第5章_非鐵材料.ppt

1、第五章有色金屬材料，5.1有色金屬及其合金5.1.1鋁和鋁合金純鋁特性：銀白色金屬，面心立方晶格，密度2.7g/cm3，良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，低強(qiáng)度和良好的塑性。主要用途：制備鋁合金，用鋁代替銅在電氣工業(yè)中作為電線和電容器。5.1.1鋁及其合金，分類，工業(yè)高純鋁(LG1LG5)，工業(yè)純鋁(L1L7)，5.1.1鋁及其合金(序列號越高，純度越低)，5.1.1鋁及其合金強(qiáng)度低，不適合用作承重結(jié)構(gòu)材料。添加硅、銅、鎂、錳等合金元素。它的強(qiáng)度比純鋁高幾倍，可以用來制造承受一定載荷的機(jī)械零件。根據(jù)二元相圖，鋁可分為鍛造鋁合金和鑄造鋁合金。5.1.1鋁及其合金比重小，比強(qiáng)度高。在空氣中具有良好的耐腐蝕性。

2、易于處理。5.1.1鋁及其合金；1.可變形鋁合金：防銹鋁合金、硬質(zhì)鋁合金、超硬鋁合金和鍛造鋁合金。防銹鋁合金：鋁鎂和鋁錳合金，耐腐蝕性能好，易于加工和焊接，但強(qiáng)度低，熱處理不能強(qiáng)化；硬質(zhì)鋁合金：鋁銅鎂合金和鋁銅鎂合金，具有失效硬化能力強(qiáng)、強(qiáng)度高、耐蝕性和焊接性差的特點(diǎn)；超硬鋁合金：鋁銅鎂鋅合金，具有高強(qiáng)度的特點(diǎn)；變形鋁合金：鋁鎂硅銅和鋁銅鎂鎳鐵合金具有良好的熱塑性、鑄造性能和較高的力學(xué)性能。5.1.1鋁及其合金。鑄造鋁合金的分類：鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系、鋁鋅系、鋁稀土系等。鋁硅合金具有優(yōu)良的鑄造性能，通過添加銅、鎂、錳等元素可以強(qiáng)化鑄造性能，通過熱處理可以進(jìn)一步提高機(jī)械性能，鋁銅合金具有較高的

3、強(qiáng)度和耐熱性，但鑄造性能較差；高強(qiáng)度、高耐蝕性的鋁鎂合金；鋁鋅合金鑄造后具有較高的強(qiáng)度，具有自淬火效果，經(jīng)過變質(zhì)和失效處理，但其耐蝕性差，熱裂傾向大，鋁稀土合金具有良好的鑄造性和耐熱性。5.1.1鋁和鋁合金，5.1.2銅和銅合金，純銅(紫銅)物理性能：密度8.94克/立方厘米，熔點(diǎn)1083，非磁性。面心立方結(jié)構(gòu)的同構(gòu)變換。5.1有色金屬及其合金，5.1.2銅和銅合金，其特征在于優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、高化學(xué)穩(wěn)定性和良好的耐腐蝕性。純銅強(qiáng)度低、硬度低、塑性好。冷變形后，強(qiáng)度增加，但伸長率降低。工業(yè)純銅加工產(chǎn)品編碼為T1、T2、T3和T4。主要用于制造電線、蒸發(fā)器等。5.1有色金屬及其合金和銅合金在

4、空氣環(huán)境中具有良好的機(jī)械性能、較小的摩擦系數(shù)和良好的耐腐蝕性。易于處理。黃銅是一種銅合金，鋅(低于50%)是主要的添加元素。分類(鑄造前加“z”)，普通黃銅、普通黃銅(銅鋅合金)加鋁、錳、硅、鉛等元素，表示法(氫銅含量)，表示法(氫主元素符號銅含量加元素含量)，HMN 58-2，H62，5.1，分類(鑄造前加“z”)，特殊白銅、簡單白銅(銅鎳合金)加鐵、鋅、錳、鋁等元素，表示法(b鎳含量)，表示法(b主元素符號鎳含量主要加元素含量)，等BFE 5-1，B30，5青銅的代碼用(Q主加元素符號主加元素百分比含量其它元素百分比含量)表示。 5.1.2銅和銅合金)、錫青銅、以錫為主要添加元素的銅合金。

5、錫含量是決定錫青銅性能的關(guān)鍵，錫含量為57%的錫青銅塑性最好，適用于冷熱加工。錫含量大于10%的錫青銅強(qiáng)度高，塑性低，只能用于鑄造。5.1.2銅及銅合金)、鋁青銅、以鋁為主要添加元素的銅合金。鋁的含量低于12%。鋁青銅比黃銅和錫青銅具有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐熱性和耐腐蝕性，并可通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化。工業(yè)壓力加工中使用的鋁青銅通常含鋁少于57%；含約10%鋁的合金具有高強(qiáng)度，用于熱加工或鑄造。5.1.2銅及銅合金)、鈹青銅、以鈹為主要添加元素的銅合金。鈹含量為1.72.5。鈹青銅可以淬火和時效，以提高其強(qiáng)度、硬度、疲勞極限和彈性極限。具有良好的鑄造性能和冷熱加工性能。主要用于制造先進(jìn)精密的彈

6、性元件，如彈簧、膜片、膜片盤等。也可用于制造有特殊要求的耐磨零件，如鐘表的齒輪和彈簧、壓力表的平衡彈簧等。5.1.2銅及銅合金，5.1.3鈦及鈦合金，其特征在于熔點(diǎn)為1667，密度為4.5g/cm3，致密的六方晶格鈦，體心立方晶格鈦高于882.5。優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度(1500兆帕)，低密度，高熱強(qiáng)度和高耐腐蝕性。缺點(diǎn)：工藝性差；導(dǎo)熱系數(shù)低，摩擦系數(shù)高，可加工性差；彈性模量小，變形時回彈大，不易冷變形；硬度低，不耐磨；高成本。5.1有色金屬及其合金，5.1.3鈦和鈦合金，1。鈦合金的退火組織為單向固溶體，由熱壓形成，含有5Al和2.5Sn進(jìn)行固溶強(qiáng)化。5.1.3鈦和鈦合金，2。通過添加釩和鉬，鈦合金在

7、室溫下均為同相，經(jīng)淬火得到亞穩(wěn)相鈦合金，經(jīng)淬火和失效處理后得到強(qiáng)化，室溫下具有較高的強(qiáng)度。3。鈦合金是通過添加適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定相合金元素獲得的，高合金化的鈦合金可以通過熱處理獲得。比較，5.2聚合物材料，1。工程塑料：一種以合成樹脂為主要成分的聚合物材料。它由合成樹脂和添加劑組成。1)復(fù)合添加劑：為改善塑料的使用性能或成型工藝而添加的其他成分。包括填料、增塑劑、固化劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、阻燃劑、抗靜電劑等。第五章有色金屬材料，樹脂：樹脂是塑料的主要成分，它連接和粘結(jié)其他成分，對塑料的性能起著決定性的作用。填料：可以彌補(bǔ)或改善樹脂性能的不足，也可以顯著降低成本。增塑劑：增加了材料的可塑性。固化劑

8、：將線性聚合物交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定劑：一種用于抗老化和延長塑料壽命的物質(zhì)。其他：如發(fā)泡劑、抗靜電劑、染料、潤滑劑等。1。工程塑料、熱塑性塑料和熱固性塑料的比較，加熱軟化和冷卻硬化；不同材料的韌性差異很大；可以回收利用；受不了高溫。制造后永久固化；酥脆；無法回收；能承受高溫。熱塑性塑料，熱固性塑料，5.2高分子材料，2)分類和應(yīng)用，主要優(yōu)點(diǎn)：重量輕，比強(qiáng)度高；良好的耐腐蝕性和減摩性；絕緣、抗電弧、隔音和減震；良好的工藝性能。主要缺點(diǎn)：強(qiáng)度、硬度和剛度低；耐熱性、導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)大；容易燃燒和老化。2)分類和應(yīng)用，1。工程塑料，主要制造各種外殼、輕型齒輪、干摩擦軸承、軸套、密封件、各種耐磨耐腐

9、蝕結(jié)構(gòu)件、絕緣件等。2)分類和應(yīng)用，1)工程塑料，2)橡膠，1)橡膠的組成、類型和性能：一種高彈性的有機(jī)高分子材料。主要由生膠、各種配合劑和增強(qiáng)材料組成。生橡膠：不含配合劑的橡膠。5.2高分子材料，1)橡膠的組成、類型和性能，配合劑：硫化劑、硫化促進(jìn)劑、增塑劑、增強(qiáng)劑、防老劑、著色劑、增容劑等。功能：提高橡膠制品的使用性能和加工性能。橡膠，2)橡膠的組成、類型和性能，增強(qiáng)材料：各種纖維織物、窗簾布和鋼絲2橡膠，2)橡膠的組成、類型和性能，分類：根據(jù)原料來源：天然橡膠；合成橡膠，2種橡膠，按適用范圍：普通橡膠：特種橡膠，特點(diǎn)是彈性高，絕緣性好，耐磨，阻尼和隔音。(3)天然橡膠，從橡樹流出的膠乳，

10、被固化、干燥并壓制成片狀生膠，然后硫化。特點(diǎn)：彈性好，抗拉強(qiáng)度可達(dá)25兆帕35兆帕，耐堿性好，電絕緣體；但是，它耐油性和耐溶劑性差，耐臭氧老化性差，不耐高溫。2橡膠，4)普通合成橡膠，丁苯橡膠是由丁二烯和苯乙烯共聚形成的。強(qiáng)度低，成型性差，彈性比天然橡膠小；但是它很便宜，可以和天然橡膠以任何比例混合。主要與其他橡膠混合，可以替代天然橡膠。2橡膠，乙順丁橡膠是由丁二烯-丙烯腈單體聚合而成。彈性、耐磨性、耐熱性和耐寒性都比天然橡膠好。然而，它具有低強(qiáng)度、差的加工性能和差的抗撕裂性。4)通用合成橡膠，氯丁橡膠(通用橡膠)由氯丁橡膠聚合而成。高彈性、高絕緣性、高強(qiáng)度、高耐堿性、耐油性、耐溶劑性、抗氧化

11、性、耐老化性、耐酸性、耐熱性、燃燒性和撓曲性；然而，它耐寒性差，密度高，生膠穩(wěn)定性差。橡膠，d-十六烷基橡膠是由乙烯和丙烯聚合而成。原材料豐富，價格便宜，容易獲得。分子鏈不含雙鍵，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。4)普通合成橡膠、橡膠制品、彈性環(huán)、V形環(huán)、2)橡膠、5)特種合成橡膠、丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯共聚而成。丙二醇含量越高，耐油性、耐溶劑性和化學(xué)穩(wěn)定性越強(qiáng)，強(qiáng)度、硬度和耐磨性越高，但耐寒性越低。不能用作絕緣材料。乙硅橡膠是由二甲基硅氧烷和其他有機(jī)單體共聚而成。分子主鏈由硅原子和氧原子通過單鍵連接而成，具有很高的靈活性和穩(wěn)定性。特點(diǎn)：耐高溫、耐低溫、耐老化，對臭氧、氧氣、光線和氣候有很強(qiáng)的抵抗力。但是強(qiáng)度、耐

12、磨性、耐酸堿性都很低，而且價格昂貴。2橡膠，5)特種合成橡膠，c氟橡膠，以碳原子為主鏈和氟原子的高聚物。它具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，因?yàn)樗懈哝I能的碳氟鍵。特點(diǎn)：耐腐蝕性和耐熱性好，強(qiáng)度和硬度高，抗老化性能強(qiáng)。但是，它耐寒性差，加工性能差，價格高。2橡膠，5.3陶瓷，5.3.1概念除金屬材料和有機(jī)聚合物材料外的所有固體材料(無機(jī)非金屬材料)。5.3.2按原料來源分類：普通陶瓷是由天然硅酸鹽礦物經(jīng)過加工、成型和燒結(jié)而成。特種陶瓷是由高純度合成材料經(jīng)配料、成型、燒結(jié)而成。5.3陶瓷的分類，5.3.2陶瓷：家用陶瓷，工業(yè)陶瓷，5.3陶瓷，或結(jié)構(gòu)陶瓷，功能陶瓷，生物陶瓷，氮化物陶瓷，氧化物陶瓷，碳化物陶

13、瓷，高強(qiáng)度陶瓷，高溫陶瓷，耐酸陶瓷，5.3但沖擊韌性和斷裂韌性較差。它經(jīng)常被用來制造新的切削工具、耐磨零件和絕緣材料。5.3陶瓷，5.3.5功能陶瓷簡介，功能陶瓷：具有高溫氧化適應(yīng)性的高溫陶瓷。Nb用于在高溫下自動“流入”裂紋，屏蔽內(nèi)部組織與氧氣的接觸，從而防止陶瓷材料在高溫下的失效過程。5.3陶瓷、5.3.6陶瓷產(chǎn)品、紡織切紗器、馬賽克、5.3陶瓷、5.4復(fù)合材料和5.4.1復(fù)合材料。兩種或兩種以上不同性能的材料通過不同的工藝方法人工合成，各組分之間界面明顯，性能優(yōu)于各組分。優(yōu)點(diǎn)：可根據(jù)需要提高材料的使用性能。5.4.2復(fù)合材料分類，5.4復(fù)合材料，5.4.3普通復(fù)合材料，5.4復(fù)合材料，顆

14、粒增強(qiáng)復(fù)合材料，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，層壓復(fù)合材料，普通復(fù)合材料，5.4.3普通復(fù)合材料，5.4復(fù)合材料，顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，碳化物基金屬陶瓷，氧化物基金屬陶瓷5.4復(fù)合材料，熱塑性玻璃纖維增強(qiáng)塑料，碳纖維樹脂復(fù)合材料，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，熱固性玻璃纖維增強(qiáng)塑料，碳纖維碳復(fù)合材料，碳纖維金屬復(fù)合材料， 其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，5.4.3常用復(fù)合材料，5.4復(fù)合材料，層壓復(fù)合材料，雙金屬復(fù)合材料，SF三層復(fù)合材料，塑料涂層特性：低于臨界溫度Tc，電阻為零，完全導(dǎo)電； 磁場強(qiáng)度h總是零；當(dāng)一個足夠強(qiáng)的磁場作用于Tc以下的超導(dǎo)體時，超導(dǎo)性就消失了；沒有外部磁場，超導(dǎo)體通電。當(dāng)電流密度超過某個值時，超導(dǎo)體會回到

15、正常狀態(tài)。5.5其他材料，2。儲氫材料金屬形成含氫固溶體，其溶解程度與平衡氫壓的平方成正比。在一定的溫度和壓力下，固溶體(MHx)與氫反應(yīng)生成金屬氫化物儲存氫。分類：鎂儲氫合金；稀土儲氫合金；鈦儲氫合金。用途：作為儲存和運(yùn)輸氫氣的容器，氫燃料儲槽；分離回收氫氣生產(chǎn)高純氫氣和氫化物電極。5.5其他材料，3。形狀記憶合金具有形狀記憶效應(yīng)的合金，機(jī)理：熱彈性相變分類：鎳鈦合金；銅合金。鐵系列合金。用途：緊固件、連接器、墊圈、溫度相關(guān)傳感器和自動控制。5.5其他材料4。非晶合金金屬玻璃以非常高的速度冷卻熔融合金，凝固的合金結(jié)構(gòu)是玻璃狀的。優(yōu)點(diǎn)：超級耐腐蝕，高磁導(dǎo)率，恒定彈性，高強(qiáng)度和韌性，低熱膨脹系數(shù)

16、和磁致伸縮。特點(diǎn)：無長程有序晶體結(jié)構(gòu)；粘度系數(shù)高達(dá)1013帕。s。在較窄的溫度范圍內(nèi)，會發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)變化。只要冷卻速度足夠快，溶液中的原子可以不規(guī)則排列地凝固，形成非晶金屬。缺點(diǎn)：厚度有限；熱力學(xué)不穩(wěn)定，加熱時容易結(jié)晶。5.5其他材料，5。磁性材料1)軟磁材料的特性：它們在低磁場中被磁化，表現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性，但磁場消除后磁性基本消失。2)硬磁材料永磁材料被外磁場磁化，去除外磁場后仍保持強(qiáng)剩磁的材料：(1)變形永磁鋼(2)鋁鎳鈷永磁合金(3)稀土永磁材料，5.5其他材料，6)光纖材料是由透明玻璃纖維制成的細(xì)毛光纜?；驹恚郝曇艮D(zhuǎn)化為電信號，發(fā)光元件轉(zhuǎn)化為光信號，通過光纖傳輸?shù)竭h(yuǎn)處，再由接收元件還原為電信號，使接收器發(fā)出聲音。特點(diǎn)：傳輸效率高；通信容量大，重量輕，耐腐蝕，不怕電子干擾；保密性好，施工方便，成本低，可節(jié)約大量有色金屬。5.其他材料。7.壓電材料的電壓效應(yīng)：當(dāng)應(yīng)時晶體在某些特定方向受力時，正負(fù)束縛