Материаловедение. Неметаллические материалы (стр. 14 )

Особенностью оксида циркония (ZrO2) является слабокислотная или инертная природа, низкий коэффициент теплопроводности. Рекомендуемые температуры применения керамики из ZrO2 2000— 2200 °С; она используется для изготовления огнеупорных тиглей для плавки металлов и сплавов, как тепловая изоляция печей, аппаратов и реакторов, в качестве покрытия на металлах для защиты последних от действия температур.

Керамика на основе оксидов магния и кальция стойка к действию основных шлаков различных металлов, в том числе и щелочных. Термическая стойкость их низкая. Оксид магния при высоких температурах летуч, оксид кальция способен к гидратации даже на воздухе. Их применяют для изготовления тиглей, кроме того, MgO используют для футеровки печей, пирометрической аппара­туры и т. д.

Керамика на основе оксида бериллия отличается высокой тепло­проводностью, что сообщает ей высокую термостойкость. Проч­ностные свойства материала невысокие. Оксид бериллия обладает способностью рассеивать ионизирующее излучение высоких энер­гий, имеет высокий коэффициент замедления тепловых нейтронов, применяется для изготовления тиглей для плавки некоторых чистых металлов, в качестве вакуумной керамики в ядерных реакторах.

Керамика на основе оксидов тория и урана имеет высокую температуру плавления, но обладает высокой плотностью и радио­активна. Эти виды керамики применяют для изготовления тиглей для плавки родия, платины, иридия и других металлов, в конструк­циях электропечей (ThO2), для тепловыделяющих элементов в энергетических реакторах (1Ю2).

Бескислородная керамика. К тугоплавким бескислородным соединениям относятся соединения элементов с углеродом (МеС) — карбиды, с бором (МеВ) — бориды, с азотом (MeN) — нитриды, с кремнием (MeSi) — силициды и с серой (MeS) — сульфиды. Эти соединения отличаются высокими огнеупорностью (2500—3500 °С), твердостью (иногда как у алмаза) и износостойкостью по отноше­нию к агрессивным средам. Материалы обладают высокой хруп­костью. Сопротивление окислению при высоких температурах (окалиностойкость) карбидов и боридов составляет 900—1000 °С, несколько ниже оно у нитридов. Силициды могут выдерживать температур у 1300— 1700 °С (на поверхности образуется пленка кремнезема).

Карбиды. Широкое применение получил карбид кремния — карборунд (SiC). Он обладает высокой жаростойкостью (1500— 1600 °С), высокой твердостью, устойчивостью к кислотам и не­устойчивостью к щелочам; применяется в качестве нагревательных стержней, защитных покрытий графита и в качестве абразива.

7 Силикатные материалы

Области применения и основная номенклатура изделий из силикатных материалов. Комплекс замечательных физико-химических, физико-механи­ческих, диэлектрических, технологических и других свойств, предопределил широкое применение искусственных силикатных материалов и изделий из них во многих областях техники, в стро­ительстве, и в быту. Прежде всего, благодаря высокой химической стойкости, непроницаемости, прочностным показателям, гигиеническим и дру­гим свойствам, силикатные материалы нашли одно из основных применений в химической, пищевой, фармацевтической, нефте­химической, лесохимической и других отраслях для изготовления и защиты от коррозии различной технологической аппаратуры, машин и трубопроводов. В номенклатуру применяемых здесь изделий из силикатных материалов входят различные штучные изделия (плитки квадратные, прямоугольные, клиновидные, фа­сонные и др.) для футеровки аппаратов, трубы, фиттинги и за­порная арматура, насосы, корпуса и царги химических аппаратов, лопасти для перемешивающих устройств, теплообменники, вкладыши подшипников скольжения кольца и колпачки для изго­товления массообменных устройств, распределительные решетки, рамы и плиты, фильтр-прессов, нутч-фильтры, тара для упаковки различных жидких и сыпучих продуктов и многие другие изделия. Самое широкое применение силикатные материалы нашли в строительстве: кирпич, стеновые панели, несущие колонны, балки и перекрытия, оконные стекла, канализационные трубы и др.

В металлургической промышленности силикатные материалы применяют для огнеупорных футеровок домен и сталеплавильных печей, изготовления плавильных тиглей, нагревательных и других устройств.

В автомобилестроении, самолетостроении, вагоностроении наи­большее применение нашли силикатные стекла для остекления кабин, кузовов и салонов.

Высокая газонепроницаемость и электроизоляционные свой­ства в сочетании с хорошими прочностными свойствами позволяют изготавливать из силикатных материалов (стекол, керамики и фарфора) различные изоляторы, сопротивления и конденсаторы, вакуумплотные оболочки для кинескопов, радио - и электроламп и других электровакуумных устройств.

Высокие оптические свойства силикатных стекол и плавле­ного кварца (кварцевое стекло) предопределили их использование в оптический технике: линзы телескопов, кино - и фотоаппаратов, биноклей и других оптических устройств.

Наконец, обширная номенклатура изделий из силикатных материалов, применяемых в быту: посуда, тара (бутылки, банки, бутыли) и многие другие.

Химический состав, физико-химические, механические свой­ства определяют способы переработки силикатных материалов в изделия.

К технологическим методам изготовле­ния изделий из этих материалов относятся прокатка, прессо­вание, литье, формование, механическая обработка.

Специфику этих приемов можно проследить на примере стекол, керамики и фарфора, наиболее широко применяемых силикатных материалов.

Изготовление изделий из стекла и ситаллов. Стеклами (или стеклом) называют пере­охлажденные вещества, получаемые из жидких расплавов неорганических соединений и их смесей. Основой стекол являются стеклообразующие оксиды, по кото­рым стекла разделяют на силикатные, алюмосиликатные, боросиликатные, алюмоборосиликатные, борофторалюмосиликатные, силикотитановые, силикодиркониевые и др.

По назначению стекла классифицируют на химически стойкие, термостойкие, электровакуумные, электри­ческие, оптические и т. п.

Достоинством стекол является их способность к многократному переплаву без изменения свойств.

Варка стекла осуществляется в многотонных стекловаренных печах ванного типа. Оптические и другие специальные стекла для ручной выработки варят в тиглях. Прозрачное кварцевое стекло получают плавлением горного хрусталя под вакуумом (для удаления воздуха).

Жидкую однородную стеклянную массу перерабатывают в из­делия различными методами.

Листовое стекло, трубки и стержни получают вытягиванием и прокаткой на специальных машинах. Сущность процесса вы ­тягивания листа заключается в следующем. В охлажденную до температуры выработки стеклянную массу вводят специальное устройство, называемое лодочкой, имеющее сквоз­ную продольную прорезь. Через прорезь в лодочке стеклянная масса вытягивается асбестовыми валками. При прокатке горячую стеклянную массу пропускают между двумя валками, враща­ющимися навстречу один другому. Для улучшения светопропускания горячее листовое стекло после прокатки подвергают полиро­ванию на специальных установках.

Толстостенные изделия из стекла изготавливают методом прессования, для чего навеску расплавленной стекло-массы помещают в матрицу формы, полость которой соответствует наружной конфигурации изделия. Стекломасса в матрице сдавли­вается пуансоном, форма которого соответствует внутренней поверхности прессуемого изделия.

Тонкостенные изделия сложной конфигурации, например, баллоны ламп, электронно-лучевых трубок и других приборов, получают методом выдувания. При этом раскаленная стекломасса, набранная на выдувальную металлическую трубку, помещается в металлическую форму, полость которой воспроиз­водит форму изделия. Стекломассу вращают, а в трубку подают воздух, который раздувает массу, заставляя ее принять заданную форму.

Детали сложной конфигурации, эксплуатируемые в условиях больших тепловых нагрузок, изготавливают методом спека­ния стеклянных порошков. Тонкоизмельченный порошок, полу­ченный из стеклянных заготовок, помещают в графитовую форму (графит не смачивается стеклом) и нагревают токами высокой частоты до температуры спекания.

Применяют также методы прямого литья (для низко­вязких масс и изготовления несложных изделий), литья под давлением и центробежного литья. Техника и технологические приемы идентичны с переработкой металлов.

Стеклянные изделия и полуфабрикаты после изготовления подвергают отжигу при 400—600 °С для снятия остаточных напря­жений, Длительность отжига зависит от толщины изделия.

Ситаллами называют искусственные ма­териалы микрокристаллического строения, получаемые направленной инициирован­ной кристаллизацией изделий из стекол.

От стекол ситаллы отличаются более высокими физико-меха­ническими свойствами (твердостью, химической стойкостью, низ­кими диэлектрическими потерями при высоких частотах и темпе­ратурах, высокой диэлектрической проницаемостью при высоких температурах).

Изделия из ситаллов формуют методами вытягивания и про­катки, прессованием, литья под давлением.

Из ситаллов изготавливают обтекатели управляемых снарядов, трубы диаметром 3—100 мм, подшипники, работающие без смазки до температуры 540 °С, поршни и цилиндры двигателей внутрен­него сгорания, фильеры для вытягивания искусственных волокон, насосы, химическую аппаратуру и другие изделия.

8 Древесные материалы

Древесина – это органический материал растительного происхождения, представляющий собой сложную ткань древесных растений. Она составляет основную массу ствола деревьев. Древесина является волокн6истым материалом, причем волокна в ней расположены вдоль ствола. Поэтому для нее характерна анизотропия, т. е. ее свойства вдоль и поперек волокон различна.

Достоинствами древесины являются относительно высокая прочность;  малая объемная масса и, следовательно, высокая удельная прочность; хорошее сопротивление ударным и вибрационным  нагрузкам; малая теплопроводность и, следовательно, хорошие теплоизоляционные свойства; химическая стойкость; хорошая технологичность (легкость обработки и изготовления изделий). К недостаткам древесины следует отнести гигроскопичность, т. е. способность впитывать влагу, и возникающую из-за изменения влажности нестабильность свойств и размеров (усушка и набухание), а также отсутствие огнестойкойсти, неоднородность строения, склонность к гниению. Для защиты древесины от увлажнения, загнивания и воспламенения производят окраску лаками и красками, опрыскивание и пропитку специальными химическими веществами.

Материалы из древесины можно разделить на лесоматериалы, сохраняющие природную физическую структуру и химический состав древесины и древесные материалы, полученные путем специальной обработки исходной древесины. В свою очередь лесоматериалы подразделяются на необработанные (круглые), пиломатериалы, лущеные (древесный шпон) и колотые.

Круглые лесоматериалы получают из спиленных деревьев после очистки от ветвей, разделения поперек ствола на части требуемой длины и окорки. Они применяются в строительстве, в качестве опор и столбов линий электропередач, в качестве сырья.

Пиломатериалы получают лесопилением. Пиломатериалы с опиленными кромками называют обрезными, неопиленными - необрезными. Подвергающиеся после пиления дальнейшей обработке называют струганными. Пиломатериалы делятся в зависимости от поперечного сечения на следующие виды: брусья (толщина или ширина больше 100 мм), бруски (ширина не более двойной толщины), доски (ширина более двойной толщины), планки (узкие и тонкие доски).

Древесный шпон – это широкая ровная стружка древесины, получаемая путем лущения. Толщина листов шпона 0,5-1,5 мм. Используется шпон в качестве полуфабрикатов для изготовления фанеры, облицовочного материала для изделий из древесины. 

Список используемой литературы

1., Леонтьева . М.:Машиностроение, 1990.-528с.

2.Усова металлов и материаловедение. М.:Металлургия, 1987.-800с.

3.Кнорозов металлов. М.:Металлургия, 1978.-880с.

4.Пейсахов : Конспект лекций. М.:Металлургия, 2000.-58с

Содержание

  Введение……………………………………………………….3

1. Понятие о неметаллических материалах

  и классификация полимеров………………………………..3

1.1 Особенности свойств полимерных материалов………………..8

2. Пластические массы……………………………………….15

2.1 Термопластичные пластмассы…………………………….16

2.2 Термореактивные пластмассы…………………………….26 

2.3 Газонаполненные пластмассы…………………………...30

2.4 Экономическая эффективность

  применения пластмасс…………………………………….32

3. Композиционные материалы……………………………..34

4. Резиновые материалы…..…………………………………....38

5. Клеящие материалы и герметики………………………...48

6. Керамические материалы…...……………………………56

7. Силикатные материалы………………………………….....59

8. Древесные материалы…………………………..……………62

  Список используемой литературы…………………………64