资源简介

【课题】其他常用工程材料
【教材版本】
【教学目标】
1. 了解工程塑料和复合材料的特性、分类和应用。
2. 了解其他新型工程材料的应用。
【教学重点、难点】
教学重点：
工程塑料和复合材料的特性、分类。
教学难点：
1.工程塑料和复合材料的应用。
【教学媒体及教学方法】
借助于多媒体课件，将静态的图形直观展示；通过教师的讲解、学生的观察、分析、讨论，师生充分互动，采用大量联系实际的案例，调动学生的学习积极性，培养学生观察分析、自主探究的能力，使全体学生在合作学习中都能有所收获。
【课时安排】
2课时（45分钟×2）
【教学建议】
教学中应交替使用教材、实物和图片。根据学生基本情况及学习本次内容后的总体反应，使用不同的教学方法，加强和学生的互动，使学生积极地参与到教学活动中来。
【教学过程】
任务导入（5分钟）
图3-3-1 A350型飞机材料构成及比例
试一试
试着说出A350型飞机上尾翼、机翼、机身、翼身整流罩等采用的什么材料？
想一想
日常生活中用到了哪些工程塑料、复合材料和其他工程材料？
新课讲授（75分钟）
长期以来，机械工程材料一直是以金属材料为主，近几十年来，人工合成高分子材料发展非常迅速，并越来越多地应用于工业、农业、国防和科学技术各个领域。在机器制造工业中，人工合成的高分子材料，特别是塑料，使用性能优良，成本低廉，外表美观，正在逐步取代一部分金属材料。机械工程上应用的非金属材料，主要有高分子材料、陶瓷材料和复合材料等。非金属材料具有某些特殊的使用性能，广泛应用于国民经济的各个部门。
1. 塑料的特性、分类及应用
塑料是一种高分子合成材料，以树脂为基础，加入添加剂制成。树脂是塑料的主要成分，其种类、性质、含量等对塑料的性能起决定性作用。因此多数塑料是以所用树脂来命名的，如酚醛塑料。而有些树脂不加添加剂也可直接用作塑料，如聚乙烯等。添加剂是在塑料中，有目的加入的某些固态物质，以弥补树脂自身性能的不足。常用的添加剂有填料、增塑剂、固化剂、稳定剂及其它种类等，各种添加剂的作用各不相同。
塑料的种类很多，在工业上一般有两种分类方法，见表3-3-1。
表3-3-1 塑料的分类及性能
分类方法 类型 分类标准 举例 性能
按树脂的性质 热塑性塑料 加热时软化，可熔成粘稠状的液体，冷却后变硬，再次加热又软化，冷却又硬化，可多次重复。 如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚甲醛等。 具有加工成型方便，力学性能较高的优点，但耐热性、刚性差。
热固性塑料 加热时软化，继续加热又硬固化，固化后再加热不再软化，只能成型一次。 如酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料等。 具有耐热性能高，受压不易变形等优点，但力学性能不好。
按塑料的应用情况分 通用塑料 产量大、价格低、用途广且受力不大。 如聚乙烯、聚氯乙烯、、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等。 是一般工农业生产和日常生活不可缺少的塑料。
工程塑料 具有良好的使用性能，如耐高温、耐低温、强度高等。 如聚碳酸酯、聚酰胺、ABS等。 可取代金属材料来制造机械零件。
特种塑料 耐高温或具有特殊用途的塑料。 如医用塑料等。 具有某些特殊性能，能满足某些特殊要求。
下面介绍常见的几种塑料。
1.1 ABS
ABS塑料综合力学性能好，其特点是坚韧、质硬、刚性好，可电镀表面金属化，易着色，但是不耐高温，能燃烧。主要用作结构材料，如齿轮、轴承、仪表配件、电视机壳体等。图3-3-2是ABS的应用。
a.插座面板 b.安全帽 c.汽车内饰
图3-3-2 ABS的应用
1.2 聚碳酸脂
聚碳酸酯的透明度高达86%-92%，其特点是抗冲击强度最高，抗蠕变性好，能在-100℃-130℃范围长期使用。常用作齿轮、安全帽、汽车外壳、门窗玻璃等。图3-3-3是聚碳酸脂的应用。
a.手机后盖 b.旅行箱 c.透明灯罩
图3-3-3 聚碳酸脂的应用
1.3 聚酰胺（尼龙）
聚酰胺通常称尼龙，其特点是具有较高的抗拉强度和韧性，有突出的耐磨性和自润滑性，耐蚀性好、抗霉抗菌无毒，工艺成形性好，但热稳定性差，吸水性大，热导率低，尺寸稳定性差。主要用作齿轮、衬套、叶轮密封圈等。图3-3-4是聚酰胺（尼龙）的应用。
a.热溶胶棒 b.耐磨齿轮 c.定位锚绳
图3-3-4 聚酰胺的应用
1.4 聚甲醛
聚甲醛由甲醛聚合而成，有优良的综合力学性能，尺寸稳定性高，吸水性小，耐磨、耐老化性良好。主要用来制造减摩、耐磨及传动件，如轴承、齿轮、凸轮轴、仪表外壳等。图3-3-5是聚甲醛的应用。
a.管件 b.凸轮 c.齿轮
图3-3-5 聚甲醛的应用
1.5 聚四氟乙烯
聚四氟乙烯在氟塑料中应用最广，其特点是耐高、低温性能好，长期使用在-180℃-260℃范围性能稳定，摩擦系数极低，极高的耐蚀性，素有“塑料王”之称，但是强度较低。主要用作绝缘材料、轴承、人造心肺、密封件等。图3-3-6是聚四氟乙烯的应用。
a.胶带 b.密封圈 c.波纹管
图3-3-6 聚四氟乙烯的应用
2. 复合材料的特性、分类及应用
复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同或不同组织结构的材料，用某种工艺方法经人工组合而成的多相合成材料。复合材料的性能由于互相取长补短，保持各自的最佳性能而得到单一材料无法比拟的综合性能，因此它已经成为一类新型的结构材料。
复合材料的特点是具有高比强度和大比模量、抗疲劳性好、减振性好、耐高温等。
按照复合材料的增强剂种类和结构形式的不同，复合材料的分类见表3-3-2，图3-3-7是复合材料的应用。
表3-3-2 复合材料的分类
类型 分类标准 举例
纤维增强复合材料 这类材料以玻璃纤维、碳纤维、硼纤维和碳化硅纤维等陶瓷材料做复合材料的增强剂，复合于塑料、树脂、橡胶和金属等为基体的材料之中。 如橡胶轮胎、玻璃钢、纤维增能陶瓷等。
层叠复合材料 这是克服复合材料在高度上性能的方向性而发展起来的。 如三合板、五合板、钢-铜-塑料复合的无油润滑轴承材料等。
细粒复合材料 将硬质细粒均匀分布于基体中。 硬质合金就是WC-Co或WC-TiC-Co等组成的细粒复合材料。
a.飞机 b.高效节能灯 c.汽车
图3-3-7 复合材料的应用
3. 其他新型工程材料
科学技术的发展，出现了一些其他新型工程材料。橡胶材料和陶瓷材料的性能获得了飞速发展，除了用于传统的橡胶和陶瓷制品外，还广泛应用在国防、宇航和电气等工业部门。
3.1 橡胶
生产中把未经硫化的天然胶与合成胶称为生胶，硫化后的胶称为橡胶。工业上使用的橡胶制品是在橡胶中加入各种添加剂（有硫化剂、硫化促进剂、软化剂、防老化剂和填充剂等），经过硫化处理后所得到的产品。
橡胶按其来源分为天然橡胶和合成橡胶两大类。其特点是弹性模量很低，伸长率很高，具有优良的拉伸能力和储能本领，具有良好的吸震性、耐磨性、绝缘性、隔音性等。橡胶主要用于制造密封件、减振件、传动件、轮胎和电线等。图3-3-8是橡胶的应用。
a.轮胎 b.密封圈 c.橡胶手套
图3-3-8 橡胶的应用
3.2 陶瓷
陶瓷是一种无机非金属材料，是陶器和瓷器的总称，也包括玻璃、水泥、石灰、石膏和搪瓷等。它与高分子材料、金属材料构成三大基础材料。陶瓷可分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类。
3.2.1 普通陶瓷
普通陶瓷是以粘土、长石和石英等天然原料，经过粉碎、成型和烧结而成，主要用作日用、建筑、卫生以及工业上应用的低压和高压电、耐酸、过滤等的陶瓷。图3-3-9是普通陶瓷的应用。
a.陶瓷餐具 b.马赛克 c.陶瓷刀
图3-3-9 普通陶瓷的应用
3.2.2 特种陶瓷
特种陶瓷是用人工化合物（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等）为原料经过粉碎成型和烧结制成的。它具有独特的力学、物理、化学、光学性能，主要用于化工、冶金、机械、电子、能源和一些新技术中。特种陶瓷包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。
（1）氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷的主要成分为Al2O3，含有少量SiO2，耐高温性能好，具有良好的耐磨性和电绝缘性。主要用来做耐火材料，如坩埚、内燃机的火花塞、耐火砖、导弹的导流罩及轴承等。图3-3-10是氧化铝陶瓷的应用。
a.坩埚 b.火花塞 c.耐火砖
图3-3-10 氧化铝陶瓷的应用
（2）氮化硅陶瓷
氮化硅陶瓷具有强度和硬度高、摩擦系数和热膨胀系数小、化学稳定性高等特点。热压烧结氮化硅通常用来做形状简单、精度要求不高的零件，如切削刀具、高温轴承等；反应烧结氮化硅常用来做形状复杂、精度要求高的零件，如机械密封环等，图3-3-11是氮化硅陶瓷的应用。
a.轴承 b.定位销 c.刀片
图3-3-11 氮化硅陶瓷的应用
（3）碳化硅陶瓷
碳化硅陶瓷的高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，常用来制造热电偶套管、燃气轮机叶片及轴承、火箭喷嘴、浇注金属的喉管等。图3-3-12是碳化硅陶瓷的应用。
a.磨头 b.喷火嘴 c.隔焰板
图3-3-12 碳化硅陶瓷的应用
学习评价及作业（10分钟）
1、学习评价
充分体现学生在教学中的主体地位。通过学生的自我评价，使其能够进行客观地自我反思，清晰地认识自我、自我总结的一个过程；通过小组评价，可以使学生更加注重小组的团结协作、互相学习，加强团队意识；通过教师评价，体现教师在教学中的另一主体地位，引导教学的方向和进程，指导学生掌握学习方法，学会探索、发现规律，同时，培养能力强的学生积极思考，主动探究；激励能力弱的学生认真观察，积极参与，以提高教学效果。
2、课堂小结
简要小结本次课程的内容（学生归纳，老师点晴并指出需要注意的问题）。
3、布置作业：

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