ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ В МАТЕРИАЛАХ

Металлическая связь

обусловлена большой концентрацией свободных электронов,- + - + образующих- + - + - + «электронный- + - + - + - газ»,+ - +в - +

Энергия металлической связи составляет 0,1…0,4 МД

+ + + + + + + + + + +

-

- При металлической связи большое число и «обобществленность» свободных электронов обусловливают высокую электропроводность и теплопроводность металлов,

отражение ими электромагнитного поля (блеск и непрозрачность), пластичность

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ В МАТЕРИАЛАХ

Ионная связь

обусловлена передачей валентных электронов одного атома другому и образованием вследствие этого положительного и отрицательного ионов,Cl взаимоудерживаемых электростатическими «кулоновскими» силами

Энергия ионной связи составляет 1 МДж/моль

Na Материалы с ионной связью хорошо растворяются в

воде, поглощают инфракрасные лучи, имеют+ малую электропроводность при низких температурах и заметную – при высоких

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ В МАТЕРИАЛАХ

Межмолекулярная связь (Ван-дер-Ваальса)

определяется взаимодействием поляризованных молекул или мгновенных полярных диполей.

Энергия связи Ван-дер-Ваальса составляет 0,001 МДж/моль

Материалы с межмолекулярной связью имеют малую механическую прочность, низкую или неопределенную температуру плавления, сильную сжимаемость

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ В МАТЕРИАЛАХ

Виды химической связи и особенности строения вещества определяют его диэлектрическую проницаемость

1.5. Композиционные материалы.

Композиционные материалы

Здесь также следует выделить целый громадный класс материалов не по признаку их функционирования, а по составу. Это композиционные материалы.

Композиционные материалы - материалы, состоящие из нескольких компонент, выполняющих разные функции, причем между компонентами существуют границы раздела.

Примеры композиционных материалов - стеклопластик (стержни и трубы), стеклотекстолит листовой, материалы для контактов (смеси электропроводного и тугоплавкого металлов). бетон, текстолит, гетинакс, эком, бетэл, вилит, резина, стеклопластик, магнитодиэлектрики и т. д.

Сочетание двух или более материалов позволяет использовать сильные стороны каждого из материалов. В ряде случаев улучшаются характеристики, либо появляется материал с принципиально новыми характеристиками. Рассмотрим, например стеклопластик. Он состоит из волокон стекловолокна, пропитанных полимером, обычно эпоксидным полимером.

Структуры композиционных материалов

Композиционные материалы

Здесь нужно ввести еще два понятия о структуре. Существуют две принципиально различные структуры: матричная и взаимопроникающая.

Структура является матричной, если по одному из компонентов можно попасть в любую точку этого компонента, не пересекая границ раздела компонент.

Например, частички сажи в полиэтилене. Полиэтилен является матрицей, частички сажи - наполнителем. Другой пример - молоко. Вода является дисперсионной средой, микрокапельки жира в ней - дисперсной фазой.

Структура называется взаимопроникающей, если не выполняется условие матричности и геометрические характеристики обоих компонентов (форма частиц) одинаковы .

Например, материал, приготовленный методами порошковой металлургии, когда смешивают два, или несколько разных порошков и полученную смесь прессуют.

Матричные структуры

Композиционные материалы

Матричные структуры. Расчет электрических характеристик гетерогенных систем достаточно точен в случае разбавленных суспензий. При достаточно больших концентрациях, и при большом различии параметров компонентов практически все известные выражения непригодны.

Наиболее правдоподобно описывает зависимости формула Нильсена, которая предложена для описания наполненных полимеров. Для случая наполнитель - керамика с диэлектрической проницаемостью к, а матрица - жидкость с диэлектрической проницаемостью ж формулу Нильсена можно написать в виде

где Vк -объемная доля керамики, А - характеризует форму частиц, А=1.5 для сфер, А=3 для частичек нерегулярной формы с минимальной поверхностью, А=4 для пластинок и чешуек различной формы. Pm - максимально возможная объемная доля твердой фазы, характеризующая укладку и форму частиц.

Взаимопроникающие структуры

Композиционные материалы

До концентрации 50-55% формула Нильсена дает блестящее совпадение с экспериментом. Причем это проверено на ряде жидкостей, начиная с трансформаторного масла и заканчивая сульфоланом. После 50-55% формула Нильсена начинает давать значения, большие чем зарегистрировано в эксперименте.

Взаимопроникающие структуры. Для этого случая также предложено большое количество выражений. Наиболее популярна формула Лихтенеккера

= 1v1 2(1-v1)

Видно, что в этой формуле оба компонента равноправны.

Более сложные виды структур (волокнистые, тканые наполнители) мы не рассматриваем.