Вплив умов кристалізації на структуру і властивості полікристалічних матеріалів. Сингонії форми кристалів.
Твердий стан характеризується стійкістю форми і об’єму. Частинки твердих тіл, завдяки сильній взаємодії, утворюють правильну впорядковану структуру, що відповідає мінімуму вільної енергії, а отже більш стійкій рівновазі. Чим більша вільна енергія системи, тим менш стійкою буде система. При переході від рідкого до твердого утворюється кристалічна решітка, виникають кристали. Такий процес називається кристалізацією. Полікристали складаються з багатьох кристалів, що мають різну орієнтацію, не зовсім правильної форми, тому що їхньому зростанню перешкоджають сусідні кристали.
Від умов кристалізації залежить розмір утворюваних кристалів. Великі кристали утворюються при дуже повільному і спокійному охолодженні насиченого при високій температурі розчину або при дуже повільному і спокійному його випарюванні. При швидкому охолодженні і інтенсивному перемішуванні насиченого розчину або при швидкому його випарюванні виникають дрібні кристали. Чим швидше охолодження й інтенсивніше перемішування розчину, тим дрібніші кристали.
Сингонії форми кристалів.
У
полікристалічному тілі окремі дрібні
кристали можна спостерігати під
мікроскопом. Розміри зерен у металах
і сплавах звичайно становить 10
-10
см
. Монокристали
мають форму багатогранників,
які володіють певною симетрією і за
ступенем симетрії поділяються на
класи і кристалічні системи або сингонії.
Розрізняють:
кубічну(правильну),
тетрагональну(призма,
піраміда), гексагональну(шестикутну)
та інші кристалічні системи, які
характеризуються співвідношенням
довжин ребер плоских граней і кутами
між гранями.
Класифікація і характеристика композиційних матеріалів.
Композиційними є штучні матеріали, які одержують сполученням хімічно різнорідних компонентів. Властивості композиційних матеріалів залежать від складу компонентів, їх сполучення, кількісного співвідношення і міцності зв’язку між ними. Для всіх композиційних матеріалів характерні: висока міцність і твердість, опір крихкому руйнуванню, жароміцність, термічна стабільність.
Всі композиційні матеріали поділяються: 1.за характером матриці: полімерні, вуглецеві, металеві; 2. за зміцнювачем: карбоволокнисті, тобто вуглепласти, що мають як зміцнюючий матеріал вуглецеві волокна; бороволокнисті – зміцнювачі у вигляді борних волокон; органоволокнисті – зміцнювачі у вигляді синтетичних волокон; метали – армовані волокна.
Карбоволокнисті матеріали – це композиції, що складаються із полімерного зміцнювача і зміцнювачів у вигляді вуглецевих волокон. Вуглецеві волокна одержують під час термообробки органічних волокон. Практичне застосування знайшли віскозні та поліакрилонітрильні волокна. Структура волокон – фібрильна. Кожна фібрила складається із стрічкоподібних мікро фібрил, розділених вузькими та довгими поздовжніми порами. За міцністю і твердістю ці волокна перевищують всі жаростійкі волокнисті матеріали. Висока енергія зв’язку С-С вуглецевих волокон дозволяє їм зберігати міцність при надто високих та низьких температурах. Як полімерні сполучники застосовуються епоксидні, фенол формальдегідні смоли.
1.карбоскловолокнити містять поряд з вуглецевими скляні волокна. Це знижує вартість матеріалу. Полімерні карбоволокнити використовуються у судно- , авіа-, та автомобілебудуванні. Із них виготовляють підшипники, спортивний інвентар, корпуси вагонів залізничного транспорту.
2. бороволокнити є композиціями, які складаються із полімерного сполучника і зміцнювача – борних вволокон. Борне волокно одержують осаджуванням бору із газової фази на поверхню розігрітого вольфрамового дроту. Зовнішня оболонка волокна складається із металевого бору, сердечник – із кристалічних боридів змінного складу. Як матриці використовують модифіковані епоксидні смоли. Бороволокнити стійкі до впливу проникної радіації, до дії води, органічних розчинників, паливно-мастильних матеріалів. Бороволокнити мають підвищену тепло- і електропровідність. Галузь використання: авіаційна та космічна техніка.
3. органоволокнити – композиційні матеріали, що складаються із полімерного з’єднувача і зміцнювачів у вигляді синтетичних волокон. Сполучними матеріалами є термореактивні смоли. Властивості: матеріал характеризується бездефектною структурою, пористість не перевищує 1 – 3 %. Тому під час перепадів температур, дії ударних та циклічних навантажень спостерігається стабільність механічних властивостей. Органоволокнити: стійкі в агресивних середовищах, характеризуються високими експлуатаційними властивостями, мають низьку теплопровідність, стабільно працюють при температурі 100 – 150 ºC. Галузь використання: застосовують як ізоляційні й конструкційні матеріали в електрорадіопромисловості, авіаційній техніці, з них виготовляють труби, ємкості для реактивів, покриття корпусів суден.
4. матеріали або сплави, армовані волокнами, належать також до композиційних матеріалів. Залежно від орієнтації волокон ці матеріали можуть бути анізотропними. Анізотропією і в подальшому міцність можна змінювати залежно від вибору волокон та їх укладання.
Зміцнювачами є волокна бору, вуглецеві волокна, ниткоподібні кристали тугоплавких сполучень, плавкий металевий дріт. Галузь використання: армовані волокнами метали, особливо алюмінієві, застосовуються в авіаційній та ракетній техніці.
Дисперсно зміцнені матеріали. До цього класу композиційних матеріалів належать матеріали та сплави, у структурі яких містяться високодисперсні частинки тугоплавких оксидів, нітридів, що хімічно не взаємодіють з матеріалом матриці і спеціально вводяться з метою підвищення міцності матеріалу. Зміцнення дисперсно зміцнених композиційних матеріалів залежить від властивостей матриці – чим вища її міцність, тим більша при всіх інших рівних умовах міцність матеріалу в цілому.
Дисперсно зміцнені композиційні матеріали найчастіше виготовляють методами порошкової металургії. Можливе одержання таких композиційних матеріалів і методом лиття. До числа найвідоміших дисперсно зміцнених матеріалів належать сплави типу: САП(спечена алюмінієва пудра), САС (спечені алюмінієві сплави).
Білет №21