Лекция 07 (Лекции 1-16, без 15й)

Лекция N7.

Использование принципов синергетики и фраткалов позволяет разрабатывать новые методы определения и прогнозирования свойств материалов. Решение проблем материаловедения неразрывно связаны с синергетикой как теорией самоорганизующихся структур. Синергетика изучает саморегуляцию в системах с внутренними обратными связями. В случае композиционного материала это например влияние волокна на матрицу или матрицы на волокно.

Понятие и термин синергизм имеют большую историю по сравнению с термином синергетика. Он означает повышение эффекта действия на человеческий организм или другой биологический объект различных активных химических соединений при их одновременном применении по сравнению с последовательным. Иными словами, синергизм (от греческого «synergia» - сотрудничество, содействие), в биологии и медицине означает: совместное и однородное функционирование органов (мышц, например) и систем; комбинированное действие лекарственных веществ на организм, при котором суммированный эффект превышает действие, оказываемое каждым компонентом в отдельности. В керамической технологии, в технологии КМ примером синергизма может служить одновременное воздействие на спекаемый образец высокой температуры и давления при горячем прессовании или спекании под давлением.

Спекание под давлением

(рис. 1).

Ставим в печку образец, на какую-нибудь подставку. Подсыпка должна быть инертная (ZrO2), т. е. не должна припекаться к образцу. Снизу вверх: подставка, подсыпка, спекаемый образец, подсыпка, груз.

Горячее прессование

(рис. 2).

В схему входят: 2. подставка из огнеупорного материала, 4. матрица, из огнеупорного материала, 1. пуансоны, 5. подсыпка, 3. образец.

Циклограммы (соотношение температуры и давления).

Циклограмма для спекания под давлением

(рис. 3).

Циклограмма для горячего прессования

(рис. 4).

Дело в том, что при обычном спекании основной механизм переноса вещества – диффузия. Наиболее распространенный механизм объемной диффузии – это движение атомов по кольцевому механизму. Это означает поштучное перемещение атомов или ионов на расстояния, сравнимые с межатомными. При горячем прессовании одновременное воздействие температуры и давления приводит в действие пластичное перемещение (массовые перемещения на расстояния больше межатомных).

Разработки композиционных диэлектриков.

КМ для изоляции помехоподавляющих кабелей. Первый пример. Разработан на основе поливинилхлоридного пластиката и керамического материала с «эпсилон» 8500 при 25 градусах Цельсия. Второй пример. КД на основе модифицированных эпоксидных смол. Диэлектрические характеристики КД (тангенс дельта, эпсилон и др.) определяются в первую очередь свойствами керамического наполнителя. Эпоксидная смола дает адгезию, какие-то механические свойства. Важнейшим процессом для физико-химических, механических свойств КД является адсорбция полимеров на поверхности дисперсной фазы наполнителя, т.к. адсорбция обеспечивает высокую прочность адгезионных связей. Размеры и форму частиц наполнителя играют важную роль в формировании как физико-химических и механических свойств, так и диэлектрических характеристик КМ. Разработан ряд КД на основе эпоксидных смол (с отвердителями и ускорителями) и керамических наполнителей с величинами «эпсилон» (при 25 градусах Цельсия) равными 130 (TiO3), 900 (по составу стронций и висмутовые титанаты) и 8500 (модифицированный титанат бария). Разработанные КД имеют при 25 градусах Цельсия имеют «эпсилон» от 14 до 28 и тангенс дельта от 0.01 до 0.09.

Композиционные и порошковые пластмассы и слоистые пластики.

Состоят из связующего вещества (искусственные смолы-пространственные или линейные полимеры) и наполнителя (древесная мука, каолин, кварцевый песок и т. д., также, может быть использована бумага, ткань). Кроме того, в массу добавляют красители и пластификаторы. Изделия из таких КМ изготавливают методами литья под давлением или методом горячего прессования. Наполнитель удешевляет пластмассу и в то же время улучшает механические характеристики изделия, а в ряде случаев при введении наполнителя (например, кварцевой муки, талька) наблюдается улучшение электрических свойств диэлектрика. При массовом производстве изделий одинаковой формы и размеров применение пластмасс обеспечивает высокую производительность труда. В качестве связующего вещества используют фенолоформальдегидные смолы, карбомидоформальдегидные, анелиноформальдегидные, а также фурольные смолы. На основе формальдегидных смол получают пластмассы, у которых максимальная рабочая температура менее 150 градусов Цельсия. Используя кремнийорганические смолы получают пластмассы с нагревостойкостью 300 и более градусов Цельсия. Исходное сырье измельчают и перемешивают, и полученный пресс-порошок идет на формовку изделия. Прессование изделий из пластмасс обычно производят на гидравлических прессах, с достаточно большим давлением. Если требуется одновременно нагрев и давление, то пластина пресса или сама пресс-форма снабжаются электронагревательным устройством. Формовка прессованием используется обычно при изготовлении изделий из термореактивных пластмасс. Литье под давлением применяют для получения изделий из термопластичных пластмасс. Материал подогревают и измельчают вне пресс-формы и затем вдавливают в нее. Этот способ допустим для термореактивных пластмасс, но при малых количествах засыпаемого порошка. Применение композиционных пластмасс в радиоэлектронике в качестве элетроизоляционных и конструкционных материалов очень широко. Изготовление таких изделий обычной было бы весьма трудоемким, а прессование из пластмасс позволяет получать их за одну технологическую операцию. Разновидностью композиционных пластмасс являются слоистые пластики. К слоистым пластикам относят гетинакс и текстолит. Гетинакс получают горячей прессовкой бумаги пропитанной фенолформальдегидной смолой в стадии А или другими смолами этого же типа. Для гетинакса используют прочную и нагревостойкую пропиточную бумагу. Пропитку производят с помощью водной суспензии формальдегидной смолы. Листы утилизированной бумаги после их сушки собирают в пакеты и эти пакеты прессуют на гидравлических прессах при температуре 160 градусов Цельсия при давлении 10-12 мегапаскалей. Во время прессования смола сначала размягчается, заполняя поры между волокнами, а затем затвердевает, переходя в неплавкую стадию резита. Такая технология приводит к анизотропии свойств. Текстолит – это пластик аналогичный гетинаксу, но изготавливаемый из пропитанной ткани. Намного дороже гетинакса и применяется главным образом для изделий, подвергающихся ударным нагрузкам или работающим на истирание. Наиболее нагревостойкими, влагостойкими, механически прочными пластиками являются стеклотекстолиты. Основа – стеклоткань, а в качестве пропитки – эпоксидные смолы. Фольгированные материалы – слоистые пластики или синтетические пленки, облицованные с одной или обеих сторон медной фольгой. Эти материалы широко применяют для изготовления печатных плат в различных электротехнических устройствах, а также для изготовления микромашин с печатными схемами вместо обычных обмоток. Лавсан (лаборатория высокомолекулярных соединений академии наук) – полиэтилентерифтолат.