机械工程材料

大连理工大学 齐民

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 材料与材料科学
    • 1.2 工程材料的分类及应用
    • 1.3 工程材料课程的目的、性质和学习要求
  • 2 材料的性能
    • 2.1 材料的力学性质
    • 2.2 材料的物理和化学性能
    • 2.3 材料的工艺性能
  • 3 金属的晶体结构
    • 3.1 原子的结合方式
    • 3.2 晶体结构的基本概念
    • 3.3 金属的结构
  • 4 金属的结晶、二元合金相图、铁碳合金相图
    • 4.1 纯金属的结晶
    • 4.2 合金的结晶、二元合金相图
    • 4.3 铁碳合金相图
    • 4.4 凝固组织及其控制
  • 5 钢的热处理
    • 5.1 概述
    • 5.2 钢在加热时的转变
    • 5.3 钢在冷却时的转变
    • 5.4 钢的退火与正火
    • 5.5 钢的淬火与回火
  • 6 碳素钢及合金钢
    • 6.1 钢的分类与编号
    • 6.2 钢中杂质与合金元素
    • 6.3 结构钢
    • 6.4 工具钢
    • 6.5 特殊性能钢
  • 7 铸铁
    • 7.1 概述
    • 7.2 常用铸铁
  • 8 有色金属及其合金
    • 8.1 铝及铝合金
    • 8.2 铜及铜合金
    • 8.3 钛及钛合金
    • 8.4 轴承合金
  • 9 陶瓷材料
    • 9.1 常用工业陶瓷
    • 9.2 概述
  • 10 高分子材料
    • 10.1 概述
    • 10.2 高分子工程材料
    • 10.3 高分子功能材料
  • 11 复合材料
    • 11.1 绪论
    • 11.2 复合材料的成型工艺
    • 11.3 典型工程复合材料
  • 12 机械零件的选材与工艺分析
    • 12.1 选材的一般原则
    • 12.2 零件的失效
    • 12.3 典型零件的选材及应用实例
概述




陶瓷材料是除金属和高聚物以外的无机非金属材料的通称。在工业上应用的典型的传统陶瓷产品有陶瓷器、玻璃、水泥和耐火材料等。随着现代科学技术的发展,涌现出了许多性能优良的新型陶瓷,新型陶瓷是40年代以来逐渐发展起来的新型无机材料。

一、陶瓷材料的特点

1陶瓷材料的相组成特点

如第二章所述,陶瓷材料通常是由晶相、玻璃相和气相三种不同的相组成的,如图10-1所示。

决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相,

而玻璃相的作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材料致密程度、降低烧结温度和抑制晶粒长大。气相是在工艺过程中形成并保留下来的,它对陶瓷的电及热性能影响很大。

2、陶瓷材料的结合键特点

陶瓷材料的主要成分是氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等,因而其结合键以离子键(如MgOAl2O3)、共价键(如Si3N4BN)及离子键和

                                 图10-陶瓷的典型组织

共价键的混合键为主。具体形成离子键或者形成共价键主要取决于两原子间负电性的大小。

3、陶瓷材料的性能特点

由于陶瓷材料的结合键为共价键或离子键,因而陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高化学稳定性,耐高温、耐氧化、耐腐蚀等特性。此外,陶瓷材料还具有密度小、弹性模量大、耐磨损、强度高、脆性大等特点。对于功能陶瓷,还具有电、光、磁等特殊性能。

4、陶瓷材料的工艺特点

陶瓷是脆性材料,所以大部分陶瓷是通过粉体成型和高温烧结来获得所需要的形状,因此陶瓷是烧结体。烧结体也是晶粒的聚集体,有晶粒和晶界,所存在的问题是其存在一定的气孔率。

二、陶瓷材料的分类

1、按化学成分分类

按化学成分可将陶瓷材料分为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷及其它化合物陶瓷。氧化物陶瓷种类多,应用广,常用的有Al2O3SiO2ZrO2MgOCaOBeOCr2O3CeO2ThO2等。碳化物陶瓷熔点高,易氧化,常用的有SiCB4CWCTiC等。氮化物陶瓷常用的有Si3N4AlNTiNBN等。

2按使用的原材料分类

按使用的原材料可将陶瓷材料分为普通陶瓷和特种陶瓷。普通陶瓷主要用天然的岩石、矿石、黏土等含有较多杂质(或杂质不定)的材料作原料。而特种陶瓷则采用化学方法人工合成高纯度或纯度可控的材料作原料。

3、按性能和用途分类

按性能和用途可将陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷两类。在工程结构上使用的陶瓷称为结构陶瓷。利用陶瓷特有的物理性能制造的陶瓷材料称为功能陶瓷,由于它们具有的物理性能差异往往很大,所以用途很广泛。