- •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).
6.3.1.2. Карбид бора в4с.
Бор и углерод способны образовывать несколько соединений: В13С2 - b-фаза (наибольшая твёрдость и химическая стойкость), В12С3 или В4С - b`-фаза (максимальная плотность), ВС2 и др. Применение в керамическом производстве получил В4С, получаемый, в частности, прямым синтезом из элементов: 4В + С = В4С. Плотность В4С = 2520 кг/м3 – одна из самых низких. Температура плавления В4С = 2450 оС, максимальная рабочая температура 1940 оС , модуль Юнга Е = 500 ГПа (для монокристалла Е = 750 ГПа), прочность при растяжении sр = 0,05 ГПа (для монокристалла sр = 0,1 – 0,2 ГПа), при сжатии – 1,28 ГПа, ТКЛР = (4,7 – 7,1).10-6 К, удельная теплоёмкость с = 1,5.10-3 Дж/кг.К, теплопроводность l = 17 – 35 Вт/(м.К), микротвёрдость = 40 – 50 ГПа – это выше, чем у карбида кремния, но ниже, чем у алмаза. Керамика на основе карбида бора применяется для изготовления режущего инструмента, в атомной энергетике, в частности, в термоядерных реакторах Токамак (имеет низкую наведённую радиацию)
6.3.1.3. Керамика на основе карбидов d – элементов.
Карбиды этих элементов имеют высокую температуру плавления, высокую твёрдость и плотность. Наивысшую температуру плавления из всех известных исходных продуктов керамических материалов имеет карбид гафния НfС = 4150 оС. Следующими идут карбид тантала ТаС с Тпл 3850 оС, карбид циркония ZrC с Тпл = 3520 о С и карбид ниобия NbC с Тпл = 3500 оС. Они пригодны для изготовления тиглей, в которых можно плавить самый тугоплавкий металл W, имеющий Тпл = 3370 оС. Твёрдость НfС и ТаС приближается к твёрдости алмаза – по шкале Мооса 9 – 10, твёрдость ZrC и NbC несколько ниже – 8 – 9. Их применение определяется высокой нагревостойкостью и твёрдостью.
6.3.2. Нитридная керамика.
Нитриды – это обширный класс соединений металлов и неметаллов с азотом, имеющих общую формулу МnNm. Как правило, они представляют собой «фазы внедрения», обладают металлическим блеском, электропроводностью и большой твёрдостью. Вместе с тем, известны нитриды, являющиеся диэлектриками, имеющими слоистую цепочечную структуру.
Для изготовления керамики используется нитрид бора ВN, нитрид алюминия AlN и нитрид кремния Si3N.
6.3.2.1. Нитрид бора образует три кристаллические модификации: a-ВN (гексагональный), b-ВN (кубический) и g-BN (гексагональный плотноупакованный). a-ВN обладает графитоподобной структурой, близкими механическими свойствами, поэтому часто его называют “белым графитом” или “белой сажей”. Он часто используется как наполнитель резин и пластмасс, как сырьё для синтеза порошков кубического нитрида бора. Кубический b-ВN («боразон», «эльбор») обладает высокой твёрдостью и является основным компонентом при производстве абразивного и режущего инструмента, для изготовления специальной керамики (ракетная техника) и др.
Для получения керамики чаще используют a-ВN. Горячее прессование проводят при 1800 – 1900 оС и давлении 30 – 40 МПа в среде азота. Такая керамика имеет достаточно высокую теплопроводность – 55 Вт/м.К, e = 4,2, tgd = 4.10-4, rv = 1 – 100.1013 Ом.см.