第五章材料與高科技

1、第五章第五章 材料與高科技材料與高科技n材料是人類賴以生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)材料是人類賴以生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)n翻開人類文明史冊可以發(fā)現(xiàn)：材料科學(xué)的每一翻開人類文明史冊可以發(fā)現(xiàn)：材料科學(xué)的每一次重大突破，都會引起生產(chǎn)技術(shù)的革命，例如：次重大突破，都會引起生產(chǎn)技術(shù)的革命，例如：n計算機(jī)的發(fā)展：計算機(jī)的發(fā)展：n電子產(chǎn)品的發(fā)展：電子產(chǎn)品的發(fā)展：n服裝：服裝：n建筑：建筑：n運(yùn)輸工具：運(yùn)輸工具：n各種日用、工業(yè)新產(chǎn)品：各種日用、工業(yè)新產(chǎn)品：51 概述概述材料的分類材料的分類按化學(xué)組成可分為四類：按化學(xué)組成可分為四類：（1）金屬材料）金屬材料（2）無機(jī)非金屬（陶瓷）材料）無機(jī)非金屬（陶瓷）材料（3）有機(jī)高

2、分子材料）有機(jī)高分子材料（4）復(fù)合材料）復(fù)合材料材料的分類材料的分類按使用性能可分為兩類：按使用性能可分為兩類：（1）結(jié)構(gòu)材料：主要是利用它們的強(qiáng)度、）結(jié)構(gòu)材料：主要是利用它們的強(qiáng)度、韌性、硬度等機(jī)械性能。韌性、硬度等機(jī)械性能。（2）功能材料：是利用它們所具有的電、）功能材料：是利用它們所具有的電、光、聲、磁、熱等功能和效應(yīng)。光、聲、磁、熱等功能和效應(yīng)。本章重點(diǎn)介紹有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料本章重點(diǎn)介紹有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料52 有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料n5.2.1高分子化合物的特性與結(jié)構(gòu)高分子化合物的特性與結(jié)構(gòu)n1.高分子化合物的概念高分子化合物的概念n分子量大：分子量大：104106，

3、其物理、化學(xué)、力學(xué)，其物理、化學(xué)、力學(xué)性能與低分子化合物有很大的差異。性能與低分子化合物有很大的差異。n組成較簡單：由特定的結(jié)構(gòu)單元（單體）通組成較簡單：由特定的結(jié)構(gòu)單元（單體）通過共價鍵多次重復(fù)連接而成。過共價鍵多次重復(fù)連接而成。 n聚合度：結(jié)構(gòu)單元（鏈節(jié)）的數(shù)目聚合度：結(jié)構(gòu)單元（鏈節(jié)）的數(shù)目n幾乎無揮發(fā)性：常溫下為液態(tài)或固態(tài)幾乎無揮發(fā)性：常溫下為液態(tài)或固態(tài)n固態(tài)高分子可分為晶態(tài)、非晶態(tài)：固態(tài)高分子可分為晶態(tài)、非晶態(tài)：n 晶態(tài)：分子排列規(guī)整有序晶態(tài)：分子排列規(guī)整有序n 非晶態(tài)：分子排列無規(guī)則非晶態(tài)：分子排列無規(guī)則n當(dāng)今世界上作為材料使用的大量高分子當(dāng)今世界上作為材料使用的大量高分子化合物都是

4、人工合成的：化合物都是人工合成的：n 以石油、煤、天然氣為原料制得低分以石油、煤、天然氣為原料制得低分子有機(jī)化合物，再經(jīng)過聚合反應(yīng)制得高子有機(jī)化合物，再經(jīng)過聚合反應(yīng)制得高分子化合物（故又稱聚合物）分子化合物（故又稱聚合物）2.高分子化合物的特性與結(jié)構(gòu)高分子化合物的特性與結(jié)構(gòu)n高分子化合物的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有優(yōu)良的彈性、高分子化合物的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有優(yōu)良的彈性、可塑性、機(jī)械性能（抗拉、抗彎、抗沖擊等）及可塑性、機(jī)械性能（抗拉、抗彎、抗沖擊等）及電絕緣性。性能的差別取決于分子的結(jié)構(gòu)。電絕緣性。性能的差別取決于分子的結(jié)構(gòu)。（1）高分子鏈的結(jié)構(gòu)和柔順性）高分子鏈的結(jié)構(gòu)和柔順性 鏈型高分子：通常呈卷曲

5、狀，具有柔順性和彈鏈型高分子：通常呈卷曲狀，具有柔順性和彈性。加熱時變軟，冷卻時變硬，可反復(fù)加工成型。性。加熱時變軟，冷卻時變硬，可反復(fù)加工成型。稱為稱為熱塑性高聚物熱塑性高聚物。例如。例如 聚氯乙烯、高壓聚乙烯、未硫化的天然橡膠聚氯乙烯、高壓聚乙烯、未硫化的天然橡膠 體型高聚物體型高聚物 體型高聚物是體型高聚物是鏈型高分子之間以化學(xué)鍵交聯(lián)鏈型高分子之間以化學(xué)鍵交聯(lián)而成的、具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物。而成的、具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物。 彈性和可塑性較小，硬度和脆性較大。一次彈性和可塑性較小，硬度和脆性較大。一次加工成型后不能再熔化。故又稱為加工成型后不能再熔化。故又稱為熱固性高聚物熱

6、固性高聚物。 耐熱、耐溶劑、尺寸穩(wěn)定。耐熱、耐溶劑、尺寸穩(wěn)定。 例如：例如： 酚醛（尿醛）樹脂酚醛（尿醛）樹脂 硫化橡膠硫化橡膠 離子交換樹脂離子交換樹脂 （2）高分子化合物的物理形態(tài)）高分子化合物的物理形態(tài) 非晶態(tài)高分子化合物無確定熔點(diǎn)，在不同溫非晶態(tài)高分子化合物無確定熔點(diǎn)，在不同溫度下可呈現(xiàn)三種物理形態(tài)：度下可呈現(xiàn)三種物理形態(tài)： 玻璃態(tài)（低溫）玻璃態(tài)（低溫） 高彈態(tài)（中溫）高彈態(tài)（中溫） 粘流態(tài)（高溫）粘流態(tài)（高溫）高彈態(tài)高彈態(tài)玻璃態(tài)的溫度：玻璃化溫度玻璃態(tài)的溫度：玻璃化溫度Tg高彈態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)的溫度：粘流化溫度粘流態(tài)的溫度：粘流化溫度Tf522 重要的高分子材料重要的高分子材料 n1.

7、1.合成橡膠合成橡膠（1 1）丁苯橡膠）丁苯橡膠1.1.合成橡膠合成橡膠 （2 2）丁晴橡膠）丁晴橡膠n（2 2）丁晴橡膠）丁晴橡膠1.1.合成橡膠合成橡膠 （3 3）硅橡膠）硅橡膠n（3 3）硅橡膠）硅橡膠2工程塑料工程塑料n（1）聚酰胺（尼龍）聚酰胺（尼龍） 2工程塑料工程塑料 （2）ABS 工程塑料工程塑料 n（2工程塑料工程塑料 （3）聚碳酸酯）聚碳酸酯 n（3功能高分子功能高分子 （1）光敏性高分子）光敏性高分子3功能高分子（功能高分子（2 2）離子交換樹脂離子交換樹脂 （53 復(fù)合材料復(fù)合材料 n由兩種或兩種以上的材料組合而成的多由兩種或兩種以上的材料組合而成的多相材料新型工程材料

8、相材料新型工程材料n高科技發(fā)展的產(chǎn)物高科技發(fā)展的產(chǎn)物53 31 復(fù)合材料的組成與特征復(fù)合材料的組成與特征n1.1.復(fù)合材料的組成：復(fù)合材料的組成： 基體材料增強(qiáng)材料基體材料增強(qiáng)材料基體材料：使增強(qiáng)材料粘合成型基體材料：使增強(qiáng)材料粘合成型增強(qiáng)材料：使材料具備特定功能增強(qiáng)材料：使材料具備特定功能2.2.常用基體材料常用基體材料n聚合物聚合物n 熱塑性樹脂熱塑性樹脂n 熱固性樹脂熱固性樹脂n金屬材料金屬材料n陶瓷材料陶瓷材料3.3.常用增強(qiáng)材料常用增強(qiáng)材料n玻璃纖維玻璃纖維n碳纖維碳纖維n硼纖維硼纖維n有機(jī)纖維有機(jī)纖維n碳化硅纖維碳化硅纖維nAl2O3纖維纖維n晶須晶須n金屬絲金屬絲基體基體增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維可能應(yīng)用可能應(yīng)用AlMg石墨石墨衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件宇航和衛(wèi)星結(jié)構(gòu)件宇航和衛(wèi)星結(jié)構(gòu)件Mgti硼硼天線結(jié)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)噴氣發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片噴氣發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片Al鈷基合金鈷基合金SiC高溫結(jié)構(gòu)高溫結(jié)構(gòu)高溫發(fā)動機(jī)零件高溫發(fā)動機(jī)零件n金屬基復(fù)合材料范例及可能用途金屬基復(fù)合材料范例及可能用途53 32 2重要的重要的復(fù)合材料復(fù)合材料n1.1.玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）2.2.碳纖維增強(qiáng)塑料碳纖維增強(qiáng)塑料n2.2.碳纖維增強(qiáng)塑料碳纖維增