非金属材料和复合材料
工业材料分类
工业材料分类
工业材料是指在工业生产中使用的各种原材料和制品。
根据其性质和用途的不同，工业材料可以分为金属材料、无机非金属材料和有机材料三大类。
金属材料是指主要由金属元素组成的材料，具有导电、导热、强度高等特点。
金属材料的分类又可以分为铁基金属、有色金属和合金三类。
铁基金属主要包括铁、钢、铸铁等，是工业生产中使用最广泛的金属材料。
有色金属包括铜、铝、镁、锌等，具有优良的导电、导热性能，广泛用于电气、航空航天等领域。
合金是由两种或两种以上金属或非金属元素组成的材料，具有综合性能优良的特点，如不锈钢、铝合金等。
无机非金属材料是指除金属材料外的其他材料，主要包括陶瓷材料、玻璃材料和复合材料。
陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀等特点，广泛应用于建筑、化工等领域。
玻璃材料透明、硬度高，被广泛用于建筑、家具等领域。
复合材料是由两种或两种以上不同材料组合而成的材料，具有综合性能优良的特点，如碳纤维复合材料、玻璃钢等。
有机材料是指由有机物质构成的材料，主要包括塑料、橡胶和纺织品。
塑料是一种具有可塑性、耐腐蚀、绝缘等特点的材料，广泛用于包装、建筑、医疗等领域。
橡胶具有弹性、耐磨损等特点，广泛应用于轮胎、密封件等领域。
纺织品包括棉、毛、丝、化纤等，是
制作服装、家居用品的重要材料。
工业材料根据其性质和用途的不同可以分为金属材料、无机非金属材料和有机材料三大类，每种材料又可以进一步细分。
不同类型的工业材料在工业生产中发挥着不可替代的作用，推动着工业的发展和进步。
希望通过对工业材料分类的了解，能够更好地应用于工业生产中，促进工业的持续发展。
工程材料及金属热处理知识
工程材料及金属热处理知识工程材料是指用于机械、建筑、电气等领域的材料。
它们通常需要具有高强度、耐腐蚀、耐磨损等特性。
工程材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料是最常见的工程材料，包括铁、钢、铜、铝、镁等金属以及它们的合金。
金属材料具有良好的导电性、导热性、高强度和塑性。
常见的金属材料处理方法有退火、淬火、回火、冷作等。
其中，淬火是加热金属到一定温度后迅速冷却，目的是增加材料的硬度和强度；回火则是通过再次加热金属来减轻淬火后的内应力，使得金属具有更好的韧性。
非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等。
它们通常具有较低的密度、化学稳定性、耐腐蚀和绝缘性。
热处理方法主要包括退火、烧结和化学处理。
复合材料是将不同材料组合在一起形成的新材料，如碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料等。
这种材料结合了各种材料的优点，因此在许多领域都有广泛的应用。
金属的热处理是一种改变金属结构和性质的方法。
经过热处理，金属可以获得更高的硬度、强度和耐蚀性。
以下是一些金属热处理方法的描述：退火：将金属加热到适当温度，保持一段时间后缓慢冷却。
该方法可使金属软化、去除内部应力，并提高延展性和冲击性能。
淬火：将金属加热到一定温度，然后迅速冷却。
这会使金属的组织产生变化，从而提高硬度和强度。
回火：通过在较低的温度下将金属加热一段时间，以达到减轻淬火后产生的内部应力的目的。
正火：将金属加热到适当的温度，然后在空气中自然冷却。
这样的过程可以增加材料的硬度和强度。
淬化：使用醇类或水溶液使淬火后的金属变脆，然后在热水中浸泡一段时间来恢复其硬度和强度。
热处理对于工程材料的重要性不言而喻。
能够正确选择和使用热处理方法将有助于确保材料能够耐用、稳定地运行，并具有所需的物理和化学性质。
非金属复合材料
王斌斌非金属复合材料非金属材料包括除金属材料以外几乎所有的材料，主要有各类高分子材料（塑料、橡胶、合成纤维、部分胶粘剂等）、陶瓷材料（各种陶器、瓷器、耐火材料、玻璃、水泥等）和各种复合材料等。
本文主要介绍复合材料。
复合材料是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。
所以复合材料可以认为是一种多相材料，它的某些性能比各组成相的性能都好。
一、复合材料的基本类型复合材料按基体类型可分为金属基复合材料、高分子基复合材料和陶瓷基复合材料等三类。
目前应用最多的是高分子基复合材料和金属基复合材料。
复合材料按性能可分为功能复合材料和结构复合材料。
前者还处于研制阶段，已经大量研究和应用的主要是结构复合材料。
复合材料按增强相的种类和形状可分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层状增强复合材料。
其中，发展最快，应用最广的是各种纤维增强的复合材料。
二、复合材料的特点1、比强度和比模量许多近代动力设备和结构，不但要求强度高，而且要求重量轻。
设计这些结构时遇到的关键问题是所谓平方－立方关系，即结构强度和刚度随线尺寸的平方（横截面积）而增加，而重量随线尺寸的立方而增加。
这就要求使用比强度（强度/比重）和比模量（弹性模量/比重）高的材料。
复合材料的比强度和比模量都比较大，例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的七倍，比模量比钢大三倍。
2、耐疲劳性能复合材料中基体和增强纤维间的界面能够有效地阻止疲劳裂纹的扩展。
疲劳破坏在复合材料中总是从承载能力比较薄弱的纤维处开始的，然后逐渐扩展到结合面上，所以复合材料的疲劳极限比较高。
例如碳纤维－聚酯树脂复合材料的疲劳极限是拉伸强度的70%～80%。
3、减震性能许多机器、设备的振动问题十分突出。
结构的自振频率除与结构本身的质量、形状有关外，还与材料的比模量的平方根成正比。
材料的比模量越大，则其自振频率越高，可避免在工作状态下产生共振及由此引起的早期破坏。
非金属材料
常用工程材料
❖ 非金属材料
1.1 高分子材料 1.2 陶瓷材料 1.3 复合材料
机械工业中使用的非金属材料可分为三大类:高分子材料(如 塑料、胶粘剂、合成橡胶、合成纤维等)、陶瓷(如日用陶瓷、金 属陶瓷等)、复合材料等。
常用工程材料
1.1 高分子材料
1. 工程塑料 密度小 强度、 硬度低 工程塑料
常用工程材料
1.3 复合材料
2. 复合材料的分类（按增强相的性质和形态）
(3)颗粒复合材料
颗粒复合材料是一种或多种颗粒均匀分布在基体材料内而 制成的
颗粒起增强作用
常用工程材料
1.3 复合材料
2. 复合材料的分类（按增强相的性质和形态）
(3)颗粒复合材料
常用的颗粒复合材料有两类:
•一类是颗粒与树脂复合 •另一类是陶瓷粒与金属复合
常用工程材料
1.3 复合材料
2. 复合材料的分类（按增强相的性质和形态）
(1)纤维增强复合材料
玻璃纤维增强复合材料是以玻璃纤维及制品为增强剂,以树脂 为粘结剂而制成的,俗称玻璃钢
碳纤维增强复合材料是以碳纤维或其织物为增强剂,以树脂、 金属、陶瓷等粘结剂而制成的
常用工程材料
1.3 复合材料
2. 复合材料的分类（按增强相的性质和形态）
机械制造基础
常用工程材料 1.2 陶瓷材料
常用工程材料
1.3 复合材料
复合材料是由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质,经人工 合成的多相固体材料
复合材料既保持了各组成材料的最佳性能特点,又具有组合后新的 特性
常用工程材料
1.3 复合材料
1. 复合材料的性能特点
(1)比强度和比模量高 (2)抗疲劳性能好 (3)减震性 除了上述几种特性外,复合材料还具有较高的耐热性和断裂安全性, 良好的自润滑和耐磨性等。但复合材料伸长率小,抗冲击性差,横向强 度较低,成本较高
材料的分类
传统的无机非金属材料 之二：玻璃
玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。
传统的无机非金属材料 之三：水泥
水泥是指加入适量水后 可成塑性浆体，既能在空气 中硬化又能在水中硬化，并 能够将砂、石等材料牢固地 胶结在一起的细粉状水硬性
材料。
传统的无机非金属材料 之四：耐火材料
耐火材料是指耐火度不低于 1580℃的无机非金
属材料。
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种 简单低分子化合物经聚合而 组成的分子量很大的化合物。
4. 复合材料
复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织 结构不同的材料组合而成。
ห้องสมุดไป่ตู้
2. 无机非金属材料
无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸 盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮 化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化 物等原料经一定的工艺制备而成的材料。
传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
普通陶瓷即传统陶瓷，是
指以粘土为主要原料与其它天
然矿物原料经过粉碎混练、成
型、煅烧等过程而制成的各种
0.1.1 按化学组成（或基本组成）分类：
1. 金属材料 2. 无机非金属材料 3. 高分子材料（聚合物）
4. 复合材料
1.金属材料
金属材料是由化学元素周期 表中的金属元素组成的材料。可 分为由一种金属元素构成的单质 （纯金属）；由两种或两种以上 的金属元素或金属与非金属元素
构成的合金。合金又可分为固溶
体和金属间化合物。
合金中的金属间化合物：
金属间化合物可分为三类，即由负电性决定的原子
价化合物（简称价化合物）、由电子浓度决定的电子
化合物（亦称为电子相）以及由原子尺寸决定的尺寸 因素化合物。除了这三类由单一元素决定的典型金属 间化合物外，还有许多金属间化合物，其结构由两个 或多个因素决定，称之为复杂化合物。
12 第八章 非金属材料简介
图8-1 线型非晶态高聚物的温度-形变曲线
图8-2线型晶态高聚物的温度-形变曲线
4/25
(2)线型晶态高聚物和体型高聚物的力 学状态 晶态高聚物的热-机曲线如图8-2所示 (图中Tm为熔点)，这种高聚物分为一般 分子量和很大分子量两种情况。一般分 子量的高聚物在低温时，链段不能活动， 变形小，因此在Tm以下与非晶态高聚物 的玻璃态相似，高于Tm则进入粘流态。 分子量很大的晶态高聚物存在高弹态 (Tm-Tf)。由于高分子材料只是部分结晶， 非晶区柔性好，晶区刚性好，因而在非 晶区的Tg与晶区的Tm温度区间，处于韧 性状态，即皮革态。 体型高聚物的力学状态与交联点的密度 有关，密度小，链段仍可运动，具有高 弹态，如轻度硫化的橡胶。交联点密度 大，则链段不能运动，此时Tg = Tf，高 聚物变得硬而脆，如酚醛塑料。
8/25
（3）常用工程塑料 工程塑料是指力学性能和热性能均较好，可在承受机械应力 和较为苛刻的化学及物理环境下使用，并可作为工程结构件的 塑料。 常用塑料的性能见表8-2
PS管 PE波纹管
PP方向盘
ABS阀门 聚四氟 乙烯管
聚四氟乙 烯零件
密 封 件
电器配件9/25源自• 1)一般结构用塑料 一般结构用塑料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和ABS塑料等。 聚乙烯(PE)的合成方法有低压、中压、高压三种。高压聚乙烯质地柔软， 适于制造薄膜。低压聚乙烯质地坚硬，适于做结构件，如化工管道、电缆绝 缘层、小负荷齿轮、轴承等。 聚氯乙烯(PVC)成本低，但有一定毒性。根据增塑剂的用量不同分为硬质和 软质两种。硬质聚氯乙烯主要用于工业管道系统及化工结构件等，软质聚氯 乙烯主要用于薄膜、电缆包覆等。 聚苯乙烯(PS)电绝缘性优良，但脆性大，主要用于日用、装潢、包装及工 业制品，如仪器仪表外壳、接线盒、开关按钮、玩具、包装及管道的保温层、 耐油的机械零件等。 聚丙烯(PP)具有优良的综合性能，可用来制造各种机械零件，如法兰、齿 轮、接头、把手，各种化工管道、容器，以及医疗器械、家用电器部件等。 ABS塑料是由丙烯腈(A)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)三种单体共聚而成，兼具三 组分的性能，是具有“坚韧、质硬、刚性”的材料，在机械、电气、纺织、 汽车、飞机、轮船等制造工业及化学工业中被广泛应用。
什么是金属材料
什么是金属材料、无机非金属材料、
有机合成材料、复合材料
金属材料：包括纯金属和合金。
合金：在金属中加热熔合某些金属或非金属，就制得具有金属
特征的合金。
如铜材、钢材、铝材、铁合金之类。
无机非金属材料：指由非金属元素组成
（如石墨、氧化硅）或者金属元素的氧化物
及其它盐类化合物（如铁红颜料、白刚玉、
玻璃、水泥、陶瓷）。
有机合成材料：指人工合成的有机物材料，
如各种有机高分子材料，包括合成塑料，
合成橡胶，合成纤维
复合材料：一般指纤维增强的各种材料。
包括有机复合材料（树脂基复合材料）、
金属基复合材料及陶瓷基复合材料等。
如玻璃钢，钢筋混凝土
关于复合材料
水泥、玻璃钢、汽车轮胎都是常见的复合材料吗？复合材料使用的历史可以追溯到古代。
钢筋混凝土由两种材料复合而成。
20世纪
40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃
纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了
复合材料这一名称。
汽车轮胎汽车轮胎主要
材料实际上是一种橡胶和碳黑的复合材料。
机械工程中常用的非金属材料有哪些
机械工程中常用的非金属材料有哪些
在机械工程中，常用的非金属材料包括：
1. 塑料：如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等。
塑料具有良好的绝缘性能、低密度和较高的化学稳定性，在机械工程中常用于制造零件和外壳。
2. 复合材料：由两种或更多种材料组成的复合材料，如碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
复合材料具有高强度、低密度、耐腐蚀等特点，在机械工程中广泛用于制造结构件和零部件。
3. 橡胶：如天然橡胶、合成橡胶等。
橡胶具有良好的弹性、耐磨性和密封性能，广泛用于制造密封件、悬挂件和缓冲件等。
4. 玻璃：如钢化玻璃、石英玻璃等。
玻璃具有透明、耐热、耐酸碱腐蚀等特点，在机械工程中常用于制造视窗、仪表盘和光学器件等。
5. 陶瓷：如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等。
陶瓷具有高硬度、高耐磨性和耐高温性能，常用于制造轴承、密封件和热障涂层等。
以上是机械工程中常用的非金属材料，它们在机械工程中具有不同的特性和应用，能够满足不同的工程需求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
复合材料的性能特点
• 1、比强度和比模量高， 2、疲劳强度高， 3、良好的减摩、耐磨性和较强的减振能力。 4、高温性能好，抗蠕变能力强。 5、断裂安全性高 6、成形工艺性好
复合材料的性能特点
* 纤维增强复合材料 玻璃纤维复合材料 热固性玻璃钢 热塑性玻璃钢 碳纤维复合材料 碳纤维-树脂复合材料 碳纤维-金属（或合金）复合材料
陶瓷材料
• 陶瓷材料是指以天然硅酸盐（粘土、石英、长 石等）或人工合成化合物（氮化物、氧化物、碳 化物等）为原料，经过制粉、配料、成型、高温 烧结而成的无机非金属材料。
陶瓷的分类
按原料不同，陶瓷分为普通陶瓷（传统陶瓷） 和特种陶瓷（近代陶瓷）；按用途不同，陶瓷分 为工业陶瓷和日用陶瓷；按化学组成不同，陶瓷 分为氮化物陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷等
•
颗粒增强复合材料
金属陶瓷 弥散强化合金
表面复合材料
* 层状复合材料
塑料-金属多层复合材料这类复合材料的典型代表是SF型三层复合材料
1—表面层（塑料） 2—中间层（多孔性青铜） 3—钢基体
SF型三层复合材料结构
它是以钢为基体，烧结铜网或铜球为中间层，塑料为表面层 的一种自润滑材料。其整体性能取决于基体，而摩擦磨损性能取 决于塑料。中间层系多孔性青铜，其作用是使三层之间有较强的 结合力，且一旦塑料磨损露出青铜也不致磨伤轴。这种复合材料 比用单一的塑料提高承载能力20倍，提高热导率50倍，热膨胀系 数降低75%，因而提高了尺寸稳定性和耐磨性，适用于制作高应 力、高温及低温和无油润滑条件下工作的各种滑动轴承，已应用 于汽车、矿山机械、化工机械中。
• 橡胶的分类 按原料来源可分为天然橡胶和合成橡胶；按 应用范围可分为通用橡胶和特种橡胶。
橡胶的性能特点 橡胶最显著的性能特点是在很宽的温度范围 内（－50～150℃）具有高弹性。其主要表现为在 较小的外力作用下就能产生很大的变形，最大伸 长率可达800%～1000%，其宏观弹性变形量可高达 100%～1000%。
塑料的分类
• 按树脂的性质分类 热塑性塑料 热固性塑料 按塑料使用范围分类 通用塑料 工程塑料 特种塑料
橡胶
• 橡胶的组成 １、生胶未加配合剂的天然或合成橡 胶统称为生胶，是橡胶制品的主要组分。 2、配合剂配合剂是用以改善和提高橡 胶制品的性能而加入的物质。常用的有： 硫化剂、硫化促进剂、增塑剂、填充剂、 防老剂、增强材料及着色剂、发泡剂、电 磁性调节剂等。
分类
按基体的不同，分为非金属基体和金属基体 两类。金属基主要有Al、Mg、Ti、Cu等和它们的 合金，非金属基主要有合成树脂、橡胶、陶瓷和 水泥等。按增强相种类和形状不同，分为颗粒、 晶须、层状及纤维增强复合材料。按性能不同， 分为结构复合材料和功能复合材料两类。结构复 合材料是指用以制作结构和零件的复合材料，功 能复合材料是指具有某些物理功能和效应的复合 材料，如导电、超导、半导、磁性、阻尼、屏蔽 等复合材料。
第六章 非金属材料 和复合材料
高分子材料的结构 • 常用高分子材料
塑料的组成
• 塑料是以树脂（天然的或合成的）为主要组分，加入 一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成的。因 其通常在加热、加压条件下塑制成型，故称为塑料。 1、树脂树脂是一种高分子化合物，是塑料的主要组 分，在塑料中的占有量为30%～100%。树脂在塑料中也起 粘接其它物质的作用。树脂的种类、性能、数量决定了塑 料的类型和主要性能 2、添加剂为改善塑料某些性能而必须加入的物质称 添加剂。常用的有：填料（填充剂）、增塑剂；固化剂； 稳定剂（防老剂）；润滑剂；着色剂及发泡剂、催化剂、 阻燃剂、抗静电剂等
• 陶瓷的性能
陶瓷的力学性能 陶瓷的物理性能 陶瓷的化学性能
• 常用的陶瓷材料
普通陶瓷 特种陶瓷
复合材料
• 复合材料是两种或两பைடு நூலகம்以上不同化学成
分或不同组织结构的物质，通过一定的工 艺方法人工合成的多相固体材料。
复合材料的组成及分类
• 组成一类是基体，是连续相，起粘结、保护、 传递外加载荷的作用。另一类为增强材料是分散 相，起承受载荷、提高强度、韧性的作用。