- •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).
6.3.4. Силицидная керамика.
Силициды – это соединения кремния с металлами в основном 1V – V1 групп Периодической системы элементов Д.И.Менделеева. Каждый из силицидов кристаллизуется в нескольких кристаллических модификациях. Они образуют сложные цепочечные, слоистые и каркасные структуры и не образуют металлоподобных фаз внедрения. Силициды имеют умеренные температуры плавления или разложения, оС: Ti5Si3 – 2120; ZrSi – 2045; TaSi2 – 2400; HfSi – 2100; MoSi2 – 2030. Они обладают большой теплопроводностью и, соответственно, хорошей стойкостью к термоударам. КЛТР некоторых силицидов, например МоSi2, сравнимы с КЛТР металлов, некоторые силициды, например V3Si, Mo3Si, W5Si3 и ThSi2, представляют интерес как сверхпроводники, причём V3Si является одним из немногих материалов с относительно высокой температурой перехода в сверхпроводящее состояние – около 17 К.
МоSi2 применяют для изготовления нагревательных элементов электрических печей. Это обусловлено сравнительно низким удельным объёмным сопротивлением rv и слабоположительным ТКrv , электронной проводимостью дырочного типа. Необходимое электросопротивление получают с помощью добавок SiO2 и Аl2O3. В процессе работы таких нагревателей на поверхности МоSi2 образуется плёнка из SiO2, которая предотвращает дальнейшее окисление по всему объёму нагревателя. Выше 1700 оС эта плёнка разрушается, что ограничивает температурный предел эксплуатации.
Некоторые силициды проявляют полупроводниковые свойства. Например, ReSi2 является высокотемпературным полупроводником. Ряд силицидов используют для изготовления термопар.
6.4. Конденсаторная керамика - на основе диоксида титана, титанатов, цирконатов и других соединений с подобными свойствами.
В современной высокочастотной технике успешно применяют керамические конденсаторы, изготавливаемые на основе диоксида титана ТiO2 (рутил). Исходные массы для производства конденсаторной керамики содержат также оксиды других металлов. Меняя соотношение между этими оксидами, регулируют свойства керамики: её диэлектрическую проницаемость e, тангенс угла диэлектрических потерь tgd и др. При спекании ТiO2 с другими оксидами часто протекают химические реакции, приводящие к образованию титанатов. Некоторые титанаты обладают очень большими значениями диэлектрической проницаемости и проявляют сегнетоэлектрическими и пьезоэлектрическими свойствами. Некоторые свойства конденсаторной керамики этого типа представлены в таблицах 8 и 9.
Таблица 8
Свойства конденсаторной керамики с низкой диэлектрической проницаемостью.
Материал |
e |
ТКe . 108 |
tgd. 106 (1МГц) |
Титанат магния МgTiO3 |
15 |
200 |
1,5 |
Титанат магния и стронция (твёрдый раствор) MgxSr1-xTiO3 |
30 |
100 – 150 |
3 |
Рутил ТiO2 и плавень |
75 |
- 750 |
5 |
Рутил ТiO2 + титанат кальция СаТiО3 + плавень |
120 – 160 |
-2200 - -3300 |
5 |
Таблица 9.
Свойства конденсаторной керамики с высокой диэлектрической проницаемостью.
Материал |
e |
Титанат бария и стронция ВахSr1-xTiO3 (твёрдый раствор) + плавень. |
1000 - 2000 |
Титанат бария ВаТiО3 + цирконат кальция СаZrO3 + кремнезёмный плавень |
2000 - 3000 |
Титанат бария и церия ВахСе1-хТiO3 (твёрдый раствор) + редкоземельный плавень |
5000 - 6000 |
Титанат бария + цирконат кальция + редкоземельный плавень |
8000 - 10000 |
Таким образом, керамические материалы в отношении электрических свойств могут быть диэлектриками, ионными высокотемпературными проводниками, сверхпроводниками, полупроводниками. Некоторые разновидности керамики проявляют ферримагнетизм.