第一組講義第1章水工藝設備常用材料本章主要講水工藝設備常用材料的的基本性能。§1.1金屬材料§1.2無機非金屬材料§1.3高分子材料§1.4復合材料§1.1金屬材料一、金屬材料的分類水工藝設備常用的金屬材料主要有碳鋼、鑄鐵、合金鋼、不銹鋼以及部分有色金屬材料等。1、鋼的分類（1）按化學成分分類§1.1金屬材料（2）按質量分類按鋼中的硫（S）和磷（P）含量可分為普通鋼、優質鋼和高級優質鋼。普通鋼S≤0.055%；P≤0.045%；優質鋼S、P均應≤0.04%；高級優質鋼 S≤0.03%；P≤0.035%§1.1金屬材料（3）按用途分類

根據鋼的用途主要可分為結構鋼、工具鋼和特殊性能鋼。結構鋼主要用于制造各種工程構件和機器零件。這類鋼一般屬于低碳或中碳的碳素鋼或合金鋼。工具鋼主要用于制造各種刀具、量具、模具。這類鋼一般屬于高碳鋼或高碳合金鋼。特殊性能鋼是具有特殊物理性能或化學元素性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等，這類鋼一般屬于高合金鋼。§1.1金屬材料2、鋼的編號

鋼的品種繁多，為了便于選擇和使用，必須制定科學的編號系統。編號的要求是用簡明的符號將鋼中所含元素的大致百分數表示出來。有時通過編號還能說明鋼的性能特征。§1.1金屬材料（1）普通碳素結構鋼這類鋼主要保證機械性能，故其牌號用“Q+數字”表示，其中“Q”為“屈”字的漢語拼音字頭，數字表示屈服強度值，例如Q275表示屈服強度為275MPa的碳素結構鋼。若牌號后面標注A、B、C、D，則表示鋼材質量等級不同，其中A級最低，D級最高。若在牌號后標注字母“F”則為沸騰鋼（脫氧不完全的鋼），未加標注的為鎮靜鋼（脫氧完全的鋼）。例如Q235-A?F表示屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼。§1.1金屬材料（2）優質碳素結構鋼優質碳素結構鋼主要用于制造各種機器零件，這些零件一般都要經過熱處理以提高其機械性能。這類鋼的硫、磷含量都限制在0.040%以下。編號方法是采用兩位數字表示鋼中平均含碳量為萬分之幾。例如含碳為0.45%（萬分之四十五）左右的優質碳素結構鋼編號為45鋼；含碳0.08%左右的低碳鋼稱為08鋼等。若鋼中含錳較高則在鋼號后面附以錳的元素符號Mn。如15Mn、45Mn等。§1.1金屬材料（3）碳素工具鋼這類鋼的含碳量較高，一般介于0.65-1.35％之間。它的硫、磷含量限制得更嚴格些。一般的碳素工具鋼均屬于優質鋼。當硫、磷含量分別限制在0.030%以下時則為高級優質工具鋼。碳素工具鋼的編號是以"T"（碳的漢語拼音字頭）開頭，后面標以數字表示含碳量的千分之幾。例如T8就是代表平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼；T13則代表平均含碳量為1.3%的碳素工具鋼。若為高級優質碳素工具鋼，則在編號最后加以"A"，例如T8A、T13A，§1.1金屬材料（4）合金結構鋼這類鋼的編號是利用"兩位數字+元素符號+數字"來表示。前面的兩位數字代表鋼中平均含碳量的萬分之幾，元素符號表示鋼中所含的合金元素。元素后面的數字表示該元素的平均含量的百分之幾。如果平均含量低于1.5%，則不標明含量。如果平均含量大于1.5%、2.5%、3.5%…，則相應地以2、3、4…等表示。例如12CrNi3鋼，其平均含碳量為0.12%，平均含鉻量小于1.5%，平均含鎳量為3%。又如30CrMnSi鋼，其平均含碳量為0.3%，鉻、錳、硅三種合金元素的含量均小于1.5%。若為高級優質合金結構鋼，則在鋼號的最后加"A"字，例如20Cr12Ni14WA。§1.1金屬材料（5）合金工具鋼編號與合金結構鋼相似，僅含碳量的表示方法有所不同。當合金工具鋼的平均含碳量大于或等于1.00%時，其含碳量不予標出。平均含碳量小于1.00%時，以千分之幾表示。例如：9SiCr鋼，其平均含碳量為0.9%，硅和鉻的平均含量小于1.5%。§1.1金屬材料二、金屬材料的基本性能

金屬材料的基本性能是指它的物理性能、機械性能、化學性能和工藝性能，這些性能一般都受其化學成分的影響。1、化學成分

化學成分的變化對鋼材的基本力學性能如強度及塑韌性等有較大影響，對熱處理效果也有較大影響。（1）碳（C）主要元素。一般地，碳含量增加，強度極限和硬度提高，而塑性、韌性下降。當碳的含量超過0.9%時，鋼的強度極限反而降低。碳含量偏高會對鋼的焊接性能產生不利影響。§1.1金屬材料（2）硫（S）一種有害元素。以FeS形式存在（熔點只有989℃），使鋼材在熱加工時容易開裂，產生“熱脆”現象。硫含量高還使材料的斷裂韌性降低。（3）磷（P）也是一種有害元素。磷能全部溶于鐵素體中，使強度和硬度增加，會導致塑性和沖擊韌性的顯著降低。在低溫變脆，產生“冷脆”現象。在某些特殊用途鋼中，如含磷的銅鋼，可以提高在大氣中的耐蝕性。§1.1金屬材料（4）錳（Mn）一種有益的元素。錳是煉鋼時作為脫氧劑和合金元素加入鋼中的。由于錳可以和硫形成高熔點(1600℃)的硫化錳，能減輕硫的有害作用，并能提高鋼的強度和硬度，是低合金鋼中的常見元素。（5）硅（Si）一種有益的元素。作為脫氧劑和合金元素加入鋼中的。能使鋼的強度、硬度、彈性提高，而塑性、韌性降低。硅作為合金元素，可以提高鋼的耐蝕性和耐熱性，但過量的硅會惡化鋼的熱加工工藝性能。§1.1金屬材料2、物理性能物理性能主要指密度、熔點、熱膨脹系數、導熱性、導電性以及彈性模量等。（1）彈性模量是材料在彈性極限內應力與應變的比值。（2）線膨脹系數是指材料在溫度變化1℃時單位長度的伸縮變化值，其值可從機械設計手冊中查取。（3）導熱系數是指當溫度梯度（溫度差與器壁厚度的比值）為1K/m，每小時通過每平方米傳熱面積傳過的熱量，單位為W/(m·K）。§1.1金屬材料3、機械性能

材料的機械性能主要是指材料的彈性、塑性、強度和韌性。

（1）材料的彈性和塑性材料在外力作用下產生變形，當外力去除后又能夠恢復其原來形狀的性能，稱作材料的彈性。塑性是指材料在外力作用下產生塑性變形而不破壞的能力。

（2）材料的強度強度是金屬材料在外力作用下低抗塑性變形和斷裂的能力。工程上常用指標有抗拉強度、屈服強度、持久強度、蠕變強度、疲勞強度等。§1.1金屬材料?抗拉強度:抗拉強度是金屬材料試樣在拉斷前所能承受的最大應力，以σb表示，單位為MPa。?屈服極限：是金屬材料開始產生屈服現象時的應力，以σs表示，單位為MPa。對于沒有明顯屈服點的材料，規定以產生0.2%塑性變形時的應力作為屈服強度，以σ0.2表示。?屈強比：屈服極限和抗拉強度的比值稱為屈強比。這個比值可反映材料屈服后強化能力的高低。一般高強度鋼的屈強比數值較大，低強度鋼的屈強比較小。§1.1金屬材料?持久強度：持久強度是材料在某一溫度下受恒定載荷作用時，在規定的持續時間內（如105

h）引起斷裂時的應力。用σtT表示，單位為MPa。?蠕變強度:

指在給定的溫度下，在規定的時間內（如105h），使試樣產生的蠕變變形量不超過規定值（如1%）時的最大應力，以σTδ/t表示，單位為MPa。?疲勞破壞:

零件或構件在工作過程中受到方向、大小反復變化的交變應力的長期作用下，會在應力遠小于該材料的屈服強度情況下，突然發生脆性斷裂，這種現象稱為疲勞破壞。?疲勞強度:是指材料在經受N次應力循環而不斷裂時的最大應力，以σ－1（純彎曲疲勞），τ－1（扭轉疲勞）表示，單位為MPa。§1.1金屬材料(3)硬度硬度是材料抵抗其它物體刻劃或壓入其表面的能力。用標準試驗方法測得的表面硬度是材料耐磨能力的重要指標。（4）材料的韌性韌性是材料對缺口或裂紋敏感程度的反映，用來衡量材料的抗裂紋擴展能力。描述韌性的指標有沖擊韌性、斷裂韌性、無塑性轉變溫度沖擊韌性:衡量材料韌性的指標之一。可用帶缺口的沖擊試樣在沖擊試驗中所吸收的沖擊功數值作為沖擊韌性值。§1.1金屬材料斷裂韌性:材料的沖擊韌性可指導選材，但沖擊功不能直接用于設計計算，而且許多壓力容器由于裂紋的存在也可以在塑性與沖擊韌性值足夠大的情況下發生脆性斷裂事故。近年來已把斷裂力學中的斷裂韌性指標用于壓力容器的防脆斷設計或安全評定。這些斷裂韌性值可以衡量材料的韌性情況，即可看出存在裂紋時材料所具有的防斷能力。*無塑性轉變溫度（NDT）:在不同的溫度下測定出一系列的沖擊韌性值，可以發現材料在某一溫度區間隨溫度降低韌性值突然下降。由此可得出該材料的無塑性轉變溫度，以便確定材料的最低使用溫度。§1.1金屬材料（5）溫度對材料機械性能的影響一般金屬材料的機械性能，隨溫度的升高會發生顯著的變化。*材料在高溫下應力松弛*材料在低溫下材料的冷脆性。4、材料的工藝性能材料要經過各種加工后，才能做成設備或機器的零件。材料在加工方面的物理、化學和機械性能的綜合表現構成了材料的工藝性能，又叫加工性能。選材時必須同時考慮材料的使用與加工兩方面的性能。

水工藝與工程中容器和設備主要零部件的制造主要是焊接、鍛造、切削、沖壓、彎曲和熱處理工藝過程。§1.1金屬材料（1）可焊性：指被焊金屬在一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數及結構型式的條件下，獲得優質焊接接頭的難易程度。*工藝可焊性主要是指焊接接頭產生工藝缺陷的傾向*使用可靠性包括焊接接頭的機械性能及其他特殊性能（如耐熱、耐蝕性能等）。（2）可鍛性：金屬承受壓力加工的能力叫金屬的可鍛性。（3）切削加工性：材料被切削加工的難易程度。（4）成型工藝性：成型就是金屬在熱態或冷態下，經外力作用產生塑性變形而成為所需形狀的過程。（5）熱處理性能：熱處理是以改善鋼材的某些性能為目的，將鋼材加熱到一定的溫度，在此溫度下保持一定的時間，然后以不同的速度冷卻下來的一種操作。§1.1金屬材料三、耐蝕金屬材料及性能

金屬材料的化學性能最主要的是指它的耐腐蝕性。材料抵抗周圍介質對腐蝕破壞的能力稱為材料的耐腐蝕性能。耐蝕性不是材料固有不變的特性，它隨材料的工作條件而改變。§1.1金屬材料1、碳鋼和普通鑄鐵的耐蝕性（1）耐蝕性能*在淡水、大氣、土壤、海水等中性介質中都不耐蝕；*在各類干燥氣體和有機溶劑等介質中耐蝕性良好；*在低濃度堿溶液及濃硫酸、濃氫氟酸等介質中，碳鋼和普通鑄鐵表面能生成穩定的膜，因而是耐蝕的。（2）影響耐蝕性的因素：介質組成；鐵碳合金的成分和組織；鋼鐵熱處理條件差異。§1.1金屬材料2、耐蝕合金鑄鐵在鑄鐵中加入某些合金元素可以大大提高它在一些介質中的耐蝕性。如添加硅、鉻、鋁等元素，可使鑄鐵表面形成連續、致密、牢固的表面膜；添加鎳能獲得耐堿性介質腐蝕性能優良的奧氏體鑄鐵；加稀土元素、鎂，能使石墨球化，從而大大改善高硅鑄鐵的力學性能和工藝性能。§1.1金屬材料3、耐蝕低合金鋼

耐蝕低合金鋼通常是指在碳鋼中加入合金元素的總量低于3%左右的合金。加入的合金元素種類、含量不同，所起的作用不同。根據在不同介質中的耐腐蝕性能，可將耐蝕低合金鋼分為如下幾種：（1）耐大氣腐蝕鋼種（2）耐海水腐蝕鋼種（3）耐硫化氫腐蝕鋼種§1.1金屬材料4、不銹鋼

不銹鋼是鉻、鎳含量較高的合金鋼。通常把耐大氣腐蝕的合金鋼稱為不銹鋼，把在酸中及其它強腐蝕性介質中耐腐蝕的合金鋼稱為耐酸鋼。一般把上述不銹鋼與耐酸鋼統稱為不銹耐酸鋼或簡稱為不銹鋼。（1）馬氏體不銹鋼：鋼中加入一定的鉻。主要用在氧化性介質中,如大氣、水蒸氣中具有良好的耐蝕性，在淡水、海水、溫度不超過30度的鹽水溶液、硝酸、食品介質以及濃度不高的有機酸中也具有足夠的耐蝕性。（2）鐵素體不銹鋼：單相組織。主要用于制作抗高溫氧化、耐硝酸腐蝕的設備。（3）奧氏體不銹鋼：碳化物溶于奧氏體中。可用于制作在腐蝕性介質中使用的設備。1、在鋁、銅、鋅、鈦四種金屬中：

常用于電鍍和作干電池電極的金屬是＿

包裝糖果、香煙的銀白色金屬材料＿＿常用于制造電線和電纜的金屬＿＿＿常用于航空工業作制造飛機等材料的金屬＿＿＿＿鋅銅鋁鋁鋁鈦生活常識小問題2、用來鑄造硬幣的合金需要具有什么性質？資源豐富無毒輕便耐磨耐腐蝕美觀、易加工§1.1金屬材料5、有色金屬及其合金

工業上鋼鐵稱為黑色金屬，除鋼鐵以外的金屬稱為有色金屬。有色金屬及其合金因具有良好的耐腐蝕性和低溫性能，常用來制造水處理、化工容器及有關的設備零部件。（1）銅及其合金銅及其合金具有高的導電性、導熱性、塑性、冷韌性，并且在許多介質中具有高的耐蝕性能。§1.1金屬材料①純銅:也稱紫銅。銅在一般大氣、工業大氣、海洋性大氣中、比較穩定；在堿中、在弱的和中等濃度的非氧化性酸中也相當穩定，若溶液中有氧或氧化劑存在，腐蝕將更加嚴重。銅不耐硫化物（如H2S）腐蝕。銅具有高的導電性、導熱性、塑性和良好的加工性能，另外，銅具有良好的冷韌性。但銅的強度低，鑄造性能不好，且在某些介質中的耐蝕性不高，很少用作結構材料。§1.1金屬材料②銅合金：常用的銅合金有黃銅和青銅。

黃銅：銅與鋅組成的合金稱為黃銅。為改善其性能，常加入錫、鋁、硅、鎳、錳、鉛、鐵等元素，這樣形成的合金稱為特殊黃銅。特點：機械性能與含鋅量有著極為密切的關系；鑄造性能很好；抗蝕性較好；含鋅量大于20%的黃銅經冷加工后，在潮濕的大氣、海水、高溫高壓水、蒸汽及一切含氨的環境中都可引起應力腐蝕斷裂。黃銅在中性溶液、海水和在退火后酸洗溶液中易發生脫鋅腐蝕，可在黃銅中加入0.02%的砷防止其發生。

黃銅——普通黃銅普通黃銅Cu-Zn二元合金，性能與含鋅量有關表示方法：常用牌號及應用H80、H92：藝術裝飾品、紀念章、鍍層、散熱器、雙金屬片H68：冷沖壓管、套類零件，如彈殼、冷凝器管、散熱器管

H62：工業上應用較多，散熱器、油管、墊片、螺釘、彈簧等

H90含銅量WCu=90%黃銅黃銅應用示例法蘭閥閘閥冷凝器管冷凝器管冷凝器管§1.1金屬材料青銅：凡是銅合金中的主加元素不是鋅而是錫、鋁、硅等其它元素者，通稱為青銅。常用的青銅有錫青銅、鋁青銅和硅青銅等。特點：錫青銅鑄造性能較黃銅差，抗腐蝕性比純銅和黃銅更好，但對酸類的抗蝕性較差。鋁青銅的機械性能也比黃銅和錫青銅高，而且在大氣、海水、碳酸及大多數有機酸中具有比黃銅和錫青銅更高的耐蝕性。硅青銅具有比錫青銅高的機械性能和較低的價格，而且鑄造性能和冷、熱壓力加工性能都很好。司母戊鼎是中國目前已發現的最重的青銅器。司母戊鼎含銅84.77％、錫11.64％、鉛2.79％。充分顯示出商代青銅鑄造業的生產規模和技術水平。青銅器時代秦陵銅車馬嚴格按真車馬的１／２制作。造型精美，比例恰當，裝飾華麗，工藝精湛，形體龐大，所以很多專家學者把它稱之為“青銅之冠”。

馬踏飛燕1969年，在甘肅武威出土。中國雕塑史上的不朽之作。1984年，定為中國旅游標志圖形。2002年，“馬踏飛燕”的仿制品作為國禮贈布什。錫青銅特性

比黃銅的強度、硬度和耐磨性好力學性能與錫含量有關應用

主要用于耐磨、耐蝕及彈性元件如滑動軸承、彈簧、蝸輪、絲杠螺母等§1.1金屬材料（2）鋁及其合金①鋁

特點：鋁的密度小，比重為2.7，約為銅的1/3；導電性、導熱性、塑性、冷韌性都好，但強度低，經冷變形后強度可提高；能承受各種壓力加工。鋁是電極電位很負的元素，鋁在強氧化性介質以及在氧化性酸（如硝酸）中也是穩定的。鹵素離子對鋁的氧化膜有破壞作用，所以鋁在氫氟酸、鹽酸、海水和其它含鹵素離子的溶液中是不耐蝕的。應用：廣泛用于制造反應器、熱交換器、冷卻器、泵、閥、槽車、管件等②鋁合金純鋁的強度較低，若在鋁中加入一些元素，如銅、鎂、鋅、錳、硅等形成鋁合金，其性能將會有很大的改善。一架波音767大型飛機約由70%的鋁及其合金構成。20世紀，鋁和鋁合金的應用§1.1金屬材料（3）鈦及鈦合金①純鈦

特點：是很活潑的元素。有很好的鈍化性能，鈍化膜很穩定，在許多環境中表現出很好的耐蝕性。有"耐海水腐蝕之王"之稱。高溫下，鈦的化學活性很高，能與鹵素、氧、氮、碳、硫等元素發生劇烈反應。鈦一般不發生孔蝕；除在幾種個別介質（如發煙硝酸、甲醇溶液）中，也不發生晶間腐蝕；鈦的應力腐蝕破裂敏感性小，具有抗腐蝕疲勞的性能，耐縫隙腐蝕性能良好。②鈦合金

特點：鈦合金的機械性能與耐蝕性都比純鈦有明顯提高。工業上使用的都是鈦合金。鈦合金的主要腐蝕形態是氫脆和應力腐蝕破裂。鈦合金與人體有很好的“相容性”，因此可用來制造人造骨

鈦和鈦合金被認為是21世紀的重要材料，它具有很多優良的性能，如熔點高、密度小、可塑性好、易于加工、機械性能好等。尤其是抗腐蝕性能非常好，即使把它們放在海水中數年，取出后仍光亮如新，其抗腐蝕性能遠優于不銹鋼，因此被廣泛用于火箭、導彈、航天飛機船舶、化工和通訊設備等鈦金屬腕表用鈦-鎳形狀記憶合金制成的人造衛星天線

形狀記憶合金是具有形狀記憶效應的合金被廣泛用于做人造衛星和宇宙飛船的天線，水暖系統、防火門和電路斷電的自動控制開關，以及牙齒矯正等醫療材料低溫下§1.1金屬材料（4）鉛及其合金①鉛：

特點：鉛的強度小（僅為鋼的1/20）、硬度低、密度大、再結晶溫度低、熔點低、導熱性差，在硫酸中、大氣中（特別是有二氧化硫、硫化氫的氣體中）有很高的耐蝕性，在生產上多用于處理硫酸的設備上。鉛有毒，且價格高，在生產上多被其他非金屬材料代替。純鉛不耐磨，非常軟，不宜單獨制作設備，只能做襯里。

②鉛合金：鉛中加銻，可增加鉛的硬度、強度和在硫酸中的穩定性。加入不同銻含量的鉛銻合金稱為硬鉛（編號規則同前）。硬鉛可制作硫酸工業用的泵、閥門、管道等。§1.1金屬材料(5)鎳及其合金①鎳：

特點：在各種溫度、任何濃度的堿溶液和各種熔堿中，鎳具有特別高的耐蝕性。但鎳在含硫氣體、濃氨水和強烈充氣氨溶液、含氧酸和鹽酸等介質中，耐蝕性很差。鎳具有高強度、高塑性和冷韌的特性，能壓延成很薄的板和拉成細絲。鎳很稀貴，在水處理工程和化工上主要用于制造堿性介質設備，以及鐵離子在反應過程中會發生催化影響而不能采用不銹鋼的那些過程設備。

②鎳合金：水工藝和化工應用較多為Ni-Cu合金中的蒙乃爾合金，含31%的銅、1.4%的鐵、1.5%的錳，具有很好的力學性能和機械性能，易于壓力加工和切削加工，耐蝕性好。主要用于在高溫荷載下工作的耐蝕零件和設備。1、下列物質中,不屬于合金的是（）A、硬鋁B、黃銅C、鋼鐵D、水銀D課堂互動2、我國在春秋戰國時期，就懂得將白鐵褪火處理得到相當于鑄鋼的物器（如鋒利的寶劍），這一技術要比歐洲早兩千年，那么白鐵褪火處理的主要作用是（）A、除去硫、磷雜質B、適當降低了含碳量C、滲入了合金元素D、改善表面的結構性質B第二組講義§1.2無機非金屬材料一、陶瓷材料

1、陶瓷材料的分類

(1)傳統陶瓷(2)玻璃(3)玻璃陶瓷(4)特種陶瓷(5)金屬陶瓷§1.2無機非金屬材料2、陶瓷的基本性能（1）陶瓷的機械性能剛度：陶瓷的剛度由彈性模量衡量，彈性模量反映結合鍵的強度，所以具有強大化學鍵的陶瓷都有很高的彈性模量，是各類材料中最高的，比金屬材料高若干倍，比高聚物高2-4個數量級。硬度：同剛度一樣，硬度也決定于化學鍵的強度，所以陶瓷也是各類材料中硬度最高的，這也是陶瓷的最大特點。陶瓷的硬度隨溫度的升高而降低，但在高溫下仍能保持較高的數值。強度：陶瓷實際強度比理論值低得多。它的破壞作用比在金屬中更大。§1.2無機非金屬材料塑性：陶瓷在室溫下幾乎沒有塑性。塑性變形是在切應力作用下由位錯運動所引起的密排原子面間的滑移變形。陶瓷晶體的滑移比金屬困難得多，位錯運動所需要的切應力很大，比較接近于晶體的理論剪切強度。另外，共價健有明顯的方向性和飽和性，而離子鍵的同號離子接近時斥力很大，所以主要由離子晶體和共價晶體構成的陶瓷的塑性極差。韌性或脆性：陶瓷受載時都不發生塑性變形，在較低的應力下就會斷裂，因此韌性極低或脆性極高。脆性是陶瓷的最大缺點，是阻礙其作為結構材料廣泛應用的首要問題，是當前的重要研究課題。§1.2無機非金屬材料（2）物理化學性能熱膨脹：溫度升高時物質原子振動振幅提高、原子間距增大所導致的體積長大現象。陶瓷的線膨脹系數比高聚物低，比金屬低得多。導熱性：導熱性為在一定溫度梯度作用下熱量在固體中的傳導速率。陶瓷的導熱性比金屬小，陶瓷多為較好的絕熱材料。熱穩定性：熱穩定性就是抗熱振性，為陶瓷在不同溫度范圍波動時的壽命，一般用急冷到水中不破裂所能承受的最高溫度來表征。陶瓷的熱穩定性很低，比金屬低得多。這是陶瓷的另一個主要缺點。§1.2無機非金屬材料化學穩定性：陶瓷的結構非常穩定。具有很好的耐火性能或不可燃燒性，對酸、堿、鹽等腐蝕性很強的介質均有較強的抗蝕能力。導電性：陶瓷的導電性變化范圍很廣。大多數陶瓷是良好的絕緣體。但不少陶瓷既是離子導體，又有一定的電子導電性，是重要的半導體材料。陶瓷性能的主要特點是，具有不可燃燒性、高耐熱性、高化學穩定性、不老化性、高的硬度和良好的抗壓能力，但脆性很高，對溫度劇變的抵抗力很低，抗拉、抗彎性能差。§1.2無機非金屬材料二、耐蝕無機非金屬材料及其性能1、陶瓷及其耐蝕性能（1）耐酸陶瓷：耐酸陶瓷又稱化工陶瓷。性能：耐酸陶瓷可耐沸騰溫度下任何濃度的鉻酸、96%的硫酸、沸點以下的任何濃度鹽酸和任何濃度的醋酸、草酸等有機酸，但不耐氫氟酸，耐堿性也差。另外，由于其性脆、抗拉強度低，在急熱、急冷變化時和硬物敲擊下易碎裂。應用：耐酸陶瓷主要用來制作耐酸容器和塔器、泵、管道、閥門等，也用來制作耐酸瓷磚。§1.2無機非金屬材料（2）氮化硅陶瓷：這是一種新型的工業陶瓷材料。特點：熱膨脹系數小，耐溫度急變性好，摩擦系數小，并有自潤滑性，是一種優良的耐磨材料。氮化硅陶瓷耐所有的無機酸（氫氟酸除外）和某些堿溶液的腐蝕，它在高溫下的抗氧化性能也很好。應用：氮化硅陶瓷可用于制作機械密封環、球閥和一些耐蝕、耐磨、耐高溫的精密零部件。2、玻璃及其耐蝕性能特點：玻璃是一種優良的耐蝕非金屬材料。它表面光滑、透明度好。耐溫度急變性差、質脆、不耐沖擊和震動。應用：可用作制造容器、量具、管道、閥門、泵及金屬管道的內襯等。§1.2無機非金屬材料3、化工搪瓷及其耐蝕性能特點：它兼有金屬設備的力學性能和瓷釉的耐腐蝕性能雙重優點。瓷表面光滑易清洗，并有防止金屬離子干擾化學反應和玷污產品的作用，應用：廣泛用于醫藥、釀造、合成纖維生產中。。4、石墨及其耐蝕性能特點：天然石墨含有大量雜質耐蝕性差。人工不透性石墨具有優良的耐蝕性、優良的導熱性、熱膨脹系數小、耐溫度急變性好、不污染介質、密度低、易于加工成形。其缺點是機械強度低、性脆。應用：用于制造熱交換器、塔及塔件、管道、管件、鹽酸合成爐等。§1.3高分子材料一、高分子化合物概念是指分子量很大的化合物。分子量大多在5×103-106之間。工程上認為，只有具備較好的強度、彈性和塑性等機械性能的高分子化合物才是工業用高分子化合物。§1.3高分子材料二、高分子化合物的合成

高分子化合物的合成就是將單體通過聚合反應聚合起來形成化合物的過程。因此，高分子化合物也稱為聚合物或高聚物。最常見的聚合反應有加聚反應和縮聚反應兩種。加聚反應：加聚反應是指一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應。分均加聚反應和共加聚反應。縮聚反應：縮聚反應是指一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，同時析出（縮去）其它低分子物質（如水、氨、醇、鹵化氫等）的反應。又可分為均縮聚和共縮聚反應兩種。§1.3高分子材料三、高分子材料的分類和命名1、高分子材料的分類按來源：：天然高分子、合成高分子材料；按大分子鏈的幾何形狀：線型、支鏈型和體型三種；按大分子鏈的排列特點：無定型和晶態兩種；按極性：極性和非極性兩種；按照實際用途：塑料、橡膠、纖維和膠粘劑等。§1.3高分子材料最本質和最重要的是按照化學組成：①碳鏈有機聚合物：該類聚合物的大分子主鏈全部由飽和碳鏈或雙鍵不飽和碳鏈組成（如聚烯烴、聚二烯烴）-C-C-C-C-C-或-C-C=C-C-②雜鏈有機聚合物：該類聚合物的大分子主鏈中除碳原子外，還含有氧、氮、硫、磷等其它原子：-C-C-O-C-，-C-C-N-C-，或-C-C-S-C-③元素有機聚合物:該類聚合物的主鏈主要由硅、鈦、鋁、硼、氧等原子構成，如：-O-Si-O-Si-O-其側基一般為有機基團（碳鏈）。④無機聚合物：該類聚合物的主鏈和側基均由無機元素或基團構成。§1.3高分子材料2、命名①由化學結構命名:就是以聚合物鏈節的化學組成和結構來命名。一是按鏈節的環學結構的特點命名;一是按有機化合物系統命名。②由原料單體命名:就是以合成聚合物的低分子原料單體為基礎來命名。對于加聚類聚合物，在其鏈節所含單體前加一“聚”字來取名；對于縮聚類以及某些共聚類聚合物，在其低分子原料之后習慣加"樹脂"二字命名。③采用商品名稱和代表符號：有許多聚合物人們習慣使用其商品名稱，例如有機玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）、電木（酚醛塑料）、電玉（脲醛塑料）、滌綸或的確良（聚脂纖維）、腈綸或人造羊毛（聚丙烯腈纖維）、維綸或維尼龍（聚乙烯醇纖維）、錦綸或尼龍（聚酰胺纖維）、丙綸（聚丙烯）、氯綸（聚氯乙烯）等。§1.3高分子材料四、高分子材料的性能（1）重量輕：高分子聚合物是最輕的一類材料，比金屬和陶瓷都要輕。重量輕是高分子聚合物的最大優點之一。（2）高彈性：①彈性變形量大；②彈性模量低。③拉伸時溫度升高。（3）滯彈性：應變不隨作用力即時建立平衡，而有所滯后，這就是滯彈性，它是高聚物的又一重要特性。主要表現有：

①蠕變：高聚物在室溫下承受力的長期作用時，發生的不可恢復的塑性變形稱為蠕變。

§1.3高分子材料②應力松弛：高聚物受力變形后所產生的應力隨時間而逐漸衰減的現象就是應力松弛。

③滯后與內耗：高聚物承受周期性荷載時，出現應變落后于應力，即造成應變的滯后。在重復加載時，就會出現上一次的變形還未來得及回復，或分子鏈的構象未跟上改變，又施加上了下一次荷載，于是造成了分子間的內摩擦，產生所謂內耗。(4)塑性與受迫彈性

加熱時，分子鏈各部分受熱的不均云使材料不立即熔化而先有一軟化過程所表現出的特性稱為塑性。無定形高聚物在玻璃化溫度以下，較大應力下產生的較大的不能回復變形稱為受迫高彈性。§1.3高分子材料（5）強度與斷裂強度：高聚物的強度比金屬低得多，比強度還是很高。斷裂：高聚物的斷裂也有脆性斷裂和韌性斷裂兩種形式。

①硬脆類高聚物②強硬類高聚物③強韌類高聚物④柔韌類高聚物⑤軟弱類高聚物（6）韌性高聚物的優點之一是其內在的韌性較好，即在斷裂前能吸收較大的能量。沖擊韌性：是材料在高速沖擊狀態下的韌性或對斷裂的抗力，在高聚物中也被稱為沖擊強度。§1.3高分子材料（7）減摩、耐磨性

摩擦是接觸表面之間的機械粘接和分子粘著所引起的。大多數塑料對金屬和對塑料的摩擦系數值一般在0.2-0.4倍范圍內，但有一些塑料的摩擦系數很低。塑料（一部分）除了摩擦系數低以外，更主要的優點是磨損率低。（8）絕緣性

高聚物分子的化學鍵為共價鍵，不能電離，沒有自由電子和可移動的離子，因此是良好的絕緣體，絕緣性能與陶瓷相當。§1.3高分子材料（9）耐熱性

高聚物的耐熱性是指它對溫度升高時性能明顯降低的抵抗能力。同金屬相比，高聚物的耐熱性是較低的，這是高聚物的一大不足。(10)耐蝕性

耐蝕性是材料抵抗介質化學和電化學破壞的能力。耐蝕性好是高分子材料的優點之一。(11)老化

老化是指高聚物在長期使用或存放過程中，由于受各種因素的作用，性能隨時間不斷惡化，逐漸喪失使用價值的過程。老化是高聚物一個主要缺點。§1.3高分子材料五、常用塑料1、塑料的組成

塑料是指以有機合成樹脂為主要組成材料，與其他配料混合，通過加熱、加壓塑造成一定形狀的產品。一般來講，組成塑料的物質主要包括：

①合成樹脂：由低分子化合物通過聚合或縮聚反應合成的高分子化合物。

②填料（或增強材料）：是塑料改性最重要的成分，起增強性能的作用。§1.3高分子材料③固化劑：作用是通過交聯使樹脂具有體型網狀結構、硬化和穩定塑料制品。④增塑劑：用以提高樹脂可塑性和柔性的添加劑。⑤穩定劑：其作用主要是延遲塑料在環境中的老化過程。⑥潤滑劑：可防止塑料成形過程中產生的粘模問題。⑦著色劑：其作用是使塑料著色，可為有機顏料或無機顏料。⑧阻燃劑：作用是遏止燃燒或造成自熄。§1.3高分子材料2、常用塑料的分類及特性（1）按照熱性能分：

①熱塑性塑料加熱時軟化，可塑造成形，冷卻后則變硬。線型聚合物。②熱固性塑料初加熱時軟化，可塑造成形，但固化之后再加熱，將不再軟化，也不溶于溶劑。體型聚合物。§1.3高分子材料（2）按照使用范圍分

①通用塑料指應用范圍廣，生產量大的塑料品種。主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、酚醛塑料和氨基塑料等.②工程塑料主要指綜合工程性能（包括機械性能、耐熱耐寒性能、耐蝕性絕緣性能等）良好的各種塑料。最重要的有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS等四種。③耐熱塑料指能在較高溫度下工作的各種塑料。常見的有聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有機硅樹脂、環氧樹脂等。§1.3高分子材料六、橡膠1、天然橡膠

組成：天然橡膠是橡膠樹的樹汁經過煉制的高彈性固體。它是不飽和異戊二烯（C5H8）高分子聚合物。特點：天然橡膠的力學性能較差；化學穩定性較好，可耐一般非氧化性強酸、有機酸、堿溶液和鹽溶液的腐蝕，但不耐強氧化性酸和芳香族化合物的腐蝕。應用：在水工藝工程、化學工程等設備防腐處理中，軟橡膠主要用作各種設備的襯里；硬橡膠還可制成整體設備，如泵、管道、閥門等。§1.3高分子材料2、合成橡膠組成：合成橡膠的主要原料是石油、煤和天然氣。特點及其應用：丁基橡膠的突出特點是不透氣性，對氧化性環境如空氣和稀硝酸具有較好的耐蝕性。硅橡膠無味、無毒，其最大的特點是耐熱性好，可用作墊圈、密封件材料和隔熱材料。氟橡膠具有優良的耐高溫、耐油、耐強氧