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1、第一节 硬质合金定义：是用粉末冶金方法制成，即将极细的金属粉末或金属与非金属粉末混合并于模具中加压成型，然后在低于材料熔点的某温度下加热烧结而成。,分类：金属陶瓷硬质合金钢结硬质合金。,1.金属陶瓷硬质合金1）成分高硬难熔金属碳化物粉末，如WC、TiC等；粘结剂Co、Ni等。,2）特点硬度高（HRC69-81）；热硬性好（可达9001000)；耐磨性优良。,硬质合金刀具的切削速度比高速钢提高(47)倍，寿命可提高(58)倍。,但硬质合金质硬性脆，不能进行机械加工。常制成一定规格的刀片镶焊在刀体上使用。,3）应用 刀具；模具、量具等；采矿、石油及地质钻探等的钎头和钻头等工具。4）分类（1）钨钴类
2、；（2）钨钴钛类。,（1）钨钴类：主要牌号：YG3、YG6、YG8YG表示钨钴类硬质合金；后边数字表示钴的含量的百分数。,特点：合金含钴多，材料韧性好，但硬度、耐磨性降低。,（2）钨钴钛类：主要牌号：YT5、YT15等。成分：Co、WC、TiC。Y表示硬质合金；T表示含TiC；后面的数字是TiC的百分含量。,特点：耐磨性高，热硬性好，但强韧性较低。应用：用于制作切削钢材的工具。,2.钢结硬质合金1）成分 硬化相：仍为TiC、WC等；粘结剂：以各种合金钢（如高速钢，铬钼钢）代替了Co、Ni。,2）特点 退火后可进行切削加工；可进行淬火回火等处理；可锻造和焊接，具有更好的使用和工艺性能。,3）应用
3、 适用于制造各种形状复杂的刀具，如麻花钻头、铣刀等；可制作高温下工作的模具或零件等。,第二节 陶瓷材料,一、陶瓷的分类1、按化学成分分类(1)氧化物陶瓷，如Al2O3；(2)碳化物陶瓷，如SiC；(3)氮化物陶瓷：如Si3N4；(4)其他化合物陶瓷。,2、按性能和用途分类1）结构陶瓷：用于制造结构零部件，要求有更好的力学性能；2）功能陶瓷：具有优异的物理和化学性能，用以制作功能器件。,二、陶瓷的性能特点强度高、硬度大；塑性、韧性较差；熔点高、化学稳定性好、线膨胀系数小，且多为绝缘体；可加工性较差。,1）机械性能：（1）强度 抗压强度比抗拉强度高得多，比值为10：1左右；高温强度比金属高得多；高
4、温时，强度略下降，但其塑性韧性却大提高。,（2）高硬度、高耐磨性。（3）陶瓷增韧：增加致密度；相变增韧；纤维增韧。,2）其它性能：（1）热性能：熔点高；很好的高温强度；很好的抗氧化性；但抗热震性能差。,（2）电性能：好的绝缘材料；有些陶瓷可以作半导体或压电材料，或热电材料或环境敏感材料等。,3）特殊性能：陶瓷薄膜具有独特的光、电、磁等物理化学性能，可作功能材料。,三、常用工业陶瓷及其应用1、普通陶瓷1）成分：以粘土、长石和石英经配料、成型和烧结而成的粘土类陶瓷。,2）特点：质硬，不导电；玻璃相多高温下易软化；耐高温及绝缘性不及特种 陶瓷。成本低，产量大。,3）应用：广泛用于工作温度低于200的
5、酸碱介质中的容器、反应塔、管道；供电系统的绝缘子；纺织机械中导纱零件等。,2、特种陶瓷1）氧化铝陶瓷（1）主要成分：Al2O3 75瓷（含75%Al2O3）95瓷（含95%Al2O3）99瓷（含99%Al2O3）。,Al2O3含量越高、玻璃相含量越少，气孔越少，其性能也越好，但工艺越复杂，成本越高。,（2）性能：耐高温性好，在氧化性气氛中，可用到1950；耐蚀性好；高硬度及高温强度：760-HRC87，1200-HRC80,很好的绝缘性能。“缺点”：脆性大，不能承受冲击载荷，抗热震性差，不适合用于温度急变场合。,（3）应用：高温器皿；高速切削及难切削材料加 工的刃具；耐磨轴承、模具及活塞、化工
6、用泵和阀门；内燃机火花塞。,2）其他氧化物陶瓷（1）MgO陶瓷：典型的碱性耐火材料；用于冶炼高纯度铁及其合金、铜、铝、镁以及熔化高纯铀、钍及其合金。,（2）BeO陶瓷：性能：在还原性气中特别稳定；其导热性极好（与铝相近），故抗热冲击性能好；但氧化铍粉末及蒸气剧毒,应用：高频电炉“坩埚”、高温绝缘子、激光管、晶体管散热片、集成电路基片等。,（3）ZrO2陶瓷：性能：高强、耐热性好、导热率高室温下是绝缘体，但在1000以上变为导体。,应用：离子导电材料（电极）；传感器敏感元件；1800以上高温发热体；可用于熔炼Pt、Pd、Rh等合金的坩埚。,3）非氧化物工程陶瓷（1）氮化硅（Si3N4）陶瓷强度最
7、高的陶瓷；具有优异的化学稳定性、热稳定性和耐磨性。,性能：稳定性极好：除氢氟酸外能耐各种酸碱腐蚀，可抵抗熔融有色金属的侵蚀；氮化硅硬度很高；,摩擦系数小（只有0.10.2，相当于加油金属表面）；耐磨性、减摩性好（自润滑性好）；很好的抗热震性。,应用：耐磨材料；耐腐蚀的零件（密封环，高温轴承）；燃气轮机叶片；冶金容器和管道；精加工刀具。,Si3N4轴承,（2）碳化硅（SiC）陶瓷 性能：高温强度高，在1400时抗弯强度达500600MPa；导热性好仅次于BeO陶瓷；热稳定性、耐蚀性、耐磨性很好,常压烧结碳化硅,应用：主要可用于制作火箭尾喷管的喷嘴、炉管、热电偶套管；高温轴承与热交换器；密封圈；核
8、燃料的包封材料等。,SiC陶瓷件,SiC陶瓷件,SiC轴承,第三节 复合材料,定义：是由两种或两种以上化学本质不同的组成人工合成的材料。成分：多相，一类组成（或相）为基体，起粘结作用，另一类为增强相。,一、分类1）按结构分：金属基复合材料；高分子基复合材料；陶瓷基复合材料。,2）按性能分：功能复合材料；结构复合材料。,3）按增强相分：颗粒增强复合材料；纤维增强复合材料（玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、SiC纤维等）；层状增强复合材料。,二、特点1比强度和比模量大：例如、碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的7倍，比弹性模量比钢大3倍。,A plate spring and a boat ma
9、de from composite materials,2耐疲劳性能比较高：例如、碳纤维-聚树脂复合材料的疲劳极限是抗拉强度的7080，而金属材料的疲劳极限只有抗拉强度的4050。,3减震性能好：4.耐高温性能好：高温强度、弹性模量高。例如、LC4铝合金 在400时，弹性模量接近于零，抗拉强度从室温时500MPa降至3050MPa。,而碳纤维或硼纤维增强组成的复合材料，在400时，强度和弹性模量可保持接近室温下的水平。,5断裂安全性好断裂时应力迅速重新分布，载荷由未断裂的纤维承担起来。,6其它性能特点还具有良好的化学稳定性、隔热性、烧蚀性以及特殊的电、光、磁等性能。,7主要问题：抗冲击性能尚不
10、够理想；多为手工生产，难以自动化生产，生产周期长，效率低；产品质量不够稳定；成本较高。,三、应用1、颗粒增强复合材料：主要应用于高硬度高耐磨的工具和耐磨零件。2、弥散强化复合材料：主要应用在原子能工业等中的导电结构材料。,卫星用颗粒增强铝基复合材料零件,3、碳化硅颗粒增强铝基：用于制造大功率汽车发动机、柴油机的活塞、连杆、刹车片等；制造火箭、导弹构件、红外及激光制导系统构件；精密仪表中高尺寸稳定性材料,4、热塑性与热固性玻璃钢：工程结构。5、碳纤维-树脂复合材料：航空航天、机械制造、汽车工业及化学工业中。6、硼纤维-树脂复合材料：航空航天和军事工业。,7、碳化硅纤维-树脂复合材料：主要用于航空航天工业。8、长纤维增强金属基复合材料航天航空，先进武器和汽车；电子、纺织、体育等领域。,航天飞机内MMC(Al/B纤维)桁架,
