- •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).
10. Технология конструкционных материалов.
получение заготовок литьём и пластическим деформированием, пайкой и склеиванием материалов, формообразование поверхностей деталей резанием, электрофизическими и электрохимическими способами обработки, обработка поверхностей деталей абразивным инструментом, точность обработки и шероховатость поверхностей деталей, типовое технологическое оборудование и инструменты.
Все рассмотренные типы материалов – металлы, стёкла, керамика, полимеры и композиты на их основе, могут использоваться как конструкционные. Технология каждого из этих материалов в совокупности с технологическим оборудованием составляют суть самостоятельных ВУЗовских спецальностей. По этой причине в рамках данной дисциплины можно лишь бегло ознакомиться с принципами переработки материалов.
10.1. Технология металлических материалов.
Основными методами получения металлических заготовок являются обработка металлов давлением (ОМД) и литьё.
10.1.1. Характеристика литейного произвдства.
Литейное производство – это отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путём заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). Конечная продукция этой операции – отливка. Масса отливки может составлять от нескольких грамм до 300 т, размеры – от нескольких миллиметров до 20 м , толщина стенок от 0,5 до 500 мм. Вот примеры изделий, получаемых методами литья: блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, поршни, коленчатаи валы, корпуса и крышки редукторов, станины станков, прокатных станов, турбинные лопатки и т.п.
Способы литья разнообразны. Это литьё в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литьё и т.д. Для литья используются специальные сплавы – они должны обладать высокой жидкотекучестью, малой усадкой отливок и не обладать склонностью к образованию трещин.
Жидкотекучесть чистых металлов и эвтектических сплавов выше, чем сплавов со структурой твёрдых растворов, которые затвердевают в интервале температур.
Усадка – различают линейную и объёмную усадку. На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура заливки, скорость охлаждения, конструкция отливки и литейной формы. Например, увеличение содержания углерода в чугуне уменьшает его усадку, увеличение кремния в алюминии уменьшает его усадку, а увеличение скорости олаждения приводит к увеличению усадки.
Объёмная усадка проявляется в виде усадочных раковин, пористости, образовании трещин, короблении.
10.1.2. Обработка металлов давлением (омд).
ОМД основана на способности металлов пластически деформироваться под действием внешних сил. Если упругая деформация обусловлена смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний (упругие смещения), то пластическая деформация обусловлена смещением атомов на величину, большую межатомных расстояний. При пластической деформации нет линейной связи между напряжением и величиной деформации. В новое положение равновесия атомы могут переходить в результате смещения в определённых параллельных плоскостях, без существенного изменения расстояний между этими плоскостями. При этом атомы не выходят из силового взаимодействия (межатомного взаимодействия) и деформация происходит без нарушения сплошности металла, плотность которого практически не изменяется. Скольжение одной части кристаллической решётки относительно другой происходит по плоскостям наиболее плотного размещения атомов (плоскостям скольжения). В реальных металлах кристаллическая решётка имеет линейные дефекты (дислокации), перемещение которых облегчает скольжение.
Величина пластической деформации не безгрнична, при определённых её значениях может начаться разрушение металла (предельная деформация). На величину предельной пластической деформации влияют: механические свойства металла (сплава), температурно-скоростные условия деформирования, схема напряжённого состояния.
Наибольшая предельная пластическая деформация достигается при отсутствии растягивающих напряжений и увеличении сжимающих напряжений. В этих условиях даже камни (мрамор) могут пластически деформироваться.
По сравнению с резанием ОМД имеет существенные преимущества: - значительно меньше отходов металла, выше производительность труда, изменяются физико-механические свойства материала.