1.2.2. Полимеры (ковалентный и молекулярно - ковалентный типы связи)

Полимеры – вещества с большой молекулярной массой, состоящие из индивидуальных макромолекул, соединенных в единую систему посредством физических (молекулярная связь) или химических связей. Полимеры характеризуются прочной химической (ковалентной) связью в самих макромолекулах, в основной цепи, а взаимодействие между цепями (межмолекулярное) является более слабым – примерно в 10 – 50 раз, так как имеет физическую природу (молекулярный тип связи).

1.2.3. Керамика (ковалентный и ионный типы связи)

К конструкционным материалам с ковалентным, ионным типами связи относится техническая керамика; к приборным материалам – полупроводники.

Керамика – неорганический материал, получаемый в процессе высокотемпературного обжига различных минеральных масс. Для получения технической керамики используют ультрадисперсные порошки с размерами фрагментов на субмикронном уровне. При такой технологии производства окончательные размеры детали могут быть получены на этапе деформации, что исключает последующую механическую обработку.

Керамические материалы подразделяются на бескислородные соединения типа «металл - неметалл» (SiC, Si₃N₄) или соединения «металл - кислород» (ZrO₂, Al₂O₃).

Для бескислородных соединений характерна ковалентная связь, а для оксидов – ионная; каждая – с соответствующим комплексом свойств.

Сильная направленность химической связи позволяет применять керамику как материал, практически не склонный к окислению при повышенных температурах. Высокая температура плавления обеспечивает керамике повышенную жаропрочность (по сравнению со сплавами). Так, например, бескислородная керамика применяется для деталей, работающих при температурах до 1300 ºС (нитрид кремния Si₃N₄) и до 1800ºС (карбид кремния SiC).

Керамика на основе оксидов Al₂О₃, ZrО₂, MgO₂, CaО, температура плавления которых превышает 2000 ºС, используется для получения жаростойких высокоогнеупорных материалов.

Высокая твердость керамики является причиной большой трудоемкости изготовления деталей (по сравнению со сплавами). Кроме того, отличаются пониженной пластичностью и трудно устраняемой пористостью.

1.2.4. Карбиды и интерметаллиды (ковалентно - металлический тип связи)

Металлы можно представить как вещества с преимущественно металлическим типом связи, в которых возможно и ковалентное взаимодействие. Веществами с ковалентно - металлическим типом связи являются соединения типа «переходный металл-неметалл»: карбиды, нитриды, бориды, а также соединения типа «металл - металл» – интерметаллиды.

Карбиды переходных металлов, такие как WC, TiC, VC, NbC, являются высокотвердыми веществами. Их получают различными способами из металлов и углерода: путем синтеза, науглероживания, спекания и т.п. Карбиды имеют очень ограниченное применение в качестве самостоятельных конструкционных материалов (детали реактивных двигателей). Чаще карбиды используют в качестве наполнителя в композиционных материалах. Например, твердые сплавы, применяемые в качестве быстрорежущего материала при механической обработке деталей, состоят на 80 - 90 % из карбидов, соединенных кобальтовой матрицей.

Интерметаллиды (интерметаллические соединения) в последние десятилетия все шире применяют в качестве конструкционных материалов. Практическое применение в качестве материалов, более жаропрочных, чем сплавы, имеют алюминиды: Ti₃Al, TiAl, Ni₃Al, NiAl. Они могут быть получены из порошков по технологии порошковой металлургии, а также по технологии получения сплавов: путем выплавки, литья, деформации. Металлическая составляющая связи в интерметаллидах обеспечивает этим материалам деформируемость, теплопроводность и другие «металлические» свойства, а ковалентная составляющая, как более сильная, обеспечивает высокую жаропрочность. В то же время большой вклад именно этого типа связи в общую связь обуславливает природную хрупкость интерметаллидов. Устранение хрупкости достигается путем специального легирования, снижающего долю ковалентной составляющей, или использования различных вариантов технологии изготовления.