的滑移，尽管陶瓷材料的主要相是晶体相，存在位错，但由于晶体结构较复杂，滑移较少，位错难以运动。3）强度陶瓷材料具有较高的抗压强度，但较低的抗拉强度。通过提高致密度和细化晶粒可提高其抗拉强度。2、物理化学性能●热性能陶瓷材料的熔点高，热膨胀系数低，具有优良的耐热性，同时导热性低，是优良的绝热材料。●电性能和光学特性一些陶瓷材料具有多种功能特性，如：压电陶瓷、半导体陶瓷、红外光学材料、激光材料、光导纤维等。●化学性能陶瓷的结构很稳定，具有优良的抗氧化性和不可燃性，对酸、碱、

5、盐介质有很高的抗蚀性，与多种金属熔体不发生作用，是很好坩埚材料。五、陶瓷材料在机械工业中的应用1、氧化铝陶瓷1）组成：Al2O3＋SiO2（少量），其中Al2O3>95％Al2O3(多晶）也称刚玉。2）性能：硬度高，耐高温（熔点可达2050゜C），可在1600゜C以上长期使用；耐酸碱腐蚀性能强；塑性差，脆性大，不能承受冲击载荷。3）应用：氧化铝陶瓷了用于高速切削刀具，高温炉零件，内燃机火花塞等。2、氮化硅陶瓷1）组成：Si3N4（六方晶系）2）性能：具有极强的共价键，因而硬度高，耐磨性好；耐腐蚀性好。热稳定性优于氧化铝陶瓷，

6、是非常好的高温结构材料。3）应用：可用作高温切削刀具，高温轴承，燃气轮机叶片，燃烧室喷嘴，高温模具等。第二节高分子材料一、基本概念1、高分子化合物与低分子化合物高分子化合物是以分子量特别大（5000以上）的化合物，分子长度约102-104nm。如：橡胶、塑料等低分子化合物是相对分子量<500，分子长度为0.1-102nm，是形成高分子化合物的单体，如乙烯等。2、单体与大分子链单体——形成高分子化合物的基本单元。由单体变成高分子化合物的过程称为聚合。大分子链——通过共价键连接起来的具有链状结构的大分子称为大分子链。如乙烯通过聚

7、合反应形成聚乙烯3.链节与聚合度链节---组成大分子链的重复结构单元叫做链节。如聚乙烯中的“—CH2—CH2—”聚合度---大分子链中链节的重复次数称为聚合度（n）。4.相对分子质量及多分散性大分子的相对分子质量M=mnm---链节的相对分子质量；n---聚合度;相对分子量愈大，强度愈高。二、高分子化合物的分类及名称1.按主链上的化学组成分类（1）碳链高聚物：大分子主链全部由C原子组成，即：－C－C－C－聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯（2）杂链高聚物，大分子主链上除了C原子外，还有O，N，S等原子如：－C－

8、C－O－C－，－C－N－C－C－等如：聚醚、聚脂、聚酰胺、聚甲醛（3）元素有机高聚物，主链上没有C原子，主要由O及其他元素组成：即：－O－Si－O－Si－,如：甲基、乙基，芳基等2.按热行为分类（1）热塑性高聚物：加热软化，冷却硬化如：塑料、橡胶（2）热固性高聚物：加热后固化，但不可逆如：