非金屬材料焊接常用非金屬材料

1、第一章常用非金屬材料第一節(jié)塑料材料塑料是一種用途廣泛的合成高分子材料，塑料集金屬的堅(jiān)硬性、木材的輕便性、玻璃的透明性、陶瓷的耐腐蝕性，橡膠的彈性和韌性于一身，因此除了日常用品外，塑料更廣泛地應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械、石油化工、機(jī)械制造、國(guó)防、建筑等各行各業(yè)。一、塑料的分類(lèi)塑料種類(lèi)很多，投入生產(chǎn)的塑料大約有三百多種。1、根據(jù)塑料受熱后的性質(zhì)不同分為熱塑性塑料和熱固性塑料<1、熱塑性塑料分子結(jié)構(gòu)都是線型結(jié)構(gòu)，在受熱時(shí)發(fā)生軟化或熔化，可塑制成一定的形狀，冷卻后又變硬。在受熱到一定程度又重新軟化，冷卻后又變硬，這種過(guò)程能夠反復(fù)進(jìn)行多次。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。熱塑性塑料成型過(guò)程簡(jiǎn)單，能夠

2、連續(xù)化生產(chǎn)，并且具有相當(dāng)高的機(jī)械強(qiáng)度。<2、熱固性塑料的分子結(jié)構(gòu)是體型結(jié)構(gòu)，在受熱時(shí)也發(fā)生軟化，可以塑制成一定的形狀，但受熱到一定的程度或加入少量固化劑后，就硬化定型，再加熱也不會(huì)變軟和改變形狀了。熱固性塑料加工成型后，受熱不再軟化，因此不能回收再用，如酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹(shù)脂等都屬于此類(lèi)塑料。熱固性塑料成型工藝過(guò)程比較復(fù)雜，所以連續(xù)化生產(chǎn)有一定的困難，但其耐熱性好、不容易變形，而且價(jià)格比較低廉。2、根據(jù)塑料的用途不同分為通用塑料、工程塑料、<1、通用塑料是指產(chǎn)量大、價(jià)格低、應(yīng)用范圍廣的塑料，主要包括聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品種。人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫脑S

3、多制品都是由這些通用塑料制成。<2、工程塑料是可作為工程結(jié)構(gòu)材料和代替金屬制造機(jī)器零部件等的塑料。例如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS樹(shù)脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜、等。工程塑料具有密度小、化學(xué)穩(wěn)定性高、機(jī)械性能良好、電絕緣性?xún)?yōu)越、加工成型容易等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、電器、化工、機(jī)械、儀器、儀表等工業(yè)，也應(yīng)用于宇宙航行、火箭、導(dǎo)彈等方面。<3、特種塑料：一般指具有特種功能<如耐熱、自潤(rùn)滑等，應(yīng)用于特殊要求的塑料。如聚苯硫醴<PPS、聚四氟乙烯<PTFE等氟塑料、聚醴醴酮<PEEK。聚四氟乙烯（PTFE,即塑料王>,具有的耐腐蝕、耐老化、低摩擦系數(shù)及不粘性

4、、耐溫范圍廣、彈性好的特性，應(yīng)用于制造耐腐蝕要求高，使用溫度高于100的密封件。應(yīng)用在輸送腐蝕性氣體的輸送管、排氣管、蒸汽管，軋鋼機(jī)高壓油管，飛機(jī)液壓系統(tǒng)和冷壓系統(tǒng)的高中低壓管道，精餾塔、熱交換器，釜、塔、槽的襯里，閥門(mén)設(shè)備。二、塑料的特性1、塑料具有可塑性塑料的可塑性就是可以通過(guò)加熱的方法使固體的塑料變軟，然后再把變軟了的塑料放在模具中，讓它冷卻后又重新凝固成一定形狀的固體。塑料的這種性質(zhì)也有一定的缺陷，即遇熱時(shí)容易軟化變形，有的塑料甚至用溫度較高的水燙一下就會(huì)變形，所以塑料制品一般不宜接觸開(kāi)水。2、塑料具有彈性受到外力拉伸時(shí)，卷曲的分子就由柔韌性而被拉直，但一旦拉力取消后，它又會(huì)恢復(fù)原來(lái)的

5、卷曲狀態(tài)，這樣就使得塑料具有彈性，例如聚乙烯和聚氯乙烯的薄膜制品。但是有些塑料是沒(méi)有彈性的。3、塑料具有較高的強(qiáng)度玻璃、陶瓷、木材等相比，還是具有比較高的強(qiáng)度及耐磨性。塑料可以制成機(jī)器上堅(jiān)固的齒輪和軸承。4、塑料具有耐腐蝕性塑料既不像金屬那樣在潮濕的空氣中會(huì)生銹，也不像木材那樣在潮濕的環(huán)境中會(huì)腐爛或被微生物侵蝕，另外塑料耐酸堿的腐蝕。因此塑料常常被用作化工廠的輸水和輸液管道，建筑物的門(mén)窗等。5、塑料具有絕緣性塑料的分子鏈?zhǔn)窃右怨矁r(jià)鍵結(jié)合起來(lái)的，分子既不能電離，也不能在結(jié)構(gòu)中傳遞電子，所以塑料具有絕緣性。塑料可用來(lái)制造電線的包皮、電插座、電器的外殼等。三、常用塑料聚氯乙烯<PVC硬質(zhì)聚氯

6、乙烯的密度為，機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，使用溫度范圍一般在15+55C之間，適宜制造塑料門(mén)窗、下水管、線槽等。聚乙烯<PE聚乙烯塑料在建筑上主要用于給排水管、衛(wèi)生潔具。聚丙烯<PP聚丙烯的密度在所有塑料中是最小的，約為090左右。聚丙烯常用來(lái)生產(chǎn)管材、衛(wèi)生潔具等建筑制品。聚苯乙烯<PSEPS可發(fā)性聚苯乙烯發(fā)泡，泡沫板。聚苯乙烯為無(wú)色透明類(lèi)似玻璃的塑料。聚苯乙烯在建筑中主要用來(lái)生產(chǎn)泡沫隔熱材料、透光材料等制品。改性聚苯乙烯塑料ABSABS塑料是改性聚苯乙烯塑料，以丙烯睛<A、丁二烯<B及苯乙烯<S為基礎(chǔ)的三組分所組成。ABS塑料可制作壓有花紋圖案的塑料裝飾板等

7、。聚碳酸酯PCPC熱塑性塑料，透明的度達(dá)90%,被譽(yù)為是透明金屬。它剛硬而具有韌性，較高的沖擊強(qiáng)度，高度的尺寸穩(wěn)定性、良好的電絕緣性能、耐熱性、無(wú)毒性。PC用于制作尺寸精度很高的光盤(pán)、電子電腦等通訊器材。PC薄膜用作電容器、錄音機(jī)、彩色錄像磁帶等。PC制造各種齒輪、渦輪、軸承、凸輪、螺栓、曲軸、棘輪，也可作一些機(jī)械設(shè)備殼體、罩蓋和框架等零件。乙烯-醋酸乙烯共聚物EVAEVA常用于作為旅游鞋、拖鞋鞋底材料等。第二節(jié)陶瓷材料一、陶瓷的分類(lèi)1、按化學(xué)成分分類(lèi)：(1>氧化物陶瓷，如Al2O3；(2>碳化物陶瓷，如SiC；(3>氮化物陶瓷：包括Si3N4；(4>其他化合物陶瓷。2

8、、按性能和用途分類(lèi)：<1結(jié)構(gòu)陶瓷：用于制造結(jié)構(gòu)零部件，要求有更好的力學(xué)性能；<2功能陶瓷：具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，用以制作功能器件。二、陶瓷的性能特點(diǎn)原子結(jié)合：主要是離子鍵和共價(jià)鍵；要是離子鍵和共價(jià)鍵；性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高、硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)穩(wěn)定性好、線膨脹系數(shù)小，且多為絕緣體；塑性、韌性和可加工性較差。1、機(jī)械性能1強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高得多，比值為10：1左右，高溫強(qiáng)度比金屬高得多；高溫度時(shí)，強(qiáng)度有一定程度的下降，但其塑性韌性卻大大提高，加之陶瓷材料優(yōu)異抗氧化性，其可能成為未來(lái)高速高溫燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料。2硬度：高硬度、高耐磨性。3陶瓷增韌：(1>增加致密度；(2

9、>相變?cè)鲰g<體積效應(yīng)和形狀效應(yīng)；(3>纖維增韌。2、其它性能1熱性能：熔點(diǎn)高、很好的高溫強(qiáng)度和抗氧化性、但抗熱震性能差。2電性能：好的絕緣材料；但由于雜質(zhì)，某些組元等一系列成分因素的作用及一些環(huán)境因素的影響，有些陶瓷可以作半導(dǎo)體或壓電材料，或熱電材料或環(huán)境敏感材料3特殊性能：陶瓷薄膜具有獨(dú)特的光、電、磁等物理化學(xué)性能?？勺鞴δ懿牧?。三、常用工業(yè)陶瓷及其應(yīng)用1、普通陶瓷1成分用天然原料制成的粘土類(lèi)陶瓷，它是以粘土、長(zhǎng)石和石英經(jīng)配料，成型燒結(jié)而成。2特點(diǎn)質(zhì)硬，不導(dǎo)電，易于加工成型；但其內(nèi)部含有較多玻璃相，高溫下易軟化，耐高溫及絕緣性不及特種陶瓷。3應(yīng)用因其成本低，產(chǎn)量大，廣泛用于

10、工作溫度低于200的酸堿介質(zhì)、容器、反應(yīng)塔、管道、供電系統(tǒng)的絕緣子和紡織機(jī)械中導(dǎo)紗零件等。2、特種陶瓷1氧化鋁陶瓷< 1成分：Al2O3+少量的SiO2例、75瓷<含75%AlzQ、95瓷<含95%AbQ和99瓷<含99%AbQAl2O3含量越高玻璃相含量越少，氣孔越少，其性能也越好，但此時(shí)工藝變得復(fù)雜，成本升高。< 2性能耐高溫性好，在氧化性氣氛中，可用到1950，且耐蝕性好；高硬度及高溫強(qiáng)度(760C時(shí)HRA871200c時(shí)HRA80>很好的絕緣性能?！叭秉c(diǎn)”是脆性大，不能承受沖擊載荷，抗熱震性差，不適合用于有溫度急變場(chǎng)合。< 3應(yīng)用高溫器皿；高速

11、切削及難切削材料加工的刃具；耐磨軸承、模具及活塞、化工用泵和閥門(mén)；內(nèi)燃機(jī)火花塞。2其他氧化物陶瓷<1MgO匍瓷是典型的堿性耐火材料，用于冶煉高純度鐵及其合金、銅、鋁、鎂以及熔化高純鈾、釷及其合金。<2BeO陶瓷性能：在復(fù)原性氣中特別穩(wěn)定，其導(dǎo)熱性極好<與鋁相近，故抗熱沖擊性能好；但氧化鈹粉末及蒸氣有劇毒應(yīng)用：高頻電爐“地竭”、高溫絕緣子、激光管、晶體管散熱片、集成電路基片。3ZrO2陶瓷性能：高強(qiáng)且耐熱性好，導(dǎo)熱率高；室溫下是絕緣體，但在1000c以上變?yōu)閷?dǎo)體。應(yīng)用：用于離子導(dǎo)電材料電極，傳感及敏感元件及1800c以上的高溫發(fā)熱體，還可用于熔煉Pt、PdRh等合金的培竭。3非

12、氧化物工程陶瓷1氮化硅Si3NJ陶瓷是目前強(qiáng)度最高的陶瓷，并具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和耐磨性。性能：穩(wěn)定性極好，除氫氟酸外能耐各種酸堿腐蝕，可抵抗熔融有色金屬的侵蝕；氮化硅硬度很高，摩擦系數(shù)小只有，相當(dāng)于加油的金屬外表，耐磨性減摩性好自潤(rùn)滑性好；很好的抗熱震性。應(yīng)用：，耐磨材料；耐腐蝕的零件密封環(huán)，高溫軸承；燃?xì)廨啓C(jī)葉片；冶金容器和管道；精加工刀具。2碳化硅SiC陶瓷性能：最大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度高，在1400c時(shí)抗彎弓®度仍達(dá)（500-600MPa；且其導(dǎo)熱性好，僅次于BeO陶瓷，熱穩(wěn)定性耐蝕性耐磨性也很好。應(yīng)用：主要可用于制作火箭尾噴管的噴嘴、爐管、熱電偶套管，以及高溫軸承、高溫

13、熱交換器、密封圈和核燃料的包封材料等。2氮化硼陶瓷A、六方氮化硼性能：與石墨結(jié)構(gòu)、性能相似，故又稱(chēng)“白石墨”，具有良好的耐熱導(dǎo)熱性，是理想的散熱和高溫絕緣材料；化學(xué)穩(wěn)定性好，具有極好的自潤(rùn)滑性，其硬度較低，可進(jìn)行機(jī)械加工，作成各種結(jié)構(gòu)的零件。應(yīng)用：一般用作熔煉半導(dǎo)體材料地竭和高溫容器，半導(dǎo)體散熱絕緣件，高溫潤(rùn)滑軸承和玻璃成型模具等。B、立方氮化硼為立方結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊密，硬度與金剛石接近，是優(yōu)良的耐磨材料，常用于制作刀具。第三節(jié)復(fù)合材料復(fù)合材料是由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)不同的組分人通過(guò)工合成的材料。一類(lèi)相為基體，起粘結(jié)作用，另一類(lèi)為增強(qiáng)相，是一種多相材料。一、復(fù)合材料分類(lèi)1、按結(jié)構(gòu)分：金屬基復(fù)合材

14、料、高分子基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料。2、按性能分：功能復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。3、按增強(qiáng)相分：顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、SiC纖維等、層狀增強(qiáng)復(fù)合材料。二、復(fù)合材料特點(diǎn)1、比強(qiáng)度和比模量大；碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂組成的復(fù)合材料，其比強(qiáng)度是鋼的7倍，比彈性模量比鋼大3倍。2、耐疲勞性能比較高；例如、碳纖維一聚樹(shù)脂復(fù)合材料的疲勞極限是抗拉強(qiáng)度的7080，而金屬材料的疲勞極限只有抗拉強(qiáng)度的4050。3、減震性能好；4、耐高溫性能好；高溫強(qiáng)度和彈性模量均較高；例如、LC4鋁合金，在400時(shí)，彈性模量接近于零，抗拉強(qiáng)度值也從室溫時(shí)的500MPa降至3050MPa而碳纖維或硼

15、纖維增強(qiáng)組成的復(fù)合材料，在400c時(shí)，強(qiáng)度和彈性模量可保持接近室溫下的水平。5、斷裂安全性好；斷裂時(shí)應(yīng)力迅速重新分布，載荷由未斷裂的纖維承擔(dān)起來(lái)。6、其它性能特點(diǎn)還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、隔熱性、燒蝕性以及特殊的電、光、磁等性能。三、復(fù)合材料應(yīng)用1、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料：主要應(yīng)用于高硬度高耐磨的工具和耐磨零件。3、碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料<SiCP/Al：制造大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞、連桿；制造火箭、導(dǎo)彈構(gòu)件構(gòu)件；理想的精密儀表中高尺寸穩(wěn)定性材料。4、熱塑性玻璃鋼與熱固性玻璃鋼：工程結(jié)構(gòu)。5、碳纖維-樹(shù)脂復(fù)合材料：主要應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)工業(yè)及化學(xué)工業(yè)中。6、硼纖維-樹(shù)脂復(fù)合材料：主要用于航空航天和軍事工業(yè)。7、碳化硅纖維-樹(shù)脂復(fù)合材料：主要用于航空航天工業(yè)。8、長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料：應(yīng)用航天航空，先進(jìn)武器和汽車(chē)領(lǐng)域。9、鋁基、鎂基復(fù)合材料：主要用作高性能的結(jié)構(gòu)材料；10、鈦基耐熱合金及金屬間化合物基復(fù)合材料：主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)零件；11、銅基和鉛基復(fù)合材料：特殊導(dǎo)體和電極材料。12、氧化鋁短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料：在汽車(chē)制造等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。13、碳化硅晶須增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料：航天航空等高技術(shù)領(lǐng)域的先進(jìn)的復(fù)合材料。14、短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料：用于航空航天航海和軍事等部門(mén)。15、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料：制造飛機(jī)的