Основы материаловедения.

Вещество может удовлетворять и не удовлетворять разным назначениям. И в то же время назначения материала может обеспечиваться разными материалами.

Материалы и вещества характеризуются:

• Составом (т. е. содержанием);

• Структурой (форма организации содержания);

• Свойствами (признаками, показателями, указывающими на особенности данного объекта или материала для него).

Из этой триады 3-тье свойство является как сочетание первых двух. Поэтому свойствами материалов можно управлять следующими способами:

1. изменяя состав материала (состав – совокупность однородных либо разнородных частиц из которых состоит материал);

2. изменяя структуру материала, т. е. характер упорядоченности частиц материала (микроструктура) либо отдельных составных частей материала, а также областей с характерными свойствами (макроструктура).

В первом случае:

1. можно направленно влиять на все показатели свойств материалов;

2. этот способ даёт неограниченные возможности для создания новых материалов, т. к. комбинации веществ и материалов неисчерпаемы;

3. в результате добавок незначительных количеств других веществ, свойства материалов могут существенно измениться (зависимость нелинейная).

Недостатки: длительные дорогие исследования из-за многофакторности эксперимента; возможно ухудшение других свойств, поэтому всегда требуется поиск оптимума; засекреченность разработок задачи решается многократно.

Во втором случае.

Достоинства:

1. меняя структуру можно менять большинство свойств материалов, состав которых нельзя менять;

2. переход от одного типа структуры к другому чаще всего обратим, что используется при получении различных полимерных покрытий, а также при избавлении от дефектов структуры.

Недостатки:

1. не все свойства зависят от структуры;

2. кроме нудных свойств могут изменяться другие;

3. технологически этот способ сложен и требует энергетических затрат.

Наиболее эффективны воздействия на макроструктуру, по которыми понимают характер формирования отдельных областей в материале, размеры которых превышают размеры молекул, а которые имеют специальные свойства. В этом смысле говорят о …………. Структуре (ферромагнитных и синтетических материалов), а пористой, сплошной структуре, волокнистой, поликристаллической. При этом свойства материала зависят не от типа структуры, но от размеров и формы структурных образований.

Вопросы старения

• естественное;

• искусственное.

В общем случае под старением принято понимать изменение свойств материала во времени. С точки зрения стабильности поведения материала различают два вида изменения свойств: обратимые и необратимые.

Для серийноспособной технологии нужны высокостабильные материалы.

1-й вид изменения свойств длится, пока действуют вызвавшие их факторы, затем свойства возвращаются в исходное состояние, разработчики выбирают те материалы, которые, взаимодействуя с ТС, имеют полностью обратимые изменения их свойств.

Для 2-ой группы свойства материала меняются и остаются изменёнными после прекращения фактора. Сюда относят и старение материала. Необратимость чаще всего описывается экспоненциальной функцией от времени действия фактора.

Скорость старения зависит от свойств и структуры материала; интенсивности действия различных факторов, вызывающих это старение. Физическая сущность старения сложна, и для любого материала она может быть разной. Для неорганических материалов, старение может быть обусловлено термодинамической неравновесностью исходного состояния в условиях достаточной диффузионной подвижности частиц. Кроме того, причины старения могут быть связаны со структурными дефектами в материалах.

Под естественным старением понимают старение под действием факторов ВС и (или) ОС (старение в естественных условиях).

Под искусственным старением понимают технологическую операцию, направленную на изменение определённых свойств материалов с помощью ТС. Такие операции называются: стабилизирующий отжиг, закалка.

В МЭ все плёночные материалы после их формирования, подвергают стабилизирующему отжигу в разных средах, в зависимости от целевого назначения старения, при этом обязательно выдерживают температуру выше комнатной.

Термоотжиг: (100 – 500)ºС.

При искусственном старении происходят процессы: окисление по границам зёрен, если нужно повысить плотность; структурирование плёнок (упорядочение, уплотнение структуры за счёт роста зёрен и изменения их ориентации); рекристаллизация зёрен.

Органические материалы старятся быстрее в естественных условиях, при этом стабилизация параметров приобретает более важное значение, чем для неорганических.

Стабилизация, как технологическая операция, направлена на приведение устойчивого состояния или его поддержание в материале во время всего жизненного цикла изделия, поэтому в полимеры вводят стабилизаторы в виде неорганических (реже) и органических (чаще) ингибиторов (вещества замедляющие протекание химической реакции).

Ингибиторы различают по группам:

• антиоксиданты, взаимодействуют с О₂ раньше, чем основные группы полимеров или создают барьер к проникновению О₂ ;

• термостабилизаторы (препятствуют деструкции полимеров), окислы Ме, металлоорганические соединения, препятствуют ослаблению связи в структуре;

• антиозоленты (против действия О₃) – взаимодействуют с озоном, либо создают барьер в составе полимера;

• светостабилизаторы: производные бензолфинола либо эфиросалициловой кислоты, сажа – поглощение излучения либо тормозящие деструкцию вещества;

• антирады: ингибиторы радиационного старения, поглощение либо отражение.

Требования к ингибиторам:

• диспергируют в полимерах однородно;

• не мигрируют и не скапливаются;

• низкая летучесть;

• не влияют на технологические режимы и свойства изделий;

• содержание в пределах (0,1 – 3)%

в группах ингибиторов содержится смысл, раскрывающий причины старения полимеров: окислительные процессы, разрыв связей, перераспределение связей, образование новых связей, трансмутационные эффекты.

С точки зрения жизненного цикла изделия, воздействующие факторы можно разбить на три группы:

1. действует на этапе производства (технологические факторы);

2. действует в период хранения частично или полностью изготовленного изделия (микроклиматические, механические);

3. действуют в период эксплуатации (макроскопические – внешняя среда, микроскопические – внутренняя среда, а также факторы, связанные с функциональными особенностями).