环保设备材料介绍PPT课件下载

这是一个关于环保设备材料介绍PPT课件，主要介绍金属材料、耐蚀金属材料及性能、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、噪声控制材料、材料的腐蚀与防护、环保设备材料选择。1 环境保护设备材料 本章主要讲环境保护设备常用材料的的基本性能，主要内容：1.1金属材料 1.2 耐蚀金属材料及性能1.3 无机非金属材料 1.4 高分子材料 1.5 复合材料1.6 噪声控制材料 1.7 材料的腐蚀与防护 1.8 环保设备材料选择 1.1 金属材料 1.1.1金属材料的分类环保设备常用的金属材料主要有碳钢、铸铁、合金钢、不锈钢以及部分有色金属材料等。1、钢的分类（1）按化学成分分类 低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢 1.1 金属材料（2）按质量分类按照钢中硫（S）和磷（P）的含量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。普通钢 S≤0.055%；P≤0.045%；优质钢 S、P均应≤0.04%；高级优质钢 S≤0.03%；P≤0.035% 1.1 金属材料（3）按用途分类根据钢的用途主要可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。结构钢:主要用于制造各种工程构件和机器零件。这类钢一般属于低碳或中碳的碳素钢或合金钢。工具钢:主要用于制造各种刀具、量具、模具。这类钢一般属于高碳钢或高碳合金钢。特殊性能钢:是具有特殊物理性能或化学元素性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等，这类钢一般属于高合金钢。1.1 金属材料2、钢的编号钢的品种繁多，为了便于选择和使用，必须制定科学的编号系统。编号的要求是用简明的符号将钢中所含元素的大致百分数表示出来。有时通过编号还能说明钢的性能特征，欢迎点击下载环保设备材料介绍PPT课件哦。

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1 环境保护设备材料 本章主要讲环境保护设备常用材料的的基本性能，主要内容： 1.1金属材料 1.2 耐蚀金属材料及性能 1.3 无机非金属材料 1.4 高分子材料 1.5 复合材料 1.6 噪声控制材料 1.7 材料的腐蚀与防护 1.8 环保设备材料选择 1.1 金属材料 1.1.1金属材料的分类环保设备常用的金属材料主要有碳钢、铸铁、合金钢、不锈钢以及部分有色金属材料等。1、钢的分类（1）按化学成分分类 低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢 1.1 金属材料（2）按质量分类按照钢中硫（S）和磷（P）的含量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。普通钢 S≤0.055%；P≤0.045%；优质钢 S、P均应≤0.04%；高级优质钢 S≤0.03%；P≤0.035% 1.1 金属材料（3）按用途分类根据钢的用途主要可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。结构钢:主要用于制造各种工程构件和机器零件。这类钢一般属于低碳或中碳的碳素钢或合金钢。工具钢:主要用于制造各种刀具、量具、模具。这类钢一般属于高碳钢或高碳合金钢。特殊性能钢:是具有特殊物理性能或化学元素性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等，这类钢一般属于高合金钢。 1.1 金属材料 2、钢的编号钢的品种繁多，为了便于选择和使用，必须制定科学的编号系统。编号的要求是用简明的符号将钢中所含元素的大致百分数表示出来。有时通过编号还能说明钢的性能特征。（1）普通碳素结构钢这类钢主要保证机械性能，故其牌号用Q+数字表示，其中“Q”为“屈”字的汉语拼音字头，数字表示屈服强度值，例如Q275表示屈服强度为275MPa的碳素结构钢。若牌号后面标注A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，其中A级最低，D级最高。若在牌号后标注字母"F"则为沸腾钢，未加标注的为镇静钢。例如Q235-AoF表示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。 1.1 金属材料（2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢主要用于制造各种机器零件这些零件一般都要经过热处理以提高其机械性能。这类钢的硫、磷含量都限制在0.040%以下。编号方法是采用两位数字表示钢中平均含碳量为万分之几。例如含碳为0.45%（万分之四十五）左右的优质碳素结构钢编号为45钢；含碳0.08%左右的低碳钢称为08钢等。若钢中含锰较高则在钢号后面附以锰的元素符号Mn如15Mn、45Mn等。 1.1 金属材料（3）碳素工具钢这类钢的含碳量较高，一般介于0.65~1.35％之间。它的硫、磷含量限制得更严格些。一般的碳素工具钢均属于优质钢。当硫、磷含量分别限制在0.030%以下时则为高级优质工具钢。碳素工具钢的编号是以“T”（碳的汉语拼音字头）开头，后面标以数字表示含碳量的千分之几。例如T8就是代表平均含碳量为0.8%的碳素工具钢；T13则代表平均含碳量为1.3%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在编号最后加以"A"，例如T8A、T13A， 1.1 金属材料 （4）合金结构钢编号：“两位数字+元素符号+数字”来表示。前面的两位数字代表钢中平均含碳量的万分之几，元素符号表示钢中所含的合金元素。元素后面的数字表示该元素的平均含量的百分之几。如果平均含量低于1.5%，则不标明含量。如果平均含量大于1.5%、2.5%、3.5%…，则相应地以2、3、4…等表示。例如12CrNi3钢，其平均含碳量为0.12%，平均含铬量小于1.5%，平均含镍量为3%。又如30CrMnSi钢，其平均含碳量为0.3%，铬、锰、硅三种合金元素的含量均小于1.5%。若为高级优质合金结构钢，则在钢号的最后加"A"字，例如20Cr12Ni14WA。 1.1 金属材料（5）合金工具钢编号与合金结构钢相似，仅含碳量的表示方法有所不同。当合金工具钢的平均含碳量大于或等于1.00%时，其含碳量不予标出。平均含碳量小于1.00%时，以千分之几表示。例如：9SiCr钢，其平均含碳量为0.9%，硅和铬的平均含量小于1.5%。 碳钢用途举例 Q195、Q215，用于铆钉、开口销等及冲压零件和焊接构件。 Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构。 Q275，用于强度较高转轴、心轴、齿轮等。 Q345，用于船舶、桥梁、车辆、大型钢结构。 08钢，含碳量低，塑性好，主要用于制造冷冲压零件。 10、20钢，常用于制造冲压件和焊接件。也常用于制造渗碳件。 35、40、45、50钢属中碳钢，经热处理后可获得良好的综合力学性能，主要用制造齿轮、套筒、轴类零件等。这几种钢在机械制造中应用非常广泛。 T7、T8钢，用于制造具有较高韧性的工具，如冲头、凿子等。 T9、T10、T11钢，用作要求中等韧性、高硬度的刃具，如钻头、丝锥、锯条等。 T12、T13钢，用于要求更高硬度、高耐磨性的锉刀、拉丝模具等。 合金钢用途举例 09MnNb、16Mn、15MnTi钢属低合金结构钢，用于制造桥梁、车辆、锅炉、油罐、建筑结构和化工容器等。 14MnVTiRe、14MnMoV、18MnNb、14CrMnMoVB钢用于制造大型船舶、重要桥梁、电站设备及锅炉、化工、石油等中高压容器。 20CrMnTi钢，常用于制造汽车、拖拉机上的齿轮。 40MnB、40Cr、35CrMo、40CrMnMo钢，用于制造重要调质件，如主轴、曲轴、连连杆和齿轮等机械零件。 65Mn、60Si2Mn钢属弹簧钢，主要用于制造截面小于25mm的弹簧，如车箱板簧和机车板簧、扭杆簧等。 GCr15、GsiMnMoV钢属轴承钢，主要用于制造滚动轴承的内圈、外圈和滚动体，也可用于制造冷冲模、冷轧辊等。 1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti钢，属奥氏体不锈钢，用于制造耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀的设备零件。 Mn13钢，属耐磨钢，用于制造拖拉机链轨板、挖掘机铲齿、球磨机衬板、铁路道岔等。 15CrMo、4Cr10Si2Mo钢，属耐热钢，用于制造在高温下工作的零件或构件。 3.钢铁材料的现场鉴别（1） 火花鉴别法根据钢铁材料在磨削过程中所出现的火花爆裂形状、流线、色泽、发火点等特点区别钢铁材料化学成分差异的方法，称为火花鉴别法碳是钢铁材料火花的基本元素，也是火花鉴别法测定的主要成分。由于含碳量的不同，其火花形状不同。 碳素钢火花的特征 ① 通常低碳钢火花束较长，流线少，芒线稍粗，多为一次花，发光一般，带暗红色，无花粉。 碳素钢火花的特征 ② 中碳钢火花束稍短，流线较细长而多，爆花分叉较多，开始出现二次、三次花，花粉较多，发光较强，颜色橙。 碳素钢火花的特征 ③ 高碳钢火花束较短而粗，流线多而细，碎花、花粉多，分叉多且多为三次花，发光较亮 铸铁的火花特征铸铁的火花束很粗，流线较多，一般为二次花，花粉多，爆花多，尾部渐粗下垂成弧形，颜色多为橙红。火花试验时，手感较软 合金钢的火花特征合金钢的火花特征与其含有的合金元素有关。一般情况下，镍、硅、钼、钨等元素抑制火花爆裂，而锰、钒铬等元素却可助长火花爆裂。所以对合金钢的鉴别难掌握。一般铬钢的火花束白亮，流线稍粗而长，爆裂多为一次花、花型较大，呈大星形，分叉多而细，附有碎花粉，爆裂的火花心较明亮。镍铬不锈钢的火花束细，发光较暗，爆裂为一次花，五、六根分叉，呈星形，尖端微有爆裂。高速钢火花束细长，流线数量少，无火花爆裂，色泽呈暗红色，根部和中部为断续流线，尾花呈弧状。 （2） 色标鉴别法生产中为了表明金属材料的牌号、规格等，常做一定的标记，如涂色、打印、挂牌等。金属材料的涂色标志是表示钢号、钢种的，涂在材料一端的端面或端部。碳素结构钢Q235钢为红色；优质碳素结构钢20钢为棕色加绿色，45钢为白色加棕色合金结构钢20CrMnTi钢为黄色加黑色，40CrMo钢为绿色加紫色；铬轴承钢GCr15钢为蓝色；高速钢W18Cr4V钢为棕色加蓝色；不锈钢1Cr18Ni9Ti钢为绿色加国蓝色；热作模具钢5CrMnMo钢为紫色加白色。 （3） 断口宏观鉴别法低碳钢:不易敲断，断口边缘有明显的塑性变形特征，有微量颗粒；中碳钢:断口边缘的塑性变形特征没有低碳钢明显，断口颗粒较细、较多；高碳钢:断口边缘无明显塑性变形特征，断口颗粒很细密；铸铁:极易敲断，断口无塑性变形，晶粒粗大，呈暗灰色。 （4） 音色鉴别法根据钢铁敲击时发出的声音不同，以区别钢和铸铁的方法称为音色鉴别法。敲击时，发出比较清脆声音的材料为钢，发出较低沉声音的材料为铸铁。 （5）其它鉴别方法 一般还可采用化学分析、金相检验以及硬度试验等手段进行鉴别 1.1.2金属材料的基本性能 1.1.2金属材料的基本性能 。1.化学成分化学成分的变化对钢材的基本力学性能如强度及塑韧性等有较大影响，对热处理效果也有较大影响。（1）碳（C）主要元素。一般地，碳含量增加，强度极限和硬度提高，而塑性、韧性下降。当碳的含量超过0.9%时，钢的强度极限反而降低。碳含量偏高会对钢的焊接性能产生不利影响。（2）硫（S）有害元素。以FeS形式存在（熔点只有989℃），使钢材在热加工时容易开裂，产生"热脆"现象。硫含量高还使材料的断裂韧性降低。 1.1.2金属材料的基本性能（3）磷（P）也是一种有害元素。磷能全部溶于铁素体中，使强度和硬度增加，会导致塑性和冲击韧性的显著降低。使材料在低温变脆，产生“冷脆”现象。在某些特殊用途钢中，如含磷的铜钢，可以提高在大气中的耐蚀性。（4）锰（Mn）一种有益元素。锰是炼钢时作为脱氧剂和合金元素加入钢中的。由于锰可以和硫形成高熔点(1600℃)的硫化锰，能减轻硫的有害作用，并能提高钢的强度和硬度，是低合金钢中的常见元素。（5）硅（Si）一种有益元素。作为脱氧剂和合金元素加入钢中的。能使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。硅作为合金元素，可以提高钢的耐蚀性和耐热性，但过量的硅会恶化钢的热加工工艺性能。 1.1.2金属材料的基本性能 2. 材料的使用性能（1） 化学性能化学性能是指它在所处介质中的化学稳定性。包括抗氧化性和耐腐蚀性。抗氧化性是指材料在加热、光照时抵抗氧化作用的能力。耐腐蚀性是指材料在使用工艺条件下抵抗氧、水蒸气及其他腐蚀性介质侵蚀破坏作用的能力。 1.1.2金属材料的基本性能（2）物理性能密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性以及弹性模量等。 ①密度:单位体积物质的质量称为该物质的密度。 ②熔点:物质从固态向液态转变时的温度称为熔点。 ③导热性（导热系数）是指当温度梯度（温度差与器壁厚度的比值）为1K/m，每小时通过每平方米传热面积传过的热量，单位为W/(m·K）。 ④导电性:传导电流的能力称导电性。用电阻率衡量，单位是Ω·cm。 ⑤热膨胀性:材料随温度变化而膨胀收缩的特性称为热膨胀性。用线膨胀系数α L和体积膨胀系数αV表示线膨胀系数是指材料在温度变化1℃时单位长度的伸缩变化值， αV=3 α L ⑥弹性模量:是材料在弹性极限内应力与应变的比值。 1.1.2金属材料的基本性能（3）机械性能（力学性能） 材料的机械性能主要是指材料在外力（外加载荷）作用下抵抗外力所表现出来的性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等 古代建筑结构建于辽代（1056年）的山西应县佛宫寺释迦塔，塔高9层共67.31米，用木材7400吨， 900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔 2200年以前建造的都江堰安澜索桥 建于隋代（605年）的河北赵州桥，桥梁结构航空航天四川彩虹桥坍塌美国纽约马尔克大桥坍塌 1.1.2金属材料的基本性能 试件和实验条件：常温、静载 1.1.2金属材料的基本性能仪器 压力实验机游标卡尺应力应变曲线比例极限σp 弹性极限σe 屈服极限σs 抗拉强度σb 1.1.2金属材料的基本性能 1）材料的强度强度是材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。根据载荷不同，可分为拉伸强度（бb），抗压强度（бbc），抗剪强度（τb）和抗扭强度（τt）等 ①弹性极限值бp（бe）和弹性模量E：表示材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力。在弹性变形阶段， бp=Eε，E称为弹性模量。E值越大，则材料刚度越大，即在一定应力条件下产生的应变越小。设计时应选E值较高的材料。 ②屈服极限（屈服强度）σs：表示材料试样开始发生明显塑性变形时的应力。单位为MPa。对于没有明显屈服点的材料，规定以产生0.2%塑性变形时的应力作为屈服强度，以σ0.2表示。 1.1.2金属材料的基本性能 ③强度极限（拉伸强度） бb :表示材料试样在拉断前所能承受的最大应力，单位为MPa。 •屈强比：屈服极限和拉伸强度的比值称为屈强比。这个比值可反映材料屈服后强化能力的高低。一般高强度钢的屈强比数值较大，低强度钢的屈强比较小。 •持久强度：持久强度是材料在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内（如105 h）引起断裂时的应力。用 σTt表示，单位为MPa。 •蠕变强度:指在给定的温度下，在规定的时间内（如105h），使试样产生的蠕变变形量不超过规定值（如1%）时的最大应力，以σгt表示，单位为MPa。 •疲劳破坏: 零件或构件在工作过程中受到方向、大小反复变化的交变应力的长期作用下，会在应力远小于该材料的屈服强度情况下，突然发生脆性断裂，这种现象称为疲劳破坏。 •疲劳强度:是指材料在经受N次应力循环而不断裂时的最大应力，以σ－1（纯弯曲疲劳），τ－1（扭转疲劳）表示，单位为MPa。 1.1.2金属材料的基本性能 \2）塑性断裂前材料产生永久变形的能力称为塑性。用延伸率和断面收缩率表示。 ①延伸率（δ）：在拉伸试验中，试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为延伸率。 ②断面收缩率（Ψ）：试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原始断面积的百分比称为断面收缩率。 材料的延伸率和断面收缩率越大，表示材料的塑性越好。 1.1.2金属材料的基本性能 3)硬度 硬度是材料抵抗其它物体刻划或压入其表面的能力叫硬度(受压时抵抗局部变形的能力) 用标准试验方法测得的表面硬度是材料耐磨能力的重要指标。有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、维氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）等。 ①布氏硬度 用一定直径的钢球或硬质合金球，以相应的试验力压入试件表面，经规定保持时间后，卸除试验力，测量试样表面的压痕直径，之后将测得参数代入计算公式，即可得布氏硬度值 。布氏硬度一般用于材料较软的时候，如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。 1.1.2金属材料的基本性能 ②洛式硬度 是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。 HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。   HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。   HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。 1HRC≈1/10HB。 1.1.2金属材料的基本性能 4）材料的韧性韧性是材料抵抗冲击载荷作用的能力称为韧性。是材料对缺口或裂纹敏感程度的反映，用来衡量材料的抗裂纹扩展能力。冲击韧性:衡量材料韧性的指标之一。用带缺口的冲击试样在冲击试验中所吸收的冲击功数值作为冲击韧性值。 1.1.2金属材料的基本性能断裂韧性:材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力材料的冲击韧性可指导选材，但冲击功不能直接用于设计计算，而且许多压力容器由于裂纹的存在也可以在塑性与冲击韧性值足够大的情况下发生脆性断裂事故。为了能更科学地判断容器是否存在较大宏观缺陷，特别是裂纹性缺陷时是否会发生低应力脆断，近年来已把断裂力学中的断裂韧性指标用于压力容器的防脆断设计或安全评定。这些断裂韧性值可以衡量材料的韧性情况，即可看出存在裂纹时材料所具有的防断能力。 1.1.2金属材料的基本性能 3材料的加工工艺性能 材料要经过各种加工后，才能做成设备或机器的零件。材料在加工方面的物理、化学和机械性能的综合表现构成了材料的工艺性能，又叫加工性能。选材时必须同时考虑材料的使用与加工两方面的性能。 环保设备中容器和设备主要零部件的制造主要是焊接、锻造、切削、冲压、弯曲和热处理工艺过程。 1.1.2金属材料的基本性能 （1）焊接性能（可焊性）：指被焊金属在一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式的条件下，获得优质焊接接头的难易程度。包括对焊接加工的适应性和焊接后焊接结构的使用性能。 *工艺可焊性:主要是指焊接接头产生工艺缺陷的倾向 *使用可靠性:包括焊接接头的机械性能及其他特殊性能（如耐热、耐蚀性能等）。（2）压力加工性能（可锻性）压力加工是使材料产生塑性变形的加工方法，包括轧制、挤压、冷拔、锻压和冲压加工。变形量小可用冷加工，变形量大可用热加工。压力加工性能：材料产生塑性变形的能力称为压力加工性能。金属承受压力加工的能力叫金属的可锻性。 （3）切削加工性能：材料被切削加工的难易程度。（4）成型工艺性：成型就是金属在热态或冷态下，经外力作用产生塑性变形而成为所需形状的过程。（5）热处理性能：金属材料适应各种热处理加工工艺的性能称为热处理性能。热处理是以改善钢材的某些性能为目的，将钢材加热到一定的温度，在此温度下保持一定的时间，然后以不同的速度冷却下来的一种操作。 1.2 耐蚀金属材料及性能金属材料的化学性能最主要的是指它的耐腐蚀性。材料抵抗周围介质对腐蚀破坏的能力称为材料的耐腐蚀性能。耐蚀性不是材料固有不变的特性，它随材料的工作条件而改变。 1、碳钢和普通铸铁的耐蚀性（1）耐蚀性能 *在淡水、大气、土壤、海水等中性介质中都不耐蚀； *在各类干燥气体和有机溶剂等介质中耐蚀性良好； *在低浓度碱溶液及浓硫酸、浓氢氟酸等介质中，碳钢和普通铸铁表面能生成稳定的膜，因而是耐蚀的。（2）影响耐蚀性的因素：介质组成；铁碳合金的成分和组织；钢铁热处理条件差异。 1.2 耐蚀金属材料及性能 2、 耐蚀合金铸铁 在铸铁中加入某些合金元素可以大大提高它在一些介质中的耐蚀性。如添加硅、铬、铝等元素，可使铸铁表面形成连续、致密、牢固的表面膜；添加镍能获得耐碱性介质腐蚀性能优良的奥氏体铸铁；加稀土元素、镁，能使石墨球化，从而大大改善高硅铸铁的力学性能和工艺性能。 3、耐蚀低合金钢 耐蚀低合金钢通常是指在碳钢中加入合金元素的总量低于3%左右的合金。加入的合金元素种类、含量不同，所起的作用不同。 根据在不同介质中的耐腐蚀性能，可将耐蚀低合金钢分为如下几种：①耐海洋大气腐蚀钢种 10MnPNbRe 、攀钢09CuPTiRe钢 ②耐海水腐蚀钢种 铬铝系（如10CrAl， 10MnPNbRe 、 10CrAlNb钢） ③耐硫化氢腐蚀钢种 耐硫化氢腐蚀的低合金稀土钢、 12MnAlV 1.2 耐蚀金属材料及性能 4、不锈钢 不锈钢是铬、镍含量较高的合金钢。通常把耐大气腐蚀的合金钢称为不锈钢，把在酸中及其它强腐蚀性介质中耐腐蚀的合金钢称为耐酸钢。一般把上述不锈钢与耐酸钢统称为不锈耐酸钢或简称为不锈钢。 ①铁素体不锈钢：铬为主要合金元素。C﹤0.15%， Cr12%～30%。典型钢号1Cr13、2Cr13耐蒸汽、潮湿大气、淡水和海水腐蚀、盐水溶液、硝酸、低浓度有机酸。主要用来制造阀、、阀件、高温螺栓、轴、活塞杆等。 0Cr13、0Cr17Ti耐稀硝酸、硫化氢气体主要用来制造环保设备、化工设备、容器和管道、食品工厂设备等。 1.2 耐蚀金属材料及性能 ②奥氏体不锈钢：以铬、镍为主要合金元素。主要用来制作储槽、塔器、反应釜、阀件等设备。0Cr18Ni9，1Cr18Ni9，00Cr18Ni9（超低碳） ③铁素体-奥氏体双相不锈钢：典型钢号1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N。主要用于制造化工、化肥、环保设备、管道、海水冷却的热交换设备。 1.2 耐蚀金属材料及性能 5、有色金属及其合金 工业上钢铁称为黑色金属，除钢铁以外的金属称为有色金属。有色金属及其合金因具有良好的耐腐蚀性和低温性能，常用来制造水处理、化工容器及有关的设备零部件。（1）铜及其合金 ① 纯铜: 也称紫铜。耐蚀性能：铜在一般大气、工业大气、海洋性大气中比较稳定；在碱中、在弱的和中等浓度的非氧化性酸中也相当稳定，若溶液中有氧或氧化剂存在，腐蚀将更加严重。铜不耐硫化物（如H2S）腐蚀。加工使用性能：铜具有高的导电性、导热性、塑性和良好的加工性能；铜具有良好的冷韧性。但铜的强度低，铸造性能不好，且在某些介质中的耐蚀性不高，很少用作结构材料。 1.2 耐蚀金属材料及性能 ② 铜合金：常用的铜合金有黄铜和青铜。 黄铜：铜与锌组成的合金称为黄铜。为改善其性能，常加入锡、铝、硅、镍、锰、铅、铁等元素，这样形成的合金称为特殊黄铜。 特点 ：机械性能与含锌量有着极为密切的关系；铸造性能很好；抗蚀性较好；含锌量大于20%的黄铜经冷加工后，在潮湿的大气、海水、高温高压水、蒸汽及一切含氨的环境中都可引起应力腐蚀断裂。黄铜在中性溶液、海水和在退火后酸洗溶液中易发生脱锌腐蚀，可在黄铜中加入0.02%的砷防止其发生。 青铜：凡是铜合金中的主加元素不是锌而是锡、铝、硅等其它元素者，通称为青铜。常用的青铜有锡青铜、铝青铜和硅青铜等。 特点：锡青铜铸造性能较黄铜差，抗腐蚀性比纯铜和黄铜更好，但对酸类的抗蚀性较差。铝青铜的机械性能比黄铜和锡青铜高，而且在大气、海水、碳酸及大多数有机酸中具有比黄铜和锡青铜更高的耐蚀性。硅青铜具有比锡青铜高的机械性能和较低的价格，而且铸造性能和冷、热压力加工性能都很好。 1.2 耐蚀金属材料及性能 （2）铝及其合金 ①铝 特性：比重为2.7，约为铜的1/3；导电性、导热性、塑性、冷韧性都好，但强度低，经冷变形后强度可提高；能承受各种压力加工。铝在强氧化性介质以及在氧化性酸（如硝酸）中也是稳定的。卤素离子对铝的氧化膜有破坏作用，所以铝在氢氟酸、盐酸、海水和其它含卤素离子的溶液中是不耐蚀的。 应用：广泛用于制造反应器、热交换器、冷却器、泵、阀、槽车、管件等 ②铝合金 纯铝的强度较低，若在铝中加入一些元素，如铜、镁、锌、锰、硅等形成铝合金，其性能将会有很大的改善。 形变铝合金形变铝合金包括防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等。因其塑性好，故常利用压力加工方法制造冲压件、锻件等，应用：铆钉、焊接油箱、管道、容器、发动机叶片、飞机大梁及起落架、内燃机活塞等。铸造铝合金铸造铝合金是用于制造铝合金铸件的材料，按主要合金元素的不同，铸造铝合金分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。 （1）铝硅铸造铝合金 其铸造性能好，比重小，并有相当好的抗蚀性和耐热性，适于制造形状复杂的零件，如泵体、电动机壳体、发动机的气缸头、活塞以及汽车、飞机、仪器上的零件，也可制造日用品。（2）铝铜铸造铝合金 铝铜合金的强度较高，耐热性较好，铸造性能较差，常用于铸造内燃机气缸头、活塞等零件，也可作为结构材料铸造承受中等载荷、形状较简便的零件。（3）铝镁铸造铝合金 强度高、比重小，有良好的耐蚀性，但铸造性能不好，多用于制造承受冲击载荷、在腐蚀性介质中工作、外形简单的零件，如舰般配件、氨用泵体等。（4）铝锌铸造铝合金 价格便宜、铸造性能优良、强度较高，但抗蚀性差、热裂倾向大，常用于制造汽车、拖拉机发动机零件及形状复杂的仪器元件，也可用于制造日用品。 1.2 耐蚀金属材料及性能（3）钛及钛合金 ① 纯钛 特点：是很活泼的元素。有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，在许多环境中表现出很好的耐蚀性。耐大气、海水、硫酸、盐酸、硝酸、轻氧化钠等。有“耐海水腐蚀之王”之称。高温下，钛的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫等元素发生剧烈反应。钛一般不发生孔蚀；除在几种个别介质（如发烟硝酸、甲醇溶液）中，也不发生晶间腐蚀；钛的应力腐蚀破裂敏感性小，具有抗腐蚀疲劳的性能，耐缝隙腐蚀性能良好。应用：军工、航空、石油、化工、农药、染料、轻工、海洋工程及环保领域 1.2 耐蚀金属材料及性能 ② 钛合金 特点：钛合金的机械性能与耐蚀性都比纯钛有明显提高。工业上使用的都是钛合金。钛合金的主要腐蚀形态是氢脆和应力腐蚀破裂。应用：各种强腐蚀环境的反应器、换热器、离心机、分离机、泵、管道、阀、管件、电解槽等。 1.2 耐蚀金属材料及性能（4）铅及其合金 ①铅： 特点：铅的强度小（仅为钢的1/20）、硬度低、密度大、再结晶温度低、熔点低、导热性差，在硫酸中、大气中（特别是有二氧化硫、硫化氢的气体中）有很高的耐蚀性，在生产上多用于处理硫酸的设备上。铅有毒，且价格高，在生产上多被其他非金属材料代替。纯铅只能做衬里（不耐磨，非常软，不宜单独制作设备）。 1.2 耐蚀金属材料及性能 ②铅合金：铅中加锑。可增加铅的硬度、强度和在硫酸中的稳定性。加入不同锑含量的铅锑合金称为硬铅（编号规则同前）。硬铅可制作硫酸工业用的泵、阀门、管道等。 1.2 耐蚀金属材料及性能 (5) 镍及其合金 ① 镍： 特点：在各种温度、任何浓度的碱溶液和各种熔碱中，镍具有特别高的耐蚀性。但镍在含硫气体、浓氨水和强烈充气氨溶液、含氧酸和盐酸等介质中，耐蚀性很差。镍具有高强度、高塑性和冷韧的特性， ② 镍合金： Ni-Cu合金中的蒙乃尔合金易于压力加工和切削加工，耐蚀性好。 Ni－Mo合金中的哈氏合金（0Cr16Ni57Mo16Fe6W4）能耐室温下所有浓度的盐酸和氢氟酸。 Ni－Cr合金中的因考尔合金（0Cr15Ni57Fe），在高温下具有很好的力学性能和很高的抗氧化能力，是能抗热浓MgCl2腐蚀的少数几种材料之一。用途：用于制造碱性介质设备，以及铁离子在反应过程中会发生催化影响而不能采用不锈钢的那些过程设备。 1.3 无机非金属材料 1.3.1 陶瓷材料 1.陶瓷材料的分类 (1) 传统陶瓷：以粘土为主要原料 (2) 玻璃：工业玻璃，建筑玻璃，日用玻璃 (3) 玻璃陶瓷：光学玻璃陶瓷，耐热、耐蚀微晶玻璃 (4) 特种陶瓷：耐蚀陶瓷、高温陶瓷、电容器陶瓷、压电陶瓷、电光陶瓷 (5) 金属陶瓷：粉末冶金法生长的金属材料（制粉、成形、烧结） 2.陶瓷的基本性能（1） 陶瓷的机械性能刚度：是各类材料中最高的，比金属材料高若干倍，比高聚物高2~4个数量级。 1.3 无机非金属材料硬度：是各类材料中硬度最高的强度：低。塑性：在室温下几乎没有塑性。韧性或脆性：韧性极低或脆性极高。脆性是陶瓷的最大缺点，是阻碍其作为结构材料广泛应用的首要问题，是当前的重要研究课题。 1.3 无机非金属材料 （2）物理化学性能热膨胀性：比金属低得多。导热性：比金属小，陶瓷多为较好的绝热材料。热稳定性：热稳定性就是抗热振性，为陶瓷在不同温度范围波动时的寿命，一般用急冷到水中不破裂所能承受的最高温度来表征。陶瓷的热稳定性很低，比金属低得多。化学稳定性：具有很好的耐火性能或不可燃烧性，对酸、碱、盐等腐蚀性很强的介质均有较强的抗蚀能力。导电性：陶瓷的导电性变化范围很广。 总结：陶瓷性能的主要特点是，具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性、高的硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，对温度剧变的抵抗力很低，抗拉、抗弯性能差。 1.3 无机非金属材料 3.耐蚀陶瓷及其耐蚀性能（1）耐酸陶瓷：耐酸陶瓷又称化工陶瓷。性能：耐酸陶瓷可耐沸腾温度下任何浓度的铬酸、96%的硫酸、沸点以下的任何浓度盐酸和任何浓度的醋酸、草酸等有机酸，但不耐氢氟酸，耐碱性也差。另外，由于其性脆、抗拉强度低，在急热、急冷变化时和硬物敲击下易碎裂。应用：耐酸陶瓷主要用来制作耐酸瓷砖、耐酸容器、塔器、泵、管道、阀门等。（2）氮化硅陶瓷：这是一种新型的工业陶瓷材料。特点：热膨胀系数小，耐温度急变性好，摩擦系数小，并有自润滑性，是一种优良的耐磨材料。氮化硅陶瓷耐所有的无机酸（氢氟酸除外）和某些碱溶液的腐蚀，它在高温下的抗氧化性能也很好。应用：氮化硅陶瓷可用于制作机械密封环、球阀和一些耐蚀、耐磨、耐高温的精密零部件。 （3）其它陶瓷氧化物陶瓷大部分氧化物具有很高的熔点，良好的电绝缘性能，特别是具有优异的化学稳定性和抗氧化性，在工程领域已得到了较广泛的应用。氮化物陶瓷 氮化物包括非金属和金属元素氮化物，他们是高熔点物质 碳化物(SiC)陶瓷 典型碳化物陶瓷材料一有碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)碳化钛(TiC)碳化锆( ZrC等)、碳化物的共同特点是高熔点许多碳化物的抗氧化能力都比W，Mo等高熔点金属好。大多数碳化物都具有良好的电导率和热导率，许多碳化物都有非常高的硬度，特别是B4C的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，但碳化物的脆性一般较大玻璃陶瓷材料将特定组成(含晶核剂)的玻璃进行晶化热处理玻璃相填充于晶界，得到像陶瓷一样的多晶固体材料统称为玻璃陶瓷，也称之为微晶玻璃。 氧化物陶瓷氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷又称刚玉瓷，化学性质稳定、机械强度高 ，具有优异的电绝缘性能和较低的介质损耗 应用：耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套，输送酸的管道内衬和阀门 ；电子、电器 ；制造纺织耐磨零件、刀具；高压钠灯灯管、红外检测窗口材料 氧化锆(Zr02)陶瓷 高温炉内衬，也可作为各种耐热涂层 日前所研制的陶瓷发动机中用于气缸内壁、活塞、缸盖板部件 氮化物陶瓷氮化硅(Si3N4)陶瓷 热膨胀系数小，因此具有较好的抗热震性能 ；弯曲强度比较高，硬度也很高，同时具有自润滑性，摩擦系数小 ；常温电阻率比较高，可以作为较好的绝缘材料 ；耐氢氟酸以外的所有无机酸和某些碱液的腐蚀，也不被铅、锡、银、黄铜、镍等熔融金属合金所浸润与腐蚀 热机材料、切削工具、高级耐火材料，还可用作抗腐蚀、耐磨损的密封部件等。氮化铝(AlN)陶瓷热硬度很高 ，具有优异的抗热震性 ，对Al和其它熔融金属、砷化稼等具有良好的耐蚀性 ；还具有优良的电绝缘性和介电性质;但AlN的高温抗氧化性差，在大气中易吸潮、水解 。 AlN可以用作熔融金属用坩锅、热电偶保护管、真空蒸镀用容器，也可用作真空中蒸镀金的容器、耐热砖等 氮化物陶瓷氮化硼(BN)陶瓷六方BN 六方BN具有自润滑性，可用于机械密封、高温固体润滑剂，还可用作金属和陶瓷的填料制成轴承 六力BN对酸碱和玻璃熔渣有良好的耐侵蚀性，对大多数熔融金属既不润湿也不发生反应，因此可以用作熔炼有色金属、贵金属和稀有金属的坩锅、器皿等部件 BN是最轻的陶瓷材料，可以用于飞机和宇宙飞行器的高温结构材料。立方BN 立方BN为闪锌矿结构，化学稳定性高，导热及耐热性能好，其硬度与人造金刚石相近，是性能优良的研磨材料。与金刚石相比，其最突出的优点在于高温下不与铁系金属反应，并且可以在1400℃的温度使用。立力BN除了直接用作磨料外，还可以将其与某些金属或陶瓷混合，经烧结制成块状材料，作为各种高性能切削刀具。 碳化物(SiC)陶瓷碳化硅(SiC)陶瓷碳化硅的硬度很高 ，仅次于金刚石、立力BN和B4C等少数几种物质 ，碳化硅的热导率很高 ，具有优异的高温强度和抗高温蠕变能力 高性能碳化硅材料可以用于高温、耐磨、耐腐蚀机械部件 碳化硅是各种高温燃气轮机高温部件提高使用性能的重要候选材料。碳化硼(BC)陶瓷碳化硼的显著特点是高熔点(约2450℃);低比重，其密度仅是钢的1/3;低膨胀系数;高导热;高硬度和高耐磨性，其硬度仅低于金刚石和立方BN;较高的强度和一定的断裂韧性 B4C所具有的优异性能，除了大量用作磨料之外，还可以制作各种耐磨零件、热电偶元件、高温半导体、宇宙飞船上的热电转化装置、防弹装甲、反应堆控制棒与屏蔽材料等。 玻璃陶瓷材料低膨胀玻璃陶瓷具有热膨胀系数低(可为负值)、强度高、热稳定性能好、使用温度高等特点，并可制成透明和浊白两种类型 所以可以用作航天飞机上尺寸稳定性要求高的零件 广泛用来制作各种高级炊具、高温作业观察窗、微波炉盖、大型天文望远镜和激光反射镜的支撑棒，激光元器件表面可强化玻璃陶瓷玻璃陶瓷的强度比一般玻璃要大好几倍 ，抗弯强度可达到88-250MPa，但在某些特殊场合仍然不能满足要求，需要进一步提高强 可加工玻璃陶瓷高热震抗力、优异的绝缘性能、高介电强度;低介电损耗 具有较高的强韧性、更高的热稳定性(>1100℃)和绝缘性 在电绝缘、微波技术以及精密仪器和航空、航天领域具有广阔的应用前景。 1.3 无机非金属材料 1.3.2、玻璃及其耐蚀性能特点：玻璃是一种优良的耐蚀非金属材料。它表面光滑、透明度好。耐温度急变性差、质脆、不耐冲击和震动。应用：可用作制造容器、量具、管道、阀门、泵及金属管道的内衬等。 1.3.3化工搪瓷及其耐蚀性能特点：它兼有金属设备的力学性能和瓷釉的耐腐蚀性能双重优点。瓷表面光滑易清洗，并有防止金属离子干扰化学反应和玷污产品的作用，应用：广泛用于医药、酿造、合成纤维生产中。。 1.3.4石墨及其耐蚀性能特点：天然石墨含有大量杂质耐蚀性差。人工不透性石墨具有优良的耐蚀性、优良的导热性、热膨胀系数小、耐温度急变性好、不污染介质、密度低、易于加工成形。其缺点是机械强度低、性脆。应用：用于制造热交换器、塔及塔件、管道、管件、盐酸合成炉等。 1.4 高分子材料 1.4.1高分子化合物概念概念：是指分子量很大的化合物。分子量大多在5×103~106之间。高分子化合物结构：由许多结构单元相同的小分子化合物通过化学键连接(聚合）而成。例如，聚氯乙烯的化学结构为： []的化学式表示高分子链中的重复单元，也叫结构单元、单体单元和链节。 n为重复单元的数量，称为聚合度，用DP表示。 M0为单体的相对分子质量。 高分子化合物的相对分子质量M： M = DP×M0 由此可见，高分子化合物是由小分子单体聚合而成的，因此又称为聚合物。 高分子和小分子划分：根据化合物的相对分子质量大小来划分。 相对分子质量小于1000的→小分子化合物； 相对分子质量大于10000的→高分子或高聚物； 处于中间范围的可能为高分子（低聚物），也可能为小分子。 1.4.1高分子化合物概念 高分子化合物 1.4.2.高分子化合物的合成 加聚反应：加聚反应是指一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应。分子主链上全部由碳和氢组成，因此称为碳链聚合物。缩聚反应：缩聚反应是指一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，分子主链上除了碳原子外，还有O、N、S、P等杂原子，因此称为杂链聚合物。重要的碳链聚合物：重要的杂链聚合物： 1.4 高分子材料 1.4.3.高分子化合物的分类和命名 (1)、高分子材料的分类 1）根据高分子主链结构分类碳链聚合物、杂链聚合物、元素有机聚合物和无机高分子四种。 ①碳链聚合物：该类聚合物的主链全部由碳元素组成，侧基上可有其它元素。例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。 ②杂链聚合物：该类聚合物的主链上以碳元素为主，但存在其它元素，如O、N、S、P等杂元素。主链上的苯环一般也看作为杂元素。 ③元素有机聚合物：主链上没有碳元素，一般由Si、B、N、P、Ge和O等元素组成，但侧链上含有有机基团。例如有机硅聚合物。 ④无机高分子无论在主链还是侧链上均没有碳元素。例如玻璃、陶瓷等均属此类。 1.4 高分子材料 2）根据高分子受热后的形态变化分类 分为热塑性高分子和热固性高分子两大类。 热塑性高分子在受热后会从固体状态逐步转变为流动状态。这种转变理论上可重复无穷多次。或者说，热塑性高分子是可以再生的。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和涤纶树脂等均为热塑性高分子。绝大多数高分子化合物为热塑性高分子。热固性高分子在受热后先转变为流动状态，进一步加热则转变为固体状态。这种转变是不可逆的。换言之，热固性高分子是不可再生的。 能通过加入固化剂使流体状转变为固体状的高分子，也称为热固性高分子。 典型的热固性高分子如：酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、硫化橡胶等。 1.4 高分子材料 3）根据高分子的用途分类根据高分子的实际用途，可将其分为塑料、橡胶、化学纤维、涂料、粘合剂和功能高分子六大类。 橡胶具有良好的延伸性和回弹性，弹性模量较低。橡胶大多为热固性高分子。近年来也发展了热塑性弹性体，例如SBS、TPO、TPU等。 化学纤维在外观上为纤维状，弹性模量很高。对温度的敏感性较低，尺寸稳定性良好。重要的化学纤维高分子有涤纶树脂、尼龙、聚丙烯腈、聚氨酯等。 塑料的性能一般介于橡胶和化学纤维之间。涂料的基本特点是在一定条件下能成膜，对基材起到装饰和保护作用。大部分高分子均可用作涂料。重要的涂料高分子有：聚丙烯酸酯、聚酯树脂、氨基树脂、聚氨酯、醇酸树脂、酚醛树脂有机硅树脂等。 粘合剂的特点是对基材有很高的粘结性，通过其可将不同材质的材料粘合在一起。重要的粘结剂高分子有：环氧树脂、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、 聚乙烯醇等。 功能高分子包含了一大批高分子类型。它们是一些具有特殊功能的高分子，如导电性、感光性、高吸水性、高选择吸附性、药理功能、医疗功能等。是近年来高分子研究中最活跃的领域。 1.4 高分子材料 2)、命名 ①由化学结构命名: 就是以聚合物链节的化学组成和结构来命名。一是按链节的环学结构的特点命名;一是按有机化合物系统命名。如涤纶树脂分子链中含有酯基，因此称为“聚脂”；尼龙分子中含有酰胺基团，因此称为“聚酰胺”； ②由原料单体命名: 就是以合成聚合物的低分子原料单体为基础来命名。对于加聚类聚合物，在其链节所含单体前加一“聚”字来取名；对于缩聚类以及某些共聚类聚合物，在其低分子原料之后习惯加"树脂"二字命名。聚丙烯;聚氯乙烯;如由苯酚和甲醛共聚而成的聚合物，称为“酚醛树脂”；由苯乙烯和（甲基）丙烯酸酯共聚而成的聚合物，称为“苯丙树脂”等。 ③采用商品名称和代表符号：有许多聚合物人们习惯使用其商品名称，例如有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）、电木（酚醛塑料）、电玉（脲醛塑料）、涤纶或的确良（聚脂纤维）、腈纶或人造羊毛（聚丙烯腈纤维）、维纶或维尼龙（聚乙烯醇纤维）、锦纶或尼龙（聚酰胺纤维）、丙纶（聚丙烯）、氯纶（聚氯乙烯）等。 ④俗称:例如，聚甲基丙烯酸甲酯的板材、管材和棒材等，由于其透明度很高，类似于玻璃，人们称其为“有机玻璃”。由玻璃纤维增强的不饱和聚酯或环氧树脂，因其坚硬如钢，俗称“玻璃钢”。 三聚氰胺的俗称为“密胺”，因此由三聚氰胺和甲醛聚合而成的聚合物俗称为“密胺树脂”。 ⑤系统命名法:由国际纯粹与应用化学联合会 提出的规范方法。 1.4 高分子材料 1.4.4.高分子材料和性能（1）重量轻：高分子聚合物是最轻的一类材料，比金属和陶瓷都要轻。重量轻是高分子聚合物的最大优点之一。（2）高弹性： ①弹性变形量大；②弹性模量低。③拉伸时温度升高。（3）滞弹性：应变不随作用力即时建立平衡，而有所滞后，这就是滞弹性，它是高聚物的又一重要特性。主要表现有： ①蠕变：高聚物在室温下承受力的长期作用时，发生的不可恢复的塑性变形称为蠕变。 ②应力松弛：高聚物受力变形后所产生的应力随时间而逐渐衰减的现象就是应力松弛。 ③滞后与内耗：高聚物承受周期性荷载时，出现应变落后于应力，即造成应变的滞后。在重复加载时，就会出现上一次的变形还未来得及回复，或分子链的构象未跟上改变，又施加上了下一次荷载，于是造成了分子间的内摩擦，产生所谓内耗。 1.4 高分子材料 (4)塑性与受迫弹性 加热时，分子链各部分受热的不均云使材料不立即熔化而先有一软化过程所表现出的特性称为塑性。无定形高聚物在玻璃化温度以下，较大应力下产生的较大的不能回复变形称为受迫高弹性。（5）强度与断裂强度：高聚物的强度比金属低得多，比强度还是很高。断裂：高聚物的断裂也有脆性断裂和韧性断裂两种形式。 ①硬脆类高聚物 ②强硬类高聚物 ③强韧类高聚物 ④柔韧类高聚物 ⑤软弱类高聚物 1.4 高分子材料（6）韧性 高聚物的优点之一是其内在的韧性较好，即在断裂前能吸收较大的能量。冲击韧性：是材料在高速冲击状态下的韧性或对断裂的抗力，在高聚物中也被称为冲击强度。（7）减摩、耐磨性 摩擦是接触表面之间的机械粘接和分子粘着所引起的。大多数塑料对金属和对塑料的摩擦系数值一般在0.2~0.4倍范围内，但有一些塑料的摩擦系数很低。塑料（一部分）除了摩擦系数低以外，更主要的优点是磨损率低。是金属材料无法比拟的。（8）绝缘性 高聚物分子的化学键为共价键，不能电离，没有自由电子和可移动的离子，因此是良好的绝缘体，绝缘性能与陶瓷相当。（9）耐热性 高聚物的耐热性是指它对温度升高时性能明显降低的抵抗能力。同金属相比，高聚物的耐热性是较低的，这是高聚物的一大不足。 1.4 高分子材料 (10) 耐蚀性 耐蚀性是材料抵抗介质化学和电化学破坏的能力。耐蚀性好是高分子材料的优点之一。 (11)老化 老化是指高聚物在长期使用或存放过程中，由于受各种因素的作用，性能随时间不断恶化，逐渐丧失使用价值的过程。老化是高聚物一个主要缺点。 1.4.5常用塑料 1、塑料的组成 塑料是指以有机合成树脂为主要组成材料，与其他配料混合，通过加热、加压塑造成一定形状的产品。一般来讲，组成塑料的物质主要包括： ①合成树脂：由低分子化合物通过聚合或缩聚反应合成的高分子化合物。 ②填料（或增强材料）：是塑料改性最重要的成分，起增强性能的作用。 ③固化剂：作用是通过交联使树脂具有体型网状结构、硬化和稳定塑料制品。 1.4 高分子材料 ④增塑剂：用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。 ⑤稳定剂：其作用主要是延迟塑料在环境中的老化过程。 ⑥润滑剂：可防止塑料成形过程中产生的粘模问题。 ⑦着色剂：其作用是使塑料着色，可为有机颜料或无机颜料。 ⑧阻燃剂：作用是遏止燃烧或造成自熄。 2、常用塑料的分类及特性（1）按照热性能分： ①热塑性塑料 加热时软化，可塑造成形，冷却后则变硬。线型聚合物。 ②热固性塑料 初加热时软化，可塑造成形，但固化之后再加热，将不再软化，也不溶于溶剂。体型聚合物。 1.4 高分子材料 （2）按照使用范围分 ①通用塑料 指应用范围广，生产量大的塑料品种。主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料和氨基塑料等. ②工程塑料 主要指综合工程性能（包括机械性能、耐热耐寒性能、耐蚀性绝缘性能等）良好的各种塑料。最重要的有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS等四种。可制造工程结构、机器零部件、工业容器和化工设备等；布袋、垫片管道等 ③耐热塑料 指能在较高温度下工作的各种塑料。常见的有聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有机硅树脂、环氧树脂等。过滤材料、储槽、设备内衬、等 ④功能材料反应性高分子材料：包括高分子试剂、高分子催化剂和高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻胶，感光材料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材料等。电性能高分子材料：包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料以及其他电敏感性材料等。 高分子分离材料：包括各种分离膜、缓释膜和其他半透性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂等。高分子吸附材料，包括高分子吸附性树脂、高吸水性高分子、高吸油性高分子等。高分子智能材料，包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、pH、压力感应材料等。医药用高分子材料，包括医用高分子材料、药用高分子材料和医药用辅助材料等。高性能工程材料，如高分子液晶材料，耐高温高分子材料、高强高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纤维材料、生物降解高分子等。 功能高分子材料资料最早的功能高分子可追述到1935年离子交换树脂的发明。 20世纪50年代，美国人开发了感光高分子用于印刷工业，后来又发展到电子工业和微电子工业。 1957年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性，打破了多年来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。 1966年little提出了超导高分子模型，预计了高分子材料超导和高温超导的可能性，随后在1975年发现了聚氮化硫的超导性。 1993年，俄罗斯科学家报道了在经过长期氧化的聚丙烯体系中发现了室温超导体，这是迄今为止唯一报道的超导性有机高分子。 20世纪80年代，高分子传感器、人工脏器、高分子分离膜等技术得到快速发展。 1991年发现了尼龙11的铁电性， 1994年塑料柔性太阳能电池在美国阿尔贡实验室研制成功， 1997年发现聚乙炔经过掺杂具有金属导电性，导致了聚苯胺、聚吡咯等一系列导电高分子的问世。 这一切多反映了功能高分子日新月异的发展。 功能高分子材料资料其中从20世纪50年代发展起来的光敏高分子化学，在光聚合、光交联、光降解、荧光以及光导机理的研究方面都取得了重大突破，特别在过去20多年中有了飞快发展，并在工业上得到广泛应用。比如光敏涂料、光致抗蚀剂、光稳定剂、光可降解材料、光刻胶、感光性树脂、以及光致发光和光致变色高分子材料都已经工业化。 近年来高分子非线性光学材料也取得了突破性的进展。 功能高分子材料资料反应型高分子是在有机合成和生物化学领域的重要成果，已经开发出众多新型高分子试剂和高分子催化剂应用到科研和生产过程中，在提高合成反应的选择性、简化工艺过程以及化工过程的绿色化方面做出了贡献。更重要的是由此发展而来的固相合成方法和固定化酶技术开创了有机合成机械化、自动化、有机反应定向化的新时代，在分子生物学研究方面起到了关键性作用。 功能高分子材料资料电活性高分子材料的发展导致了导电聚合物，聚合物电解质，聚合物电极的出现。此外超导、电致发光、电致变色聚合物也是近年来的重要研究成果，其中以电致发光材料制作的彩色显示器已经被日本和美国公司研制成功，有望成为新一代显示器件。此外众多化学传感器和分子电子器件的发明也得益于电活性聚合物和修饰电极技术的发展。 功能高分子材料资料高分子分离膜材料与分离技术的发展在复杂体系的分离技术方面独辟蹊径，开辟了气体分离、苦咸水脱盐、液体消毒等快速、简便、低耗的新型分离替代技术，也为电化学工业和医药工业提供了新型选择性透过和缓释材料。目前高分子分离膜在海水淡化方面已经成为主角，已经拥有制备18万吨/日纯水设备的能力。医药用功能高分子是目前发展非常迅速的一个领域，高分子药物、高分子人工组织器官、高分子医用材料在定向给药、器官替代、整形外科和拓展治疗范围方面做出了相当大的贡献。 吸附分离功能高分子材料吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂和吸附树脂。离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化合物。它具有一般聚合物所没有的新功能——离子交换功能，本质上属于反应性聚合物。吸附树脂是指具有特殊吸附功能的一类树脂。 离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料。离子交换树脂可以使水不经过蒸馏而脱盐，既简便又节约能源。如磺酸基和氨基的酚醛树脂；强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。这些离子交换树脂除应用于水的脱盐精制外，还用于药物提取纯化、稀土元素的分离纯化、蔗糖及葡萄糖溶液的脱盐脱色等。 吸附分离功能高分子材料从离子交换树脂出发，还引申发展了一些很重要的功能高分子材料。如离子交换纤维、吸附树脂、螯合树脂、聚合物固载催化剂、高分子试剂、固定化酶等。这一最传统的功能高分子材料正以崭新的姿态在 21世纪发挥重要的作用。 离子交换纤维是在离子交换树脂基础上发展起来的一类新型材料。其基本特点与离子交换树脂相同，但外观为纤维状，并还可以不同的织物形式出现，如中空纤维、纱线、布、无纺布、毡、纸等。 离子交换树脂的结构离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网状高分子材料，其外形一般为颗粒状，不溶于水和一般的酸、碱，也不溶于普通的有机溶剂，如乙醇、丙酮和烃类溶剂。常见的离子交换树脂的粒径为0.3～1.2nm。一些特殊用途的离子交换树脂的粒径可能大于或小于这一范围。 离子交换树脂的结构通过改变浓度差、利用亲和力差别等，使可交换离子与其他同类型离子进行反复的交换，达到浓缩、分离、提纯、净化等目的。 通常，将能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂称作阳离子交换树脂；而将能解离出阴离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂称作阴离子交换树脂。从无机化学的角度看，可以认为阳离子交换树脂相当于高分子多元酸，阴离子交换树脂相当于高分子多元碱。应当指出，离子交换树脂除了离子交换功能外，还具有吸附等其他功能，这与无机酸碱是截然不同的。 吸附树脂的结构吸附树脂的外观一般为直径为0.3～1.0 mm的小圆球，表面光滑，根据品种和性能的不同可为乳白色、浅黄色或深褐色。吸附树脂的颗粒的大小对性能影响很大。粒径越小、越均匀，树脂的吸附性能越好。但是粒径太小，使用时对流体的阻力太大，过滤困难，并且容易流失。粒径均一的吸附树脂在生产中尚难以做到，故目前吸附树脂一般具有较宽的粒径分布。吸附树脂手感坚硬，有较高的强度。密度略大于水，在有机溶剂中有一定溶胀性。但干燥后重新收缩。而且往往溶胀越大时，干燥后收缩越厉害。使用中为了避免吸附树脂过度溶胀，常采用对吸附树脂溶胀性较小的乙醇、甲醇等进行置换，再过渡到水。吸附树脂必须在含水的条件下保存，以免树脂收缩而使孔径变小。因此吸附树脂一般都是含水出售的。 离子交换树脂的应用 （1）水处理 水处理包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备等。水处理是离子交换树脂最基本的用途之一。如下面是去离子水的制备装置。 （2）冶金工业 离子交换是冶金工业的重要单元操作之一。在铀、钍等超铀元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属的分离、提纯和回收方面，离子交换树脂均起着十分重要的作用。 离子交换树脂还可用于选矿。在矿浆中加入离子交换树脂可改变矿浆中水的离子组成，使浮选剂更有利于吸附所需要的金属，提高浮选剂的选择性和选矿效率。（3）原子能工业 离子交换树脂在原子能工业上的应用包括核燃料的分离、提纯、精制、回收等。用离子交换树脂制备高纯水，是核动力用循环、冷却、补给水供应的唯一手段。离子交换树脂还是原子能工业废水去除放射性污染处理的主要方法。（4） 海洋资源利用 利用离子交换树脂，可从许多海洋生物（例如海带）中提取碘、溴、镁等重要化工原料。在海洋航行和海岛上，用离子交换树脂以海水制取淡水是十分经济和方便的。（5）化学工业 离子交换树脂在化学实验、化工生产上已经和蒸馏、结晶、萃取和过滤一样，成为重要的单元操作，普遍用于多种无机、有机化合物的分离、提纯，浓缩和回收等。 离子交换树脂用作化学反应催化剂，可大大提高催化效率，简化后处理操作，避免设备的腐蚀。（6）食品工业 离子交换树脂在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品等食品加工中都有广泛的应用。特别在酒类生产中，利用离子交换树脂改进水质、进行酒的脱色、去浑、去除酒中的酒石酸、水杨酸等杂质，提高酒的质量。酒类经过离子交换树脂的去铜、锰、铁等离子，可以增加贮存稳定性。经处理后的酒，香味纯，透明度好，稳定性可靠，是各种酒类生产中不可缺少的一项工艺步骤。 （7）医药卫生 离子交换树脂在医药卫生事业中被大量应用。如在药物生产中用于药剂的脱盐、吸附分离、提纯、脱色、中和及中草药有效成分的提取等。 离子交换树脂本身可作为药剂内服，具有解毒、缓泻、去酸等功效，可用于治疗胃溃疡、促进食欲、去除肠道放射物质等。 对于外敷药剂，用离子交换树脂粉末可配制软膏、粉剂及婴儿护肤用品，用以吸除伤口毒物和作为解毒药剂。 （8）环境保护 离子交换树脂在废水，废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检测上都有重要应用，已普遍用于电镀废水、造纸废水、矿冶废水、生活污水，影片洗印废水、工业废气等的治理。例如影片洗印废水中的银是以Ag(SO3)23-等阴离子形式存在的，使用Ⅰ型强碱性离子交换树脂处理后，银的回收率可达90％以上，既节约了大量的资金，又使废水达到了排放标准。 1.4.6 高分子分离膜与膜分离技术 1.概述分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。膜的形式可以是固态的，也可以是液态的。膜分离过程的主要特点是以具有选择透过性的膜作为分离的手段，实现物质分子尺寸的分离和混合物组分的分离。膜分离过程的推动力有浓度差、压力差和电位差等。膜分离过程可概述为以下三种形式： ① 渗析式膜分离 料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进入接受液中，从而被分离出去。属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等； 1.4.6 高分子分离膜与膜分离技术 ② 过滤式膜分离 利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等； ③ 液膜分离 液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。 2.功能膜的分类 1. 按膜的材料分类 2. 按膜的分离原理及适用范围分类 根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。 3. 按膜断面的物理形态分类 根据分离膜断面的物理形态不同，可将其分为对称膜，不对称膜、复合膜、平板膜、管式膜、中空纤维膜等。 4. 按功能分类 日本著名高分子学者清水刚夫将膜按功能分为分离功能膜（包括气体分离膜、液体分离膜、离子交换膜、化学功能膜）、能量转化功能膜（包括浓差能量转化膜、光能转化膜、机械能转化膜、电能转化膜，导电膜）、生物功能膜（包括探感膜、生物反应器、医用膜）等。 3.膜分离过程的类型几种主要分离膜的分离过程 1.4 高分子材料 1.4.7 橡胶 1)、天然橡胶 组成：天然橡胶是橡胶树的树汁经过炼制的高弹性固体。它是不饱和异戊二烯（C5H8）高分子聚合物。特点：天然橡胶的力学性能较差；化学稳定性较好，可耐一般非氧化性强酸、有机酸、碱溶液和盐溶液的腐蚀，但不耐强氧化性酸和芳香族化合物的腐蚀。应用：在水工艺工程、化学工程等设备防腐处理中，软橡胶主要用作各种设备的衬里；硬橡胶还可制成整体设备，如泵、管道、阀门等。 2)、合成橡胶组成：合成橡胶的主要原料是石油、煤和天然气。特点及其应用：丁基橡胶的突出特点是不透气性，对氧化性环境如空气和稀硝酸具有较好的耐蚀性。硅橡胶无味、无毒，其最大的特点是耐热性好，可用作垫圈、密封件材料和隔热材料。氟橡胶具有优良的耐高温、耐油、耐强氧化剂和耐酸碱性能，主要用于高温、强氧化环境。 1.5 复合材料 1.5.1概念 复合材料就是由两种或更多种的物理和化学本质不同的物质，人工制成的一种多相固体材料。 ①它可改善或克服组成材料的弱点，充分发挥它们的优点。 ②它可按照零部件、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。 ③它可造成单一材料不易具备的性能或功能，或在同一时间里发挥不同功能的作用。 1.5.2分类 复合材料为多相或多组成体系，全部相可分为两类，一类为基体相，主要起粘结剂作用；另一类为增强相，起提高强度或韧性的作用。复合材料可由金属、高聚物和陶瓷中任意两者人工合成，也可由多种金属、高聚物或陶瓷来制备 1.5 复合材料（1）玻璃纤维复合材料：用玻璃纤维增强工程塑料的复合材料，即玻璃钢。玻璃钢分热塑性和热固性两种。 ①热塑性玻璃钢 热塑性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热塑性树脂为粘结剂制成的复合材料。 ②热固性玻璃钢 热固性玻璃钢是以玻璃纤维为增强剂和以热固性树脂为粘结剂制成的复合材料。（2）碳纤维复合材料 ①碳纤维复合材料：作基体的树脂，目前应用最多的是环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯。 ②碳纤维碳复合材料：用有机基体浸渍纤维坯块，固化后再进行热解，或纤维坯型经化学气相沉积，直接填入碳。 ③碳纤维金属复合材料：用于熔点较低的金属或合金，在碳纤维表面镀金属，制成了碳纤维铝基复合材料。 ④碳纤维陶瓷复合材料：我国研制了一种碳纤维石英玻璃复合材料。 1.5 复合材料（3）硼纤维复合材料 ①硼纤维树脂复合材料：基体主要为环氧树脂、聚苯并咪唑和聚酰亚胺树脂等。硼纤维是由硼气相沉积在钨丝上来制取的。 ②硼纤维金属复合材料：常用的基体为铝，镁及其合金，还有钛及其合金等。（4）金属纤维复合材料 作增强纤维的金属主要是强度较高的高熔点金属钨、钼、钢、不锈钢、钛、铍等，它们能被基体金属润湿，也能增强陶瓷。 ①金属纤维金属复合材料：研究较多的增强剂为钨钼丝，基体为镍合金和钛合金。 ②金属纤维陶瓷复合材料：利用金属纤维的韧性和抗拉能力改善陶瓷的脆性。 1.5 复合材料 1.5.3复合材料的性能特点（1）比强度和比刚度高 增强剂或者基体为比重小的物质，或两者的比重都不高，且都不是完全致密的；另一方面，增强剂多是强度很高的纤维。比强度和比弹性模量是各类材料中最高的。（2）抗疲劳性能好 首先，缺陷少的纤维的疲劳抗力很高；其次，基体的塑性好，能消除或减小应力集中区的大小和数量。（3）减振能力强 复合材料的比模量高，所以它的自振频率很高，不容易发生共振而快速脆断；另外，复合材料是一种非均质多相体系，在复合材料中振动衰减都很快。 1.5 复合材料（4）高温性能好 增强纤维多有较高的弹性模量，因而常有较高的熔点和较高的高温强度。 此外，由于复合材料高温强度好，耐疲劳性能好、纤维和基体的相容性好，热稳定性也是很好的。（5）断裂安全性高 纤维增强复合材料每平方厘米截面上有成千上万根隔离的细纤维。过载会使其中部分纤维断裂，但随即迅速进行应力的重新分配，而由未断纤维将载荷承担起来，不至造成构件的瞬间完全丧失承载能力而断裂，所以工作的安全性高。 除上述几种特性外，复合材料的减摩性、耐蚀性以及工艺性能也都较好。但是，复合材料为各向异性材料，横向拉伸强度和层间剪切强度是不高的，同时伸长率较低，冲击韧性有时也不很好，尤其是成本太高，所以目前应用还很有限。 1.6 噪声控制材料 一、吸声材料 1.多孔性吸声材料：这种材料内部有大量的微小孔隙或空腔，彼此沟通，声波入射时引起其中空气分子振动，空气分子不断撞击材料分子，将部分声能转换成材料内能（热能）而被吸收。这类材料有矿棉、玻璃棉、泡沫塑料等，常用于高频声波的吸收。 2.纤维物挂帘：这种材料纤维交织，内存孔隙，声波作用在纤织物上时，一方面是纤维之间相互摩擦，一方面使空气分子不断撞击纤维，使部分声能变成纤织物热能而被吸收。这类材料有灯芯绒、平绒、布材等，可用于中高频声波的吸收。 3.成型吸声板：这种材料是用矿棉、纤维棉加工成型板材，常用于天花板、墙面装饰，其吸声频段较宽、吸声系数中等，吸声原理兼有上述两点。 4.薄板吸声材料：利用板材如：胶合板、石棉板、纤维板、薄木板等，与墙面龙骨组成空腔，声腔作用于腔体形成共振，声能在空前体内，使腔内空气分子不断撞击腔壁而发热，大部分声能被消耗，这适合低频段声波的吸收。 5.孔腔板组合共振吸声：穿孔板（胶合板、石膏板及木板等）后贴微孔吸声材料，利用龙骨组合成大小不一的口腔，构成较宽范围的、中低频声波的吸收装置。以上是比较常见的吸声材料，总体的特点是每种材料都有微小细孔，声波进入到这些小孔中，产生强烈的反射，渐渐的把声能转换成热能。不同直径的小孔对应不同波长的声波，所以各种材料吸收的声音的频率不同。 2.隔声材料分隔那种声： 空气声：在空气中传播的声，以空气为介质。 固体声：在固体中传播的声，以固体为介质。 空气声用厚重材料隔声。 固体声用间断的构造、缓冲、柔性结构来消除。隔声效果的好坏最根本的一点是取决于材料单位面积的质量。 区别：隔音材料是利用大声阻抗反射声波，在隔音材料的影区只有极少的透射声。而吸声材料是利用吸声结构和吸声介质来造成无限声场，即减少反射声波。这两种材料的使用有不同的要求，简单的互换可能不但达不到你的技术要求，还有可能产生反效果。 作业 1.材料的化学成分中有益元素和有害元素有哪些？ 2.解释强度、塑性、硬度、韧性、可焊性、压力加工性能（可锻性）切削加工性能、成型工艺性、热处理性能 3.解释Q235-AoF、45Mn、T13A、30CrMnSi、9SiCr？作业 1.选择耐大气腐蚀材料有哪些？ 2. 选择耐硫酸腐蚀材料有哪些 ？ 4.高分子材料的性能有哪些？哪些是材料的缺点？ 5.复合材料的优点？ 6.吸声材料和隔声材料区别？ Over6lJ红软基地

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