7.5. Ситаллы (стеклокристаллические материалы)

Ситаллы получаются на основе неорганических стекол путем их полной или частичной управляемой кристаллизации. Термин «ситаллы» образован из слов: стекло и кристаллы. За рубежом их называют стеклокерамикой, пирокерамами. По структуре и техно­логии получения ситаллы занимают промежуточное положение между обычным стеклом и керамикой. От неорганических стекол они отличаются кристаллическим строением, а от керамических материалов — более мелкозернистой и однородной микрокристаллической структурой.

В состав стекла, применяемого для получения ситаллов, входят окислы Li₂O, A1₂O₃, SiO₂, MgO, CaO и др.; кроме того, добавляются катализаторы кристаллизации (нуклеаторы). К числу последних относятся соли светочувствительных металлов Au, Ag, Сu. В зависи­мости от способа получения ситаллы делятся на фотоситаллы и термоситаллы.

Фотоситаллы получают из стекол литиевой системы с нуклеаторами — коллоидными красителями.

Термоситаллы получаются из стекол, систем MgO—А1₂О₃—SiO₂, CaO—А1₂О₃—SiO₂ и других с добавкой ТiO₂, FeS и т. п. нуклеаторов.

По внешнему виду ситаллы могут быть непрозрачными и прозрачными (количество стеклофазы до 40%).

Причина ценных свойств ситаллов заключается в их исключительной мелкозернистости, почти идеальной поликристаллической структуре. Свойства ситалла изотропны.

Максимальная температура размягчения Т_разм = 1250…1350° С. Ударная вяз­кость ситаллов выше, чем у стекла, однако они относятся к хруп­ким материалам. Твердость приближается к твердости закаленной стали. Они весьма износостойки. По теплопроводности ситаллы в результате повышенной плотности превосходят стекла. Стеклокристаллические материалы обладают высокой химической устойчивостью к кислотам и щелочам, не окисляются даже при высоких температу­рах. Они газонепроницаемы и обладают нулевым водопоглощением.

Применение ситаллов. Из пирокерама делают подшипники, которые могут работать при нагрузках, составляющих более 50% нагрузки подшипников из нержавеющей стали при температуре 540…816° С без смазки. Из ситаллов можно изготовлять детали для двигателей внутреннего сгорания (поршни, детали выхлопа, муфты сцепления). Ситаллы используются в качестве жаростойких покрытий для защиты сталей, сплавов и тугоплавких металлов от действия высоких температур. Они используются для изготовления точных калибров и осно­ваний металлорежущих станков.

7.6. Керамические материалы

Керамика — неорганический материал, получаемый из отфор­мованных минеральных масс в процессе высокотемпературного обжига. В результате обжига (1200…2500° С) формируется струк­тура материала (спекание) и изделие приобретает необходимые физико-механические свойства.

Созданы новые виды керамики — так называемая «техническая керамика», включающая искусственно синтезированные керамические материалы различного химического и фазового состава. Основными компонентами технической керамики являются окислы и бескислородные соедине­ния металлов. Любой керамический материал является многофазной системой. В керамике могут присутствовать кристаллическая, стекловидная и газовая фазы.

Рассмотрим примеры.

В качестве высокоогнеупорного и конструкционного материала представляет интерес керамика на основе чистых окислов. В про­изводстве окисной керамики используются в основном следующие окислы: А1₂О₃ (корунд), ZrO₂, MgO, CaO, BeO, ThO₂, UO₂. Температура плавле­ния чистых окислов превышает 2000 °С, поэтому их относят к классу высокоогнеупоров.

Керамика из А1₂О₃ (корундовая) обладает высокой прочностью, которая сохраняется при высоких температурах, химически стойка, отличный диэлектрик. Термическая стойкость корунда невысокая. Изделия из него широко применяются во многих областях техники: резцы, используемые при больших скоростях резания, калибры, фильеры для протяжки стальной проволоки, детали высокотемпера­турных печей, подшипники печных рольган­гов, детали насосов, свечи зажигания в дви­гателях внутреннего сгорания.

Нитрид бора (белый графит) с гексагональной структурой гра­фита используется в качестве диэлектрика и как огнестойкая смазка. При давлении 70 кГ/см² и температуре 1360° С нитрид бора пре­вращается в эльбор (кубическая модификация), имеющий цвет от красного до черного, и плотность 3,45 г/см³, эльбор обладает высо­кой твердостью и выдерживает нагревание до температуры 2000° С.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном пособии рассмотрены темы, относящиеся к разделу "Материаловедение" курса «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» и соответствующие требованиям ГОСа по специальности 220402 "Роботы и робототехнические системы".

Содержание учебного пособия отвечает задачам изучения дисциплины:

- ознакомление с научными сведениями, необходимыми для общетехнической подготовки студентов;

- изучение основ материаловедения, с рассмотрением сведений о строении и свойствах вещества в твердом состоянии; теория сплавов; материалы с особыми электрическими свойствами и свойствами теплового расширения; магнитные материалы; полупроводниковые материалы; электротехнические и конструкционные материалы; неметаллические материалы.

Данная работа будет полезна для студентов обучающихся по специальности 220402 "Роботы и робототехнические системы" при последующем изучении способов технологии конструкционных материалов, а также специальных дисциплин.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лахтин Ю.М. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1993. – 448 с.

2. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений / Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова.- М.: Машиностроение, 1986. -384 с.

3. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова. – М.: Высш. шк., 2001. – 638 с.

4. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроит. спец. вузов / А.М. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. – М.: Машиностроение, 1985. – 448 с.

5. Технология металлов и материаловедение / Б.В. Кнорозов, Л.Ф. Усова, А.В. Третьякова и др. – М.: Металлургия, 1987. – 800 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………3

1. Основы металловедения………………………………..4

1.2. Реальное строение металлических кристаллов…..5

1.3. Анизотропия кристаллов…………………………..7

1.4. Кристаллизация металлов…………………………7

1.5. Аллотропия (полиморфизм) металлов…………..10

1.6. Основы теории сплавов…………………………..11

1.6.1. Кристаллическое строение сплавов………12

1.6.2. Особенности кристаллизации сплавов……13

1.6.3. Диаграммы состояния двойных сплавов…14

1.6.4. Свойства металлов и сплавов……………..16

1.7. Железо и его сплавы……………………………...20

1.7.1. Фазы в железоуглеродистых сплавах……..20

1.7.2. Диаграмма состояния железо – цементит...21

1.7.3. Применение диаграммы Fe - Fe₃C………...24

1.7.4. Основные виды термической обработки

стали………………………………………...24

1.7.5. Классификация углеродистых сталей…….29

1.7.6. Стали обыкновенного качества…………...31

1.7.7. Углеродистые качественные стали……….32

1.7.8. Автоматные стали………………………….33

1.7.9. Углеродистые инструментальные сплавы..34

1.7.10. Легированные стали………………………35

1.7.11. Классификация легированных сталей…...36

1.7.12. Маркировка легированных сталей………37

1.7.13. Чугуны……………………………………..38

1.8. Цветные металлы и сплавы………………………40

2. Материалы с особыми тепловыми свойствами……...44

2.1. Сплавы с заданным температурным

коэффициентом линейного расширения………...44

2.2. Сплавы с заданным температурным

коэффициентом модуля упругости……………...49

3. Материалы с особыми физическими свойствами…...53

3.1. Материалы с особыми магнитными свойствами.53

3.1.1. Общие сведения о ферромагнетиках……...53

3.1.2. Магнитно-мягкие материалы……………...58

3.1.3. Магнитно-твердые материалы…………….71

4. Полупроводниковые материалы……………………...76

5. Диэлектрики……………………………………………82

6. Проводниковые материалы…………………………...89

6.1. Электропроводность твердых тел……………….89

6.2. Металлы высокой проводимости………………..93

6.3. Припои…………………………………………….98

6.4. Сверхпроводники………………………………..100

6.5. Сплавы повышенного электросопротивления...102

6.6. Контактные материалы………………………….105

7. Неметаллические материалы………………………..108

7.1. Пластмассы………………………………………109

7.1.1. Классификация пластмасс………………..110

7.1.2. Термопластичные пластмассы…………...111

7.1.3. Полярные термопласты…………………..113

7.1.4. Термореактивные пластмассы…………...115

7.1.5. Пластмассы с порошковыми

наполнителями……………………………117

7.1.6. Газонаполненные пластмассы…………...119

7.2. Резины……………………………………………120

7.3. Клеи………………………………………………121

7.4. Неорганическое стекло………………………….122

7.5. Ситаллы (стеклокристаллические материалы)...122

7.6. Керамические материалы……………………….124

Заключение……………………………………………...126

Библиографический список……………………………126

Учебное издание

Ткаченко Юрий Сергеевич

Корнеев Валерий Иванович

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

В авторской редакции

Компьютерный набор В.И. Корнеева

Подписано к изданию 23.12.2005.

Уч.–изд. л. 7,8.

Воронежский государственный технический университет