陶瓷材料与复合材料
机械材料分类

机械材料分类机械材料是指用于制造机械零部件和机械设备的材料,其性能特点直接影响着机械产品的质量和使用寿命。
根据机械材料的性质和用途,可以将其分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。
一、金属材料金属材料是机械制造中使用最广泛的材料,具有优良的导电、导热、强度和塑性等特点。
根据其化学成分和晶体结构,金属材料可分为铁基金属、有色金属和特种金属三类。
1. 铁基金属铁基金属是指以铁为主要成分的金属材料,常见的有铸铁、钢和不锈钢等。
铸铁具有优良的铸造性能和低成本特点,广泛应用于机械零部件的制造;钢具有较高的强度和韧性,在机械工程中扮演着重要角色;不锈钢具有良好的耐腐蚀性能,常用于制造要求高耐腐蚀性的机械零部件。
2. 有色金属有色金属是指除了铁以外的金属材料,包括铜、铝、镁、锌、钛等。
有色金属具有较高的导电性、导热性和耐腐蚀性,常用于制造电气设备、航空航天器件和化工设备等。
3. 特种金属特种金属是指具有特殊性能或用途的金属材料,如镍基高温合金、钨和钼等。
这些材料具有良好的高温强度、耐腐蚀性和耐磨性,广泛应用于航空航天、能源和化工等行业。
二、非金属材料非金属材料是指不含金属元素或金属含量较低的材料,具有良好的绝缘性、耐腐蚀性和轻质等特点。
根据其成分和性质,非金属材料可分为陶瓷材料、聚合物材料和复合材料三类。
1. 陶瓷材料陶瓷材料是由氧化物、氮化物、碳化物等非金属化合物组成的材料,具有优良的绝缘性和抗高温性能。
常见的陶瓷材料有氧化铝、氧化锆和碳化硅等,广泛应用于电子器件、热工设备和耐磨零件等领域。
2. 聚合物材料聚合物材料是由大量重复单元组成的高分子化合物,具有良好的绝缘性、耐腐蚀性和可塑性。
聚合物材料可分为热塑性聚合物和热固性聚合物两类,常见的有聚乙烯、聚氯乙烯和聚酰亚胺等,广泛应用于塑料制品和橡胶制品的制造。
3. 复合材料复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组合而成的材料,具有优异的综合性能。
常见的复合材料有玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强复合材料和金属基复合材料等,广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
认识各种材料与用途

认识各种材料与用途材料在我们生活中无处不在,各种物品的制作离不开材料的选择和使用。
了解不同的材料及其用途,可以帮助我们更好地理解世界,还能为我们在日常生活、工作中提供更多选择。
本文将介绍几种常见的材料以及它们的主要用途。
1. 金属材料金属材料是最常见、最广泛使用的一类材料。
常见的金属材料有铁、铜、铝等。
金属材料具有良好的导电性和导热性,因此被广泛应用于电子、电力、建筑等领域。
例如,铜线用于电力输送,铁管用于建筑结构,铝制品用于飞机制造等。
2. 塑料材料塑料材料是一类可塑性很强的材料,具有高强度、耐腐蚀、绝缘性好等特点。
塑料可以分类为热塑性和热固性两种类型。
热塑性塑料可以在加热后变形,而热固性塑料则具有很高的耐热性。
塑料广泛应用于包装、建筑、汽车制造、电子产品等领域。
3. 纤维材料纤维材料是一类由高分子化合物组成的材料,具有轻质、坚固、柔韧等特点。
常见的纤维材料包括棉花、丝绸、尼龙等。
纤维材料被广泛用于纺织业,可以制作衣物、毛巾等纺织产品,也可以用于制作绳子、网等。
4. 陶瓷材料陶瓷材料是一类非金属材料,具有高硬度、高熔点等特点。
常见的陶瓷材料有瓷器、陶器、砖瓦等。
陶瓷材料用途广泛,可以用于制作日用品、建筑材料、电子器件等。
5. 玻璃材料玻璃材料是一种非晶态无机材料,具有透明、硬度高等特点。
玻璃材料广泛应用于建筑、家居用品、光学仪器等领域。
玻璃材料的不同组成和处理方式可以产生不同的性质,如安全玻璃、隔热玻璃等。
6. 木材木材是一种有机材料,具有轻质、强度高等特点。
木材被广泛应用于建筑、家具、造纸等领域。
根据不同的木材材质和处理方式,可以制作各种不同的产品,如实木家具、胶合板、纸张等。
7. 复合材料复合材料是由两种或多种不同材料经过复合而成的一种新材料。
复合材料具有多种原材料的优点,可以兼具不同材料的性能。
常见的复合材料有玻璃钢、碳纤维复合材料等。
复合材料在航空航天、汽车、体育器材等领域得到广泛应用。
第七章-高分子材料、陶瓷材料和复合材料

§ 7.1 高分子材料
高聚物的聚集态结构决定了它的性能。由于晶态结构中,分子链规 则而紧密排列,分子间作用力大,链运动困难,所以高聚物的强度、 刚度、密度、熔点等都随着结晶度的增加而提高,而一些依赖链活动 的性能指标,如弹性、韧性、伸长率等则随着结晶度增加而降低。
四、高聚物的物理状态
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§ 7.1 高分子材料
因此通过改变分子链的组成,可形成多种性能不同的高聚物材料。 2.大分子链的形状 大分子链的几何形状有线型、支化型和网型(体型或交联型)。
线型分子链各链节以共价键连接成线型长链,像一根长线,通常 卷曲成不规则的线圈状态或团状。如图7-1(a)所示。支化型分 子链在线型大分子主链的两侧有许多长短不一的小支链如图71(b)所示。网型分子链的大分子链之间通过支链或化学键连接 成一个三维空间的网状大分子。如图7-1(c)所示。
3.粘流态 当温度升高到粘流化温度Tf时,大分子链可以自由运动,高聚物成 为流动的钻液,这种状态叫粘流态。
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§ 7.1 高分子材料
粘流态是高聚物成型加工的工艺状态。由单体聚合生成的高聚物原料一般 为粉末状、颗粒状或块状,将高聚物原料加热至粘流态后,通过喷丝、吹塑、 挤压、模铸等方法,加工成各种形状的零件、型材或纤维等。粘流态也是有 机胶粘剂的工作状态。 五、常用的高聚物
③增塑剂增塑剂用来增加树脂的可塑性、柔软性、流动性,降低 脆性,改善加工工艺性能。
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§ 7.1 高分子材料
增塑剂与树脂的混溶性要好,同时,要具有无毒无害、无臭无色、不 易燃烧、不易挥发、成本低等特点。常用的增塑剂有磷酸醋类化合物、 甲酸醋类化合物、氯化石蜡等。
④稳定剂稳定剂可增强塑料对光、热、氧等的抗老化能力,延长 塑料制品的使用寿命。常用的稳定剂有硬脂酸盐、炭黑、铅的化合物、 环氧化合物等。
陶瓷增强聚合物纳米复合材料

陶瓷增强聚合物纳米复合材料
陶瓷增强聚合物纳米复合材料是近年来备受关注的一种新型材料,它通过将陶瓷颗粒或纤维与聚合物基体进行复合,从而综合了陶瓷材料的硬度、高温性能和耐磨性以及聚合物材料的韧性和加工性能优点。
这种复合材料不仅在工程领域有广泛的应用前景,还在航空航天、汽车制造、电子行业等领域有着重要的应用价值。
首先,陶瓷增强聚合物纳米复合材料具有优异的力学性能。
由于陶瓷的高硬度和聚合物的高韧性结合,使得复合材料既具备了较高的强度和刚度,又具有良好的抗冲击性和韧性,在受力时能够有效地分散和吸收能量,从而提高了材料的整体性能。
这使得陶瓷增强聚合物纳米复合材料成为制造复杂结构件和要求高强度、高韧性的零部件的理想选择。
其次,陶瓷增强聚合物纳米复合材料还具有良好的耐磨性和耐高温性能。
陶瓷颗粒或纤维的引入可以有效提升复合材料的硬度和耐磨性,使得材料在高温、高速摩擦等恶劣环境下表现出色,大大延长了材料的使用寿命。
这种特性使得陶瓷增强聚合物纳米复合材料在汽车制造和航空航天领域中有着广泛的应用,例如制动系统零部件、引擎零部件等都可以采用这种复合材料来提高性能。
此外,陶瓷增强聚合物纳米复合材料还具有较好的耐腐蚀性和导电性能。
对于一些需要在腐蚀介质中使用的零部件来说,使用这种复合材料可以有效地延长零部件的使用寿命,降低维护成本。
同时,一些需要导电性能的零部件也可以借助添加导电陶瓷颗粒来实现,为电子行业、通讯行业等提供了新的材料选择。
综合来看,陶瓷增强聚合物纳米复合材料是一种具有广阔应用前景和巨大发展潜力的新型材料。
随着科技的不断发展和材料工程领域的进步,相信这种复合材料将在更多领域展现出其独特的优势,为现代工业的发展做出更大的贡献。
陶瓷基复合材料

Ceramic-matrix
注意事项 : (1)料浆应能与纤维表面保持良好润湿。料浆中包括:陶瓷基体粉末、 载液(通常是蒸馏水)和有机粘接剂,有时还加入某些促进剂和基体润湿 剂。为使纤维表面均匀粘附料浆,要求陶瓷粉体粒径小于纤维直径,并 能悬浮于载液和粘接剂混合的溶液中。 (2)纤维应选用容易分散的、捻数低的丝束,保持其表面清洁无污染。 在操作过程中尽量避免纤维损伤,并注意排除气泡。 (3)热压烧结应按预定规律(即热压制度)升温和加压。在热压过程中, 将发生基体颗粒重新分布、烧结和在外压作用下的粘性流动等过程,最 终获得致密化的陶瓷基复合材料。很多陶瓷基复合材料体系在热压过程 中往往没有直接发生化学反应,主要通过系统表面能减少的驱动,使疏 松粉体熔结而致密化。 存在的问题: (1)纤维和陶瓷粉末不容易复合成型。 (2)烧结时由于基体收缩或热压烧结时无粘性流动,会使颗粒和纤维 之间的机械作用而损伤纤维。 (3)目前,直径小于0.1微米-1微米的粉末很难买到。并且,其中的夹 杂物不易排除。同时,细的粉末在制造复合材料过程中又不易分散。 (4)在热压时会损伤纤维结构。
Ceramic-matrix
注意事项:
(1)与高聚物先驱体转化法不同的是,溶胶—凝胶工艺的先驱体是在溶液浸 进纤维编织坯件后在原位合成的。 (2)采用溶胶—凝胶法制备复合材料可以先制备复合凝胶体,即将复合的各 相以原子或分子级进行均匀混合形成复合溶胶和凝胶化,得到高纯、超细、均 相、分子级或包裹式的复合陶瓷粉末,再经成型、烧结而形成复合材料的基体 或者通过控制溶剂的蒸发速度将复合的溶胶凝胶化后,直接烧结成陶瓷基复合 材料。 (3)如果第二相是粉末或纤维,则可浸在适当的溶液中,通过形核和成长, 使溶液形成溶胶,均匀包围粉末和纤维,经凝胶化处理和热解后即形成陶瓷基 复合材料的基体。 (4)溶胶—凝胶法制备陶瓷基复合材料的质量保证关键主要有:选择合适的 先驱体反应物,控制溶液的浓度和pH值、气氛、分散剂、选用胶溶剂、去除 团聚以及使各相处于良好的分散状态等。
陶瓷是不是复合材料

陶瓷是不是复合材料陶瓷,作为一种古老而又神秘的材料,一直以来都备受人们的关注和喜爱。
它的独特性能和广泛应用使得人们对它充满了好奇和向往。
然而,关于陶瓷的性质和成分,人们却存在着一些疑惑。
其中一个疑问就是,陶瓷到底是不是一种复合材料呢?首先,我们来看一下什么是复合材料。
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的,具有优良的综合性能,其性能远远优于单一材料。
而陶瓷,通常是指一类无机非金属材料,它具有高硬度、高抗压强度、耐高温、耐腐蚀等特点。
从这些特点来看,陶瓷似乎并不符合复合材料的定义,因为它并不是由多种材料组合而成的。
但是,如果我们从更深层次的角度来看,就会发现陶瓷其实也具备了复合材料的特性。
首先,陶瓷在制备过程中通常会添加一些其他元素,如氧化铝、氧化锆等,以增强其性能。
这些添加元素的存在,使得陶瓷在结构上具有了复合材料的特征,从而使得陶瓷的性能得到了提升。
其次,陶瓷在实际应用中往往会与其他材料结合使用,比如与金属、塑料等材料进行复合,以满足不同的工程需求。
这种复合使用的方式,也使得陶瓷具备了复合材料的特性。
另外,从微观结构上来看,陶瓷也具备了复合材料的特征。
陶瓷通常由晶粒、晶间玻璃相和孔隙等组成,这些组分之间的相互作用和结合,使得陶瓷具有了复杂的结构和性能。
因此,从这个角度来看,陶瓷也可以被视为一种复合材料。
综上所述,虽然从表面上看,陶瓷并不是由多种材料组合而成的,但是从更深层次的角度来看,陶瓷却具备了复合材料的特性。
它在制备过程中的添加元素、与其他材料的复合使用,以及其微观结构的复杂性,都使得陶瓷具备了复合材料的特征。
因此,我们可以说,陶瓷确实可以被视为一种复合材料。
总之,陶瓷作为一种古老而又神秘的材料,其独特的性能和广泛的应用使得人们对它充满了好奇和向往。
虽然陶瓷并不是传统意义上的复合材料,但是从多个角度来看,它却具备了复合材料的特性。
这种特殊性使得陶瓷在各个领域都有着广泛的应用前景,也为我们提供了更多的创新可能性。
陶瓷及复合材料知识点

11. 界面结合类型:机械结合:组元间无任何化学反应,由纯粹的机械互锁而形成的结合;化学结合:组元间元素发生相互扩散、溶解及化学反应形成的结合
12. 界面功能:有效传递载荷.调节应力分布:
13. CVI特点:①适用面广②工艺温度低③对纤维机械损伤小③净成型⑤多孔性; CVI技术不能产生完全致密的陶基复材
1. 陶瓷基复合材料(CMC)定义:陶瓷基体中引入第二项材料,使之增强增韧的多项材料。
2. 陶瓷基复材包括:纤维(晶须)增韧(增强)~;异相颗粒弥散强化复相~;原位生长~;梯度功能~;纳米陶瓷复合材料;
3. SIC晶须/Si3N4复合材料有极好的:高温强度,断裂韧性.
4. 陶瓷脆性本质:结构中原子排列性状决定其缺乏像金属那样的塑性变形能力,在断裂过程中了产生新断裂表面所需表面能外,几乎没有其他吸取能量的机制.
14. 晶须(短切纤维)分散方法:球磨\超声振动\溶胶-凝胶法
15. JC/SIC比碳化硅纤维性能:①Hi-Nicalon纤维直径较粗②基体成分与纤维成分基本相同,组元元素间相互扩散速率小③纤维的纵向热膨胀系数(约0)比基体的(4.35*10^-6)小.
16. 晶须增强陶基复材制备中,晶须为何要分散,有哪些分散方法?为了消除晶须的团聚和族簇.;有 球磨\超声振动\溶胶-凝胶法
5. 纤维增强聚合物/金属,纤维承受较大比例载荷
6. 纤维复材断裂模式:纤维/基体界面结合弱,基体出现裂纹,界面局部解离,纤维在裂纹面间将破碎基体桥联起来,使复合材料继续承担载荷..
7. 裂纹偏转机制,纤维拔出机制:其中以纤维断头克服摩擦力从基体断裂面拔出消耗能量效果最为显著
陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料引言。
陶瓷基复合材料是一种由陶瓷基体和其他增强材料组成的复合材料。
它具有优异的耐磨、耐腐蚀、高强度和高温稳定性等特点,因此被广泛应用于航空航天、汽车制造、化工等领域。
本文将介绍陶瓷基复合材料的组成、性能和应用,并对其未来发展进行展望。
一、陶瓷基复合材料的组成。
陶瓷基复合材料通常由陶瓷基体和增强材料组成。
陶瓷基体可以是氧化铝、碳化硅、氮化硅等陶瓷材料,而增强材料则可以是碳纤维、玻璃纤维、陶瓷颗粒等。
这些材料通过复合加工技术,如热压、注射成型等,将陶瓷基体与增强材料紧密结合,形成具有优异性能的复合材料。
二、陶瓷基复合材料的性能。
1. 耐磨性,陶瓷基复合材料具有优异的耐磨性,可以在高速、高负荷条件下保持较长的使用寿命,因此被广泛应用于机械设备的零部件制造。
2. 耐腐蚀性,由于陶瓷基复合材料具有优异的化学稳定性,可以在酸、碱等腐蚀性介质中长期稳定运行,因此在化工领域得到广泛应用。
3. 高强度,陶瓷基复合材料在高温、高压条件下依然保持优异的强度和刚性,因此被广泛应用于航空航天领域。
4. 高温稳定性,陶瓷基复合材料在高温条件下依然保持稳定的性能,因此被广泛应用于发动机、燃气轮机等高温设备的制造。
三、陶瓷基复合材料的应用。
1. 航空航天领域,陶瓷基复合材料被广泛应用于航空发动机、航天器外壳等高温、高压零部件的制造。
2. 汽车制造领域,陶瓷基复合材料被应用于汽车刹车片、离合器片等零部件的制造,以提高其耐磨性和耐高温性能。
3. 化工领域,陶瓷基复合材料被应用于化工设备的制造,以提高其耐腐蚀性和耐高温性能。
四、陶瓷基复合材料的发展展望。
随着科学技术的不断进步,陶瓷基复合材料将会在性能和应用范围上得到进一步提升。
未来,我们可以期待陶瓷基复合材料在新能源领域、生物医药领域等新兴领域的广泛应用,为人类社会的发展做出更大的贡献。
结论。
陶瓷基复合材料具有优异的耐磨、耐腐蚀、高强度和高温稳定性等特点,因此在航空航天、汽车制造、化工等领域得到广泛应用。
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第九章其它材料第一节硬质合金一、定义是用粉末冶金方法制成,即将极细的金属粉末或金属与非金属粉末混合并于模具中加压成型,然后在低于材料熔点的某温度下加热烧结而成。
二、分类:金属陶瓷硬质合金、钢结硬质合金。
1. 金属陶瓷硬质合金1)成分将一些高硬难熔金属碳化物粉末(如WC、TiC等)和粘结剂(Co、Ni等)混合加压成型,再经高温烧结而成,其与陶结烧结成型方法相似。
2)特点硬度高(HRC69-81),热硬性好(可达(900-1000℃),故耐磨性优良。
硬质合金刀具的切削速度比高速钢提高(4-7)倍,寿命可提高(580)倍。
但硬质合金质硬性脆,不能进行机械加工,其常制成一定规格的刀片镶焊在刀体上使用。
3)应用除作切削刀具外,还广泛用于模具、量具等耐磨件制造,以及用于采矿、石油及地质钻探等的钎头和钻头等。
4)分类(1)钨钴类①主要牌号有YG3、YG6、YG8等,YG表示钨钴类硬质合金,后边的数字表示钴的含量的百分数。
②特点:合金含钴多,材料韧性好,但硬度耐磨性降低。
(2)钨钴钛类①主要牌号有YT5、YT15、YT30等,该类合金除含有Co和WC外,还有硬度比WC更高的TiC硬质粉末。
Y表示硬质合金,T表示含TiC,后面的数字是TiC的百分含量。
②特点:耐磨性高,热硬性好,但强韧性较低。
一般用于制作切削钢材的工具。
(3)YW类:该类合金含有TaC,是新型硬质合金。
TaC使合金热硬性显著提高;该合金适宜切削耐热钢、不锈钢、高锰钢和高速钢等切削性能差的钢材的刀具。
2. 钢结硬质合金1)成分硬化相:TiC、WC等;粘结剂:各种合金钢(如高速钢,铬钼钢)代替了Co、Ni;2)特点退火后可进行切削加工,还可进行淬火回火等工艺处理,可锻造和焊接,具有更好的使用和工艺性能。
3)应用适用于制造各种形状复杂的刀具,如麻花钻头、铣刀等,也可制作高温下工作的模具或零件等。
第二节陶瓷材料一、陶瓷的分类1、按化学成分分类:(1) 氧化物陶瓷,如Al2O3;(2) 碳化物陶瓷,如SiC;(3) 氮化物陶瓷:包括Si3N4;(4) 其他化合物陶瓷。
2、按性能和用途分类:(1)结构陶瓷:用于制造结构零部件,要求有更好的力学性能;(2)功能陶瓷:具有优异的物理和化学性能,用以制作功能器件。
二、陶瓷的性能特点原子结合:主要是离子键和共价键;性能特点:强度高、硬度大、熔点高、化学稳定性好、线膨胀系数小,且多为绝缘体;塑性、韧性和可加工性较差。
1、机械性能1)强度抗压强度比抗拉强度高得多,比值为10:1左右,高温强度比金属高得多;高温度时,强度有一定程度的下降,但其塑性韧性却大大提高,加之陶瓷材料优异抗氧化性,其可能成为未来高速高温燃气发动机的主要结构材料。
2)硬度:高硬度、高耐磨性。
3)陶瓷增韧:(1)增加致密度;(2) 相变增韧(体积效应和形状效应);(3) 纤维增韧。
2、其它性能1)热性能:熔点高、很好的高温强度和抗氧化性、但抗热震性能差。
2)电性能:好的绝缘材料;但由于杂质,某些组元等一系列成分因素的作用及一些环境因素的影响,有些陶瓷可以作半导体或压电材料,或热电材料或环境敏感材料等。
3)特殊性能:陶瓷薄膜具有独特的光、电、磁等物理化学性能。
可作功能材料。
三、常用工业陶瓷及其应用1、普通陶瓷1)成分是用天然原料制成的粘土类陶瓷,它是以粘土、长石和石英经配料,成型烧结而成。
2)特点质硬,不导电,易于加工成型;但其内部含有较多玻璃相,高温下易软化,耐高温及绝缘性不及特种陶瓷。
3)应用因其成本低,产量大,广泛用于工作温度低于200℃的酸碱介质、容器、反应塔、管道、供电系统的绝缘子和纺织机械中导纱零件等。
2、特种陶瓷1)氧化铝陶瓷(1)成分:Al2O3 + 少量的SiO2例、75瓷(含75% Al2O3)、95瓷(含95% Al2O3)和99瓷(含99%Al2O3Al2O3含量越高玻璃相含量越少,气孔越少,其性能也越好,但此时工艺变得复杂,成本升高。
(2)性能耐高温性好,在氧化性气氛中,可用到1950℃,且耐蚀性好;高硬度及高温强度(760℃时HRA87,1200℃时HRA80);很好的绝缘性能。
“缺点”是脆性大,不能承受冲击载荷,抗热震性差,不适合用于有温度急变场合。
(3)应用高温器皿;高速切削及难切削材料加工的刃具;耐磨轴承、模具及活塞、化工用泵和阀门;内燃机火花塞。
2)其他氧化物陶瓷(1)MgO陶瓷是典型的碱性耐火材料,用于冶炼高纯度铁及其合金、铜、铝、镁以及熔化高纯铀、钍及其合金。
(2)BeO陶瓷①性能:在还原性气中特别稳定,其导热性极好(与铝相近),故抗热冲击性能好;但氧化铍粉末及蒸气有剧毒②应用:高频电炉“坩埚”、高温绝缘子、激光管、晶体管散热片、集成电路基片等。
(3)ZrO2陶瓷①性能:高强且耐热性好,导热率高;室温下是绝缘体,但在1000℃以上变为导体。
②应用:用于离子导电材料(电极),传感及敏感元件及1800℃以上的高温发热体,还可用于熔炼Pt、Pd、Rh等合金的坩埚。
3)非氧化物工程陶瓷(1)氮化硅(Si3N4)陶瓷是目前强度最高的陶瓷,并具有优异的化学稳定性、热稳定性和耐磨性。
①性能:稳定性极好,除氢氟酸外能耐各种酸碱腐蚀,可抵抗熔融有色金属的侵蚀;氮化硅硬度很高,摩擦系数小(只有0.1~0.2,相当于加油的金属表面),耐磨性减摩性好(自润滑性好);很好的抗热震性。
②应用:,耐磨材料;耐腐蚀的零件(密封环,高温轴承);燃气轮机叶片;冶金容器和管道;精加工刀具。
(2)碳化硅(SiC)陶瓷①性能:最大特点是高温强度高,在1400℃时抗弯强度仍达(500-600)MPa;且其导热性好,仅次于BeO陶瓷,热稳定性耐蚀性耐磨性也很好。
②应用:主要可用于制作火箭尾喷管的喷嘴、炉管、热电偶套管,以及高温轴承、高温热交换器、密封圈和核燃料的包封材料等。
(2)氮化硼陶瓷A、六方氮化硼①性能:与石墨结构、性能相似,故又称“白石墨”,具有良好的耐热导热性,是理想的散热和高温绝缘材料;化学稳定性好,具有极好的自润滑性,其硬度较低,可进行机械加工,作成各种结构的零件。
②应用:一般用作熔炼半导体材料坩埚和高温容器,半导体散热绝缘件,高温润滑轴承和玻璃成型模具等。
B、立方氮化硼为立方结构,结构紧密,其硬度与金刚石接近,是优良的耐磨材料,常用于制作刀具。
第三节复合材料一、定义复合材料是由两种或两种以上化学本质不同的组成人工合成的材料。
其结构为多相,一类组成(或相)为基体,起粘结作用,另一类为增强相。
是一种多相材料,其某些性能比各组成相的性能都好。
二、分类1、按结构分:金属基复合材料、高分子基复合材料、陶瓷基复合材料。
2、按性能分:功能复合材料、结构复合材料。
3、按增强相分:颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料(玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、SiC纤维等)、层状增强复合材料。
三、特点1、比强度和比模量大;例如、碳纤维和环氧树脂组成的复合材料,其比强度是钢的7倍,比弹性模量比钢大3倍。
2、耐疲劳性能比较高;例如、碳纤维一聚树脂复合材料的疲劳极限是抗拉强度的70%-80%,而金属材料的疲劳极限只有抗拉强度的40%-50%。
3、减震性能好;4、耐高温性能好;高温强度和弹性模量均较高;例如、LC4铝合金,在400℃时,弹性模量接近于零,抗拉强度值也从室温时的500MPa降至30—50MPa。
而碳纤维或硼纤维增强组成的复合材料,在400℃时,强度和弹性模量可保持接近室温下的水平。
5、断裂安全性好;断裂时应力迅速重新分布,载荷由未断裂的纤维承担起来。
6、其它性能特点还具有良好的化学稳定性、隔热性、烧蚀性以及特殊的电、光、磁等性能。
7、主要问题断裂伸长小,抗冲击性能尚不够理想,生产工艺方法中手工操作多,难以自动化生产,间断式生产周期长,效率低,加工出的产品质量不够稳定等;成本比其它工程材料高得多。
四、应用1、颗粒增强复合材料:主要应用于高硬度高耐磨的工具和耐磨零件。
2、弥散强化复合材料:主要应用在原子能工业等部门,是高频电子仪器(如大功率行波管)中必不可少的导电结构材料。
3、碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCP/Al):用于制造大功率汽车发动机的柴油机的活塞、连杆、刹车片等;以及制造火箭、导弹构件、红外及激光制导系统构件;理想的精密仪表中高尺寸稳定性材料。
4、热塑性玻璃钢与热固性玻璃钢:工程结构。
5、碳纤维-树脂复合材料:主要应用于航空航天、机械制造、汽车工业及化学工业中。
6、硼纤维-树脂复合材料:主要用于航空航天和军事工业。
7、碳化硅纤维-树脂复合材料:主要用于航空航天工业。
8、长纤维增强金属基复合材料:主要应用领域是航天航空,先进武器和汽车领域,同时在电子、纺织、体育等领域也具有广泛的应用潜力。
9、铝基、镁基复合材料:主要用作高性能的结构材料;10、钛基耐热合金及金属间化合物基复合材料:主要用于制造发动机零件;11、铜基和铅基复合材料:特殊导体和电极材料,在电子行业和能源工业中具有广泛的应用前景。
12、氧化铝短纤维增强铝基复合材料:在汽车制造等行业获得广泛应用。
13、碳化硅晶须增强铝基复合材料:是针对航天航空等高技术领域的实际需求而发开的一类先进的复合材料。
14、短纤维增强金属基复合材料:一般用于航空航天航海和军事等部门。
15、晶须增强金属基复合材料:已用于制造飞机的支架,加强筋,挡板和推杆,导弹上的光学仪器平台,惯导器件等。
16、长纤维增强陶瓷基复合材料目前用于增强陶瓷材料的长纤维主要是碳纤维或石墨纤维,它能大幅度的提高冲击韧性和热震性,降低陶瓷的脆性,而陶瓷基体则保证纤维在高温下不氧化烧蚀,使材料的综合力学性能大大提高。
如碳纤维-Si3N4复合材料可在1400℃长期工作,用于制造飞机发动机叶片;碳纤维-石英陶瓷的冲击韧性比烧结石英大40倍,抗弯强度大(5—12)倍,能承受(1200—1500)℃的高温气流冲蚀,可用于宇航飞行器的防热部件上。