第5章_非铁材料.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章非铁材料,5.1,非铁金属及其合金,5.1.1,铝及铝合金,纯铝,特性,：银白色的金属，具有面心立力方晶格，密度为,2.7g/cm,3,，导电性、导热性好，强度低，塑性好。,主要用途,：,配制铝合金,，在电气工业中用铝,代铜作导线、电容器,等。,5.1.1,铝及铝合金,分类,工业高纯铝（,LG1,LG5,）,工业纯铝（,L1,L7,）,5.1.1,铝及铝合金,（序号越大，纯度越低）,5.1.1,铝及铝合金,铝的,强度低,，不宜作承力结构材料使用。加入硅、铜、镁、锰等合金元素，其强度比纯铝高几倍，可用于制造承受一定载荷的机械零件。,铝根据二元相图，可分为,变形铝合金,和,铸造铝合金,两大类。,5.1.1,铝及铝合金,铝合金,比重小，比强度高。,在空气中的抗蚀性好。,容易加工。,5.1.1,铝及铝合金,1,、,形变铝合金,分类：,防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金。,防锈铝合金,：,Al-Mg,和,Al-,Mn,合金，特点是耐蚀性能好，易加工和焊接，但强度低不能通过热处理强化；,硬铝合金,：,Al-Cu-Mg,和,Al-Cu-Mg,合金，特点是有极强的失效硬化能力，强度高，耐蚀性和焊接性差；,超硬铝合金,：,Al-Cu-Mg-Zn,合金，特点是强度很高；,锻铝合金,：,Al-Mg-Si-Cu,和,Al-Cu-Mg-Ni-Fe,合金，具有良好的热塑性、铸造性能和较高的力学性能。,5.1.1,铝及铝合金,5.1.1,铝及铝合金,2,、,铸造铝合金,分类：,Al-Si,系、,Al-Cu,系、,Al-Mg,系、,Al-Zn,系、,Al-Re,系等合金。,Al-Si,系合金具有优良的铸造性能，加入,Cu,、,Mg,、,Mn,等元素使其强化，通过热处理可进一步提高力学性能；,Al-Cu,系合金有较高的强度和耐热性，但铸造性能差；,Al-Mg,系合金属高强度、高耐蚀合金；,Al-Zn,系合金有自淬火效应铸造后经变质、失效处理后强度较高，但耐蚀性差，热裂倾向大；,Al-Re,系合金有良好的铸造和耐热性能。,5.1.1,铝及铝合金,5.1.2,铜及,铜合金,纯铜（紫铜）物理性能,：密度为,8.94g/cm,3,，熔点为,1083,，无磁性。具有面心立方结构无同素异构转变。,5.1,非铁金属及其合金,5.1.2,铜及,铜合金,特点,：具有优良的导电性、导热性，很高的化学稳定性和良好的抗蚀性能。纯铜的强度不高，硬度低，塑性很好。经冷变形加工后，强度提高，但伸长率下降。,工业纯铜加工产品代号有,T1,、,T2,、,T3,、,T4,四种。主要用于制作,电线、蒸发器等。,5.1,非铁金属及其合金,铜合金,机械性能好,摩擦系数小,在空气环境下具有良好的抗蚀性。,容易加工。,1.,黄铜,以,锌,（含量小于,50%,）为主要加入元素的铜合金。,分类（铸造,在其前加,“,Z,”,）,特殊黄铜,在普通黄铜基础上加入,Al,、,Mn,、,Si,、,Pb,等元素,普通黄铜,（铜锌合金）,表示方法,（,H+,铜含量）,表示方法（,H+,主要元素符号,铜含量主加元素含量）,HMn58-2,H62,5.1.2,铜及,铜合金,1.,黄铜,5.1.2,铜及,铜合金,2.,白铜,以,Ni,为主要元素（含量小于,50%,）的铜合金。,分类（铸造,在其前加,“,Z,”,）,特殊白铜,在简单白铜基础上加入,Fe,、,Zn,、,Mn,、,Al,等元素,简单白铜,（铜镍合金）,表示方法,（,B+,镍含量）,表示方法（,B+,主要元素符号,镍含量主加元素含量）,BFe5-1,B30,5.1.2,铜及,铜合金,3.,青铜,除,Ni,和,Zn,以外的其它元素为主要合金元素的铜合金。,青铜的代号用（,Q+,主加元素符号,+,主加元素百分含量,+,其他元素的百分含量）表示。,5.1.2,铜及,铜合金,）锡青铜,以锡为主要加入元素的铜合金。,锡含量是决定锡青铜性能的关键，含锡量,5,7%,的锡青铜塑性最好，适用于冷热加工；含锡量大于,10%,的锡青铜，强度升高，塑性很低，只作铸造用。,5.1.2,铜及,铜合金,）铝青铜,以,Al,为主要加入元素的铜合金。铝的含量小于,12%,。,铝青铜的强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，并能进行热处理强化。,工业上压力加工用的铝青铜一般含铝量低于,5,7%,；含铝,10%,左右的合金，强度高，用于热加工或铸造用材。,5.1.2,铜及,铜合金,）铍青铜,以,Be,为主要加入元素的铜合金。铍含量为,1.7,2.5,。,铍青铜可以淬火、时效处理提高强度、硬度、疲劳极限和弹性极限。具有良好的铸造性能和冷、热加工性能。,主要用于制作高级精密的弹性元件、如,弹簧、膜片、膜盘,等；也用于制作特殊要求的耐磨零件，如,钟表的齿轮和发条、压力表游丝,等。,5.1.2,铜及,铜合金,5.1.3,钛及钛合金,特点,：熔点,1667,，密度,4.5g/cm3,，密排六方晶格,Ti,，高于,882.5,为体心立方晶格,Ti,。,优点,：强度高（,1500Mpa,），密度小，热强度高，耐蚀性高。,缺点,：工艺性差；导热系数小、摩擦因数大，故切削性差；弹性模量小，变形时回弹大，冷变形困难；硬度低，不耐磨；成本高。,5.1,非铁,金属及其合金,5.1.3,钛及钛合金,1,、,钛合金,退火组织为单向,固溶体，热压加工成型，含,5,Al,与,2.5,Sn,起固溶强化作用。,5.1.3,钛及钛合金,2,、,钛合金,加入,V,、,Mo,使其室温下全部为,相，淬火得介稳 定的,相钛合金，可通过淬火、失效处理强化，室温强度高。,3,、,钛合金,加入适当的稳定,相的合金元素所得，高度合金化的,钛合金可通过热处理获得。,比较,名称 密度 比强度,（,g/cm,2,),（单位密度下材料的强度）,Al 2.7 500-700/2.7,Ti 4.51 1200/4.51,Mg 1.74 250-300/1.74,钢,7.85 700-1200/7.85,5.2,高分子材料,1.,工程塑料,塑料,：一种合成树脂为主要成分的高分子材料。由合成树脂和添加剂组成。,1,）组成,添加剂,：为改善塑料的使用性能或成形工艺而加入的其它成分。包括,填料,、,增塑剂,、,固化剂,、,稳定剂,、,润滑剂,、,着色剂,、,阻燃剂,、,抗静电剂,等。,第五章非铁材料,树脂,：树脂是塑料的主要成份，它联系和粘结其它组分，对塑料的性能起决定性作用。,填充剂,：弥补或改善树脂的性能不足，另外可以显著地降低成本。,增塑剂,:增加材料塑性。,固化剂,：使线型高分子交联成体型网络结构。,稳定剂,：用来抵抗老化延长塑料寿命物质。,其它,:,诸如发泡剂，抗静电剂，染料，润滑剂等等,.,1.,工程塑料,热塑性塑料和热固性塑料的比较,加热变软，冷却变硬；,不同材料的韧性变化范围很大；,可循环再利用；,不能承受高温。,制成后永久固化；,脆；,不能循环再利用；,可承受高温。,热塑性塑料,热固性塑料,5.2,高分子材料,2,）分类,及应用,主要优点,：质轻、比强度高；良好的耐蚀性、减摩性；绝缘性、耐电弧性、隔音性、吸振性；工艺性能好。,主要缺点,：强度、硬度、刚度低；耐热性、导热性差，热膨胀系数大；容易燃烧，容易老化。,2,）分类及应用,1.,工程塑料,主要制造各种罩壳、轻载齿轮、干摩擦轴承、轴套、密封件、各种耐磨耐蚀结构件、绝缘件等。,2,）分类,及应用,1.,工程塑料,2,橡胶,1),橡胶,的组成、种类及性能,橡胶,：一种具有高弹性的有机高分子材料。主要由生胶、各种配合剂和增强材料组成。,生胶,：未加配合剂的橡胶。,5.2,高分子材料,1),橡胶,的组成、种类及性能,配合剂,：硫化剂、硫化促进剂、增塑剂、补强剂、防老化剂、着色剂、增容剂等。,作用,：提高橡胶制品的使用性能和改善加工工艺性能。,2,橡胶,2),橡胶,的组成、种类及性能,增强材料,：各种纤维织品、帘布及钢丝等。,作用,：增加橡胶制品的强度并限制其变形。,生产过程,：生胶的塑炼、胶料的混炼、压延、压出和制品的硫化。,2,橡胶,2),橡胶,的组成、种类及性能,分类,：,按原料来源分,：天然橡胶；,合成橡胶,2,橡胶,按应用范围分,：通用橡胶：,特种橡胶,特点,：,高弹性，良好的绝缘性、耐磨性、阻尼性和隔音性,。,3),天然橡胶,由橡树流出的乳胶，经凝固、干燥、加压制成片状生胶，再经硫化的橡胶制品。,特点,：弹性好，抗拉强度达,25MPa,35MPa,，耐碱性能好，是电的绝缘体；但耐油和耐溶剂性能差，耐臭氧老化较差，不耐高温。,2,橡胶,4),通用,合成橡胶,a,丁苯橡胶,由丁二稀和苯乙稀共聚而成。,强度低，成形性差，弹性不如天然橡胶；但价格便宜，能以任何比例与天然橡胶混合。主要与其他橡胶混合使用，可代替天然橡胶。,2,橡胶,b,顺丁橡胶,由,丁二稀单体聚合而成。,弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶；但强度低、加工性差、抗撕裂性差。,4),通用,合成橡胶,c,氯丁橡胶（万能橡胶）,由氯丁二稀聚合而成,。高弹性、高绝缘性、较高强度、高耐碱性，耐油、溶剂、氧化、老化、酸、热、燃烧、挠曲；但耐寒性差、密度大、生胶稳定性差。,2,橡胶,d,已丙橡胶,由乙稀,和丙稀聚合而成,。原料丰富、价廉、易得。分子链中不含双键，结构稳定。,4),通用,合成橡胶,橡胶制品,弹性圈,V,形圈,2,橡胶,5),特种,合成橡胶,a,丁腈橡胶,由,丁二稀和丙二稀共聚而成,。丙二稀含量越高，耐油、溶剂和化学稳定性越强，强度、硬度和耐磨性提高，但耐寒性降低。,不能作绝缘材料。,2,橡胶,5),特种,合成橡胶,b,硅橡胶,由二甲基硅氧烷,与其他有机单体共聚而成。,分子主链由硅原子和氧原子以单键连接而成，具有高柔性和高稳定性。,特点,：耐高温、耐低温、抗老化，对臭氧、氧、光和气候的老化抗力大。但强度、和耐磨性低，耐酸碱性也差，且价格较贵。,2,橡胶,5),特种,合成橡胶,c,氟橡胶,以碳,原子为主链含有氟原子的高聚物。,由于含有键能很高的碳氟键，,具有高的化学稳定性,。,特点,：耐腐蚀和耐热性很好，且强度和硬度较高，抗老化性能强。但耐寒性差，加工性能不好，价格高。,2,橡胶,5.3,陶瓷,5.3.1,概念,除金属材料和有机高分子材料外的所有固体材料（无机非金属材料）。,5.3.2,分类,按原料来源分,：,普通陶瓷,以天然硅酸盐矿物为原料，经过加工、成形、烧结而成。,特种陶瓷,采用纯度较高的人工合成物，经配料、成形、烧结而成。,5.3,陶瓷,5.3.2,陶瓷的分类,按用途分,：,、日用陶瓷,、工业物陶瓷,5.3,陶瓷,或分为,：,、结构陶瓷,、功能陶瓷,、生物陶瓷,按化学组成分,：,、氮化物陶瓷,、氧化物陶瓷,、碳化物陶瓷,按性能分,：,、高强度陶瓷,、高温陶瓷,、耐酸陶瓷,5.3.4,陶瓷的性能与应用,陶瓷材料具有极高的硬度，耐磨性好、熔点高、绝缘性好。但冲击韧性与断裂韧性差。,常用来制作新型刀具、耐磨零件及绝缘材料。,5.3,陶瓷,5.3.5,功能陶瓷简介,功能陶瓷,：具有高温氧化自适应性的高温陶瓷。,利用,Nb,在高温下自动,“,流入,”,裂纹并屏蔽内部组织与氧接触，阻止陶瓷材料在高温下的破坏过程。,5.3,陶瓷,5.3.6,陶瓷产品,纺织剪纱刀,马赛克,5.3,陶瓷,5.4,复合材料,5.4.1,复合材料,的概念,两种或两种以上不同性质的材料，通过不同的工艺方法人工合成的，各组分间有明显界面且性能优于各组成材料的多相材料。,优点,：可根据需要改善材料的使用性能。,5.4.2,复合材料的分类,5.4,复合材料,5.4.3,常用复合材料,5.4,复合材料,颗粒增强复合材料,纤维增强复合材料,层合复合材料,常用复合材料,5.4.3,常用复合材料,5.4,复合材料,颗粒增强复合材料,碳化物基金属陶瓷,氧化物基金属陶瓷,5.4.3,常用复合材料,5.4,复合材料,热塑性玻璃钢,碳纤维树脂复合材料,纤维增强复合材料,热固性玻璃钢,碳纤维碳复合材料,碳纤维金属复合材料,其它纤维增强复合材料,5.4.3,常用复合材料,5.4,复合材料,层合复合材料,双金属复合材料,SF,性三层复合材料,塑料覆层材料,夹层玻璃,金属塑料复合材料,5.5,其他,材料,1,、超导材料,超导现象,：电阻随温度降低而减少最终为零。,特性,：临界温度,T,c,以下，电阻为零，完全导电；磁场强度,H,恒为零；对处于,T,c,以下的超导体施加足够强的磁场，超导电性消失；无外磁场而使超导体通电，当电流密度超过一定值时，超导体恢复到正常态。,5.5,其他材料,2,、贮氢材料,金属固溶氢气形成含氢固溶体（,MHx,），其解度与平衡氢压的平方成正比。在一定温度和压力下，固溶体（,MHx,）与氢发生反应生成金属氢化物来贮氢。,分类,：镁系贮氢合金；稀土系贮氢合金；钛系贮氢合金。,用途,：做贮运氢的容器、氢燃料贮存器；分离与回收氢，制造高纯度氢气和氢化物电极。,5.5,其他材料,3,、形状记忆合金,具有形状记忆效应的合金,机理,：热弹性,M,相变,分类,：镍钛系合金；铜系合金；铁系合金。,用途,：做紧固件、连接件、密封垫、与温度有关的传感器,及自动控制等。,5.5,其他材料,4,、非晶态合金金属玻璃,以极高速度使熔融的合金冷却、凝固后的合金结构呈玻璃态。,优点,：超耐蚀性、高磁导率、恒弹性、高强韧性、低热膨胀系数和磁致伸缩。,特征,：不具有长程有序晶体结构；具有高达,10,13,Pa.S,以上的黏滞系数；在某一窄的温度区内能够发生明显的结构变化。,只要冷却速度足够快，溶体中原子来不及做规则排列就完成凝固，即可形成非晶态金属。,缺点,：厚度受限制；热力学不稳定，受热有晶化倾向。,5.5,其他材料,5,、磁性材料,1,）软磁材料,特点,：在较低的磁场中被磁化而呈强磁性，但磁场去除后磁性基本消失。,2,）硬磁材料永磁材料,材料被外磁场磁化后，去掉外磁场仍然保持较强剩磁的材料：,（,1,）变形永磁钢,（,2,）铝镍钴永磁合金,（,3,）稀土永磁材料,5.5,其他材料,6,、光纤材料,采用像头发丝细的透明玻璃纤维制成的光缆。,基本原理,：把声音变成电信号，由发光元件变为光信号，由光导纤维传向远方，再由接收元件恢复为电信号，使受话机发出声音。,特点,：传输效率高；通信容量大、重量轻、耐腐蚀、不怕电子干扰；保密性好、施工方便、成本低，可节约大量非铁金属,5.5,其他材料,7,、压电材料,电压效应,：,对,石英晶体在某些特定方向上加力时，在力方向的垂直平面上出现正、负束缚电荷的现象。,石英晶体机电性能稳定，没有内耗，在频率稳定器、扩音器、电话、钟表领域广泛运用。,特点,：机电性能良好、化学稳定性高。,5.5,其他材料,8,、生态金属材料,具有满意的使用性能和优良的环境协调性，或能够改善环境的材料。,金属材料生态设计的主要方法,：,1,）采用通用合金,合金系中组元越少，合金的再生循环性越好。,2,）采用简单合金,设计特点,：,（,1,）合金组元、规格简单，再生循环过程中容易分选；,（,2,）原则上不添加目前不能精炼脱除的元素；,（,3,）尽量不使用环境协调性不好的合金元素。,原则,：在维持合金高性能的前提下，尽量减少合金组元数；获取,高性能时，以控制显微组织作为加入合金元素的替代方法。,5.5,其他材料,9,、纳米材料,凡是至少在一维方向上的线度在,1,100nm,之间的单元和由这种纳米单元作结构单元的材料。,特点,：尺寸小、比表面积大、表面活性高，具有小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应。,运用,：环境科学、,复合材料、涂料、磁性材料、超微粒传感器、生物及医学。,