[小学教育]机械工程学科介绍-第5章-2.ppt

2008年10月25-27日·北京 机械工程专业导论 新型非金属材料 高分子材料 陶瓷材料 复合材料 材料新进展 新型金属材料 纳米材料 复合材料 5.1 新型非金属材料 5.1.1 高分子材料 高分子材料： 以高分子化合物为主要成分的材料。包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。 高分子材料分类： 按来源分为： 天然高分子材料； 半合成高分子材料（改性天然高分子材 料）； 合成高分子材料。 天然高分子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。 19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。 1907年出现合成高分子酚醛树脂，标志着人类应用合成高分子材料的开始。现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。 按特性分为： 橡胶； 纤维； 塑料； 高分子胶粘剂； 高分子涂料； 高分子基复合材料等。 橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。 高分子纤维：凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料称为高分子纤维。 可分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。 塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。 通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料； 按用途又分为通用塑料和工程塑料。 塑料已被广泛用于各种安全灯罩、信号灯，体育馆、体育场的透明防护板，采光玻璃，高层建筑玻璃，汽车反射镜、挡风玻璃板，飞机座舱玻璃，摩托车驾驶安全帽等。 用量最大的市场是计算机、办公设备、汽车、替代玻璃和片材，CD和DVD光盘是最有潜力的市场之一。 高分子胶粘剂 是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。 高分子涂料 是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。 高分子基复合材料 是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。 按用途又分为普通高分子材料和功能高分子材料。 功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。 已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。 高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。 高分子材料在工程中的应用 利用高分子材料曲线传播特性，又可以开发出非线性光学元件，如塑料光导纤维、塑料石英复合光导纤维等; 利用高分子材料的光化学反应，可以开发出在电子工业和印刷工业上得到广泛使用的感光树脂、光固化涂料及粘合剂;利用高分子材料的能量转换特性，可制成光导电材料和光致变色材料; 利用某些高分子材料的折光率随机械应力而变化的特性，可开发出光弹材料，用于研究力结构材料内部的应力分布等。 高分子分离膜：是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。 采用这样的半透性薄膜，以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力，使气体混合物、液体混合物或有机物、无机物的溶液等分离技术相比，具有省能、高效和洁净等特点，因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。 利用离子交换膜电解食盐可减少污染、节约能源: 利用反渗透进行海水淡化和脱盐、要比其它方法消耗的能量都小; 利用气体分离膜从空气中富集氧可大大提高氧气回收率等。 5.1.2 陶瓷材料 陶瓷材料：金属和有机物以外的固体材料称作无机非金属材料，也叫陶瓷材料。 陶瓷是由金属元素和非金属元素的化合物构成的多晶材料。 陶瓷的显微组织由晶相、玻璃相和气相组成。 陶瓷材料的特点： 耐高温 通常熔点〉2000摄氏度。 耐腐蚀性 对酸、碱、盐腐蚀抗力强。 耐磨性 硬度高，但是脆性大，如：碳化硼——人造金刚石 常用的机械陶瓷： 氧化铝 特点：强度比普通陶瓷高6倍，熔