Неметалические материалы

Неметаллы – простые вещества, не обладающие свойствами металлов: они не имеют металлического блеска, не ковки, плохие проводники тепла и электричества. Хотя резкой границы между металлами и неметаллами провести нельзя, к неметаллам принято относить 22 элемента. Из них при комнатной температуре в газообразном состоянии находятся: водород, азот, кислород, фтор, хлор, и инертные газы, в жидком состоянии – бром, в твёрдом – бор, углерод, кремний, фосфор, сера, мышьяк, селен, теллур, йод, астат. Различные химические соединения этих элементов, образуют целый класс неметаллических материалов.

Неметаллические конструкционные материалы широко используются в приборостроении для изготовления как ответственных, так и неответственных деталей различного функционального назначения. При этом их применение часто связано с возможностью эффективного использования ряда уникальных свойств, принадлежащих им, и которые делают их предпочтительными перед металлическими материалами.

Наиболее широко применяемыми в приборостроении неметаллическими материалами являются пластмассы, обладающие хорошими технологическими и эксплуатационными свойствами.

Основные эксплуатационные свойства пластмасс:

1. Малая плотность, обычно 0,9 – 2,3 г/см, т.е. в среднем пластмассы в два раза легче алюминия и в 5 – 8 раз легче черных и цветных металлов. Использование пластмасс позволяет существенно снизить вес конструкций.

2. Прочность и жесткость в широком диапазоне. Существуют так называемые жесткие пластики с модулем упругости Е > 10⁴ кГ/см², легкие с Е ≥ 2 ^. 10² кГ/см² и, наконец эластичные (эластики), с Е ≤ 2 ^. 10² кГ/см². Основное распространение имеют жесткие пластики; эластики применяют преимущественно для амортизации, уплотнений и прокладок. Большинство пластмасс имеют средние характеристики прочности. Так, предел прочности при растяжении текстолита σ = 8 – 10 кг/мм², в то время как для Стали 45 он составляет 60 кг/мм² . Зато стеклопластики могут иметь предел прочности 80 – 90 кг/мм² .

3. Высокая удельная прочность, т. е. прочность на единицу массы. Современные высокопрочные углепластики и стеклопластики имеют наивысшую удельную прочность, оставляя за собой титановые сплавы, высокопрочные стали и легкие сплавы.

4. Высокая химическая стойкость. Некоторые пластмассы (например, фторопласт – 4) обладают непревзойденной универсальной химической стойкостью.

5. Высокие антифрикционные свойства, которые обусловлены отсутствием химического сродства с металлами, и предотвращением заеданий, хорошей прирабатываемостью, самосмазываемостью ряда пластмасс и т. п.

6. Высокие фрикционные свойства ряда пластмасс. Эти пластмассы, в первую очередь фенопласты с асбестовым наполнителем, пресскомпозиции на основе асбеста и каучуков, являются высококачественными тормозными материалами. Они имеют высокий коэффициент трения (0,34 – 0,80), малый износ.

7. Красивый внешний вид, гладкая блестящая поверхность, возможность получения любой окраски с помощью специальных красящих добавок.

Пластмассы обладают рядом важных физических и электрических свойств, таких как низкая теплопроводность и электропроводность.

По назначению пластмассы можно разделить на следующие группы:

• конструкционные, в том числе высокой, средней и низкой прочности, теплостойкие, декоративно – отделочные и облицовочные;

• фрикционные и антифрикционные;

• звуко- и теплоизоляционные;

• антикоррозионные и стойкие к агрессивным средам;

• электротехнические.

Отдельные представители электротехнических пластмасс будут рассмотрены в разделе электроизоляционных материалов.

В приборостроении и точном машиностроении пластмассы используются для изготовления несущих корпусных деталей, шасси, корпусов приборов, зубчатых колес для относительно слабо нагруженных передач приводов точных приборов, например, звуковых приборов, киноаппаратуры и др.; для изготовления подшипников скольжения и качения, фрикционных деталей и упругих деталей муфт; для изготовления электроизоляционных крепежных изделий.

Пластмассовые материалы на основе синтетических смол (клей) широко используются для склеивания различных материалов, в том числе для особо ответственных соединений, применяют комбинированные соединения: клеезаклепочные, клеерезьбовые и клеесварные. Прочность таких соединений в 1,5 – 2 раза выше обычного.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация конструкционных материалов в приборостроении.

2. Черные металлы. Диаграмма состояния Fe-C.

3. Стальные материалы. Их химический состав и классификация.

4. Цветные металлы и сплавы на их основе. Медь, никель, титан.

5. Неметаллические конструкционные материалы.