- •Москва 2010 Оглавление
- •1. Введение.
- •2. Структура твёрдых тел.
- •2.1. Механизм кристаллизации.
- •2.2. Термодинамика кристаллизации.
- •2.3. Правило фаз Гиббса, фазовые диаграммы.
- •2.4. Процессы структурообразования.
- •2.5. Надмолекулярная структура полимеров.
- •3. Основные свойства материалов.
- •3.1. Механические свойства материалов.
- •3.1.1. Особенности структуры и свойств полимерных материалов.
- •3.2. Теплофизические свойства материалов.
- •3.2.1. Теплоёмкость.
- •3.2.2. Теплопроводность.
- •3.2.3. Температуропроводность
- •3.2.4. Тепловое расширение.
- •3.2.5.Температуры фазовых переходов.
- •3.3. Электрические свойства.
- •3.3.1. Проводники, полупроводники и диэлектрики.
- •3.3.2. Основные электрические характеристики материалов.
- •Эта величина носит название температурный коэффициент диэлектрической проницаемости.
- •3.4. Магнитные свойства материалов.
- •4. Металлические материалы.
- •4.1. Сплавы железо – углерод
- •4.2. Легированные стали.
- •4.3. Термическая и химико-термическая обработка металлов.
- •4.3. Металлические проводниковые материалы.
- •4.3.1. Материалы высокой проводимости.
- •4.3.2. Материалы высокого удельного сопротивления.
- •Металлические материалы для приборов измерения температуры, основанных на тепловом расширении веществ.
- •4.4. Сверхпроводники и криопроводники.
- •4.5. Металлические магнитные материалы.
- •5. Диэлектрические материалы.
- •5.1. Стёкла, ситаллы.
- •5.2. Ситаллы.
- •5.3. Техническая керамика.
- •6.1. Традиционная электротехническая керамика.
- •6.2. Оксидная керамика
- •6.2.1. Керамика на основе ВеО (брокерит, броммелитовая керамика).
- •6.2.2. Керамика на основе МgО (периклазовая керамика).
- •6.2.3. Керамика из оксида алюминия – корундовая керамика.
- •6.2.4. Кварцевая керамика.
- •6.2.5. Керамика из диоксида циркония ZrO2
- •6.2.6. Керамика из оксида иттрия y2o3.
- •6.3. Керамика из бескислородных соединений.
- •6.3.1. Карбиды и карбидная керамика
- •6.3.1.1. Керамика на основе карбида кремния.
- •6.3.1.2. Карбид бора в4с.
- •6.3.1.3. Керамика на основе карбидов d – элементов.
- •6.3.2. Нитридная керамика.
- •6.3.2.2. Нитрид алюминия.
- •6.3.2.3. Керамика на основе нитрида кремния Si3n4
- •6.3.3. Боридная керамика.
- •6.3.4. Силицидная керамика.
- •6.4. Конденсаторная керамика - на основе диоксида титана, титанатов, цирконатов и других соединений с подобными свойствами.
- •6.5. Магнитная керамика
- •7. Полимерные материалы
- •7.1. Термопластичные полимеры.
- •7.1.1. Полиэтилен (пэ).
- •7.1.3. Полистирол (пс)
- •7.1.4. Полиметилметакрилат (пмма).
- •7.1.5. Поливинилхлорид (пвх).
- •7.1.6. Фторопласты.
- •7.1.9. Полиуретаны (пу).
- •7.1.10. Полиимиды (пи).
- •7.1.11. Эфиры целлюлозы (этролы, целлулоид).
- •7.2. Термореактивные полимеры – реактопласты.
- •7.2.1 Фенопласты.
- •7.2.2. Аминопласты (карбамидные пластики).
- •7.2.3. Эпоксидные смолы.
- •7.2.4. Ненасыщенные полиэфирные смолы (пн).
- •7.2.5. Эластомеры (каучуки и резины).
- •7.3. Герметики
- •7.3.1. Вулканизирующиеся, отверждаемые герметики (ог).
- •7.3.2. Высыхающие герметики (вг).
- •7.4. Тепло- и термостойкие полимеры.
- •7.4.1. Карбоциклические полимеры и связующие.
- •7.4.2. Гетероциклические полимеры и связующие.
- •7.5. Полимерные композиционные материалы (пкм).
- •7.6. Полимеры со специфическими свойствами
- •7.6.1. Полимеры со специфическими электрическими свойствами
- •7.6.1.1. Антистатические полимерные материалы.
- •7.6.1.2. Полимерные электреты.
- •7.6.1.3. Полимерные полупроводники и проводники.
- •7.6.2. Флуоресцирующие полимеры.
- •7.6.3. Оптические полимеры.
- •7.6.4. Светочувствительные полимерные материалы.
- •7.6.5. Ионнообменные полимеры.
- •7.6.6. Биодеструктируемые полимеры.
- •7.6.7. Полимерные материалы триботехнического назначения.
- •8. Углеродные материалы и композиции.
- •8.1. Углеродные волокна (ув).
- •8.2. Углепластики (уп).
- •8.3. Композиционные материалы на основе ув и углеродной матрицы
- •9. Полупроводниковые материалы.
- •9.1. Элементарные полупроводники.
- •9.2. Полупроводниковые соединения.
- •10. Технология конструкционных материалов.
- •10.1. Технология металлических материалов.
- •10.1.1. Характеристика литейного произвдства.
- •10.1.2. Обработка металлов давлением (омд).
- •10.1.2.1. Виды обработки металлов давлением.
- •10.1.3. Сварка и пайка металлов и сплавов.
- •10.2. Переработка полимерных материалов
- •10.3. Технология стеклянных материалов.
- •10.3.1. Вытягивание.
- •10.3.2. Прокат.
- •10.3.3. Растекание (флоат – способ).
- •10.3.4. Выдувание.
- •10.3.5. Прессование.
- •10.3.6. Центробежное формование.
- •10.4. Технология керамических материалов.
- •10.4.1. Прессование на механических прессах.
- •10.4.2. Гидростатическое прессование.
- •10.4.3. Литьё в пористые формы.
- •10.4.4 Формование способом выдавливания (пластический способ).
5.2. Ситаллы.
Как следует из вышеизложенного, стёкла даже в специальных условиях кристаллизуются чрезвычайно медленно. Вместе с тем, из этого не следует, что силикатное стекло не может быть получено в кристаллическом состоянии. Это, как правило, достигается введением специальных веществ, являющихся искусственными зародышами кристаллизации. Такие закристаллизованные стёкла называются ситаллами.
Ситаллы – это поликристаллические материалы, получаемые направленной кристаллизацией стекла. Термин «ситалл» образован путём сокращения слов силикат и кристалл. В США этот материал называется «пирокерам». По химическому составу ситаллы отличаются от стёкол тем, что они содержат «каталитические добавки». Эти добавки вызывают появление в стекле после специальной обработки огромного количества центров кристаллизации и тем самым создают условия для образования мелкокристаллической структуры.
Структура ситалла состоит из зёрен одной или нескольких кристаллических фаз, скреплённых стекловидными прослойками.
Свойства ситаллов определяются не столько химическим составом, сколько структурой кристаллических фаз. Фазовый состав кристаллов разнообразен. Это могут быть шпинели, рутил, кварц, кристобалит, кордиерит, перовскит и т.д. Фазовый состав зависит от условий проведения направленной кристаллизации, природы зародышей кристаллизации и состава стекла. Содержание кристаллической фазы в ситаллах зависит от условий кристаллизации и составляет от 30 до 95 %. Размер кристаллов как правило не превышает 1 – 2 мкм.
Такие физико-химические параметры ситаллов, как плотность, ТКЛР, теплопроводность, модуль упругости и диэлектрическая проницаемость обладают свойством аддитивности, т.е. зависят от свойств и содержания фаз. Например, диэлектрическая проницаемость ситаллов может быть рассчитана, исходя из логарифмического закона смешения.
Регулируя в процессе кристаллизации фазовый состав кристаллов и их количество можно создавать материалы с заранее заданными свойствами. Так, для получения конденсаторных ситаллов с высокой диэлектрической проницаемостью добиваются образования в них кристаллов с перовскитовой структурой, обладающей высокой e (титанаты бария, ниобаты и др.).
Такие свойства ситаллов, как жаропрочность, электропроводность, механическая прочность не подчиняются аддитивным закономерностям.
Электроизоляционные свойства ситаллов, как правило, превосходят свойства стёкол того же химического состава: ситаллы имеют более высокое rv и электрическую прочность, более низкий tgd.
В настоящее время синтезированы ситаллы с самыми разнообразными свойствами: химостойкие, термостойкие, обладающие близким к нулю ТКЛР, высокопрочные, электроизоляционные и др., превосходящие по свойствам лучшие марки стёкол и керамики. Также разнообразны и области применения ситаллов – от конструкционных и строительных материалов до микродеталей радиоэлектроники. В последнем случае важное значение имеют не только высокие электрические свойства ситаллов, но и их повышенная механическая прочность, возможность изменения в необходимых пределах ТКЛР, а также хорошая шлифуемость - до 14 класса чистоты.
В строительстве используют более дешёвые шлакоситаллы, получаемые из доменных шлаков с добавлением кварцевого стекла, глины, сульфата натрия и катализаторов кристаллизации. Они успешно заменяют такие облицовочные материалы, как керамику, мрамор, гранит. Высокая химическая устойчивость шлакоситаллов позволяет применять их в качестве материала, пригодного для эксплуатации в агрессивных средах: кислотах, щелочах, водных растворах различных солей взамен кислотоупорной керамики и плит из каменного литья.
Вопросы для самопроверки.
Какова фазовая структура ситаллов?
Каковы пути регулирования свойств ситаллов?
Области применения ситаллов.