Применение полимеров

Примеры применения пластмасс прочитать самостоятельно.

Надо заметить, что наиболее широко применяются не так уж много пластмасс из всего их разнообразия. Например, современный автомобиль имеет порядка 400 пластмассовых узлов и деталей. Но, в основном, они изготовлены из 5 полимерных материалов: полиуретанов, поливинилхлорида, стеклопластиков (наиболее прочные и жесткие, σ_в до950 МПа), полипропиленов, и АБС-пластиков (акрилонитрильный сополимер с добавкой СКС – бутадиенстирольного каучука в виде дискретной фазы, повышающей ударную вязкость пластмассы примерно в 15 раз).

Лекция 21

Керамические материалы

Керамика – неорганические твердые материалы, получаемые высокотемпературным обжигом из отформованных минеральных масс. Можно сказать, что керамика – это все материалы, не являющиеся полимерами и металлами. В керамических материалах между атомами существует ковалентная или ионная связь.

Для получения керамики имеется огромное количество природных соединений; они составляют до 85 % земной коры. Только на долю кремния приходится около 40 %. В Томской области имеются собственные ресурсы для производства керамики: глинозем в Ачинске, Туганское месторождение циркониевых песков.

Современная техника использует более 7000 различных изделий из керамики: от ферритов, величиной с булавочную головку, и тонких пленок для сенсорных устройств до огромных изоляторов ЛЭП.

Структура керамики

Основа строительной, бытовой и художественной керамики – природные глины. Техническая керамика имеет более однородный состав, изготавливается из оксидов или безоксидных соединений.

При обжиге (1200-2500 °С) одновременно формируются структура и свойства керамических материалов. Керамика всегда многофазна: она содержит кристаллическую, стекловидную и газовую фазы в различных пропорциях (рис. 112).

Кристаллическая фаза представляет собой химические соединения или твердые растворы. Она является основной и определяет прочность, жаропрочность и другие важнейшие свойства керамики.

Стекловидная, или аморфная фаза – это связка; ее количество может колебаться в широких пределах: от 1 до 40 %. Она снижает прочность и термостойкость, но облегчает технологию производства.

Газовая фаза находится в порах керамики. По доле пор в объеме материала керамика делится на пористую и плотную. В технике чаще используется плотная керамика. Но и она содержит определенную долю пор.

Свойства керамики

Достоинствами керамики являются:

· высокая твердость и износостойкость;

· высокие рабочие температуры (до 3500 °С);

· высокая коррозионная стойкость в различных средах;

· низкая тепло- и электропроводимость: керамические материалы – диэлектрики и теплоизоляторы;

· малая плотность, легкие материалы.

Основной недостаток керамики:

· высокая хрупкость. Ударная вязкость керамики примерно в 40 раз меньше, чем у металлов. Это ограничивает ее применение в технике. Керамика имеет низкую прочность при растяжении и изгибе. Пластически не деформируется.

Высокие твердость и температуры плавления керамических материалов обусловлены большой энергией связи между атомами. Это ковалентные или ионные соединения. Сильная межатомная связь определяет высокое сопротивление деформации, поэтому специальной упрочняющей обработки для керамики не требуется.

Для повышения ударной вязкости керамики применяют различные способы. Прежде всего, в керамическом материале должно быть как можно меньше пор, являющихся зародышами трещин. На сегодняшний день разработаны следующие основные способы увеличения вязкости керамики:

· легирование или модифицирование,

· упрочнение дисперсными частицами,

· упрочнение нитевидными кристаллами более прочной керамики,

· «затупление» трещины за счет создания множества микротрещин: тогда магистральная трещина не развивается.

Над решением актуальной проблемы – повышением трещиностойкости (вязкости) керамики – работают ученые-материаловеды во всем мире, в том числе и ученые Томского Института физики прочности и материаловедения.