- •Глава 1. Материаловедение. Структура материалов. 12
- •Глава 2. Стали. 54
- •Глава 3. Чугуны. 110
- •Глава 4. Цветные и редкие металлы и сплавы. 136
- •Глава 5. Сплавы с особыми физическими свойствами. 181
- •Глава 6. Полимеры. 201
- •Глава 7. Керамика. 243
- •Глава 8. Стекло. 265
- •Глава 9. Композиционные материалы. 296
- •Глава 10. Древесные материалы. 316
- •Глава 11. Строительные материалы. 355
- •Глава 12. Наноматериалы. 379
- •Предисловие.
- •Теоретические материалы. Глава 1. Материаловедение. Структура материалов.
- •1.1. Материаловедение, основные понятия.
- •1.2. Количество материалов.
- •1.3. Классификация материалов по назначению.
- •1.4. Агрегатные состояния вещества.
- •1.5. Кристаллическая структура веществ.
- •1.6. Дефекты в кристаллической структуре веществ.
- •1.7. Уровни структуры материалов.
- •1.8. Физико-химический анализ. Диаграммы состояния.
- •1.9. Сплавы, твёрдые растворы.
- •1.10. Химические соединения.
- •1.11. Зернистая структура поликристаллических материалов.
- •1.12. Основные механические свойства материалов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 2. Стали.
- •2.1. Полиморфизм и свойства железа.
- •2.2. Диаграмма состояния системы Fe – Fe3c.
- •2.3. Сравнение основных свойств сталей и чугунов.
- •2.4. Превращения сталей в твёрдом состоянии.
- •2.5. Стали. Классификация сталей.
- •2.6. Термическая обработка и фазовые превращения в сталях.
- •2.7. Превращения в стали при равновесном нагреве и охлаждении.
- •2.8. Диаграмма изотермических превращений аустенита. Мартенситное превращение.
- •2.9. Основные виды термической обработки стали.
- •2.9.1. Отжиг.
- •2.9.2. Нормализация.
- •2.9.3. Закалка.
- •2.9.4. Отпуск стали.
- •2.10. Углеродистые стали.
- •2.11. Влияние постоянных примесей на углеродистые стали.
- •2.12. Легирующие элементы. Легированные стали, их маркировка.
- •2.13. Жаропрочные и жаростойкие стали.
- •2.14. Коррозионно-стойкие стали.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 3. Чугуны.
- •3.1. Чугуны, химические и фазовые составы.
- •3.2. Преимущества чугунов.
- •3.3. Виды чугунов доменного производства.
- •3.4. Классификация и маркировка чугунов.
- •3.5. Модифицирование чугунов.
- •3.6. Белый чугун.
- •3.7. Серый чугун.
- •3.8. Высокопрочный чугун.
- •3.9. Ковкий чугун.
- •3.10. Легированные чугуны.
- •3.11. Другие виды чугунов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 4. Цветные и редкие металлы и сплавы.
- •4.1. Классификация цветных и редких металлов.
- •4.2. Лёгкие металлы.
- •4.3. Магний и его сплавы.
- •4.4. Применение магния и магниевых сплавов.
- •4.5. Алюминий и его сплавы.
- •4.6. Маркировка алюминиевых сплавов.
- •4.7. Классификация алюминиевых сплавов.
- •4.8. Области применения алюминиевых сплавов.
- •4.9. Титан.
- •4.10. Области применения титана.
- •4.11. Медь и медные сплавы.
- •4.12. Латуни.
- •4.13. Бронзы.
- •4.14. Марки и области применения бронз.
- •4.15. Сплавы меди мельхиор, нейзильбер, куниаль.
- •4.16. Свинец и цинк.
- •4.17. Никель и кобальт.
- •4.18. Олово.
- •4.19. Ртуть.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 5. Сплавы с особыми физическими свойствами.
- •5.1. Металлические проводниковые материалы.
- •5.2. Электромеханические свойства меди и алюминия.
- •5.3. Перспективы развития проводниковых материалов.
- •5.4. Полупроводниковые материалы.
- •5.5. Магнитные материалы.
- •5.6. Тугоплавкие металлы и сплавы.
- •5.7. Сверхпроводящие материалы.
- •5.8. Сплавы с эффектом памяти формы.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 6. Полимеры.
- •6.1. Общие сведения.
- •6.2. Классификация полимеров.
- •6.2.1. Классификация по происхождению.
- •6.2.2. Классификация по структурным признакам.
- •6.3. Общие свойства полимеров.
- •6.3.1. Физические свойства.
- •6.3.2. Механические свойства.
- •6.3.3. Теплофизические свойства.
- •6.3.4. Химические свойства.
- •6.3.5. Электрические свойства.
- •6.3.6. Технологические свойства.
- •6.3.7. Старение полимеров.
- •6.3.8. Радиационная стойкость полимеров. Абляция.
- •6.4. Пластические массы.
- •6.5. Виды пластических масс.
- •6.5.1. Полиэтилен.
- •6.5.2. Полипропилен.
- •6.5.3. Поливинилхлорид.
- •6.5.4. Полистирол.
- •6.5.5. Фторопласты.
- •6.5.6. Полиимид.
- •6.5.7. Полиакрилаты.
- •6.5.8. Фенолформальдегидные смолы (ффс).
- •6.5.9. Эпоксидные смолы.
- •6.5.10. Поликарбонатые полимеры.
- •6.6. Каучук, природный каучук.
- •6.7. Синтетические каучуки.
- •6.8. Резины.
- •6.9. Синтетические эмали, лаки, компаунды.
- •6.10. Полимерные клеи.
- •6.11. Полимеры в медицине.
- •6.12. Биологически разлагаемые пластики на основе природных полимеров.
- •6.13. Неорганический полимер - асбест.
- •Резюме.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Глава 7. Керамика.
- •7.1. Понятие керамики.
- •7.2. Керамика как альтернативный материал.
- •7.3. Состав керамики.
- •7.3.1. Глинистые породы.
- •7.3.2. Свойства глин.
- •7.3.3. Керамика на основе технических оксидов.
- •7.3.4. Керамика на основе бескислородного технического сырья.
- •7.4. Структура керамики.
- •7.5. Свойства керамики.
- •7.6. Керамика на основе глинистого сырья.
- •7.6.1. Фарфор.
- •7.6.2. Фаянс.
- •7.6.3. Гжель.
- •7.6.4.Огнеупорная керамика на основе глин.
- •7.7. Виды технической керамики.
- •7.7.1. Масштабы производства высокотехнологичной керамики.
- •7.7.2. Керамические, пьезокерамические материалы.
- •7.7.3. Керамические материалы с химическими функциями.
- •7.7.4. Керамические материалы для ядерной энергетики.
- •7.7.5. Конструкционная керамика.
- •7.8. Характеристики некоторых керамик.
- •7.8.1. Высокоглиноземистая керамика.
- •7.8.2. Керамика из нитрида и карбида кремния.
- •7.8.3. Другие виды технической керамики.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 8. Стекло.
- •8.1. История стекла.
- •8.2. Отличительные особенности стекла как материала.
- •8.3. Структура веществ в стеклообразном состоянии.
- •8.3.1. Кристаллическое и стеклообразное состояния.
- •8.3.2. Кристаллохимическое описание строения стекол.
- •8.3.3. Кварцевое стекло.
- •8.3.4. Бинарные щелочно-силикатные стекла.
- •8.3.5. Фосфатные стекла.
- •8.3.6. Микронеоднородное строение стекол.
- •8.4. Классификация стекол по составу.
- •8.5. Свойства стекол.
- •8.6. Виды стёкол.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 9. Композиционные материалы.
- •9.1. Строение и признаки композиционных материалов.
- •9.2. Классификация.
- •9.3. Физико-химические основы создания композиционных материалов.
- •9.4. Области применения композиционных материалов.
- •9.5. Виды композиционных материалов.
- •9.5.1. Композиционные материалы с металлической матрицей.
- •9.5.2. Волокнистые композиционные материалы.
- •9.5.3. Дисперсионно-упрочненные композиционные материалы.
- •9.5.4. Композиционные материалы с неметаллической матрицей.
- •9.5.5. Углепласты.
- •9.5.6. Бороволокниты.
- •9.5.7. Органоволокниты.
- •9.6. Получение композиционных материалов на металлической основе, армированных волокнами
- •9.7. Основные методы получения композиционных материалов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 10. Древесные материалы.
- •10.1. Древесина как материал.
- •10.2. Лиственные и хвойные породы.
- •10.3. Части дерева.
- •10.4. Макроскопическое строение дерева.
- •10.5. Химический состав древесины и её микроскопическое строение.
- •10.6. Физические свойства.
- •10.7. Механические свойства.
- •10.8. Пороки древесины.
- •10.9. Виды хвойных пород.
- •10.10. Виды лиственных пород.
- •10.11. Пиломатериалы и продукты переработки древесины.
- •10.12. Виды изделий из дерева.
- •10.13. Модифицированная древесина.
- •10.14. Термически обработанная древесина (термодревесина).
- •10.15. Области применения древесины.
- •10.16. Скрипка.
- •Резюме.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Глава 11. Строительные материалы.
- •11.1. Виды строительных материалов.
- •11.2. Цемент, портландцемент.
- •11.3. Цементные растворы.
- •11.4. Бетон. Классификация бетонов.
- •11.5. Компоненты бетона.
- •11.6. Марка, класс и прочность бетона.
- •11.7. Лёгкие бетоны.
- •11.8. Тяжелые бетоны.
- •11.9. Кирпич строительный.
- •11.9.1. Размеры кирпича.
- •11.9.2. Пустотность кирпича.
- •11.9.3. Марка кирпича.
- •11.9.4. Морозостойкость кирпича.
- •11.9.5. Строительные кирпичи.
- •11.10. Добавки наноразмерных частиц в бетоны.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 12. Наноматериалы.
- •12.1. Терминология наноразмерных объектов.
- •12.2. Физические причины специфики наноматериалов
- •12.3. Классификация наноматериалов.
- •12.4. Фуллерены, фуллериты.
- •12.5. Углеродные нанотрубки.
- •12.6. Графен.
- •12.7. Размерность процессоров.
- •12.8. Фториды редкоземельных элементов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Заключение.
- •Тесты для самоконтроля. Глава 1. Материаловедение. Структура материалов.
- •Глава 2. Стали.
- •Глава 3. Чугуны.
- •Глава 4. Цветные и редкие металлы и сплавы.
- •Глава 5. Сплавы с особыми физическими свойствами.
- •Глава 6. Полимерные материалы.
- •Глава 7. Керамика.
- •Глава 8. Стекло.
- •Глава 9. Композиционные материалы.
- •Глава 10. Древесные материалы.
- •Глава 11. Строительные материалы.
- •Глава 12. Наноструктурированные материалы.
- •Ключи к тестам для самоконтроля.
- •Задания для курсовой работы.
- •Вопросы для подготовки к экзамену.
- •Глоссарий.
- •Список источников информации. Основная литература
Вопросы для самопроверки.
1. Назовите основные виды проводниковых материалов. Как соотносятся их проводимости?
2. На каких свойствах алюминия основано его применение в линиях электропередач? Какие технические решения применяют для придания проводам необходимой прочности?
3. Почему медь как проводящий материал используется в значительно больших масштабах, чем серебро?
4. Какие основные электрофизические свойства проявляет медь, в каких областях и устройствах применяют медь?
5. В каких электротехнических устройствах применяют драгоценные металлы серебро, золото, палладий и на каких свойствах данных металлов основано их применение?
6. В чём состоит отличие полупроводников от металлов и изоляторов?
7. По каким признакам классифицируют полупроводниковые материалы?
8. В каком виде применяют полупроводниковые материалы и зачем проводят их легирование?
9. Назовите три основных полупроводниковых материала и в каких областях они применяются?
10. В чем заключается явление ферромагнетизма? Какие элементы относят к ферромагнетикам?
11. В каких областях, и для каких целей применяются магнитные материалы? Приведите примеры магнитных материалов и устройств, в которых они применяются.
12. Какие элементы периодической системы относятся к тугоплавким металлам и сплавам?
13. В каких областях, и в каких устройствах применяют тугоплавкие металлы и сплавы?
14. В чём сущность явления сверхпроводимости? Кто открыл явление сверхпроводимости, и в каких условиях проявляется сверхпроводимость?
15. Приведите примеры сверхпроводящих материалов. Какой из материалов имеет максимальную температуру перехода в сверхпроводящее состояние?
16. Каковы перспективы применения высокотемпературных сверхпроводящих материалов?
17. В чём сущность эффекта памяти формы? Почему и в каких случаях происходит восстановление формы изделий?
18. В сплавах каких составов проявляется эффект памяти формы? Приведите примеры сплавов.
Глава 6. Полимеры.
По объёму произведенной продукции
полимеры занимают первое место в мире.
Цели и задачи.
Цель изучения темы полимеры состоит в формировании систематических знаний по полимерным материалам, с которыми каждый из нас постоянно сталкивается в современной жизни: классификации полимеров, видам полимеров, их структурам, строению, свойствам.
Задачи:
- понять определение полимеров, ознакомиться с их классификацией на основные группы: пластические массы, каучуки, волокна химические, пластики, пленки, покрытия, клеи;
- ознакомиться с основными физико-химическими свойствами полимеров;
- понять какие полимеры относятся к пластическим массам, запомнить основные виды пластических масс, каковы их составы, структуры, основные свойства, области применения;
- уяснить какие полимеры являются каучуками, а какие относятся к резинам, их виды, состав, области применения;
- каков состав лаков, эмалей, клеев, их основные свойства, применение.
6.1. Общие сведения.
Полимеры (от греч. polymeres — состоящий из многих частей, многообразный), химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок - мономерных звеньев. Термин «полимерия» введён И. Берцелиусом в 1833 для обозначения особого вида изомерии. В 1974 году Вакрамасиндхе обнаружил полимер формальдегида в облаках межзвёздной пыли. Полимерное состояние вещества – одна из форм существования материи во вселенной.
К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие органические вещества. Большое число полимеров получают синтетическим путем на основе простейших соединений элементов природного происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, и химических превращений.
Размер молекулы полимера определяется степенью полимеризации n, т.е. числом звеньев мономера в цепи полимера. Если n=10...20, вещества представляют собой легкие масла. С возрастанием n увеличивается вязкость, вещество становится воскообразным. При достижении n нескольких сотен, тысячи образуется твердый полимер. Степень полимеризации неограниченна: она может быть 104 , и тогда длина молекул достигает микрометров.
Большая длина молекул полимеров препятствует их правильной упаковке, и структура полимеров варьирует от аморфной, до частично кристаллической. Доля кристалличности в значительной мере определяется геометрией цепей. Чем ближе укладываются цепи, тем более кристалличным становится полимер. Конечно, кристалличность даже в лучшем случае оказывается несовершенной. Аморфные полимеры плавятся в диапазоне температур, зависящем не только от их природы, но и от длины цепей; кристаллические имеют более выраженную точку плавления.