1、第8章材料化學基礎第1頁第1頁8.1引言8.2慣用工程材料在周期表中分布與應用8.3新型金屬材料8.4功效無機非金屬材料8.5有機高分子材料8.6復合材料8.7液晶材料第2頁第2頁本章教學要求本章教學要求 1.理解高分子化合物基本概念、命名和分類。2.理解高分子化合物基本結構與主要特性及理解高分子化合物合成反應4.3.理解幾種主要高分子材料和復合材料性能及其應用。5.第3頁第3頁8.1引言8.1.1材料發展過程材料發展經歷了下列階段：第一代：天然材料第二代：燒煉材料第三代：合金材料第四代：可設計材料第五代：智能材料第4頁第4頁按使用性能結構材料：主要利用材料力學性能,以強度為特性，如建筑、構件

2、功效材料：主要利用材料物理和化學性能,以光、電、磁、熱等性能為特性材料按化學構成金屬材料無機非金屬材料高分子材料復合材料8.1.2材料分類材料是人類賴以生存和生產物質基礎。材料發展歷史反應了人類社會發展文明史。新材料研究和開發已被認為是當今社會發展三大支柱之一。材料品種繁多，材料分類辦法主要有兩種。第5頁第5頁8.2慣用工程材料在周期表中分布與應用8.2.1 S區元素構成工程材料8.2.2 P區與B元素構成工程材料8.2.3 d區與B元素構成工程材料第6頁第6頁8.2.1 S區元素構成工程材料S區金屬元素外電子層構型為ns12,并且原子體積大，單質密度小5g.cm-3,屬于輕金屬。A最外層只有

3、一個電子，電子逸出所需能量小，慣用作光電材料。8.2.2 P區與B元素構成工程材料P區與B金屬元素大多活潑性差，其長周期元素次外層d電子已填滿，不參與成鍵，因此長周期單質Bi、Sn、Pb、Hg等是慣用硬度較小低熔點金屬。第7頁第7頁 P區金屬元素唯有鋁較活躍，但它是易“鈍化”輕金屬，鋁元素可用來代替鋼鐵和銅，用作航空、航天飛行器主要結構材料。另外，鋁尚有良好導電、導熱性能，慣用來代替銅制造導電材料，尤其是高壓電纜。 P區非金屬單質碳（金剛石）熔點（3652 ）及硬度是所有單質中最高，它在商業和工業有很大需求。碳、氮、硼、硅等非金屬元素間能以共價鍵結合成化合物，這類化合物屬于原子晶體，熔點高、硬

4、度大，是工業上慣用耐高溫、耐磨硬質結構材料。第8頁第8頁 位于P區對角斜線上硼、硅、鍺、砷、銻、硒、碲等都是半導體元素，在半導體單質中硅和鍺被認為是最好半導體材料。化合物半導體多由 和 族元素構成，較典型有GaAs,AIP 和 InSb等。8.2.3 d區與B元素構成工程材料 d區均為金屬元素，外層電子構型為（n-1)d1-9ns1-2 ，屬于重金屬。大多數是高熔點金屬，其中以鎢熔點（3410 ）最高，除B外,其余都有較有硬度,鉻是所有金屬中最硬.由于這些元素原子有較多未成正確d電子參與金屬鍵形成，因此金屬鍵很強，它們中諸多是主要合金材料（如高溫合金、硬質合金等）主要構成元素。第9頁第9頁 高

5、溫合金又稱耐熱合金，大多是利用d區合金元素制成。 第 ， ， 族金屬與碳、氮、硼等所形成金屬型化合物統稱為硬質合金。 一些過渡金屬、合金或金屬化合物，在一定溫度和壓力條件下能大量吸取并可逆地釋放H2氣，可作為貯氫材料。第10頁第10頁8.3新型金屬材料8.3.1 形狀記憶合金形狀記憶合金也是一類金屬功效材料。形狀記憶合金有一個特殊轉變溫度，在轉變溫度下列，金屬晶體處于一個不穩定結構狀態；在轉變溫度（用 Tc 表示）以上，金屬晶體是一個穩定結構狀態。一旦把它加熱到 Tc 以上，不穩定結構就轉變成穩定結構，合金就恢復了本來形狀。即合金仿佛“記得”原先所含有形狀，故稱這類合金為形狀記憶合金。第11頁

6、第11頁比如Ti50Ni（Tc = 60）和Ti51Ni（Tc=30）等。用鎳鈦形狀記憶合金制成管接口，在使用溫度下加工管接口內徑比外管徑略小，安裝時在低溫下將其機械擴張，套接完畢在室溫下放置，由于接口恢復原狀而使接口非常緊密。這種管子固定法在F14型戰斗機油壓系統接頭及在海底輸送管接口固接都有很成功實例。 第12頁第12頁氫是21世紀要開發和利用新能源之一。氫能長處是發熱值高，沒有污染且資源豐富。氫能燃燒將放出大量熱能，每公斤氫氣燃燒產生熱能是媒4倍以上。燃燒產物是水，沒有任何污染氣體產生。氫來源于水分解，可以利用光能或電能分解水，而水是取之不盡。8.3.2 貯氫合金貯氫合金是因金屬或合金與

7、氫形成氫化物，從而把氫貯存起來。金屬都是密堆積結構，存在許多四周體和八面體空隙，能夠容納半徑較小氫原子。在貯氫合金中，一個金屬原子能與2個，3個甚至更多氫原子結合，生成金屬氫化物。但并不是每種貯氫合金都能作為貯氫材料，含有實用價值貯氫量大，金屬氫化物既容易形成，稍稍加熱又容易分解，室溫下收，放氫速度快。使用壽命長和成本低。當前正在研究開發貯氫合金主要有三大系列：鎂系貯氫合金；稀土系列貯氫合金如LaNi5 ，為了減少成本，用混合稀土Mm代替La，可得到MmNiMm, MmNiAl貯氫合金;鈦系貯氫合金。第13頁第13頁貯氫合金用于氫動力汽車試驗已獲成功。伴隨石油資源逐步枯竭，氫能源終將代替汽油，

8、柴油驅動汽車，并一勞永逸消除燃燒汽油，柴油產生污染。貯氫合金用途不限于氫貯存和運送，它在氫回收，分離，凈化及氫同位素吸取和分離等方面也有詳細應用。貯氫合金應用 作為貯運氫氣容器 氫能汽車、電池上應用 分離、回收氫 制取高純度氫氣 氫氣靜壓機第14頁第14頁貯氫合金分類（按合金系統）鎂系貯氫合金稀土貯氫合金鈦系貯氫合金 鋯系貯氫合金 鈣系貯氫合金 第15頁第15頁貯氫合金分類（按化合物類型）AB5型稀土類及鈣系貯氫合金 AB2型Laves相貯氫合金 AB型鈦系貯氫合金 A2B型鎂系貯氫合金 第16頁第16頁1.鎂系貯氫合金地殼中貯藏量豐富，價格廉價密度小，僅為1.74g/cm3長處：貯氫容量高，

9、MgH2含氫量達3.6%氫吸、放動力學性能差：釋放溫度高，250以上，反應速度慢，氫化困難 缺點：抗蝕能力差，尤其是作為陰極貯氫合金材料。第17頁第17頁Mg2Ni 兩種改良型：Mg2-xMxNi （MCa、Al）長處：易形成氫化物，分解反應速度比Mg2Ni增大40以上；通過控制Al、Ca與Mg置換量，能夠調整平衡壓Mg2Ni1-xMx （MV、Cr、Mn、Fe、Zn等）長處：氫化速度和分解速度均得到明顯提升Mg2Ni0.95Cr0.05氫化速度和分解速度均得到改進，氫壓為4個大氣壓和296條件下可形成氫化物Mg2Ni0.95Cr0.05H3.9。 比如：第18頁第18頁2.稀土類及鈣系貯氫合

10、金AB5型稀土類及鈣系貯氫合金主要有下列幾種類型： LaNi5系貯氫合金MmNi5系貯氫合金MlNi5系貯氫合金CaNi5系貯氫合金第19頁第19頁缺點：成本高，大規模使用受到限制吸放氫過程中晶胞體積膨脹大長處：平衡壓力適中而平坦放氫快，滯后小容易活化，室溫下即可活化含有良好抗雜質氣體中毒性吸氫量大第20頁第20頁3.鈦系貯氫合金鈦系貯氫合金鈦鐵系合金鈦錳系合金鈦鋯系合金鈦鎳系合金鈦鐵系合金長處：釋氫壓力低，價格廉價。缺點：活化困難，抗雜質氣體中毒能力差，重復稀 釋氫后性能下降。在鈦鐵二元合金基礎上，用合金元素代替Fe，可改進活化性能，滯后現象小。第21頁第21頁8.4功效無機非金屬材料8.4

11、.1 光導纖維8.4.2 超導陶瓷8.4.3 納米陶瓷第22頁第22頁8.4功效無機非金屬材料無機非金屬材料又稱陶瓷材料。陶瓷材料老式陶瓷材料和精細陶瓷材料。老式陶瓷或稱普通陶瓷，其產品絕大部分屬于以黏土、長石、石英等無機非金屬礦物為主要原料燒成硅酸鹽制品。主要用做日用器皿、建筑陶瓷、工藝陶瓷等。老式陶瓷含有良好電絕緣性和耐化學腐蝕等特性，因此部分陶瓷還用于電力工業（低壓電器）和化學工業中。 老式陶瓷第23頁第23頁24精細陶瓷或稱特種陶瓷，它是以精制高純天然無機物或人工合成無機化合物為原料，采用精密控制工藝進行燒結制品。 精細陶瓷按其使用性能分結構陶瓷功效陶瓷導電陶瓷超導陶瓷壓電陶瓷半導體陶

12、瓷電子陶瓷磁性陶瓷生物陶瓷等第24頁第24頁附圖 光導纖維光導纖維簡稱光纖，以傳光和傳像為目的一個光波傳導介質。光導纖維最大應用是激光通訊，它含有信息容量大、重量輕、抗干擾、保密性好等長處。8.4.1 光導纖維第25頁第25頁8.4.2 超導陶瓷含有超導性陶瓷材料。其主要特性是在一定臨界溫度下電阻為零即所謂零阻現象。在磁場中其磁感應強度為零，即抗磁現象或稱邁斯納效應。高臨界溫度（90開以上）超導陶瓷材料構成有YBa2Cu3O7-，Bi2Sr2Ca2Cu3O10，Tl2Ba2Ca2Cu3O10。超導陶瓷在諸如磁懸浮列車、無電阻損耗輸電線路、超導電機、超導探測器、超導天線、懸浮軸承、超導陀螺以及超

13、導計算機等強電和弱電方面有廣泛應用前景。1973年，人們發覺了超導合金鈮鍺合金，其臨界超導溫度為23.2K。該統計保持了。第26頁第26頁1986年，設在瑞士蘇黎世美國IBM公司研究中心報道了一個氧化物（鑭鋇銅氧）含有35K高溫超導性，打破了老式“氧化物陶瓷是絕緣體”觀念，引起世界科學界轟動。1986年終，美國貝爾試驗室研究氧化物超導材料，其臨界超導溫度達到40K，液氫“溫度壁壘”（40K）被跨越。第27頁第27頁從19861987年一年多時間，臨界超導溫度提升了100K以上，這在材料發展史，乃至科技發展史上是一大奇跡！ 1987年2月，美國華裔科學家朱經武和中國科學家趙忠賢相繼在釔鋇銅氧系材

14、料上把臨界超導溫度提升到90K以上，液氮禁區（77K）也奇跡般地被突破了。1987年終，鉈鋇鈣銅氧系材料又把臨界超導溫度統計提升到125K。第28頁第28頁納米陶瓷是指在陶瓷材料顯微結構中，晶粒、晶界以及它們之間結合都處于納米水平（1100nm），使得材料強度、韌性和超塑性大幅度提升，克服了工程陶瓷許多不足，并對材料力學、電學、熱學、磁學、光學等性能產生主要影響，為替換工程陶瓷應用開拓了新領域。8.4.3 納米陶瓷第29頁第29頁8.5有機高分子材料8.5.1高分子化合物基本概念8.5.2高分子化合物命名與分類8.5.3高分子化合物合成8.5.4高分子化合物結構與性質第30頁第30頁高分子化合

15、物（高分子、高聚物或聚合物）分子比低分子化合物分子要大諸多。通常低分子有機化合物相對分子質量在1000下列，而高分子化合物相對分子質量在1萬以上，有可達上千萬。 8.5有機高分子材料8.5.1高分子化合物基本概念1.單體例 聚氯乙烯分子是由許多氯乙烯結合而成： 單體聚合成高分子化合物低分子化合物單體：第31頁第31頁*平均聚合度 n 鏈節式量 = 高聚物平均相對分子質量單體聚合物聚合度鏈節簡寫：鏈節鏈節構成高分子鏈重復結構單元鏈節數高分子鏈所含鏈節數目，即聚合度（DP）2.鏈節與鏈節數第32頁第32頁1命名 （1）習慣命名:按原料單體或聚合物結構特性命名 由一個單體合成得到高聚物,在單體名稱前

16、面冠以“聚”字：聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙二酰己二胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯等。 由二種單體合成得到高聚物,在單體名稱后面加“樹脂” 或“共聚物” ：酚醛樹脂、環氧樹脂等。8.5.2 高分子化合物命名與分類第33頁第33頁（2）系統命名：以聚合物結構重復單元(即高聚物分子中最小重復單元)為基礎命名辦法。 先擬定聚合物分子中最小結構單元，排出順序，然后按小分子有機物命名規則給結構重復單元命名并加括弧，最后在名稱前冠一“聚”字。聚（1氯代乙烯 ）； PVC 為處理聚合物讀寫不便，常采用國際通用英文縮寫符號，如PVC、ABS等。第34頁第34頁聚合物 單體 名稱 商品名稱 符號 名稱 結構式 聚氯乙烯

17、氯綸 PVC 氯乙烯 聚丙烯 丙綸 PP丙烯 聚丙烯腈 腈綸 PAN丙烯腈 聚己內酰胺 錦綸6 （或尼龍-6） PA6己內酰胺 表7.1 一些聚合物名稱、商品名稱、符號及單體第35頁第35頁聚己二酰己二胺 錦綸66 （尼龍66） PA66己二酸己二胺 聚對苯二甲酸乙二醇酯 滌綸 PET對苯二甲酸乙二醇 聚苯乙烯 聚苯乙烯樹脂 PS苯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 有機玻璃 PMMA甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 ABS樹脂 ABS丙烯腈丁二烯 苯乙烯 第36頁第36頁（2）按主鏈結構分類碳鏈聚合物 主鏈完全由碳原子構成。如聚乙烯：雜鏈聚合物 主鏈除碳原子外，還含有氧、氮、硫等雜原子。如聚己二

18、酰己二胺（尼龍-66）：2.分類（1）按性能和用途分類，在工程上高聚物可分為：塑料、纖維、橡膠三大類。第37頁第37頁元素有機聚合物 主鏈由硅、硼、鋁與氧、氮、硫、磷等構成，側鏈是有機基團。如聚二甲基硅氧烷：（4）按功效分類 通用高分子、工程材料高分子、功效高分子、仿生高分子等 。元素無機聚合物 主鏈和側鏈均由無機元素或基團構成。如聚二氯磷腈：（ 3 ）按熱性能不同分類 熱塑性聚合物和熱固性聚合物兩大類。（ 5 ）按起源分類 天然高分子和合成高分子。第38頁第38頁聚合反應由小分子單體合成聚合物化學反應聚合反應 加成聚合反應（加聚反應） 縮合聚合反應（縮聚反應）8.5.3 高分子化合物合成第3

19、9頁第39頁加聚反應僅由一個單體參與加聚反應稱為均聚反應。均聚反應反應產物叫均聚物由兩種或兩種以上單體參與加聚反應稱為共聚反應。共聚反應產物叫共聚物。共聚物往往可兼具兩種或兩種以上均聚物一些優秀性能，因此通過共聚辦法能夠改進產品性能。 加聚反應由一個或各種單體互相加成，或由環狀化合物開環互相結合成聚合物反應。均聚反應共聚反應1加聚反應第40頁第40頁縮聚反應由一個或各種單體互相縮合生成高聚物，同時有低分子物質（如水、鹵化氫、氮、醇等）析出反應。比如癸二酸和己二胺合成為尼龍-610反應： 2縮聚反應第41頁第41頁 高分子化合物分子鏈結構形態有三種：線型、支鏈型和體型。1.高分子鏈結構形態8.5

20、.4 高分子化合物結構與性能線形聚合物分子含有長鏈結構。體型聚合物是由線型聚合物彼此貫穿、重迭和纏結在一起而形成。支鏈型聚合物分子主鏈上含有一定數量側鏈。第42頁第42頁 高分子化合物高分子鏈上存在著許多單鍵。主鍵上單鍵可繞其鄰近單鍵（以其為軸）作旋轉運動，這種現象稱為單鍵內旋轉。圖85 單鍵內旋轉示意圖2.高分子鏈中單鍵內旋轉和鍵柔順性 分子鏈中以單鍵相連相鄰兩鏈節之間還能夠保持一定鍵角而旋轉，因此，一個分子鏈在無外力作用時會有眾多分子空間形態，絕大部分為卷曲狀。高分子鏈這種強烈卷曲傾向稱為（分子）鏈柔順性。它對高聚物彈性和塑性等有主要影響。第43頁第43頁 同一高聚物能夠兼有晶態和非晶態兩

21、種結構。高聚物含晶體結構質量百分數稱結晶度。聚合物中結晶性和非結晶區3非晶態高分子化合物力學狀態 常溫下處于固態聚合物，依據其分子鏈在空間排列情況可分為晶態和非晶態。晶態高聚物中，分子鏈排列規則；非晶態高聚物中，分子鏈堆砌是無規則。 高聚物中結晶性區域稱為結晶區，非結晶區域稱非結晶區。第44頁第44頁玻璃態 溫度較低時高分子熱運動和鏈節自由旋轉都很小，分子鏈節或整個分子鏈無法產生運動，高聚物呈現如玻璃體狀固態。比如常溫下塑料。 非晶態高聚物物理形態：非晶態高聚物隨溫度改變，從固態逐步變為液態過程中出現三種不同力學狀態，即玻璃態、高彈態 、粘流態 。高彈態 鏈節能夠較自由地旋轉，但整個分子鏈不能

22、移動。比如常溫下橡膠。高彈態是高聚物所獨有罕見一個物理形態，在較小外力作用下，能產生很大形變，除去外力后能可逆恢復原狀，表現出很高彈性。 粘流態 高聚物分子鏈節能夠自由地旋轉，整個分子鏈也能自由移動，從而成為能流動粘液，比液態低分子化合物粘度要大得多，又稱為塑性態。比如膠粘劑或涂料。 第45頁第45頁粘流化溫度 由高彈態向粘流態轉變溫度，用Tf 表示。 塑料與纖維: 要求Tg 高， Tf 低（較耐熱，加工成型溫度不高）。橡膠：要求Tg 低， Tf 高（耐寒又耐熱）。玻璃化溫度 由高彈態向玻璃態轉變溫度，用Tg 表示。 非晶態聚合物形變溫度曲線通常將Tg高于室溫高聚物稱為塑料； Tg低于室溫高聚

23、物稱為橡膠。Tg是塑性材料最高使用溫度。當溫度高于Tg時，材料會發生較大形變或斷裂。Tg是橡膠最低使用溫度當溫度。當溫度低于Tg時，材料會變脆。第46頁第46頁一些非晶態高聚物Tg和Tf值：聚氯乙烯 Tg =81 Tf =175聚苯乙烯 Tg =100 Tf =135聚丁二烯(順丁橡膠) Tg =-108 天然橡膠 Tg =-73 Tf =1224. 高分子化合物性能1力學強度力學強度是指材料抵抗外力破壞能力，通常駐機構用抗拉、抗壓、抗彎曲、抗沖擊等強度來衡量。主要決定于高分子主鏈化學鍵、聚合度、結晶度分子鏈之間作用力大小。(1) 聚合度增大，有助于增長分子鏈間作用力，可使拉伸強度與沖擊強度等

24、有所提升。第47頁第47頁(2) 極性取代基或鏈間能形成氫鍵時，能增長分子鏈之間作用力而提升其強度。強度：天然橡膠（M r=20萬） 丁苯橡膠（ M r =45萬）拉伸強度: 聚氯乙烯(含極性基團-Cl) 聚乙烯 (3) 適度交聯有助于增長分子鏈之間作用力。如聚乙烯交聯后，沖擊強度可提升34倍。 (4) 在結晶區內分子鏈排列緊密有序，可使分子鏈之間作用力增大，機械強度也隨之增高。機械強度: 高結晶聚乙烯 低結晶聚乙烯第48頁第48頁(5) 主鏈含苯環或側鏈引入芳環、雜環取代基等高聚物，其強度和剛性比含脂肪族主鏈高聚物要高。 強度： 芳香尼龍(如芳綸-1313) 普通尼龍第49頁第49頁高分子化

25、合物通常以共價鍵結合，普通不存在自由電子和離子，因此高聚物通常是較好絕緣體，可作為絕緣材料。 高聚物極性越小，其絕緣性越好。 非極性高聚物 分子鏈節結構對稱高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯等。 極性高聚物 分子鏈節結構不對稱高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺等。 例：試比較下列高聚物電絕緣性：聚四氟乙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯2) 電學性能第50頁第50頁電絕緣材料高聚物可分為： （1）鏈節結構對稱且無極性基團高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯，對直流電和交流電都絕緣，可用作高頻電絕緣材料。 （2）無極性基團，但鏈節結構不對稱高聚物，如聚苯乙烯，天然橡膠等，可用做中頻電絕緣材料。 （3）鏈節結構不對稱且有極

26、性基團高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺，酚醛樹指等，可用做低頻或中頻電絕緣材料。 第51頁第51頁分子極性可用相對介電常數衡量，通常非極性高聚物2，弱極性或中檔極性高聚物24，強極性高聚物4。 高聚物 高聚物 聚四氟乙烯 2.0 聚氯乙烯 3.23.6 聚丙烯 2.2 聚甲基丙烯酸甲酯 3.33.9 低密度聚乙烯 2.252.35 硅樹脂 2.754.20 高密度聚乙烯 2.302.35 尼龍-66 4.0 聚苯乙烯 2.453.10 酚醛樹脂 5.0 6.5 表7.3 常見高聚物相對介電常數第52頁第52頁靜電現象 兩種電性不同物體相互接觸或磨擦時，會有電子轉移而使一物體帶正電荷，另一個物體帶負電

27、荷現象。 靜電現象含有兩面性，它應用于靜電印刷、油漆噴涂和靜電分離等。但靜電往往是有害，比如腈綸纖維起毛球、吸灰塵；粉料在干燥運轉中會結塊等。慣用抗靜電劑是一些表面活性劑，其主要作用是提升高聚物表面電導性，使之快速放電，預防電荷積累。另外，在高聚物中填充導電填料如炭黑、金屬粉、導電纖維等也同樣起到抗靜電作用。第53頁第53頁高聚物主要由C-C、C-H、C-O等牢固共價鍵連接而成，含活潑基團較少，且分子鏈互相纏繞，使分子鏈上不少基團難以參與反應，因而普通化學穩定性較高。 （1）穩定性 一些含 高聚物不耐水，在酸或堿催化下會與水反應。比如，聚酰胺與水反應：高聚物普通化學穩定性好，耐酸堿腐蝕，但不耐

28、高溫，易老化。3）高分子化合物老化與預防第54頁第54頁老化是指高聚物及其材料在加工、貯存和使用過程中，長期受化學、物理（熱、光、電、機械等）以及生物（霉菌）原因綜合影響，發生裂解或交聯，造成性能變壞現象。比如，塑料制品變脆、橡膠龜裂、纖維泛黃、油漆發粘等。老化是物理性質變壞不可逆過程。主要有兩種過程：降解 鏈斷裂，Mr變小 發粘、變軟、喪失機械強度交聯 線型變體型變硬、變脆、喪失彈性，如天然膠、聚氯乙烯老化若在高聚物分子鏈中引入較多芳環、雜環結構，或在主鏈或支鏈中引入無機元素（如硅、磷、鋁等），均可提升其熱穩定性。為了延緩光、氧、熱對高聚物老化作用，通常可在高聚物中加入各類光穩定劑、抗氧劑（

29、芳香族胺類如二苯胺 和酚類等），或熱穩定劑（如硬脂酸鹽等）。（2）老化第55頁第55頁8.6復合材料8.6.1纖維增強樹脂基復合材料8.6.2纖維增強金屬基復合材料8.6.3纖維增強陶瓷基復合材料第56頁第56頁假如兩種或兩種以上不同材料經過復合工藝組成新復合材料，它既能保持原來材料優點，又能克服單一材料缺點。因此復合材料是在三大材料基礎上發展起來新材料。復合材料品種繁多，按增強體物質形態可分為：顆粒增強復合材料、夾層增強復合材料和纖維增強復合材料。當前發展較快是纖維增強復合材料。按基體有可分為三類：樹脂基復合材料，金屬基復合材料和陶瓷基復合材料。8.6復合材料第57頁第57頁8.6.1 纖維

30、增強樹脂基復合材料 玻璃鋼玻璃鋼是由玻璃纖維和不飽和聚酯，環氧樹脂，酚醛樹脂，有機硅樹脂等復合而成。玻璃鋼不但強度高，質量輕，絕緣性能好，并且耐腐蝕，抗沖擊性強。它已廣泛應用于飛機，汽車，輪船，建筑，石油化工設備和家具等行業。2. 碳纖維增強塑料碳纖維是將有機纖維在200300空氣中加熱，使其氧化。再在10001500稀有氣體中炭化制得，含有耐高溫、質輕、硬度大和強度高等特點。第58頁第58頁8.6.2纖維增強金屬基復合材料 采用高強度、耐熱纖維與金屬構成金屬基復合材料，既可提升強度，減少相對密度。基體金屬使用較多是鋁、鎂、鈦以及一些合金。碳纖維是金屬基復合材料中應用最廣增強材料。第59頁第5

31、9頁8.6.3纖維增強陶瓷基復合材料 纖維增強陶瓷基復合材料能夠增長陶瓷韌性，這是處理陶瓷脆性路徑之一。由纖維增強陶瓷做成陶瓷瓦片，用黏接劑貼在航天飛機機身上，使航天飛機能安全穿越大氣層返回地球。第60頁第60頁8.7液晶材料8.7.1相轉變和液晶相8.7.2液晶種類8.7.3液晶特性與用途第61頁第61頁8.7 液晶材料 液晶是介于固態與液態之間各向異性流體，是發覺較晚一個物質狀態。液晶，作為一個新物態和新材料出現含有其主要意義。8.7.1 相轉邊和液晶相假如組成固體分子含有顯著幾何形態各向異性，它存在兩種有序性;分子位置有序性和分子排列取向有序性。把處于固相這類物質逐步加熱以增大分子動能，

32、當達到一定溫度，這種分子位置和取向有序固體物質將經過兩種路徑變成各向同性液體。一個是物質保持固態，不過度子取向有序性先遭到破壞，到更高溫度才破壞位置有序性而形成各向同性液體，稱為塑晶。第62頁第62頁 另一個是物質先失去位置有序性而形成液體，但是保留取向有序，直至更高溫度才進一步破壞進入取向有序而形成各向性液體。這類物質在位置有序受到破壞進入液態時，由于存在分子取向有序性，因此它們物理性質仍然是各向異性，這種各向異性液體就是液晶。液晶是自然界兩大基礎原則流動性和有序性有機結合，人們又把液晶形象稱為“流動晶體”。8.7.2液晶種類 依據結構和分子排列，液晶可分為近晶向液晶、向列相液晶和膽甾向液晶

33、。第63頁第63頁 此三種類型液晶液晶態是通過升溫到特定溫區中顯示，這一類液晶通稱為極致液晶。尚有一類被稱為溶致液晶，有機分子溶解在溶劑中，當濃度足夠高時，也能夠呈現液晶相。這種液晶廣泛存在于自然界，尤其是生物體內。8.7.3 液晶特性與用途 液晶是一種取向有序流體。一方面它是流體，另一方面又像晶體，具有雙折射等各向異性，并且其結構會隨外場（電、磁、熱、力等）變化而變化，從而導致其各向異性性質變化。第64頁第64頁 電光效應是液晶最有用性質之一。所謂電光效應是指在電場作用下，液晶分子排列方式發生改變，從而使液晶光學性質發生改變效應。絕大多數液晶顯示器件工作原理都是基于這種效應。 除液晶顯示外，

34、液晶還用于溫度檢測、應力檢測、無損檢測、醫療診斷、色譜和各種波譜分析等。第65頁第65頁第八章 材料化學基礎1. 材料分類1）按用途分為結構材料和功效材料 結構材料：利用材料強度、韌性、彈性等力學性能 功效材料：利用材料熱、光、電、磁等物理和化學性能 2）按成份、特性分為：金屬材料 黑金屬：鐵、鉻、錳及合金 有色金屬：除了黑金屬以外金屬 特殊金屬材料 無機非金屬材料：硅酸鹽材料、新型無機非金屬材料（特種陶瓷） 高分子材料：塑料、纖維、橡膠以及涂料、黏合劑等 復合材料：由以上三種材料復合而成 第66頁第66頁2.新型金屬材料：儲氫合金、形狀記憶合金3.功效無機非金屬材料光導纖維：石英玻璃纖維（玻

35、璃能夠透光，但在傳播過程中光損耗較大，而用石英玻璃纖維光損耗大為減少，故這種纖維稱為光導纖維）超導陶瓷納米陶瓷324有機高分子材料1）高分子化合物又稱高聚物。它是由一個或幾個低分子化合物聚合而成化合物，分子量很大，普通約為104-106。2）形成高分子化合物低分子化合物叫做單體。高分子中重復結構單元叫做鏈節，重復結構單元數叫做鏈節數，即聚合度（DP）。3）高聚物按性能與用途分類，在工程上可分為塑料、纖維、橡膠；按熱性能不同又可分為熱塑性聚合物、熱固性聚合物。第67頁第67頁4）一個或各種含有不飽和鍵單體在一定條件下（光照、加熱或化學試劑作用）聚合，直到得到高分子化合物反應稱為加聚反應；由加聚反