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第12章 先进材料 陶瓷材料 纳米材料 复合材料 12.1 陶瓷材料 陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非金属材料通称。 以粘土、石灰石、石英等硅酸盐化合物为原料，烧结而成。 玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料 高的化学热稳定性，耐高温、耐腐蚀、高强度、高温抗氧化性好 弹性模量是各类材料中最高的 硬度高，属于脆性材料 一、性能 一、陶瓷材料的分类 按使用的原材料可分为 ：普通陶瓷和特种陶瓷。 按用途可分为：日用陶瓷和工业陶瓷。 按化学成分可分为 ：氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。 如：高速切削刀具 如：陶瓷发动机、氧化铝活塞、活塞环、轴承 Si3N4轴承 如：火花塞、温度传感器、叶片 SiC陶瓷件 陶瓷零件 玻璃：二氧化硅（硅酸盐）为主添加各种物质，熔融成型。 钢化玻璃、夹层玻璃、中空玻璃等 一、概述 12.2 纳米材料 纳米材料的尺寸在100nm以下，是20世纪80年代末诞生并蓬勃发展的一种高新技术。 二、纳米材料的性能特点 1、小尺寸效应 2、表面与界面效应 3、量子尺寸效应 4、宏观量子隧道效应 特殊的光学、磁性、热学、力学性质 如：纳米涂层作为雷达和红外吸收材料 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的材料，一种为基体，另一种为增强相。1+1＞2 12.3 复合材料 综合了纤维、树脂、金属、陶瓷的性能。 1：金属基体（铝、镁、铜、钛及其合金） 非金属基体（有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳） 1： 玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒 1、比强度和比模量高：纤维增强复合材料的最高。 2、良好的抗疲劳性能 ：碳纤维增强材料?-1可达?b的70~80%，对疲劳裂纹扩展有阻碍作用。 3、导热性好、耐高温、耐蚀性好。 4、耐磨减震性好等。 比强度比较 碳纤维\树脂 硼纤维\树脂 玻璃纤维\树脂 钛 钢 铝 复合材料的性能特点： B-2A幽灵轰炸机 雷达罩（玻璃纤维增强树脂） 钛合金+碳纤维复合材料 玻璃钢 玻璃钢：玻璃纤维增强塑料，第一代复合材料，现已广泛应用。质轻而硬，不导电，机械强度高 玻璃钢冷却塔 玻璃钢车身 一、复合材料的命名 （1）以基体为主来命名 如：金属基复合材料。 （2）以增强材料来命名 如：碳纤维增强复合材料 （3）基体与增强相并用 如：“C/Al复合材料” 即：碳纤维增强铝基复合材料。 （4）商业名称命名 如：“玻璃钢” 即：玻璃纤维增强树脂基复合材料。 按增强体分： （1）纤维增强复合材料 （2）颗粒增强复合材料 （3）薄片增强复合材料 （4）叠层复合材料 SiC颗粒 Al2O3片 Al2O3纤维 增强相的类型 二、复合材料的分类 根据增强相、基体种类、材料特性 1、常用增强纤维： (1)玻璃纤维：用量最大、价格最便宜。 (2)C纤维：化学性能与碳相似。 (3)硼纤维：耐高温、强度、弹性模量高。 (4) 芳纶纤维：合成纤维，性能优异。 三、纤维增强复合材料 玻璃纤维 碳纤维 SiC纤维 芳纶纤维 纤维增强聚合物基体复合材料零件 芳纶刹车片 碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制航空发动机高温构件 金属基的熔点高，纤维增强后的金属基复合材料（MMC）可以使用在较高温的工作环境之下。常用的基体金属材料有铝合金、钛合金和镁合金。 如：SiC/Al复合材料作为空客的机身，提升抗冲击性 MMC的SEM照片 2、纤维增强金属基复合材料： 航天飞机内桁架 （硼纤维/Al 基复合材料） 2005年，中南大学黄伯云院士等研制成功的碳/碳复合材料飞机刹车片结束了国家技术发明一等奖连续六年空缺的历史。 3、纤维增强陶瓷基复合材料 在陶瓷材料中加入纤维增强，能大幅度提高强度，改善韧性，并提高使用温度。 由碳纤维增强相与碳基体组成的复合材料。 C/C复合材料 具有比强度高、抗热震性好、导热好、膨胀系数低等，高温材料 1、颗粒增强聚合物复合材料 四、颗粒增强型复合材料 同样可以切削、开孔、上螺丝、胶结等，并具有质轻、不吸水、尺寸稳定、耐蚀、耐虫蛀、易着色等。 合成木材，代替木材的发泡塑料 碳化物金属陶瓷作为刀具材料已被广泛应用，称作硬质合金。硬质合金通常以WC、TiC等作为增强相，Co、Ni作为粘结剂基体。 硬质合金组织(Co+WC) 硬质合金铣刀 2、颗粒增强金属/陶瓷复合材料 颗粒增强铝基泡沫复合材料 五、叠层复合材料 三明治复合层 在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料。 有TiN涂层的高尔夫球头 层状复合 六、复合材料前沿 仿生复合材料