- •Белгородский государственный университет Экономический факультет Кафедра экономики и управления на предприятии
- •Рабочая программа исциплины «материаловедение»
- •Цели и задачи дисциплины
- •Требования к уровню освоения содержания дисциплины
- •3. Объем дисциплины и виды учебной работы
- •Содержание разделов дисциплины
- •Использования материалов
- •4.1. Темы семинарских занятий
- •Тема: Неметаллические материалы
- •Экзаменационные вопросы по дисциплине «Материаловедение»:
- •7. Учебно-методическое обеспечение курса
- •7.1. Рекомендуемая литература (основная):
- •8. Форма итогового контроля
- •9. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
- •Учебно-практическое пособие Введение
- •Глава 1. Строение и основные свойства металлов
- •1.1.Кристаллическое строение твердых тел
- •1.2. Кристаллизация
- •1.3. Дефекты кристаллической решетки
- •1.3.1. Точечные дефекты
- •1.3.2. Линейные дефекты кристаллической решетки
- •1.3.3. Поверхностные дефекты
- •1.4. Методы изучения структуры металлов
- •Контрольные вопросы:
- •1.5. Свойства металлов и сплавов
- •1.5.1. Физические свойства
- •1.5.2. Химические свойства
- •1.5.3. Методы защиты от коррозии
- •1.5.4. Биокоррозия
- •Контрольные вопросы:
- •1.5.5. Механические свойства
- •1.5.6.Теоретическая и техническая прочность
- •1.5.7.Технологические и эксплутационные свойства
- •Эксплуатационные свойства определяют в зависимости от условий работы машины специальными испытаниями. Одним из важнейших эксплуатационных свойств является износостойкость.
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 2. Классификация материалов
- •Металлический тип связи характерен для более чем 80 элементов таблицы Менделеева.
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 3. Черные металлы и сплавы
- •3.1. Строение и свойства сплавов
- •Сплавы на основе железа. Компоненты и фазы системы железо - углерод
- •3.3. Основные типы диаграмм состояния
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 4. Углеродистые и легированные стали и чугуны
- •4.1.Конструкционные стали
- •4.1.1. Конструкционные углеродистые стали
- •4.1.2. Конструкционные легированные стали
- •4.1.3. Специальные легированные конструкционные стали
- •4.2. Инструментальные стали
- •4.3.Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •4.3. Чугуны
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 5. Термическая и химико-термическая обработка сплавов
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 6. Цветные металлы и сплавы
- •6.1.Алюминий и его сплавы
- •Алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные.
- •Контрольные вопросы:
- •6.2. Медь и ее сплавы
- •Медно-никелевые сплавы - это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим компонентом является никель - это куанали, мельхиор, нейзильбер, манганин, копель и т.Д.
- •Контрольные вопросы:
- •6.3. Никель и его сплавы
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 7. Неметаллические материалы
- •7.1.Высокомолекулярные соединения (Полимеры)
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.1. Пластмассы или пластики
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.2. Эластомеры (каучуки и резины)
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.3.Химические волокна
- •Контрольные вопросы:
- •Полимерные покрытия (пленкообразующие): лаки, эмали, краски, компаунды
- •Контрольные вопросы:
- •7.1.5. Пленкообразующие материалы: клеи и герметики
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 8. Керамические материалы
- •8.1.Строительная керамика
- •8.2. Огнеупорные керамические материалы
- •8.3. Кислотоупорные керамические соединения
- •8.4. Тонкая керамика
- •8.5. Керамика как облицовочный строительный материал
- •8.5.1.Керамические изделия, используемые в декоративной отделке зданий и сооружений
- •8.5.2. Виды керамической плитки
- •8.6. Керамическая черепица
- •8.7. Вяжущие вещества
- •Кислотоcтойкие вяжущие вещества. Эти вещества разделяются на кислотоупорные цементы и замазки.
- •8.8. Стекло
- •8.8.1. Ситаллы
- •Глава 9. Композиционные материалы
- •9.1. Композиционные материалы с металлической матрицей
- •9.2.Композиционные материалы с неметаллической матрицей
- •9.3. Композиционные материалы в строительстве.
- •Глоссарий
- •Глава 1. Строение и основные свойства металлов
- •1.1.Кристаллическое строение твердых тел 12
- •1.2. Кристаллизация 14
- •Глава 2 . Классификация материалов 40
- •Глава 3 . Черные металлы и сплавы 45
- •Глава 4. Углеродистые и легированные стали и чугуны 57
- •7.1.1.Пластмассы или пластики 115
- •7.1.5 Пленкообразующие материалы: клеи и герметики 148
- •8.5. Керамика как облицовочный строительный материал 166
- •Глава 9. Композиционные материалы. 188
8.8.1. Ситаллы
Ситаллы представляют собой стеклокристаллические (микрокристаллические) материалы, получаемые путем направленной (катализированной) кристаллизации стекол специальных составов, протекающей в объеме заранее отформованного изделия. Ситаллы состоят из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределенных в стекловидной фазе.
Ситаллы — это относительно новые силикатные материалы (60-х года XX столетия), обладающие высокой термической, коррозионной стойкостью и механической прочностью. Ситаллы получаются из стекла полной или частичной его кристаллизацией, шлакоситаллы — из металлургических шлаков в жидкотекучем состоянии с добавкой катализаторов. Термин предложен И.И. Китайгородским и происходит от сочетания слов «стекло (силикат)» и «кристалл». От стекла ситаллы отличаются минералогическим составом и микрокристаллическим строением.
Главная особенность ситаллов - тонкозернистая равномерная стеклокристаллическая структура, обусловливающая сочетание высокой твердости и механической прочности с отличными электроизоляционными свойствами, высокой температурой размягчения, хорошей термической и химической стойкостью.
Ситаллы имеют мелкокристаллическую структуру с размерами кристал-лов менее 1 мкм. Содержание кристаллической фазы в них достигает 96%, а аморфной фазы не более 50% .
Состав ситаллов весьма разнообразен: наиболее распространены литиевые ситаллы Li2O—Аl2Оз—SiO2, отличающиеся высокой термостойкостью и малым коэффициентом термического расширения; магниевые ситаллы МgО—Аl2Оз—SiO2, обладающие, помимо этих свойств, оптической и радиопрозрачностью, кальциевые, цинковые, кадмиевые и марганцевые ситаллы состава: Ме—Аl2Оз—SiO2, где Ме = Са, Zn, Сd, Мn, характеризующиеся высокой диэлектрической постоянной, термостойкостью и прозрачностью для видимого и инфракрасного излучения.
Сырьем для производства ситаллов служат горные породы, металлургические и топливные шлаки, отходы стекольного производства. Кристаллизация стекла в производстве ситаллов осуществляется из расплавленной стекломассы определенного химического состава, в которой для создания центров кристаллизации присутствуют катализаторы. Катализаторами кристаллизации служат металлы (Аg, Аu, Сu, Рt) в коллоидно-дисперсном состоянии, которые выделяются в стекле в результате облучения изделий радиацией (фотоситаллы), а также фториды и фосфаты щелочных и щелочноземельных металлов, двуокись титана и другие (термоситаллы). В результате такой термообработки получаются изделия кристаллического строения (до 95% кристаллической фазы).
Из этой массы получают изделия, которые находятся при охлаждении в стеклообразном состоянии.
При повторном их нагревании до температуры стеклования (400-600° С) в стекле возникают зародыши кристаллизации (кристаллы катализатора); зародыши растут до определенных размеров, образуя центры кристаллизации для других фаз, выделяющихся при дальнейшем нагревании изделий. Термическую обработку проводят в две стадии при 500-700 и 900-1000° С.
Ситаллы имеют высокую температуру размягчения 900—1000° С. Для них характерны высокая (до 1450°С) температура плавления, малая пористость и газонепроницаемость, химическая и термическая стойкость. Ситаллы стойки в щелочах, во всех кислотах, кроме плавиковой. Для ситаллов характерна высокая твердость и механическая прочность. По механическим свойствам ситаллы превосходят сталь, уступая ей лишь в отношении ударной вязкости, по которой некоторые образцы (пирокам) девять раз превосходят стекла, имеют малый коэффициент термического расширения, износоустойчивость и выдерживают резкие колебания температур (до 1000° С).
Ситаллы имеют низкие диэлектрические потери при высоких частотах и температурах, высокую диэлектрическую постоянную при высоких частотах, поэтому применяются для изготовления изоляторов. Из ситаллов изготовляют обтекатели управляемых снарядов, трубы диаметром от 3 до 100 мм, подшипники, работающие без смазки при 540° С; поршни и цилиндры двигателей внутреннего сгорания, футеровку мельниц, резцы, буры и т. п.
Ситаллы и шлакоситаллы применяют для изготовления строительных деталей (плитки, ступени, подоконники), труб, подшипников, работающих без смазки до 500°С, поршней и цилиндров двигателей внутреннего сгорания, режущих элементов буров, обкладки шаровых мельниц, обтекателей ракет.
Прозрачная посуда предназначена для микроволновых печей, непрозрачная - для любых нагревателей. ИК-прозрачный цветной ситалл для тонкостенных настилов (панелей) электропечей с различными типами нагревателей, поддонов для микроволновых печей, смотровых окон бытовых каминов обладает высокой термостойкостью, низкой тепловой инертностью, высокой химической стойкостью.
В ситаллах, изготовленных из светочувствительных стекол, получают непрозрачные белые или цветные трехмерные изображения. Различная растворимость кристаллической и прозрачной стекловидной фаз открывает возможности получения выпуклого изображения и производства из фотоситаллов технических изделий с сеткой прецизионно выполненных отверстий любого сечения.
Термическая устойчивость ситаллов обеспечивается очень небольшими, а иногда и коэффициентом термического расширения. Оптическое кварцевое стекло может быть заменено прозрачными ситаллами, которые имеют перед ним то преимущество, что в силу малых коэффициентов теплового расширения оно не чувствительно к тепловым ударам.
Фотоситаллы получают их стекол литиевой системы с добавлением специальных коллоидных красителей. Фотохимический процесс протекает при облучении стекла ультрафиолетом или рентгеновскими лучами, при этом внешний вид стекла не изменяется. Фотоситаллы используются для получения фотоизображения. Их разрешающая способность гораздо выше фотоэмульсий.
Шлакоситаллы, разработанные в СССР под руководством проф. И. И. Китайгородского, могут широко использоваться в машиностроении, приборостроении, строительстве.
Стеклокермические изделия изготовляются отливкой, прессованием, прокатом, центробежным литьем, вытягиванием, выдуванием, т. е. теми же способами, что и изделия из обычного стекла.