1.1.2 非金属材料的分类及应用

一、黑色金属材料的分类
1.黑色金属又称钢铁材料，材料，包括工业纯铁、铸铁、碳素钢（非合金钢），以及各种用途的合金钢。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
3.工业用钢按化学成分可分为碳素钢（非合金钢）和合金钢两大类。

二、黑色金属材料的应用
1.非合金钢类

2.低合金钢类

3.合金钢类
（1）工程结构用合金钢
（2）机械结构用合金钢
（3）轴承钢
（4）合金工具钢与高速钢
（5）不锈钢与耐热钢
（6）特殊物理性能钢
（7）铸造合金钢
4.铸铁类
1）根据碳在铸铁中存在形式的不同，分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。
2）根据铸铁中石墨形态不同，可分为普通灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
3）根据铸铁中金属元素的不同，可分为普通铸铁和合金铸铁。常用的合金铸铁分为：耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。

1、导线的分类及应用
1）裸导线
裸导线没有绝缘层，散热好，可输送较大电流。常用的有圆单线、裸绞线和型线等。
（1）裸绞线
裸绞线主要用于架空线路，具有良好的导电性能和足够的机械强度。常用的有铝绞线和钢芯铝绞线，钢芯铝绞线用于各种电压等级的长距离输电线路，抗拉强度大。铝绞线一般用于短距离电力线路。

（2）型线
型线有铜母线、铝母线、扁钢等。矩形硬铜母线 （TMY型）和硬铝母线 （LMY型）用于变配电系统中的汇流排装置和车间低压架空母线等。扁钢用于接地线和接闪线，常用的扁钢规格有25×4、25×6、40×4等。
例如，TMY-100x10，表示为硬铜母线宽100mm、厚10mm。
2）绝缘导线
低压供电线路及电气设备的连线，多采用绝缘导线。按绝缘层材料来分有聚氯乙烯绝缘导线、橡皮绝缘导线等。在建筑工程中多采用聚氯乙烯绝缘铜导线。

2、电缆的分类及应用
电缆按用途分有电力电缆、通信电缆、控制电缆和信号电缆等；按绝缘材料分有纸绝缘电缆、橡胶绝缘电缆、塑料绝缘电缆等;电缆还分为阻燃电缆和耐火电缆。电缆的结构主要有三个部分，即线芯、绝缘层和保护层，保护层又分为内保护层和外保护层。
1）电力电缆
电力电缆是用以传输和分配电能的产品。主要用在输变电线路中，工作电流在几十安至几千安，额定电压在220V-500kV及以上。

（1）塑料绝缘电力电缆

（2）阻燃电缆

阻燃电缆是指残焰或残灼在限定时间内能自行熄灭的电缆。阻燃电缆被燃烧时能将火焰的蔓延控制在一定范围内，因此可以避免因电缆着火延燃而造成的重大灾害，从而提高电缆线路的防火水平。电气工程中常用的阻燃电力电缆型号、名称及用途见表1.1-4。

根据电缆阻燃材料的不同，阻燃电缆分为含卤阻燃电缆及无卤低烟阻燃电缆。无卤低烟电缆是指由不含卤素（F、Cl、Br、I、At）、不含铅、镉、铬、汞等物质的胶料制成，燃烧时产生的烟尘较少，且不会发出有毒烟雾，燃烧时的腐蚀性较低，因此对环境产生危害很小。阻燃电缆分A、B、C三个类别， A类最高。无卤低烟的聚烯烃材料主要采用氢氧化物作为阻燃剂，氢氧化物又称为碱，其特性是容易吸收空气中的水分（潮解）。潮解的结果是绝缘层的体积电阻系数大幅下降。
（3）耐火电缆

耐火电缆是指在火焰燃烧情况下能够保持一定时间安全运行的电缆。分A、B两种类别，A类是在火焰温度950-1000℃时，能持续供电时间90min; B类是在火焰温度750-800 ℃时，能持续供电时间90min。耐火电缆广泛应用于高层建筑、地铁、地下商场、大型电站及重要的工矿企业等与防火安全和消防救生有关的场所。
耐火电缆在建筑物燃烧时，伴随着水喷淋的情况下，电缆仍可保持线路完整运行。常用的耐火电力电缆型号、名称及用途见表1.1-5。

当耐火电缆用于电缆密集的电缆隧道、电缆夹层中，或位于油管、油库附近等易燃场所时，应首先选用A类耐火电缆。除上述情况外且电缆配置数量少时，可采用B类耐火电缆。
耐火电缆大多用作应急电源的供电回路，要求火灾时正常工作。由于火灾时环境温度急剧上升，为保证线路的输送容量，降低压降，对于供电线路较长且严格限定允许电压降的回路，应将耐火电缆截面至少放大一档。
耐火电缆不能当作耐高温电缆使用。为降低电缆接头在火灾事故中的故障概率，在安装中应尽量减少接头数量，以保证线路在火灾中能正常工作。如果需要做分支接线，应对接头做好防火处理。

（4）氧化镁电缆
氧化镁电缆是由铜芯、铜护套、氧化镁绝缘材料加工而成的。防火性能特佳；耐高温（电缆允许长期工作温度达250℃）、防爆、载流量大、防水性能好、机械强度高、寿命长、接地性能良好等优点，但价格贵、工艺复杂、施工难度大。
在油灌区、重要木结构公共建筑、高温场所等耐火要求高的场合，可采用氧化镁电缆。

（5）分支电缆
分支电缆是按设计要求，由工厂预先将分支线制造在主干电缆上，分支线截面和长度是根据设计要求决定，极大缩短了施工周期，大幅度减少材料费用和施工费用，保证了配电的安全性和可靠性。
分支电缆可以广泛应用在住宅楼、办公楼、商务楼、教学楼、科研楼等各种中高层建筑中，作为供配电的主、干线电缆使用。
（6）铝合金电缆
电缆的结构形式主要有非铠装和铠装两大类，带PVC护套和不带PVC护套的，其芯线则采用高强度、抗蠕变、高导电率的铝合金材料。
非嵌装铝合金电力电缆适用于室内、隧道、电缆沟等场所的敷设，不能承受机械外力；
嵌装铝合金电力电缆适用于隧道、 电缆沟、竖井或埋地敷设，能承受较大的机械外力和拉力。

3、母线槽的分类及应用

4、绝缘材料的分类及应用

一、黑色金属材料的分类
1.黑色金属又称钢铁材料，材料，包括工业纯铁、铸铁、碳素钢（非合金钢），以及各种用途的合金钢。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
3.工业用钢按化学成分可分为碳素钢（非合金钢）和合金钢两大类。

黑色金属材料的应用
1.非合金钢类

2.低合金钢类

3.合金钢类
（1）工程结构用合金钢
（2）机械结构用合金钢
（3）轴承钢
（4）合金工具钢与高速钢
（5）不锈钢与耐热钢
（6）特殊物理性能钢
（7）铸造合金钢
4.铸铁类
1）根据碳在铸铁中存在形式的不同，分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。
2）根据铸铁中石墨形态不同，可分为普通灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
3）根据铸铁中金属元素的不同，可分为普通铸铁和合金铸铁。常用的合金铸铁分为：耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。

3、有色金属及合金材料的分类
（1）狭义的有色金属又称为非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。
（3）有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，电阻比纯金属大、电阻温度系数小，具有良好的综合机械性能。
（4）常用的有色合金有铝合金、铜合金、镁合金、镍合金、锡合金、钽合金、钛合金、锌合金、钼合金、锆合金等。

（5）有色金属可分为重金属、轻金属、贵金属及稀有金属。

1.铝合金
（2）铝合金的特性：铝合金除具有铝的一般特性外，又具有一些合金的具体特性。铝合金的密度为2.63〜2.85g/cm3, 有较高的强度，比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性，可作结构材料使用，在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和日用品中有着广泛的应用。
（3）铝合金的分类：铝合金按其成分和加工方法又分为变形铝合金和铸造铝合金。
2.铜合金
（1）铜合金的分类
1）按合金成分划分

2）按功能特性划分

3）按材料形成方法
按材料形成方法划分，可分为铸造铜合金和变形铜合金。

（2）铜合金的应用
1）黄铜
黄铜是由铜和锌所组成的合金。
特殊黄铜又叫特种黄铜，它强度高、硬度大、耐化学腐蚀性强。还有切削加工的机械性能也较突出。
黄铜有较强的耐磨性能。由黄铜所拉成的无缝铜管，质软、耐磨性能强。黄铜无缝管可用于热交换器和冷凝器、低温管路、海底运输管。制造板料、条材、棒材、管材，铸造 零件等。
2）青铜
青铜是以锡为主要添加元素的铜合金。

3）白铜
白铜是以镍为主要添加元素的铜合金。

3.锌的特性及应用
（1）锌的特性
金属锌具有良好的压延性、耐磨性、抗腐蚀性、铸造性，且有很好的常温机械性，能与多种金属制成性能优良的合金。主要以镀锌、锌基合金、氧化锌的形式广泛应用于汽车、建筑、家用电器、船舶、轻工、机械、电池等行业。目前，在有色金属消费中仅次于铜和铝。

1）金属基复合材料的分类及应用
（1）金属基复合材料的分类

（2）金属基复合材料的应用

金属基复合材料具有高比强度、高比模量、尺寸稳定性、耐热性等主要性能特点。用于制造各种航天、航空、汽车、电子等高性能结构件。

2）金属层状复合材料的分类及应用
（1）金属层状复合材料的分类包括钛钢、铝钢、铜钢、钛不锈钢、镍不锈钢、不锈钢碳钢等复合材料。
（2）金属层状复合材料的应用可根据需要，制造不同材质的复合材料，具有耐腐蚀、耐高温、耐磨损、导热导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽，且制造成本低等特点。
用于石油化工、航天、食品 、医药、造船、电力、机械等行业，如压力容器、储罐、航天、航空零部件等。

3）金属与非金属复合材料的特点及应用

1、硅酸盐材料的分类及应用
无机非金属固体材料，包括水泥、保温棉、砌筑材料和陶瓷。
4）陶瓷
（1）陶瓷的特性陶瓷是以黏土等硅酸盐类矿物为原料，经粉末处理、成型、烧结等过程加工而成，具有坚硬、不燃、不生锈，能承受光照、压力等优良性能。陶瓷的硬度很高，但脆性很大。
（2）陶瓷的分类
②按照陶瓷材料的性能和用途不同,可分为结构陶瓷、功能陶瓷。
（3）陶瓷的主要用途
③功能陶瓷
如绝缘陶瓷、敏感陶瓷、介电陶瓷、超导陶瓷、红外辐射陶瓷、发光陶瓷、透明陶瓷、生物与抗菌陶瓷、隔热陶瓷等。
5）特种新型的无机非金属材料

2、高分子材料的分类及应用
塑料、橡胶、纤维、涂料、粘结剂
1）塑料按照成型工艺不同

热塑性塑料和热固性塑料的用途：

4）涂料涂料的主要功能：
①保护被涂覆物体免受各种作用而发生表面的破坏
②具有装饰效果
③防火、防静电、防辐射

3、非金属板材和管材的分类及应用
1）非金属板材的分类及应用

2）非金属管材的分类及应用
（1）无机非金属管材

（2）有机和复合管材

1、导线的分类及应用
1）裸导线
裸导线没有绝缘层，散热好，可输送较大电流。常用的有圆单线、裸绞线和型线等。
（1）裸绞线
裸绞线主要用于架空线路，具有良好的导电性能和足够的机械强度。常用的有铝绞线和钢芯铝绞线，钢芯铝绞线用于各种电压等级的长距离输电线路，抗拉强度大。铝绞线一般用于短距离电力线路。

（2）型线
型线有铜母线、铝母线、扁钢等。矩形硬铜母线 （TMY型）和硬铝母线 （LMY型）用于变配电系统中的汇流排装置和车间低压架空母线等。扁钢用于接地线和接闪线，常用的扁钢规格有25×4、25×6、40×4等。
例如，TMY-100x10，表示为硬铜母线宽100mm、厚10mm。
2）绝缘导线
低压供电线路及电气设备的连线，多采用绝缘导线。按绝缘层材料来分有聚氯乙烯绝缘导线、橡皮绝缘导线等。在建筑工程中多采用聚氯乙烯绝缘铜导线。

2、电缆的分类及应用
电缆按用途分有电力电缆、通信电缆、控制电缆和信号电缆等；按绝缘材料分有纸绝缘电缆、橡胶绝缘电缆、塑料绝缘电缆等;电缆还分为阻燃电缆和耐火电缆。电缆的结构主要有三个部分，即线芯、绝缘层和保护层，保护层又分为内保护层和外保护层。
1）电力电缆
电力电缆是用以传输和分配电能的产品。主要用在输变电线路中，工作电流在几十安至几千安，额定电压在220V-500kV及以上。

（1）塑料绝缘电力电缆

（2）阻燃电缆

阻燃电缆是指残焰或残灼在限定时间内能自行熄灭的电缆。阻燃电缆被燃烧时能将火焰的蔓延控制在一定范围内，因此可以避免因电缆着火延燃而造成的重大灾害，从而提高电缆线路的防火水平。电气工程中常用的阻燃电力电缆型号、名称及用途见表1.1-4。

根据电缆阻燃材料的不同，阻燃电缆分为含卤阻燃电缆及无卤低烟阻燃电缆。无卤低烟电缆是指由不含卤素（F、Cl、Br、I、At）、不含铅、镉、铬、汞等物质的胶料制成，燃烧时产生的烟尘较少，且不会发出有毒烟雾，燃烧时的腐蚀性较低，因此对环境产生危害很小。阻燃电缆分A、B、C三个类别， A类最高。无卤低烟的聚烯烃材料主要采用氢氧化物作为阻燃剂，氢氧化物又称为碱，其特性是容易吸收空气中的水分（潮解）。潮解的结果是绝缘层的体积电阻系数大幅下降。
（3）耐火电缆

耐火电缆是指在火焰燃烧情况下能够保持一定时间安全运行的电缆。分A、B两种类别，A类是在火焰温度950-1000℃时，能持续供电时间90min; B类是在火焰温度750-800 ℃时，能持续供电时间90min。耐火电缆广泛应用于高层建筑、地铁、地下商场、大型电站及重要的工矿企业等与防火安全和消防救生有关的场所。
耐火电缆在建筑物燃烧时，伴随着水喷淋的情况下，电缆仍可保持线路完整运行。常用的耐火电力电缆型号、名称及用途见表1.1-5。

当耐火电缆用于电缆密集的电缆隧道、电缆夹层中，或位于油管、油库附近等易燃场所时，应首先选用A类耐火电缆。除上述情况外且电缆配置数量少时，可采用B类耐火电缆。
耐火电缆大多用作应急电源的供电回路，要求火灾时正常工作。由于火灾时环境温度急剧上升，为保证线路的输送容量，降低压降，对于供电线路较长且严格限定允许电压降的回路，应将耐火电缆截面至少放大一档。
耐火电缆不能当作耐高温电缆使用。为降低电缆接头在火灾事故中的故障概率，在安装中应尽量减少接头数量，以保证线路在火灾中能正常工作。如果需要做分支接线，应对接头做好防火处理。

（4）氧化镁电缆
氧化镁电缆是由铜芯、铜护套、氧化镁绝缘材料加工而成的。防火性能特佳；耐高温（电缆允许长期工作温度达250℃）、防爆、载流量大、防水性能好、机械强度高、寿命长、接地性能良好等优点，但价格贵、工艺复杂、施工难度大。
在油灌区、重要木结构公共建筑、高温场所等耐火要求高的场合，可采用氧化镁电缆。

（5）分支电缆
分支电缆是按设计要求，由工厂预先将分支线制造在主干电缆上，分支线截面和长度是根据设计要求决定，极大缩短了施工周期，大幅度减少材料费用和施工费用，保证了配电的安全性和可靠性。
分支电缆可以广泛应用在住宅楼、办公楼、商务楼、教学楼、科研楼等各种中高层建筑中，作为供配电的主、干线电缆使用。
（6）铝合金电缆
电缆的结构形式主要有非铠装和铠装两大类，带PVC护套和不带PVC护套的，其芯线则采用高强度、抗蠕变、高导电率的铝合金材料。
非嵌装铝合金电力电缆适用于室内、隧道、电缆沟等场所的敷设，不能承受机械外力；
嵌装铝合金电力电缆适用于隧道、 电缆沟、竖井或埋地敷设，能承受较大的机械外力和拉力。

3、母线槽的分类及应用
母线槽是由金属外壳（钢板或铝板）、导电排、绝缘材料及有关附件组成的。具有系列配套、体积小、容量大、电流易于分配到各个支路、设计施工周期短、装拆方便、安全可靠、使用寿命长等优点，特别适用于高层建筑、标准厂房、机床密集的车间等场所，作为电力馈电及配电之用，是一种比较理想的输配电系列产品。
1）母线槽的分类

（1）紧密型母线槽
紧密型母线槽采用插接式连接，具有体积小、结构紧凑、运行可靠、传输电流大、便于分接馈电、维护方便等优点，可用于树干式供电系统，在高层建筑中得到广泛应用。
紧密型母线槽的散热主要靠外壳，母线槽温升偏高，散热效果较差。母线的相间气隙小，母线通过大电流时，产生较大的电动力，使磁振荡频率形成叠加状态，可能产生较大的噪声。紧密型母线槽防潮性能较差，在施工时容易受潮及渗水，造成相间绝缘电阻下降。
（2）高强度母线槽
高强度母线槽外壳做成瓦沟形式，使母线槽机械强度增加，解决了大跨度安装无法支撑吊装的问题。母线之间有一定的间距，线间通风良好，相对紧密式母线槽而言，其防潮和散热功能有明显的提高;由于线间有一定的空隙，使导线的温升下降，这样就提高了过载能力，并减少了磁振荡噪声。但它产生的杂散电流及感抗要比紧密式母线槽大得多，因此在同规格比较时，它的导电排截面必须比紧密式母线槽大。
（3）耐火型母线槽
耐火型母线槽外壳采用耐高温不低于1100℃的防火材料，隔热层采用耐高温不低于300℃的绝缘材料，耐火时间有60min、90min、120min、180min，满负荷运行可达8h以上。耐火型母线槽除应通过CCC认证外，还应有国家认可的检测机构出具的型式检验报告。
2）母线槽应用

（2）母线槽接口相对较容易受潮，选用母线槽时应注意其防护等级。对于不同的安装场所，应选用不同外壳防护等级母线槽。一般室内正常环境可选用防护等级为IP40的母线槽，消防喷淋区域应选用防护等级为IP54或IP66的母线槽。
（3）母线槽不能直接和有显著摇动和冲击振动的设备连接，应采用软接头加以连接。

4、绝缘材料的分类及应用
3）绝缘气体
常用的气体绝缘材料有空气、氮气、二氧化硫和六氟化硫（SF6）等。
在电气设备中，气体除可作为绝缘材料外，还具有灭弧、冷却和保护等作用。
例如，六氟化硫（SF6）是一种无色、无味、不燃不爆、无毒且化学性质稳定的气体，具有良好的绝缘性能和灭弧性能。