金属材料

非金属材料包括无机非金属材料和高分子材料。高分子材料包括橡胶、塑料和合成纤维等。
（一）无机非金属材料
1．耐火材料
常用的耐火材料有耐火砌体材料、耐火水泥及耐火混凝土。
碳质制品的热膨胀系数很低，导热性高，耐热震性能好，高温强度 高。在高温下长期使用也不软化，不受任何酸碱的侵蚀，有良好的抗盐性能，也不受金属 和熔渣的润湿，质轻，是优质的耐高温材料。
2．耐热保温和绝热材料
耐热保温材料。又称耐火隔热材料。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
常用的非金属耐蚀材料有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。
（1）铸石具有极优良的耐磨性、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。耐化学腐蚀性高于不锈钢、橡胶、塑性材料及其他有色金属十倍到几十倍；但脆性大、承受冲击荷载的能力低。在要求耐蚀、耐磨或高温条件下，当不受冲击震动时，铸石是钢铁（包括不锈钢）的理想代用材料。
（2）石墨按照来源不同可分为天然石墨和人造石墨。防腐材料中应用的主要是 人造石墨。人造石墨经过不透性处理，即通过浸渍、压型浇注等方法制得的新型结构材料 称为不透性石墨。它不仅具有高度的化学稳定性，还具有极高的导热性能。
（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。硅酸盐玻璃的化学稳定性高，抗 酸能力强（但不耐氢氟酸的腐蚀），组织紧密而不透水，若长期在某些介质作用下也会受 到侵蚀。玻璃长时期在温水或水汽作用下能使硅酸盐水解，玻璃表面分离出二氧化硅凝胶 和苛性碱，使玻璃混浊变色、表面粗糙。硅酸盐玻璃具有较好的光泽、透明度、化学稳定 性和热稳定性，机械强度高，硬度大和电绝缘性强，一般用于制造化学仪器、高级玻璃制品、无碱玻璃纤维和绝缘材料等。
（4）天然耐蚀石料。
（5）水玻璃耐酸水泥。水玻璃耐酸水泥具有能抵抗大多数元机酸和有机酸腐蚀的能力，但不耐碱及氢氟酸。
（二）高分子材料
1．高分子材料的基本性能及特点
质轻、比强度高、有良好的韧性、减摩和耐磨性好、电绝缘性好、耐蚀性好、导热系数小、易老化、易燃、耐热性、刚度小。
2．工程中常用高分子材料
（1）塑料
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。 塑料的性质主要取决于树脂的性质。
①树脂在塑料中主要起胶结作用。塑料的性质主要取决于树脂的性质。按受热时状态不同，可分为热塑性树脂和热固性树脂。
合成树脂分子结构分为直线型、支链型和体型（或称为网状型）。聚苯乙烯属于直线型；低密度聚乙烯属于支链型；酚醛树脂、不饱和聚酯树脂和环氧树脂属于网状结构。
②填料。填料又称填充剂，其作用是提高塑料的强度和刚度，减少塑料在常温下的蠕变（又称冷流）现象及提高热稳定性，对降低塑料制品的成本、增加产量有显著的作用，并可提高塑料制品的耐磨性、导热性、导电性及阻燃性，改善加工性能。 
③ 增塑剂。提高塑料加工时的可塑性及流动性；改善塑料制品的柔韧性。 
增塑剂的作用是提高塑料加工时的可塑性及流动性，改善塑料制品的柔韧 性。常用的增塑剂为醋类和酣类等。
④着色剂。着色剂的种类按其在着色介质中的溶解性分为染料和颜料两大类。
2）工程中常用塑料制品
①热塑性塑料
a．低密度聚乙烯（LDPE）。又称高压聚乙烯。
具有质轻、吸湿性小、电绝缘性好、延伸性和透明性强、耐寒性好和化学稳定性强等特点，但其强度低、耐老化性能较差。低密度聚乙烯是可燃物，故在储存和运输中应严防火种和高温。
一般用作耐蚀材料、小荷载零件（齿轮、轴承）及电缆包皮等。
b．高密度聚乙烯（HDPE）。又称低压聚乙烯。
具有良好的耐热性和耐寒性，力学性能优于低密度聚乙烯，介电性能优良，但略低于低密度聚乙烯，耐磨性及化学稳定性良好，能耐多种酸、碱、盐类腐蚀，吸水性和水蒸汽渗透性很低，但耐老化性能较差，表面硬度高，尺寸稳定性好。
主要用于制作单口瓶、运输箱、储罐、电缆护套、压力管道等。
b．聚丙烯（PP）
具有质轻、不吸水，介电性、化学稳定性和耐热性良好（可在100°C以上使用。若无外力作用，温度达到150°C时不会发生变形），力学性能优良，但是耐光性能差，易老化，低温韧性和染色性能不好。
d．聚氯乙烯（PVC）
硬聚氯乙烯比软聚氯乙烯的密度小，抗拉强度好，有良好的耐水性、耐油性和耐化学药品侵蚀的性能。硬聚氯乙烯塑料板在常温下容易加工，又有良好的热成型性能，工业用途很广。
硬聚氯乙烯塑料常被用来制作化工、纺织等工业的废气排污排毒塔，以及常用于气体、液体输送管。
软聚氯乙烯塑料常制成薄膜，用于工业包装等，但不能用来包装食品。
e．聚四氟乙烯（PTFE，F-4）
聚四氟乙烯俗称塑料王，具有非常优良的耐高、低温性能，可在-180～260℃的范围内长期使用。几乎耐所有的化学药品，在侵蚀性极强的王水中煮沸也不起变化，摩擦系数极低。聚四氟乙烯不吸水、电性能优异，是目前介电常数和介电损耗最小的固体绝缘材料。缺点是强度低、冷流性强。
f．聚苯乙烯（PS）
聚苯乙烯是苯乙烯经本体或悬浮法聚合制得的聚合物。可采用 注射、挤出、吹塑和发泡等方法成型，能切削加工和胶接。聚苯乙烯制品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，电绝缘性能好，刚性好及耐化学腐蚀。普通聚苯乙烯的不足 之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。
g．工程塑料（ABS）
普通ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。综合机械性能良好。尺寸稳定，容易电镀和易于成型，耐热和耐蚀性较好，在-40℃的低温下仍有一定的机械强度。
丙烯腈的增加可提高塑料的耐热、耐蚀性和表面硬度；丁二烯可提高弹性和韧性；苯乙烯则可改善电性能和成型能力。 
ABS可制造齿轮、泵叶轮、轴承、管道、储槽内衬、电机外壳、仪表壳、仪表盘、蓄电池槽和水箱外壳等。
h．聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
俗称亚克力或有机玻璃，其透明度比无机玻璃还高，透光率达92%；密度只有后者的一半，机械性能比普通玻璃高得多（与温度有关）。能抵抗稀酸、稀碱、润滑油和碳氢燃料的作用，在自然条件下老化发展缓慢。缺点是表面硬度不高，易擦伤。由于导热性差和热膨胀系数大，比较脆。此外，易溶于有机溶液中。

（一）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。基体相可以由树脂、金属和陶瓷等构成。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，增强相是主要承载相，并起着提高强度（或韧性）的作用。工程上开发应用较多的是纤维增强复合材料。 
复合材料的分类
（1）按基体材料类型可分为树脂基、无机非金属材料基和金属基复合材料三大类
（2）按增强体类型可分为颗粒增强型、纤维增强型和板状增强型复合材料三大类。
（4）按增强纤维类型分为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、有机纤维复合材料、
复合纤维复合材料和混杂纤维复合材料等。
复合材料特性具体表现在： 
（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。碳化硅纤维、氧化铝纤维与陶瓷复合，在空气中能耐1200～1400℃高温，要比所有超高温合金的耐热性高出100℃以上。 
（6）耐腐蚀性好。如玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料，在含氯离子的酸性介质中能长期使用，可用来制造耐强酸、盐、酯和某些溶剂的化工管道、泵、阀、容器和搅拌器等设备。
（7）较优良的减摩性、耐磨性、自润滑性和耐蚀性。
（二）复合材料基体
常用的热塑性树脂主要有通用型和工程型树脂两类。
通用型主要品种有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。工程型则可作为结构材料使用，通常在特殊的环境中使用。一般具有优良的机械性能、耐磨性能、尺寸稳定性、耐热性能和耐腐蚀性能。主要品种有聚酰胺、聚甲醛和聚苯醚等。
（三）复合材料增强体
在纤维增强体中，玻璃纤维是应用最为广泛的增强体。 
（四）复合材料应用
（1）玻璃纤维增强聚酰胺复合材料可制造轴承、轴承架和齿轮等精密机械零件，还可以制造电工部件等。玻璃纤维增强聚丙烯复合材料可用来制造干燥器壳体等。
（2）碳纤维增强酚醛树脂-聚四氟乙烯复合材料，常用作各种机器中的齿轮、轴承等受载磨损零件，活塞、密封圈等受摩擦件，也用作化工零件和容器等。碳纤维复合材料用于热核反应装置中。
（3）石墨纤维增强铝基复合材料，制作涡轮发动机压气叶片。
（4）合金纤维增强的镍基合金，用于制造涡轮叶片。
（5）颗粒增强的铝基复合材料，制造的发动机活塞。
（6）塑料-钢复合材料。主要是由聚氯乙烯塑料膜与低碳钢板复合而成，其性能如下：
1）化学稳定性好，耐酸、碱、油及醇类侵蚀，耐水性好；
2）塑料与钢材间的剥离强度≥20MPa；
3）深冲加工时不剥离，冷弯120°不分离开裂（d=0）；
4）绝缘性能和耐磨性能良好；
5）具有低碳钢的冷加工性能；
6）在-10～60℃之间可长期使用，短时间使用可耐120℃。
（7）塑料-青铜-钢材三层复合材料。低碳钢为基体，青铜为中间层，塑料为表层。适用于尺寸精度要求高、无油或少油润滑的轴承、垫片、球座、涡轮叶片轴承、各种机车车辆和矿山机械轴承等。  
（8）塑料-铝合金。耐压、抗破裂性能好、质量轻，具有一定的弹性、耐温性能好、防紫外线、抗热老化能力强、耐腐蚀性优异，常温下不溶于任何溶剂，且隔氧、隔磁、抗静电、抗音频干扰。