- •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).
7.6.1.2. Полимерные электреты.
Электреты – тела из диэлектриков, обладающие электрическими зарядами, длительно сохраняющимися во времени и образующие вокруг себя электрическое поле. Обычно электретами являются пленки, на противоположных поверхностях которых располагаются электрические заряды разных знаков. Плотность поверхностных зарядов электретов σэфф складывается из «гетерозаряда» (поляризованности) Ро и «гомозаряда» σr, причем знаки этих зарядов противоположны:
σэфф = σr - Ро
Названия зарядов возникло от их знака при поляризации диэлектрика во внешнем электрическом поле: если на поверхности диэлектрика, примыкающей к электроду, возникает заряд, противоположный по знаку потенциалу на электроде, то такой заряд называется гетерозарядом, если на поверхности диэлектрика возникает заряд, совпадающий по знаку потенциалу электрода, то такой заряд называется гомозарядом. Гетерозаряд - диполи, ориентированные при приложении внешнего электрического поля, гомозаряд – носители заряда (электроны, дырки), инжектированные из электрода в полимер в процессе поляризации. Электреты называются по способу получения: термоэлектреты, получают при проведении поляризации при повышенной температуре и охлаждении диэлектрика в поле до комнатной температуры; короноэлектреты, получают при воздействии на поверхность диэлектрика коронного разряда; радиационные электреты, получают при облучении диэлектрика радиоактивным излучением, механо- и технологические электреты получаются в процессе прессования или других технологических операций.
В промышленности в настоящее время чаще всего получают электреты в виде пленок из высококачественных диэлектриков – политетрафторэтилена или сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, которые заряжают в коронном разряде. Пленочные электреты используют в конденсаторных микрофонах, их применение упрощает электронную схему микрофона, исключает необходимость внешнего источника питания для заряжения конденсатора. Другая распространенная область применения электретов – фильтры для улавливания радиоактивной или промышленной пыли. Их эффективность значительно выше, чем фильтров других типов. В фильтрах электреты используются в виде волокон или пленок.
Время сохранения зарядов в современных электретах – более 10 лет.
Полимерные электреты из полярных диэлектриков, обладающие гетерозарядом, проявляют пьезо- и пироэлектрические свойства.
Пьезоэлектрическими свойствами называют способность диэлектриков генерировать электрические заряды на своей поверхности при механическом воздействии - приложении механической нагрузки или механической деформации. Пьезосвойства характеризуются пьезомодулем d - отношением генерируемого заряда q к приложенной нагрузке F: d=q/F (Кл/Н). Величина пьезомодуля электрета d пропорциональна остаточной поляризованности Ро
D ~ dPo/dF (Кл/Н)
где F - внешняя механическая нагрузка.
В промышленности изготавливают и применяют пьезоэлектрические полимерные электреты из поливинилиденфторида (ПВДФ) (Фторопласт-2) и из поливинилхлорида. В первом полимере пьезомодули достигают 30 .10-12 Кл/Н, во втором – до 3 .10-12 Кл/Н. Такие пьезоэлектрики в виде пленок применяют в стереонаушниках, в генераторах и датчиках деформации, механических и акустических колебаний, в гидрофонах. Высокие пьезоэлектрические свойства электретов из ПВДФ объясняют также сегнетоэлектрической структурой вытянутых и поляризованных пленок из ПВДФ (кристаллическая бета-фаза).
Пироэлектрический эффект заключается в генерации электрического заряда на поверхности диэлектрика при его нагревании (или охлаждении)
Пироэлектрический коэффициент р пропорционален также остаточной поляризованности Ро
p ~ dPo/dТ
где Т-температура. Пироэлектрики – полимерные электреты делают чаще всего из ПВДФ или из сополимера тетрафторэтилена с трифторэтиленом. Благодаря малой толщине пленок (до 1 мкм) и, вследствие этого, малой теплоёмкости, полимерные пироэлектрики успешно конкурируют с керамическими или монокристаллическими пироэлектриками в пироэлектрических приборах – дистанционных пирометрах, обнаружителях живых объектов, счетчиках предметов, приборах ночного видения и др.