常用工程材料-非金属材料
非金属材料
非金属材料也是重要的工程材料。它包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀(酸)非金属材料和陶瓷材料等。
1.耐火材料
(1)耐火材料的主要性能指标和分类：
1)耐火材料的主要性能指标。
① 耐火度。耐火度是耐火材料受热后软化到一定程度的温度。
② 荷重软化温度。
③ 高温化学稳定性。高温化学稳定性是耐火材料抗炉气和炉料腐蚀的能力;
④ 抵抗温度变化的能力越好，则耐火材料在经受温度急剧变化时越不易损坏;
⑤ 抗压强度要好;
⑥ 密度和比热容
⑦ 热导率要小，隔热性能要好，电绝缘性能要好。
2)耐火材料的分类
① 耐火砌体材料。按材质高低，分为普通耐火材料和特种耐火材料;按材料密度分为重质耐火材料和轻质耐火材料;按耐火材料的主要化学成分分为粘土砖、高铝砖、硅砖、氧化铝砖、石墨和碳制品以及碳化硅制品等。
② 耐火水泥及混凝土。低钙铝酸盐耐火水泥是用优质铝钒土和石灰石，按一定比例配合经烧结、磨细制成。
耐火混凝土具有施工简便、价廉和炉衬整体密封性强等优点，但强度较低。按照胶结料的不同，耐火混凝土分为水硬性耐火混凝土、火硬性耐火混凝土和气硬性耐火混凝土;按照密度的高低，可分为重质耐火混凝土和轻质耐火混凝土两类。
2.耐火隔热材料
耐火隔热材料，又称为耐热保温材料。它是各种工业用炉(冶炼炉、加热炉、锅炉炉膛)的重要筑炉材料。常用的隔热材料有硅藻土、蛭石、玻璃纤维(又称矿渣棉)、石棉，以及它们的制品如板、管、砖等。
3.耐蚀(酸)非金属材料
(1)铸石。铸石是以辉绿岩、玄武岩、页岩等天然岩石为主要原料，经熔化、浇注、结晶、退火而成的一种硅酸盐结晶材料。铸石具有极优良的耐磨与耐化学腐蚀性、绝缘性及较高的抗压性能。其耐磨性能比钢铁高十几倍至几十倍。
(2)石墨。石墨按照来源不同可分为天然石墨和人造石墨。它不仅具有高度的化学稳定性，还具有极高的导热性能。
石墨材料具有高熔点(3700℃)，在高温下有高的机械强度。当温度增加时，石墨的强度随之提高。石墨在3000℃以下具有还原性，并且在中性介质中有很好的热稳定性。在急剧改变温度的条件下，石墨比其他结构材料都稳定，不会炸裂破坏，石墨的导热系数比碳钢大2倍多，所以，石墨材料常用来制造传热设备。
石墨具有良好的化学稳定性。除了强氧化性的酸(如硝酸、铬酸、发烟硫酸和卤素)之外，在所有的化学介质中都很稳定，甚至在熔融的碱中也很稳定。
(3)玻璃。按形成玻璃的氧化物可分为硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃和铝酸盐玻璃等，其中硅酸盐玻璃是应用最为广泛的玻璃品种。
(4)天然耐蚀石料。天然耐蚀石料的组成含二氧化硅的质量分数大于55.0%，且其含量越高耐酸性能越好。含氧化镁、氧化钙的质量分数在50.0%以上的石料，有较好的或好的耐碱性能，但不耐酸侵蚀。而某些耐酸石料含二氧化硅虽然很高，由于结构致密也能耐碱侵蚀。
(5)水玻璃型耐酸水泥。水玻璃型耐酸水泥具有能抗大多数无机酸和有机酸腐蚀的能力，但不耐碱。
4.陶瓷材料
陶瓷材料属于硅酸盐材料。目前陶瓷的应用已渗透到各类工业、各种工程和各个技术领域。陶瓷材料有着许多区别于其它材料的物理化学性能。比如高温化学稳定性、超硬的特点和极好的耐腐蚀性能。
(1)陶瓷材料的分类
工程陶瓷材料的分类见教材图1.1.2。它们可用于制造某些工业构件、零件和工具。陶瓷的种类很多，但缺乏统一的分类方法，陶瓷一般分为普通陶瓷和新型陶瓷两大类。
(2)常用的陶瓷材料
在工程中常用的陶瓷有电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、结构陶瓷和耐酸陶瓷等。
例题1：在工程材料分类中，铸石属于( )。
A.耐火材料 B.耐火隔热材料 C.耐蚀非金属材料 D.陶瓷材料
答案：C.耐蚀非金属材料
例题2：耐火材料的主要性能指标有()。
A. 高温化学稳定性 B. 抵抗温度变化的能力要好
C. 抗压强度要好 D. 密度和比热容要大
答案：A. 高温化学稳定性 B. 抵抗温度变化的能力越好 C. 抗压强度要好
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例题3：石墨的特点包括( )。
A. 具有高度的化学稳定性 B. 具有极高的导热性能
C. 在硝酸中很稳定 D. 常用来制造传热设备
答案：A. 具有高度的化学稳定性 B. 具有极高的导热性能
D. 常用来制造传热设备
高分子材料
1.高分子材料的基本概念
高分子材料具有较高的强度、良好的塑性、较强的耐腐蚀性能，很好的绝缘性和重量轻等优良性能，在工程上是发展最快的一类新型结构材料。高分子材料一般分天然和人工合成两大类。天然高分子材料有蚕丝、羊毛、纤维素和橡胶以及存在于生物组织中的淀粉和蛋白质等。工程上的高分子材料主要是人工合成的各种有机材料。通常根据机械性能和使用状态将其分为塑料、橡胶和合成纤维三大类。
人工合成的高分子材料，就是把低分子材料(单体)聚合起来所形成的。其聚合过程称为聚合反应。最常用的聚合反应有加成聚合反应(简称加聚反应)和缩合聚合反应(简称缩聚反应)两种。
2.高分子材料的基本性能及特点
高分子材料的基本性能及特点是质轻，比强度高，有良好的韧性，减摩、耐磨性好，电绝缘性好，耐蚀性。化学稳定性好， 导热系数小，易老化，易燃，耐热性好，刚度小。
3.工程中常用高分子材料
(1)塑料制品。
1)塑料的组成。常用的塑料制品都是以合成树脂为基本材料，再按一定比例加入填充料、增塑剂、着色剂和稳定剂等材料，经混炼、塑化，并在一定压力和温度下制成的。
另外熟悉各组成在塑料中所起的作用。
2)工程中常用塑料制品。
① 热塑性塑料。
a低密度聚乙烯(LDPE)
b高密度聚乙烯(HDPE)
c聚丙烯(PP)
d聚氯乙烯(PVC)
e聚四氟乙烯(PTFE，F-4)
f聚苯乙烯(PS)
g ABS
h聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
② 热固性塑料
a酚醛模塑料(PF)
b酚醛玻璃纤维增强塑料
c环氧树脂(EP)
d 呋喃树脂
e 不饱和聚酯树脂
了解以上各种塑料的主要特性。
(2)橡胶
1)天然橡胶(NR)
2)丁基橡胶(IIR)
3)氯丁橡胶(CR)
4)氟硅橡胶(MFQ)
了解以上各种橡胶的主要特性。
(3)合成纤维
合成纤维具有强度高、密度小、耐磨和不霉不腐等特点，广泛用于制作衣料。在工农业生产、交通运输及国防建设上也发挥了很大作用。
例题1：在高分子材料的特性中，比较突出的性能为( )。
A.比强度低 B.导热系数大
C.减摩、耐磨性好 D.不易老化
答案：C.减摩、耐磨性好
例题2：塑料的性质主要取决于( )的性质。
A.树脂 B.填料 C.增塑剂 D.着色剂
答案：A.树脂
复合材料
1. 复合材料组成、分类和特点
复合材料中至少包括基体相和增强相两大类。基体相起粘结、保护增强相并把外加荷载造成的应力传递到增强相上去的作用，基体相可以由金属、树脂和陶瓷等构成，在承载中，基体相承受应力作用的比例不大;增强相是主要承载相，并起着提高强度(或韧性)的作用，增强相的形态各异，有纤维状、细粒状和片状等。
按基体材料类型可分为：有机材料基、无机非金属材料基和金属基复合材料三大类，如下图所示。
与普通材料相比，复合材料具有许多特性，可改善或克服单一材料的弱点，充分发挥它们的优点，并赋予材料新的性能;可按照构件的结构和受力要求，给出预定的分布、合理的配套性能，进行材料的最佳设计等。具体表现在：
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(1)高比强度和高比模量。
(2)耐疲劳性高。
(3)抗断裂能力强。
(4)减振性能好。
(5)高温性能好，抗蠕变能力强。
(6)耐腐蚀性好。
(7)复合材料还具有较优良的减摩性、耐磨性、自润滑性和耐蚀性等特点，而且复合材料构件制造工艺简单，表现出良好的工艺性能，适合整体成型。
2.复合材料增强体
(1)纤维增强体。
(2)颗粒增强体。
(3)片状增强体。
3.复合材料基体
(1)树脂基体。树脂基复合材料是复合材料中最主要的一类，通常称为增强塑料。
(2)金属基体。金属基复合材料主要有三类：颗粒增强、短纤维或晶须增强、连续纤维或薄片增强。多种金属及其合金可用作基体材料。
(3)陶瓷基体。制作陶瓷基复合材料的主要目的是增加韧性。适用陶瓷基复合材料的基体材料主要有氧化物陶瓷基体(氧化铝陶瓷基体和氧化锆陶瓷基体等)。非氧化物陶瓷基体(氮化硅陶瓷基体、氮化铝陶瓷基体、碳化硅陶瓷基体及石英玻璃)
4.复合材料应用
(1)用玻璃纤维增强塑料得到的复合材料，俗称玻璃钢。
(2)碳纤维增强酚醛树脂、聚四氟乙烯复合材料，
(3)石墨纤维增强铝基复合材料，
(4)合金纤维增强的镍基合金
(5)颗粒增强的铝基复合材料
(6)塑料—钢复合材料
(7)塑料—青铜—钢背三层复合材料
(8)塑料-铝合金。
www.jzr88.com，2016造价工程师《技术与计量(安装)》知识点(2)