- •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).
7.1.3. Полистирол (пс)
Наиболее распространённый ПС получают радикальной полимеризацией стирола. Промышленность выпускает суспензионный, эмульсионный и блочный полистирол. ПС - жёсткий, оптически прозрачный аморфный термопласт с плотностью 1050 – 1080 кг/м3. ПС имеет Тс = +100 оС и при обычных условиях находится в стеклообразном состоянии. Это обусловливает высокую температурную стабильность диэлектрических свойств. ПС - высокочастотный диэлектрик, в виде плёнки используется в конденсаторостроении. Из ПС изготавливают различные детали, в том числе окрашенные светотехнические изделия, детские игрушки, бытовые изделия. Недостатком ПС является повышенная хрупкость. Для снижения хрупкости в него вводят добавки из мелких частиц каучука. Таким путём получают ударопрочный ПС, оптически непрозрачный, который применяют для изготовления различных, в том числе крупногабаритных изделий, например, корпусов телевизоров и других приборов.
Ещё более ударопрочен блоксополимер стирола с бутадиеном и акрилонитрилом (АВС-пластик). Этот полимер широко применяется в машиностроении, в частности, в автомобилестроении.
Используют также сополимеры стирола, например, с акрилатами – САМ. В этом случае получают оптически прозрачный легко перерабатываемый материал (легче, чем ПС).
Вспененный ПС используется как теплоизоляционный материал и как демпфирующий материал для упаковки различных приборов.
7.1.4. Полиметилметакрилат (пмма).
ПММА получают полимеризацией метилового эфира метакриловой кислоты (метилметакрилата) при невысокой температуре (£ 50 оС). Химическая формула СН3
½
[-СН2 – С-]n
½
О=С-О-СН3
ПММА – оптически прозрачный механически прочный аморфный полимер (органическое стекло). Плотность ПММА – 1180 – 1190 кг/м3, Тс = +105 оС., Получают как в пластифицированном, так и непластифицированном виде, чаще всего в виде листов и стержней, применяется как конструкционный, оптический и декоративный материал. Применение многообоазно, в частности, для остекления кабин самолётов, для изготовления сердцевины полимерных оптических волокон. Недостаток оргстекла – невысокая твёрдость, легко царапается. ПММА легко окрашивается как в массе, так и поверхностно. Для поверхностной окраски используют спиртовые, иногда с добавлением 5 – 10% ацетона, тёплые растворы кислотных или основных красителей. Диэлектрические свойства не высоки – это полярный (e = 3,6 – 3,8) диэлектрик с высоким tgd (0,02 – 0,032).
7.1.5. Поливинилхлорид (пвх).
ПВХ является первым представителем галоидзамещённых полиолефинов, получают его эмульсионной, суспензионной или блочной полимеризацией винилхлорида. Химическая формула [-CH2-CH(Cl)-]n. Теоретическое содержание Сl около 56%, поэтому ПВХ не воспламеняется и практически не горит. Степень кристалличности не высока – 10 – 35%. Тс +82 оС, плотность 1380 – 1430 кг/м3. Это жёсткий, рогообразный материал. Для повышения эластичности в ПВХ вводят пластификаторы – жидкие низкомолекулярные вещества с низкой летучестью и высокой температурой кипения. Таким путём получают мягкий, хорошо экструдируемый материал (пластикат), который используют для изготовления изоляции проводов, искусственной кожи, труб и трубной арматуры, деталей машин, корпусов приборов, тары, плёнок, линолеума, различных погонажных строительных изделий. Волокна из ПВХ, хлорированного ПВХ и сополимеров на основе винилхлорида применяют в производстве фильтровальных тканей, спецодежды, занавесей. Сополимеры винилхлорида с винилацетатом и другими мономерами являются исходными продуктами для производства лаков и клеёв.
ПВХ – полярный диэлектрик. С ростом температуры значительно (@ в 50 раз) растут диэлектрические потери. Максимум tgd находится в области 150 оС. Из-за высокого tgd он не применим в высокочастотных цепях и при Т > 60 –70 оС. Присутствие пластификаторов ухудшает диэлектрические свойства ПВХ.