1.7 常见非金属材料（课件）《数控加工机械基础》（高教版）同步精品课堂

任务1.7 常见非金属材料 《数控加工机械基础》（高教版） 同步精品课堂—中职专业课 学习目标 01 03 02 理解非金属材料的基本概念、分类及特性。 能根据非金属材料的特性，提高解决实际问题的能力。 通过非金属材料的学习，培养团队合作精神和创新思维，增强责任感和使命感。 学习目标 课前导入 手机壳、汽车轮胎、机床陶瓷刀具，这些常见物品居然都是非金属材料做的！为啥塑料能做绝缘件？橡胶能变形还能回弹？复合材料为啥能“强强联合”？今天咱们就解锁非金属材料家族，搞懂塑料、橡胶、陶瓷和复合材料的特性密码，学完就能看透生活与实训里的选材门道。 长期以来,金属材料因具有良好的使用性能和工艺性能,在机械制造业中占主导地位。但近几十年来,一些密度小、绝缘性好、外形美观、性能优良、成本低的非金属材料发展非常迅速,越来越多地应用于工业、农业、国防和科学技术等各个领域,逐步取代一部分金属材料。 非金属材料种类繁多,机械工程中常用的有高分子材料、陶瓷和复合材料等。 高分子材料 高分子材料是指以高分子化合物为主要原料组成的材料。通常将分子量大于5000的化合物称为高分子化合物,而将分子量小于1000的化合物称为低分子化合物。 高分子材料分为天然和人工合成两大类。天然高分子材料有羊毛、蚕丝、淀粉及天然橡胶等。人工合成高分子材料有塑料、合成纤维、合成胶等。 高分子材料 (1)塑料 塑料就是具有可塑性的高分子材料。世界上第一种塑料产品是化学家用樟脑和硝酸纤维反应制得的。它是以树脂为基础,加入添加剂(如增塑剂、稳定剂、填充剂、固化剂、染料等)制成的。塑料的品种繁多,分类方法也很多。通常按塑料受热后所表现的行为分为热塑性塑料和热固性塑料。 高分子材料 塑料与金属材料相比,具有密度小、耐磨、耐腐蚀、消声、绝缘性好等优良性能,但易老化。随着有机高分子合成方法的不断突破和发展,塑料已成为与人类关系很密切的材料,广泛应用于生产、生活的各个领域。用塑料制造的轴承、轴套和齿轮,具有突出的耐磨性和自润滑性;用塑料制造的化工管道、反应釜和耐酸泵,不仅解决了金属材料腐蚀快、寿命短的问题,而且大大延长了零件的使用寿命。 高分子材料 高分子材料 (2)橡胶 橡胶是以生胶为基体原料,加入适量配合剂,经过硫化后形成的有机高分子材料。橡胶具有高的弹性、优良的伸缩性能和储蓄能量的能力,是常用的密封、抗振、减振及传动材料。橡胶还具有良好的耐磨性、隔声性、弹性、伸长率和阻尼特性。未硫化的橡胶还能与某些树脂混合改性,或与其他材料结合成为兼有两种材料特点的复合材料。橡胶可分为天然橡胶与合成橡胶两大类。常用橡胶有天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶CR)、硅橡胶(O)和氣橡胶(FPM)五种。 高分子材料 橡胶的应用广泛,如机械制造中的密封件、减振件,电气工业中的各种导线、电缆的绝缘件,橡胶的模压制品、橡胶带和热收缩管等。橡胶的应用如图所示。 高分子材料 陶瓷在传统上是指陶器和瓷器。我国烧制瓷器的时间最早,技术水平最高。据考证,我国在距今 7000-8000年前的新石器时代就有了陶器。制瓷技术在东汉后期已经基本成熟,经三国、西晋、南北朝,至隋唐进人成熟阶段。 陶瓷是无机非金属固体材料,具有硬度高、抗压强度高、耐高温、抗氧化、耐磨损和耐蚀性好等特点,但质脆,易碎,受力后不易产生塑性变形,急冷急热时性能较差。陶瓷一般可分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。 陶瓷 传统陶瓷由黏土、长石和石英等天然原料经粉碎、成 形和烧结制成,主要用于制造日用品、建筑、洁具及工 业上的低压和高压电瓷,耐酸、过滤制品等。特种陶瓷 由各种人工化合物(如氧化物、氮化物等)制成,常见的 有氧化铝瓷、氮化硅瓷等。这类陶瓷主要用于化工、冶金、机械、电子工业、能源和某些新技术领域等,如制造高温器皿、绝缘和电真空器件、高速切削刀具、耐零件、炉管、热电偶保护管及发热元件等。陶瓷的应用如图所示。 陶瓷 不同的材料具有不同的性能。普通金属材料强度高，但易腐蚀；普通陶瓷材料耐高温，但易碎裂；合成高分子材料强度高、密度小，但易老化。通过实践发现，由两种或两种以上性质不同的材料组合成的复合材料，保留了组成材料各自的优点，得到单一材料无法比拟的综合性能。 复合材料 复合材料 复合材料应用非常广泛,日常生活中使用的搪瓷(搪瓷茶杯、搪瓷洗脸盆、搪瓷菜盘等)是用钢板作基体材料,然后在钢板表面涂上瓷釉,在高温下烧结得到的复合材料。建筑用的钢筋混凝土是以钢筋为结构,用水泥、砂石浇筑复合而成。航空航天等高科技领域更是大量使用复合材料,如飞机的机身和机翼大量使用了碳纤维复合材料。 复合材料 (1)复合材料的特性 1)比强度大 比强度是材料强度和密度的比值,是从减轻质量的角度选择材料的指标。如碳纤维与环氧树脂组成的复合材料的比强度是钢的7倍,通常可减轻结构件质量的15% ~ 30%。 2)化学稳定性好 选用耐蚀性良好的树脂为基体、高强度纤维为增强材料的复合材料能耐酸、碱及油脂等的侵蚀。 复合材料 3)减摩耐磨、自润滑性好 用塑料与钢板制成的复合材料可作为轴承材料。由于钢板的增强作用,塑料轴承的耐磨性、尺寸稳定性及承载能力都能显著提高。用石棉类的材料与塑料复合可以得到摩擦系数大、制动效果好的摩阻材料。 4)其他特殊性能 隔热性及特殊的电、光、磁等性能。 复合材料 (2)复合材料的分类 复合材料根据结构特点可分为纤维复合材料、层叠复合材料、细粒复合材料和架复合材料。 复合材料 课堂练习 1.橡胶制品老化的主要原因是（ ） A. 高温 B. 低温 C. 干燥 D. 密封 答案：A 解析：高温、氧气、紫外线会加速橡胶老化，使其失去弹性、变脆开裂，故选A。 课堂练习 2.适合制造机床绝缘垫片的材料是（ ） A. 橡胶 B. 陶瓷 C. 热塑性塑料 D. 复合材料 答案：C 解析：热塑性塑料绝缘性好、易加工、成本低，适配机床绝缘垫片的需求，故选C。 课堂练习 3.陶瓷材料常用于制造（ ） A. 发动机缸体 B. 轴承滚珠 C. 耐高温炉膛 D. 汽车外壳 答案：C 解析：陶瓷耐高温特性适配炉膛的高温工作环境，其他选项分别适合金属或复合材料，故选C。 课堂练习 4.下列属于复合材料的是（ ） A. 玻璃 B. 钢筋混凝土 C. 橡胶轮胎 D. 聚乙烯塑料 答案：B 解析：钢筋混凝土由钢筋和混凝土复合而成，兼具钢筋的韧性和混凝土的抗压性，属于复合材料，故选B。 课堂练习 5.热固性塑料的突出特点是（ ） A. 可重复加工 B. 耐高温性好 C. 韧性极佳 D. 成本低 答案：B 解析：热固性塑料成型后结构稳定，耐高温性优于多数热塑性塑料，如电木插座可承受一定高温，故选B。 课堂练习 6.橡胶中加入硫磺的目的是（ ） A. 降低成本 B. 提高硬度 C. 硫化交联，增强稳定性 D. 改善颜色 答案：C 解析：硫磺能使橡胶发生硫化反应，形成交联结构，让橡胶从线性分子变成网状结构，增强弹性和稳定性，故选C。 课堂练习 7.下列材料中，耐磨性最好的是（ ） A. 塑料 B. 橡胶 C. 陶瓷 D. 复合材料 答案：C 解析：陶瓷的硬度极高，耐磨性远超塑料、橡胶，部分复合材料耐磨性较好，但整体不如陶瓷，故选C。 课堂练习 8.适合制造航天飞机外壳的材料是（ ） A. 塑料 B. 橡胶 C. 陶瓷 D. 复合材料 答案：D 解析：航天飞机外壳需轻质、高强、耐高温，碳纤维等复合材料能满足需求，其他材料性能不足，故选D。 课后作业 复合材料的定义和性能特点是什么？ 举例说明“特性决定用途”在非金属材料中的应用。 热固性塑料的典型代表和用途是什么？ 课堂小结 $