книги из ГПНТБ / Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие

ти стекломассы. Из щели лодочки, погруженной в охлажденную до 1000° стекломассу, выдавливается тонкий лист, который подхваты­ вается асбестовыми валиками машины вертикального вытяжения стекла. После прохождения через холодильник лист надрезается. По линии надреза происходит отламывание кусков требуемого раз­ мера.

При безлодочном вертикальном методе вытягивание стекла происходит со свободной поверхности стекломассы через щель, об­ разуемую теплозащитным экраном.

При прокатке листа стекломасса поступает в питатель, из ко­ торого через щель подается во вращающиеся валки. Стекло, полу­ ченное прокаткой, имеет морщинистую («кованую») поверхность. Для уничтожения неровностей стекло шлифуют и полируют на кон­ вейерных, автоматизированных поточных линиях. Рабочим органом шлифовальных станков является чугунный диск (ферраса),, под который подается пульпа (смесь песка с водой). По мере сглажи­ вания неровностей размер зерен песка уменьшают с 300—400 до 10—15 мк. После шлифовки поверхность имеет матовый цвет (глу­ бина неровностей до 2—3 мк). Прозрачность и блеск стекло приоб­ ретает в результате полировки дисками с войлоком или сукном в водной суспензии крокуса (дисперсные частицы окиси железа).

Резку стекла производят на специальных машинах, где она совмещается с фацетировкой края и шлифовкой кромок. Для гнутья стекло соответствующих размеров укладывают в форму, которую затем помещают в печь. Нагретое до температуры размягчения стекло заполняет форму. В процессе последующего медленного ох­ лаждения стекло отжигается.

Прокаткой получают армированное стекло. Для этого на выхо­ дящую из валков вязкую массу укладывают металлическую сетку, которая погружается в стекло. Армирование увеличивает прочность стекла и предохраняет его от рассыпания при механических и теп­ ловых ударах. Прокаткой вырабатывают волнистое армированное ’и неармированное стекло, отличающееся высокой прочностью.

Для остекления транспортных машин применяют безопасные стекла — трехслойное и сталинит..

Трехслойное стекло (триплекс) изготавливают из двух листов обычного стекла с прокладкой между ними. В качестве прокладки применяют синтетическое вещество — бутафоль, которое при воз­ действии тепла, света, холода и атмосферных осадков не изменяет своих свойств.

Сталинит получают разогревом стекла до температур, близких к размягчению, с последующим быстрым охлаждением. При этом возникают внутренние напряжения. В стекле образуются три слоя: поверхностные сжатые слои и внутренний растянутый. Это обеспе­ чивает повышение прочности стекла и увеличение сопротивляемости разрушению при ударе.

Для производства полых деталей издавна применяется метод выдувания стекла. Он заключается в предварительном выдувании

510

из стекломассы сферы определенного размера с окончательным формированием детали в жесткой форме.

Методами горизонтального или вертикального вытягивания в специальных приспособлениях или навивкой на вращающийся вал изготавливают стеклянные трубы, применяемые в ламповом, полупроводниковом и в различных химических производствах.

В современной технике получили распространение стеклово­ локно и стекловата. Различают текстильное и теплоизоляционное стекловолокно. Текстильное стекловолокно толщиной 2—7 мк, проч­ ностью на разрыв от 200 до 600 кГ/см2 применяют для изготовле­ ния шнура, пряжи, огнестойких тканей и др. Его получают из рас­ плавленной стекломассы, помещенной в лодочки с фильерами (от­ верстиями). Из фильер под действием собственного веса вытекают тонкие струйки, которые веретенами растягиваются до требуемой толщины. Затем отдельные нити собираются в прядь, склеиваются специальными эмульсиями и сматываются. •

По выходе из фильер волокна могут раздуваться паром с по­ следующим наматыванием на барабан и пропитыванием смолами. Таким способом получают маты из стекловолокна.

Если пар направить перпендикулярно движению волокон, то получается стекловата с объемным весом 40—60 кг/м3. Стекло­ волокно и стекловату применяют при изоляции проводов, кабелей, в производстве стеклотекстолита и др.

Пеностекло является одним из новых материалов, нашедших широкое применение в строительстве. Оно отличается легкостью (в три-четыре раза легче воды), механической прочностью, низкой теплопроводностью, обладает звукоизоляционными свойствами, хо­ рошо обрабатывается, склеивается.

Пеностекло получают из смеси тонкомолотого стекла с пено­ образователем (известняк, мел, уголь, кокс, сажа) нагревом до 700—900°. По истечении определенного времени вспененную массу сначала резко, затем медленно охлаждают. В процессе изготовле­ ния пеностеклу можно придавать любую форму.

Пленочное и чешуйчатое стекло является новым материалом, заменяющим природную слюду. Пленочное стекло получают вытя­ гиванием из расплава сверху вниз через формующее устройство или растягиванием обычного листового стекла при его местном разогре­ ве до температуры размягчения.

Чешуйчатое стекло получают размалыванием пленочного на небольшие кусочки. Толщина пленочного стекла составляет 5— 100 мк при ширине листа от 10 до 500 мм, толщина чешуйчатого — от 5 до 1 мк и менее. Пленочное и чешуйчатое стекла отличаются высокой механической и электрической прочностью, эластичностью, термостойкостью.

Кварцевое стекло представляет собой двуокись кремния в стек­ лообразном состоянии.'Кроме Si02 ( ~ 99,95%), в нем имеются Na20 и в сотых и тысячных долях процента А!20 3, CaO, MgO и Fe203- Его получают плавлением при температурах выше 1700° чистых природных разновидностей кристаллического кварца.

БИ

В зависимости от сырья и технологии производства кварцевое стекло может быть прозрачным или непрозрачным (за счет наличия мелких — от 0,003 до 0,3 мм — газовых пузырей).

Кварцевое стекло отличается высокой прочностью, мало уменьшлющейся при высоких температурах. Удельный вес 2,02— 2,15 г/см3, модуль упругости 6000—7000 кг/мм2, предел прочности при сжатии у непрозрачного около 3500, а у прозрачного 6500 кГ/см2, при изгибе соответственно 450 и 1000 кГ/см2, при рас­ тяжении 400 и 600 кГ/см2.

Кварцевое стекло обладает рядом ценных свойств — термичес­ ких, оптических и других, но вследствие большой вязкости из не­ го практически невозможно получать крупные и сложные изделия. Для получения таких деталей из кварцевого стекла применяют, ке­ рамическую технологию: шликерное литье в гипсовые формы и го­ рячее литье под давлением.

Стеклокристаллические материалы (ситаллы) отличаются от обычных стекол прежде всего кристаллическим строением. Для по­ лучения ситалла стекломасса с содержащимися в ней катализато­ рами (фториды, фосфат щелочных или щелочноземельных метал­ лов) формуется и охлаждается. Для образования кристаллов мате­ риал термообрабатывают сначала на низшей (образование зароды­ шей, 500—700°), а затем высшей (развитие кристаллических фаз, 900—1100°) температурных стадиях в один или несколько циклов. При соответствующих режимах термообработки достигают 95% кристаллизации материала с размерами кристаллов от 400 А до 2 мк.

Ситаллы отличаются высокой механической прочностью (15— 50 кГ/мм2 при изгибе), упругостью, жаропрочностью; ряд ситаллов характеризуется высокой химической стойкостью, низким коэффи­ циентом трения. Ситаллы являются хорошими изоляторами, харак­ теризуются низкими диэлектрическими потерями при высоких ча­ стотах и температурах.

Изделия из ситаллов применяют в электронных приборах, хими­ ческих аппаратах, для изготовления теплозащитных облицовочных деталей ракет и т. д.

§ 7. Цементы и бетоны

Цемент представляет собой порошковый материал, который с водой образует тестообразную массу, затвердевающую в цементный камень. Процесс затвердевания происходит как на воздухе, так и в воде в результате гидратации — химического и физико-химиче­ ского взаимодействия цемента и воды.

Цемент изготавливают из природгіых материалов (известняки, мел, мергели, глины) путем размола их и обжига при 1300—1500° во вращающихся или шахтных печах. Спекшуюся массу (клинкер) вместе с небольшим количеством гипса и других добавок, придаю­ щих ему определенные свойства, размалывают в шаровых мель­ ницах.

512

Наиболее широкое распространение в строительном производ­ стве имеет портландцемент, который получают размолом портландцементного клинкера и небольшого количества гипса, иіюгда с до­ бавками доменного шлака, 'до 10% кварцевого песка и других компонентов. Он состоит из 63—67% СаО, 21—24% Si02, 4— 7% А120 3, 2—4% Fe20 3 и др.

Цемент маркируется цифрой, которая обозначает прочность на сжатие в кГ/см2 кубического образца размером 7,07X7, 07X7,07 см, полученного из смеси одной весовой части цемента на три части кварцевого песка после 28-дневной выдержки в воде. Портландце­ мент выпускают следующих марок: 300, 400, 500 и 600; шлакопортландцемент — марок 300, 400 и 500.

Увеличением содержания трехкальциевого силиката и повыше­ нием тонкости помола получают быстротвердеющий портландце­ мент, достигающий предела прочности не менее 300 кГ/см2 в тече­ ние трех суток.

Для увеличения скорости твердения изделия из портландце­ мента подвергают термовлажностной обработке в пропарочных ка­ мерах.

Недостатком портландцемента является то, что изготовленные из него изделия способны разрушаться в растворах кислот и дефор­ мироваться в массивных сооружениях. Этими недостатками в мень­ шей степени обладает сульфатостойкий портландцемент. Для полу­ чения морозостойких бетонов используют пластифицированный цемент, имеющий в своем составе поверхностно-активные вещества (сульфитно-спиртовую барду). Для повышения прочности кон­

кой скоростью твердения. Образцы из этого цемента приобретают прочность 600 кГ/см2 в течение 3 суток. Основой твердения в глино­ земистых цементах является алюминат кальция (СаО • А120 3) в от­ личие от портландцемента, у которого основой твердения является

материалами (кварцевым песком, гравием, щебнем, керамзитом и др.) и водой образует бетонную смесь, которая после затвердевания называется бетоном. Цемент без заполнителей применяется только в отдельных случаях, так как при твердении он дает большие уса­ дочные деформации.

Свойства бетона зависят от марки цемента, дисперсности и других свойств наполнителя и весового соотношения между цемен­ том и заполнителем, которое может изменяться от 2 до 10. На при­

513

готовление 1 мъ бетона обычно расходуют от 200 до 600 кг цемента. Отношение веса воды к весу цемента (весоцементное отношение) обычно находится в пределах от 0,3 до 8. Расход цемента умень­ шается с уменьшением разности между удельным и объемным ве­ сами заполнителя, с увеличением крупности заполнителя и водоце­ ментного отношения. Прочность бетона возрастает с увеличением температуры и влажности среды, в которой происходит его твер­ дение.

Для повышения механической прочности (на растяжение и из­ гиб) бетон армируют стальным прокатом (железобетон). Для из­ готовления строительных перекрытий используют армоцемент — густоармированный стальной проволокой бетон.

Для изготовления ответственных элементов строительных кон­ струкций применяют бетон, армированный предварительно-напря­ женными (растянутыми) стальными струнами,— предварительно­ напряженный бетон.

Легкие бетоны, имеющие пористые заполнители (пемзу, туф, вулканический пепел, вспученный доменный шлак и др.), отличают­ ся хорошими теплоизоляционными свойствами. Объемный вес лег­ ких бетонов не превышает 1900 кг/м3. Бетоны, у которых поры об­ разуются в процессе отвердевания за счет газа, выделяемого в бетонной смеси в ходе химических реакций, называются ячеистыми. Их изготавливают из портландцемента, небольшого количества извести, тонкомолотого песка или золы и газообразователя. В ка­ честве газообразователя используют алюминиевую пудру, при ре­ акции которой с гидратом окиси кальция выделяется водород. Теп­ лопроводность ячеистого бетона приблизительно такая же, как и у легких бетонов, но он более легок.

При введении в бетонную смесь пенообразователей и стабили­ заторов пены (смолистые вещества, мыла и др.) получают пено­ бетон. Ячеистые бетоны и пенобетоны применяют как тепло- и зву­ коизоляторы.

Для изготовления конструкций, стойких к действию кислот и непроницаемых для бензина, керосина и других жидкостей, при­ меняют полимербетон. Вяжущим материалом в этом бетоне служат полимеры.

Для придания бетонам специальных физических свойств в бе­ тонную смесь вводят сульфат бария (защита от лучей Рентгена), сернокислый барий, окись бора (защита от у-лучей) и другие соеди­ нения.

Из смеси цемента и асбеста получают бетоны повышенной прочности при растяжении и изгибе, из которых изготавливают Шифер и асботрубы.

Высокой термостойкостью, газонепроницаемостью,; стойкостью к действию кислот и -их солей обладают бетоны, у которых вяжу­ щими являются жидкое стекло и кремнефтористый натрий. Из бе- töHOB высоких марок в сочетании со специальной металлической арматурой изготавливают несущие элементы (станины) крупных металлоконструкций станков и прессов.

514

§8 . К е р а м и к а

Технология керамики основана на использовании в качестве исходного сырья порошкообразных материалов, из которых формообразуются заготовки, спекаемые до камневидного состояния в процессе обжига. Таким методом издавна изготавливали глиня­ ную и фарфоровую посуду, кирпич и черепицу. В связи с развивав­ шейся техникой металлургического производства методами кера­ мики стали изготавливать огнеупорные материалы. Развитие реак­ тивной авиации и ракетостроения, атомной промышленности, радио- и электронной техники, металлургии специальных и сверхчистых металлов вызвало появление новых видов керамических мате­ риалов.

Жароупорная керамика, используемая для футеровки метал­ лургических печей и других нагревательных устройств, рассмотре­ на в главе II. В настоящем разделе приведены некоторые общие сведения о новой керамике, которая часто называется технической или специальной.

К электроизоляционной относится керамика, используемая для конструкционных установочных изделий и конденсаторов малой емкости, отличающихся небольшой диэлектрической проница­ емостью (стеатит, ультрафарфор, цельзиновая и корундомулитовая керамика); конденсаторная керамика (для высокочастотных термо­ компенсирующих, высокочастотных термостабильных и низкоча­ стотных конденсаторов); пористая керамика для изоляторов элек­ тронных ламп, оснований проволочных сопротивлений; сегнето- и пьезокерамика для низкочастотных конденсаторов, пьезоэлементов, нелинейных элементов (титанаты, цирконаты, станаты). Для про­ изводства изоляторов автомобильных свечей, конденсаторов, вакуумплотных спаев с металлами применяют корундовую керамику, отличающуюся высокой механической прочностью и твердостью, термо- и химической стойкостью, малыми диэлектрическими по­ терями.

Из чистой окиси алюминия получают вакуумплотную керами­ ку, применяемую в термоионных приборах, электроды которых находятся друг от друга на очень малом расстоянии.

Из окислов металлов получают пьезокерамические материалы, которые обладают способностью поляризоваться при упругой де­ формации и, наоборот, деформируются под действием электриче­ ского поля. Изготовление пьезокерамических материалов произво­ дится на основе титаната бария и его производных, ниобата бария, свинца и цирконат-титаната свинца.

Пьезокерамика применяется для изготовления преобразовате­ лей в радиотехнических фильтрах, для производства малогабарит­ ных конденсаторов большой емкости, толщиномеров и дефектоско­ пов, звукоснимателей и микрофонов. В металлообработке и медици­ не используют ультразвуковые сверла с керамическими преобразователями. Способность пьезокерамики к поляризации ис-

515

пользуют для изготовления диэлектрических запоминающих устройств электронных счетных машин.

Ферромагнитная керамика, отличающаяся высокой магнитной проницаемостью, представляет собой соединения двуокиси железа с окислами одноили двухвалентных металлов (Ni, Со, Mg, Pb, Zn, Mn, Ca и др.). Изменением состава феррита можно в широком диапазоне менять его магнитную проницаемость. Керамические ферриты применяют для изготовления постоянных магнитов, мало­ габаритных антенн магнитных усилителей, сердечников высоко­ частотных и импульсных трансформаторов, магнитных экранов.

Для придания свойств формуемости в шихту часто вводят пла­ стификаторы: клей, парафин, бакелит, органические смолы и др.

Формообразование изделий и полуфабрикатов производится прессованием в формах, мундштучным прессованием и литьем под давлением, обточкой затвердевших заготовок.. Перед обжигом за­ готовки, как правило, подвергают длительному нагреву для выпа­ ривания пластификатора. Обжиг обычно производится в малогаба­ ритных электропечах в воздушной или восстановительной атмос­ фере.

і

<

ЛИТЕРАТУРА

517

П редм етны й у к а з а т е л ь

518

519