材料学概论-非金属材料ppt课件

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• (3) 非氧化物
• 指不含氧的金属碳化物、氮化物、硼化物，碳化 物
• 主要由强大共价键结合，也有部分金属键和离子
键 碳化物 共价键和金属键的过渡相
间隙相—C溶入TiC 复杂碳化物——Fe3C
氮化物
氮化物 BN 六方晶格 Si3N4 AlN 六方晶格
与石墨结构相似
硼化物和硅化物 B、Si原子间具有较强的共价结合 P243
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岛状 镁橄榄石Mg2[SiO4]
硅
硅钙石Ca3[Si2O7]
氧
组群状 蓝维石BaTi[Si3O9]
四
绿宝石Be3Al2[Si6O18]
面
链状
透辉石CaMg[Si2O6]
体 连
透闪石Ca2Mg5[Si14O11]2(OH)2
接
层状 镁橄榄石Mg2[SiO4]
方
式
架状 石英SiO2
钠长石Na[AlSi3O8]
•3、合成纤维
•以石油、煤、天然气为原料制成合成纤维，性能见P225表 10-3.有强度↑密度↓耐磨、蚀好，人造纤维用自然界加工而成 如人造丝、棉、黏胶纤维、硝化纤维、醋酸纤维。
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第二节 陶瓷材料
• 一、陶瓷材料的概述
• 1、概念 • 传统——指以粘土为主要原料与其它天然矿物原
料经粉碎—混炼—成形——煅烧等过程制成的各 种制品 • 现代——包括各种硅酸盐材料和制品在内的无机 非金属材料的通称
体
形成针状英来石长大
变
发生烧结过程、体积收缩
化
析出长大针状英来石
冷却阶段（烧成温度～室温） 液相在750～550℃固态玻璃
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残留石英由高温向低温转变
• 2、晶体相 • 晶相种类、发育和存在状态、晶体取向、形态等
决定陶瓷主要用途和特点。 • 主晶体相—为陶瓷中数中晶体中数量最多，且作
用最大的晶体 • 日用陶瓷中的主晶体相为英来石 • 陶瓷中的晶体相主要有硅酸盐、氧化物和非氧化
• 1、陶瓷的组织P239 图10-18、19 • 传统——由粘土、石英、长石组成体系
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低温阶段（20～300℃） 残余水分排除
结构水排除
烧
分解及氧化阶段（20～300℃）
有机、碳素和无机氧化 碳酸盐、硫化物分解
成Fra Baidu bibliotek
低温晶型转变成高温晶型
式
氧化分解继续进行
冷
共溶体等液相相继
却
各组成相续溶解
坯
高温阶段（950℃ ～烧成温度 ） 成粒状或片状一次英来石
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①通用塑料
聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚酸塑 料和氨基塑料
②工程塑料
力学性能好，高温下长期使用。如ABS、 聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯
③塑料成形工艺
挤压成形 吹塑成形
注射成形
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•2、合成橡胶
• 橡胶在室温有高弹性能，在温度范围↑↑处于高弹态，即较
小力产生较大变形，外力去除，回复原状。良好伸缩性、储 能能力、耐磨、隔声、绝缘等，用于弹性材料、密封材料和 传动材料。合成橡胶由石油、天然气、煤等制成单体，再由 单体制成聚合反应而成。天然来自橡胶树
第九章 非金属材料
第一节 高分子材料 第二节 陶瓷材料 第三节 复合材料
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指金属以外的其它材
料。机械工程主要使用的
非金属材料有高分子材料、
复
陶瓷材料以及复合材料。
合
材
料
船
体
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第一节 高分子材料
• 一、基本概念
• 以高分子化合物为主要组分的材料
有机高分子化合物
天然—蚕丝、羊毛、纤维素、天然橡胶等 人工—把低分子化合物聚合成高分子化合物
骨架
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• 4、气孔 • 由原材料中的气孔和成型后颗粒间的气孔构成
①开口气孔——一端封闭，另一端与外界相通 ②闭口气孔——封闭在制品中不与外界相通 ③贯通气孔——贯通制品的两面
• 三、陶瓷的性能
• 具有强化学键，σb↑HB↑抗蚀↑高温性能↑ • 具有绝缘、导体、半导体和超导体特性—光学、
磁学、电学、力学
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• 2、特种陶瓷
①氧化物陶瓷——Tm>2000℃.单相多晶结构.如 Al2O3、ZrO2 ②非氧化物陶瓷——HB↑耐磨性↑脆性↑抗氧化 900～1000 ℃如硅化物、硼化物
无机高分子化合物
加成聚合反应（加聚反应）
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缩合聚合反应（缩聚反应）
• 二、高聚物的基本性能及特点
重量轻
绝缘好
1、物理性能 减摩、耐磨性
耐热差 耐腐蚀
高弹性 滞弹性
2、力学性能 实际强度低
开裂现象
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老化
• 三、工程高分子材料
高分子材料
塑料 合成橡胶 合成纤维
•1、塑料 • 以树脂为基础，再加入用来改善性能的各种添加剂， 如填充剂、增塑剂、稳定剂、固化剂、着色剂、润 滑剂等
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• 3、玻璃相 • 陶瓷中含20～40%玻璃相 ①将晶体相粘连起来，填充晶体相之间的空隙.致密↑ ②降低烧成温度，加快烧结过程 ③阻止晶体转变，抑制晶体长大 ④获得一定程度的玻璃特性.如透光性等
• 当玻璃由熔融态转变为无定形固态时，液态的无 规则结构被冻结下来
• 玻态结构：硅氧四面体组成不规则的空间网.形成
物三种
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• (1) 硅酸盐
• 构成硅酸盐晶体结构的基本单元是[SiO4]硅氧四 面体。图10-20、P239
• Si/O=0.29（半径之比） 共价键
• (2) 氧化物—以离子键结合，也有部分共价键
• 陶瓷中最重要的氧化物类型：AO、AO2、A2O3 、ABO3、AB2O4（A、B表示阳离子）
• 结构的共同特点：氧离子（一般比阳离子大）进 行紧密排列，金属阳离子位于一定间隙中，即四 面体和八面体间隙中P241
3、光学性能 ①高温透镜材料 ②建筑瓷砖、艺术砖
• 4、电学性能
①导电性能 ②介电性能
• 5、磁学性能 磁性陶瓷—铁氧体
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• 四、常用陶瓷
• 1、传统陶瓷 • 粘土——长石——石英组成
①日用瓷—良好的白度、光泽度、透光度、热稳 定性和机械强度 ②普通工艺陶瓷—火石器（陶器与瓷器之间的陶 瓷）及精陶
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• 1、力学性能 ①弹性 E↑——气孔率↑E↓ ②硬度 离子半径↓ 离子电价↑ 配位数↓
结合力 ↑HB↑ ③脆性断裂和强度 抗压σb=10抗拉σb ④塑性 滑移系↓位错运动的切应力↑
塑性开始温度为0.5Tm（Tm熔点绝对温度）
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• 2、力学性能
①热膨胀 比金属低得多 ②导热性 比金属低得多 ③热稳定性
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• 2、分类
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• 3、生产 原料的制备
坯料的成型
粘土 石英 长石 可塑成型 注浆成型 压制成型
制品的烧成或烧结
传统—烧成T为1250～1450℃
特种—烧结T为熔点的2/3 ～ 4/5
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• 二、陶瓷的组织与结构
• 陶瓷—由固相和气孔两部分构成的非均质体 各种形状和大小的气孔与晶相、玻璃相三者 在陶瓷制品中空间的相互关系（数量及分布 结合）构成陶瓷的组织结构