五、制药机械设备常用材料

设备材料可分为金属材料和非金属材料两大类，其中金属材料可分为黑色金属材料和有色金属材料，非金属材料可分为陶瓷材料、高分子材料和复合材料。

（一）金属材料

金属材料包括金属材料和金属合金材料。

1.黑色金属　黑色金属包括铸铁、钢、合金钢、不锈耐酸铜，其性能优越、价格低廉、应用广泛。

（1）铸铁　铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，有灰口铸铁、白口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等，其中灰口铸铁具有良好的铸造性、减摩性、减震性、切削加工性等，在制剂设备中应用最广泛，但其也有机械强度低、塑性和韧性差的缺点，多做机床床身、底座、箱体、箱盖等受压但不易受冲击的部件。

（2）钢　钢是含碳量小于2.11%的铁碳合金。按组成可分为碳素钢和合金钢，按用途可分为结构钢、工具钢和特殊钢，按所含有害杂质（硫、磷等）的多少可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。这类材料使用非常广泛，根据其强度、塑性、韧性、硬度等性能特点，可分别用于制作铁钉、铁丝、薄板、钢管、容器、紧固件、轴类、弹簧、连杆、齿轮、刃具、模具、量具等。

（3）合金钢　为了改善金属材料的性能，在铁碳合金中特意加入一些合金元素即为合金钢。用于制造加工工具、各种工程结构和机器零件等。特意加入的合金元素对铁碳合金性能会发生很大的影响，诸如降低原有材料的临界淬火速度，可使大尺寸的重要零件通过淬火及回火来改善材料的机械性能，同时又可使零件的淬火易于进行，由于不需要很大的冷却速度，因而大大减少了淬火过程中的应力与变形；增加铁碳合金组织的分散度，不需经特殊热处理就可以得到具有耐冲击的细而均匀的组织，因而适于制作那些不经特殊热处理就具有较高机械性能的构件；提高铁素体的强度，铁素体的晶格中溶入镍、铬、锰、硅及其他合金元素后，会因晶格发生扭曲而使之强化，这对提高低合金钢的强度极有意义；提高铁碳合金材料的高温强度及抗氧化性能，这是由于加入的金属形成了阻止氧通过的膜层（氧化铝、氧化硅、氧化铬等）。

目前常用的合金元素有铬、锰、镍、硅、铝、钼、钒、钛等。

铬是合金钢中的主加元素之一，在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗高温氧化性能。

锰可提高钢的强度。增加锰的含量对低温冲击韧性有好处。

镍很少单独使用，通常要和铬配合在一起。铬钢中加入镍以后，能提高耐腐蚀性能与低温冲击韧性，并改善工艺性能。

硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性和耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高，可降低钢的塑性和冲击韧性。

铝是强脱氧剂，能显著细化晶粒，提高冲击韧性，降低冷脆性。还能提高钢的抗氧化性和耐热性，对抵抗H2S等介质腐蚀有良好作用。

钼可提高钢的高温强度、高温硬度，细化晶粒，防止回火脆性。钼能抗氢腐蚀。

钒可提高钢的高温强度，细化晶粒，提高淬硬性。

钛为强脱氧剂，可提高钢的强度，细化晶粒，提高韧性，提高耐热性。

（4）不锈耐酸钢　不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。严格讲不锈钢是指能够抵抗空气等弱腐蚀介质腐蚀的钢；耐酸钢是指能抵抗酸和其他强烈腐蚀性介质的钢。而耐酸钢一般都具有不锈的性能。根据所含主要合金元素的不同，不锈钢分为以铬为主的铬不锈钢和以铬、镍为主的铬镍不锈钢，目前还发展了节镍或无镍不锈钢。

①铬不锈钢：在铬不锈钢中，起耐腐蚀作用的主要元素是铬，铬能固溶于铁的晶格中形成固溶体。在氧化性介质中，铬能生成一层稳定而致密的氧化膜，对钢材起保护作用而且耐腐蚀。铬钢中铬含量越高，钢材的耐腐蚀性也就越好。

②铬镍不锈钢：为了改变钢材的组织结构，并扩大铬钢的耐腐蚀范围，可在铬钢中加入镍构成铬镍不锈钢。铬镍不锈钢的典型钢号是1Cr18Ni9，其中含C≤0.14%，Cr 17%～19%，Ni 8%～11%，具有较高的强度极限、极好的塑性和韧性，它的焊接性能和冷弯成型等工艺性也很好，是目前用来制造设备的最广泛的一类不锈钢。

③节镍或无镍不锈钢：为了适应我国镍资源较缺的情况，我国生产了多种节镍或无镍不锈钢。节镍的办法是保持以铬为主要耐腐蚀元素，以稳定的元素锰和氮代替全部或部分镍。

2.有色金属　有色金属是指黑色金属以外的金属及其合金，为重要的特殊用途材料，其种类繁多，制剂设备中常用铝和铝合金、铜和铜合金。此处仅介绍铜和铜合金。

铜和铜合金：工业纯铜（紫铜）一般只作导电和导热材料，特殊黄铜有较好的强度、耐腐蚀性、可加工性，在机器制造中应用较多；青铜有较好的耐磨减磨性能、耐腐蚀性、塑性，在机器制造中应用也较多。

（二）非金属材料

非金属材料是指金属材料以外的其他材料。

1.高分子材料　高分子材料包括塑料、橡胶、合成纤维等。其中工程塑料运用最广，它包括热塑性塑料和热固性塑料。

热塑性塑料　热塑性塑料受热软化，能塑造成型，冷后变硬，此过程有可逆性，能反复进行。具有加工成型简便、机械性能较好的优点。氟塑料、聚酰亚胺还有耐腐蚀性、耐热性、耐磨性、绝缘性等特殊性能，是优良的高级工程材料，但聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等的耐热性、刚性却较差。

热固性塑料　热固性塑料包括酚醛塑料、环氧树脂、氨基塑料、聚苯二甲酸二丙烯树脂等。此类塑料在一定条件下加入添加剂能发生化学反应而致固化，此后受热不软化，加溶剂不溶解。其耐热和耐压性好，但机械性能较差。

2.陶瓷材料

（1）传统工业陶瓷　传统工业陶瓷主要有绝缘瓷、化工瓷、多孔过滤陶瓷。绝缘瓷一般作绝缘器件，化工瓷作重要器件、耐腐蚀的容器和管道及设备等。

（2）特种陶瓷　特种陶瓷亦称新型陶瓷，是很好的高温耐火结构材料。一般用作耐火坩埚及高速切削工具等，还可作耐高温涂料、磨料和砂轮。

（3）金属陶瓷　金属陶瓷是既有金属的高强度和高韧性，又有陶瓷的高硬度、高耐火度、高耐腐蚀性的优良工程材料，可用作高速工具、模具、刃具。

3.复合材料　复合材料中最常用的是玻璃钢（玻璃纤维增强工程塑料），它是以玻璃纤维为增强剂，以热塑性或热固性树脂为黏结剂分别制成的热塑性玻璃钢和热固性玻璃钢。热塑性玻璃钢的机械性能超过了某些金属，可代替一些有色金属制造轴承（架）、齿轮等精密机件。热固性玻璃钢既有质量轻、比强度高及介电性能、耐腐蚀性、成型性好的优点，也有刚度和耐热性较差、易老化和蠕变的缺点，一般用作形状复杂的机器构件和护罩。