金属陶瓷复合材料的分类

机械工业中使用的非金属材料可分为三大类：高分子材料（如塑料、胶黏剂、合成橡胶、合成纤维等）、陶瓷（如日用陶瓷、金属陶瓷）、复合材料等。

1.7.1 高分子材料

高分子材料是指以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物。高分子化合物按其来源分为天然的和合成的两大类。工程上的高分子材料主要指人工高分子化合物。根据其性质用途，高分子材料有塑料、橡胶及胶黏剂等。

1.工程塑料

塑料是应用最广的有机高分子材料，它是以合成树脂为主要材料，加入增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂、阻燃剂和填料等添加剂，在一定温度和压力下进行聚合反应而合成的高分子聚合物。塑料具有密度小、耐磨蚀、良好的电绝缘性和较小的介电损耗、耐磨和减磨性好、良好的成形性等特征。塑料的不足之处是强度、硬度低，耐热性差，在紫外线照射下易老化等。根据塑料在加热和冷却时所表现的性质不同，可分为热塑性塑料和热固性塑料两类。

（1）热塑性塑料 热塑性塑料在受热时软化和熔融，冷却后成为固体，再受热时又软化和熔融，具有可塑性和重复性。常用的塑料有聚烯烃、聚氯乙烯、ABS、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚四氟乙烯和聚甲基丙酸甲酯等。

（2）热固性塑料 热固性塑料在一定温度和压力（或加入固化剂）下，经一段时间后变为坚硬制品，硬化后的塑料不溶于任何溶剂，再加热也不软化，所以热固性塑料不能重复使用。常用的有酚醛塑料（PF）、环氧塑料（EP）等。

塑料的成形工艺简单、形式多样。常用的成形方法有注射成形、挤出成形、压制成形、浇铸成形、吹塑成形等。可用于制作塑料模具、船体、电子工业零部件以及化工管道、容器、塑料包装等。

2.橡胶

橡胶与塑料不同之处是橡胶在室温下处于高弹态。

工业橡胶的主要成分是生胶。生胶具有很高的弹性。但生胶分子链间相互作用力很弱，强度低，易产生永久变形。此外，生胶的稳定性差，如会发黏、变硬、溶于某些溶剂等。为此，工业橡胶中还必须加入各种配合剂。

橡胶受外力作用而发生的变形是可逆弹性变形，外力去除后，只需要1ms便可恢复到原来的状态。具有良好的回弹性（如天然橡胶可达70％～80％）。经硫化处理和炭黑增强后，其抗拉强度达25～35MPa，并具有良好的耐磨性。

常用橡胶材料根据原材料的来源可分为天然橡胶和合成橡胶。

天然橡胶是橡胶树上流出的胶乳，经过加工制成的固态生胶。天然橡胶具有很好的弹性，但强度、硬度并不高。为了提高其强度并使其硬化，要进行硫化处理。经处理后抗拉强度为17～29MPa。用炭黑增强后可达35MPa。天然橡胶是优良的电绝缘体，并有较好的耐碱性。但耐油、耐溶剂性和耐臭氧老化性差，不耐高温，使用温度－70～110℃，广泛用于轮胎、胶带、胶管等。

合成橡胶分为丁苯橡胶（SBR）和顺丁橡胶（BR）。

丁苯橡胶是应用最广、产量最大的一种合成橡胶。它是以丁二烯和苯乙烯为单体形成的共聚物。丁苯橡胶的性能主要受苯乙烯含量的影响，随苯乙烯含量的增加，橡胶的耐磨性、硬度增大而弹性下降。丁苯橡胶比天然橡胶质地均匀，耐磨、耐热、耐老化性能好。但加工成形困难，硫化速度慢。这种胶广泛用于制造轮胎、胶布、胶板等。

1.7.2 陶瓷材料

陶瓷是一种无机非金属材料。一般可分为普通陶瓷（普通工业陶瓷、化工陶瓷）和特种陶瓷（氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化镁陶瓷及氧化铍陶瓷等）两大类。普通陶瓷是以黏土、石英、长石等天然材料为原料，经粉碎、成形和高温烧结而成，主要用于日用品、建筑和卫生用品，以及工业上的低压和高压瓷瓶、耐酸、过滤制品等。特种陶瓷是以化工原料制成的具有许多优异性能的新型陶瓷。这类陶瓷具有独特的力学、物理、化学等性能，主要用于化工、冶金、机械、电子、能源和一些新技术中。陶瓷的优点是：硬度极高，抗压强度高，良好的电绝缘性，耐磨性、耐蚀性好，耐高温和抗氧化能力强等。但其缺点也较明显，如质脆，延展性差，抗急冷急热性差等。

1.7.3 复合材料

复合材料是由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，经人工合成的多相固体材料。复合材料既保持了各组成材料的性能特点，又具有一些新的特性，这是单一材料所无法比拟的。

1.复合材料的特点

（1）比强度和比模量高 比强度、比模量分别是指材料的抗拉强度Rm和弹性模量E与相对密度之比。复合材料的比强度、比模量比其他材料要高得多。

（2）抗疲劳性能好 复合材料中基体和增强纤维间的接口能够有效地阻止疲劳裂纹扩展。当裂纹从基体的薄弱环节处产生开裂并拓展到结合面时，受阻而停止，所以复合材料的抗疲劳强度比较高。

（3）减振性能好 纤维增强复合材料比模量高，自振频率也高，在一般情况下，不会发生因共振而脆断的现象。此外，纤维与基体的接口具有吸振能力，所以具有很高的阻尼作用。

（4）可整体一次成形，减少零部件数目。

除了上述几种特性外，复合材料还具有较高的耐热性和断裂安全性，良好的自润滑和耐磨性等。但复合材料伸长率小，抗冲击性差，各向异性力学性能差异太大，成本较高。

2.复合材料的分类

复合材料按照增强相的性质和形态可分为纤维增强复合材料、层状复合材料和颗粒复合材料三类。

（1）纤维增强复合材料 玻璃纤维增强复合材料是以玻璃纤维及制品为增强剂，以树脂为黏结剂而制成的，俗称玻璃钢。常用于化工管道、化工设备耐腐蚀件、车身、船体、直升机旋翼等。

（2）层状复合材料 层状复合材料是由两层或两层以上的不同材料结合而成的，其目的是为了将组分材料的最佳性能组合起来，以得到更为有用的材料。

这类复合材料的典型代表是SF型三层复合材料，它是以钢为基体、烧结铜网或铜球为中间层、塑料为表面层的一种自润滑材料，它的物理、力学性能主要取决于基体，而摩擦、磨损性能取决于表面塑料层。常用于表面层的塑料为聚四氟乙烯（如SF－1型）和聚甲醛（如SF－2型）。这种复合材料适用于制作高应力（140MPa）、高温（270℃）及低温（－195℃）和无油润滑或少油润滑的各种机械、车辆的轴承等。

（3）颗粒复合材料 颗粒复合材料是由一种或多种颗粒均匀分布在基体材料内而制成的。颗粒起增强作用，常用的颗粒复合材料有两类：一类是颗粒与树脂复合，如塑料中加颗粒状填料，橡胶用炭黑增强等；另一类是陶瓷颗粒与金属复合，典型的有金属陶瓷颗粒复合材料。