3. Конструкційні матеріали. Армуючи волокна.

Конструкційними матеріалами називають, призначені для виготовлення деталей машин, приладів, конструкції, що піддаються механічним навантаженням. Вимоги, що ставляться до конструкційних матеріалів, класифікуються на експлуатаційні, технологічні та економічні. Експлуатаційні вимоги характеризуються конструкційною міцністю, до якої входить комплекс механічних властивостей, що забезпечують надійну довговічну роботу матеріалу в умовах експлуатації.

Необхідні характеристики механічних властивостей матеріалу для конкурентного виробу залежать як від діючих на нього силових факторів, так і від робочого середовища і температури.

Технологічні вимоги до матеріалів спрямовані на забезпечення найменшої трудомісткості виготовлення конструкцій. Технологічність визначається можливістю обробки різанням, тиском, литтям, зварюванням, схильністю до деформації при термічній обробці. Від технологічності матеріалу залежать якість виготовлення деталей, конструкцій, продуктивність. Економічні вимоги ставляться до вартості й доступності матеріалів. Так, сталі та сплави повинні містити мінімальну кількість легуючих елементів. Використання матеріалів, що містять легуючі елементи, повинно обумовлюватись підвищенням експлуатаційних властивостей деталей.

До конструкційних відносяться: сталь, конструкційна кераміка, кераміка на основі полікристалічного тетрагонельного діоксиду цирконію, кераміка одержана з суміші оксидів цирконію та алюмінію (йде на виготовлення лопаток для турбін), неметалеві матеріали на основі алмазів, алмазоподібних карбідів, нітридів і боридів металів; реакційно-звязаний карбід кремнію (для ущільнення клапанів підшипників насосів для виготовлення автомобільних газових турбін); дисперснозміцнені матеріали; дисперснозміцнені композиційні сплави на нікелевій основі; матеріали з нікелідами ніобію або алюмінію (мають шарувату структуру).

Армуючі волокна:скляне волокно (грубе), середній діаметр волокна 45 мкм; тонке скловолокно, середній діаметр волокна 7 мкм; надтонке скловолокно, середній діаметрволокна 1 мкм; азбестове волокно (алюиоборосилікатне, із вмістом титану, магнійалюмо силікатне, кварцове) волокна (карбід кремнію, оксид амонію, діоксид кремнію, берилій, вольфрам, титан, сталь).

Білет №5

1. Типи хімічного зв’язку в кристалах. Вплив типу хімічного зв’язку на структуру і властивості кристалів.

Усі кристали за характером зв’язку, що привалює: -молекулярні, -ковалентні, -металічні, -йонні.

Молекулярні зв’язки. В них переважають сили Ван-дер-Вальса , які можуть виникати між будь-якими молекулярними частинками. В кристалах, інертних газах зв’язок В. єдина і визначає структуру і властивості кристала. Сили В. не мають направленого характеру, так як миттєво створюють диполь з кожним сусіднім атомом. Енергія зв’язку В. невелика, тому у молекул кристала низькі температури плавлення та випаровування. Багато молекул кристала при нормальних умовах – гази. Молекули, кристали – діелектрики. Так як кристал побудований із єлектрично напрямлених атомів і молекул, у котрих енергетичні зони повністю розбудовані. Енергія тяжіння сил В. проявляється з: орієнтаційного, індукційного, дисперсного взаємодій. Чим менша відстань між взаємодіючими молекулами, тим більша енергія сил В. Сили В. характеризуються тим, що вони діють на відстані 2,75-6 А (ангестрен). Ця міцність визначається енергією зв’язку і оцінюється 3-5 ккол/моль. Від цих сил залежать всі механічні показники властивостей речовин і матеріалів. Силами В.обумовлюється саме існування рідини і молекулярних кристалів, поверхневі явища, а саме адсорбція. Макромолекула волокон характеризується ланцюговою будовою, у ній присутній водневий зв’язок, тобто нехімічний водневий зв’язок. Водневі зв. діють на меншій відстані ніж сили В. Їх енергетичні зв. оцінюються в 6-10 ккол/моль, тобто в 2 рази більше ніж сили В. Наявність водневого зв. обумовлює в’язкість і тягучість розчинів і розплавів волокнообразуючих полімерів.

Ковалентні зв’язки. В цих зв’язках переважає ковалентний тип зв’язку. До таких кристалів відносяться елементи 4, 5, 6 груп підгрупи В. У цих елементів переважають неметалічні властивості, так як присутній великий потенціал іонізації. Вступаючи у взаємозв’язок з елементами інших груп, атоми відбирають електрони, добудовуючи свою валентну зону, ковалентні зони утворюють атоми вуглецю, кремнію, германію. У зв’язку з великим енергетичним зв’язком кристали характеризуються високими температурами плавлення (у алмазу= 5000°С). До ковалентних кристалів відносяться багато складних кристалічний речовин, які складаються з різнорідних атомів ( карбід кремнію, нітрит алюмінія).

Металічні кристали – це кристали з металічним типом з металічним типом зв’язку всіх підгруп А і …, вони електропозитивні, бо мають малий потенціал іонізації. При взаємодії з елементами інших груп атоми легко віддають свої валентні електрони, передвоюючись в позитивно заряджений іон. Металічний зв'язок не напрямлений, так як кожний атом намагається притягнути до себе як можливо більше атомів. У зв’язку з цим являється високе координаційне число і велика компактність кристалічних структур. Серед металів і деяких неметалів поширене явище – поліморфізм – здатність в твердому стані при різних температурах чи тиску мати різні типи кристалічної структури. Ці кристалічні структури називаються алотропними видозмінами.

Іонні кристали. В складних кристалах, які складаються з елементів різних валентностей, можливе утворення іонного зв’язку. При зближенні атомів і перекриттю валентних енергетичних зон, між елементами відбувається перерозподіл електронів. Електропозитивний елемент втрачає валентні електрони, перетворюючись в позитивно заряджений іон, а електронегативний елемент набуває його, добудовуючи валентну зону. Представники цієї групи FeO , решітка якого складається з негативно заряджених іонів O₂ і іона Fe.