Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Термохимическое упрочнение основано на глубоком изменении структуры стекла и свойств его поверхности. Стекло подвергается закалке в подогретых кремнийорганических жидкостях, в результате чего на поверхности материала образуются полимерные пленки; этим создается дополнительное, по сравнению с результатом обычной закалки, упрочнение. Повышение прочности и термостойкости можно получить травлением закаленного стекла плавиковой кислотой, в результате чего удаляются поверхностные дефекты, снижающие его качество.

Силикатные триплексы представляют собой два листа закаленного стекла (толщиной 2—3 мм), склеенные прозрачной эластичной полимерной пленкой. При разрушении триплекса образовавшиеся неострые осколки удерживаются на полимерной пленке. Триплексы бывают плоскими и гнутыми.

Термопан — трехслойное стекло, состоящее из двух стекол и воздушного промежутка между ними. Эта воздушная прослойка обеспечивает теплоизоляцию.

Применение технических стекол. Для остекления транспортных средств используют преимущественно триплексы, термопан и закаленные стекла.

Оптические стекла, применяемые в оптических приборах и инструментах, подразделяют на кроны, отличающиеся малым преломлением, и флинты — с высоким содержанием оксида свинца и большими значениями коэффициента преломления. Тяжелые флинты не пропускают рентгеновское и -излучение. Светорассеивающие стекла содержат в своем составе фтор.

Кварцевое стекло вследствие высокой термической и химической стойкости применяют для изготовления тиглей, чаш, труб, наконечников, лабораторной посуды. Близкое по свойствам к кварцевому стеклу, но более технологичное кварцоидное (кремнеземное) стекло используют для электроколб, форм для точного литья и т. д. Электропроводящие (полупроводниковые) стекла: халькогенидные и оксидные ванадиевые, находят широкое применение в качестве термисторов, фотосопротивлений.

СИТАЛЛЫ

Ситаллы  это частично закристаллизованные стекла. Они получаются регулируемой кристаллизацией стекломатериала при повышенной температуре. В ходе этого процесса в объеме материала формируются микрообласти кристаллического строения размером до 1 мкм. Концентрация этих областей в ситаллах превышает 50% по объему. Ситаллы, получаемые на основе стекла, по своей структуре подобны керамике: они также состоят из кристаллической и стекловидной фаз, отличаясь лишь значительно большей дисперсностью структуры. Превосходя по свойствам исходное стекло и близкие виды керамики, ситаллы находят применение в тех же областях техники как заменители этих материалов, а в ряде случаев и металлов, полимеров, каменного литья и т. д. В связи с этим свойства ситаллов определяют методами , обычно используемыми при определении свойств стекла и керамики того же назначения. Это позволяет сопоставлять значения свойств ситаллов с показателями свойств данных материалов и правильно выбирать области их применения.

Природа свойств ситаллов имеет много общего с природой тех же свойств исходного стекла и аналогичных керамических материалов. Это позволяет при оценке свойств ситаллов подходить к ним с общих позиций, обычно применяемых к любым поликристаллическим и многофазным материалам, а также к стеклу и керамике.

Реальная прочность ситаллов значительно выше, чем стекла и некоторых видов керамики. Предел прочности их при статистическом изгибе находится в пределах 2000 – 3000 кГ/см ,а для некоторых составов достигает 5000 кГ/см и более. Достоинством ситаллов как конструкционных материалов является сочетание высокой механической прочности с низким удельным весом, т.е. высокая удельная прочность, соизмеримая по величине с удельной прочностью некоторых металлов и керамики из чистых окислов. Ситаллы являются многофазными материалами, в связи с чем прочность их зависит как от свойств отдельных фаз, так и от их взаимного распределения, количества кристаллической и стекловидных фаз, размера кристаллов и многих других факторов.

Ситалллы, также как и стёкла, обладают нулевой пористостью и водопоглащением. Это выгодно отличает их от керамических материалов, характеризующих в зависимости от степени спекания большей или меньшей пористостью. Данная особенность ситаллов обусловливается самой технологией их получения: образование их связано с выделением кристаллов непосредственно из стекла, не содержащего пар. Ситаллы обладают достаточно высокой химической стойкостью, которую можно сравнить с химической стойкостью керамических материалов и специальных стёкол. Ситаллы обладают высокими электроизоляционными свойствами, которые близки к свойствам соответствующих керамических материалов, а в ряде случаев и превосходят их.

7.КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Композиционные материалы — это материалы, состоящие из двух и более компонентов (отдельных волокон или других армирующих составляющих и связующей их матрицы) и обладающие специфическими свойствами, отличными от свойств их составляющих компонентов. Компоненты композитов не должны растворяться или иным способом поглощать друг друга, т.е. они должны быть совместимы. Свойства композиционных материалов нельзя определить только по свойствам компонентов, без учета их взаимодействия. Из композиционных материалов можно создавать элементы конструкций с заранее заданными свойствами.

Классифицируют композиционные материалы по следующим основным признакам: материалу матрицы и армирующих элементов, геометрии компонентов, структуре и расположению компонентов, а также методу изготовления. Иногда композиционные материалы разделяют по назначению, но так как одни и те же композиты могут иметь разное назначение, то этот принцип классификации используется редко.

Общее название композиционных материалов происходит от материала матрицы. Композиты с металлической матрицей называются металлическими, с керамической — керамическими, с полимерной — полимерными. Композит, содержащий два и более различных матричных материала, называется полиматричным. Композиционные материалы, содержащие два или более различных армирующих элементов, называются полиармированными. Полиармированные композиты делятся на простые, если армирующие элементы имеют различный состав, но одинаковую геометрию (например, стеклоуглепластик — полимер, армированный стеклянными и углеродными волокнами), и комбинированные, если армирующие элементы имеют различные состав и геометрию (например, композит, состоящий из алюминиевой матрицы, борных волокон и прослоек из титановой фольги).

В

Рис.7.1. Расположение волокон и частиц в композитах.

соответствии с геометрией армирующих элементов (порошки или гранулы, волокна, пластины) композиционные материалы делятся на порошковые (гранулированные), волокнистые и пластинчатые (рис.7.1). К первой группе относятся дисперсно-упрочненные композиты, псевдосплавы и другие композиции, получаемые из смесей различных порошков. Ко второй группе относятся композиционные материалы, армированные непрерывными и дискретными (короткими) волокнами (например, алюминий — борные волокна; стеклопластики). К третьей группе относятся композиты, армированные непрерывными и дискретными пластинами (например, слоистые композиты, представляющие собой набор из чередующихся фольг из стали, алюминия и титана).

В соответствии с классификацией композиционных материалов по структуре и расположению компонентов композиты делятся на группы с каркасной, матричной, слоистой и комбинированной структурой. К композитам с каркасной структурой относятся, например, псевдосплавы, полученные методом пропитки; с матричной —дисперсно-упрочненные и другие армированные материалы; со слоистой — композиции, полученные из набора чередующихся фольг или листов материалов различного состава, и комбинированной — материалы, содержащие комбинации первых трех групп (например, псевдосплавы, каркас которых упрочнен дисперсными включениями, относятся к материалам, сочетающим каркасную и матричную структуры).

В зависимости от геометрии армирующих элементов и их взаимного расположения композиты бывают изотропными или анизотропными. Если композиционный материал с матричной структурой армирован элементами, имеющими хаотичную ориентацию в пространстве (дисперсными включениями, дискретными или непрерывными волокнами) , то в этом случае материал является изотропным или квазиизотропным (анизотропным в микрообъемах, но изотропным в объеме всего изделия). К изотропным также относятся псевдосплавы.

Композиционные материалы с матричной структурой, упрочненные армирующими элементами, ориентированными определенным образом в пространстве, относятся к упорядоченно-армированным (анизотропным).

В соответствии с классификацией по методам изготовления композиты делятся на материалы, полученные жидко- и твердофазными методами, методами осаждения — напыления и комбинированными методами. К жидкофазным методам относятся пропитка (например, пропитка арматуры полимерами или расплавленными металлами), непрерывное литье, вакуумное всасывание и направленная кристаллизация эвтектических сплавов. К твердофазным методам относятся прессование, прокатка, волочение, ковка, штамповка, экструзия, сварка взрывом, диффузионная сварка и др. Для композиционных материалов, полученных твердофазными методами, характерно использование матрицы в виде порошка, листов и фольги. При изготовлении композитов методами осаждения — напыления матрицу наносят на волокна из растворов солей, парогазовой фазы, газопламенным и плазменным напылениями. Комбинированные методы заключаются в последовательном или параллельном применении нескольких методов. Например, плазменное напыление используют как предварительную операцию, а в качестве окончательной операции применяют прокатку или диффузионную сварку.

Роль матрицы в композите заключается в придании изделию необходимой формы и создании монолитного материала. Объединяя в одно целое (например, многочисленные волокна), матрица позволяет композиции воспринимать различного рода внешние нагрузки: растяжение (как в направлении армирования, так и перпендикулярно ему), сжатие, изгиб, сдвиг, удар и др. В то же время матрица участвует в создании несущей способности композиции, передавая усилия на волокна. Пластичная матрица передает усилия от разрушенных или дискретных волокон соседним и уменьшает концентрации напряжений вблизи различного рода дефектов, повышает ударную вязкость композита. Матрица служит и защитным покрытием, предохраняющим волокна от механических повреждений и окисления. Кроме того, тепло- и электропроводность композита сильно зависят от проводимости матрицы.

Основным фактором, определяющим выбор материала матрицы, обычно служит область температур, в которой предстоит эксплуатировать изготовляемый композит.

Прочность и жесткость композита определяется, главным образом, свойствами армирующего материала, т.е. волокон. Волокна должны обладать малой плотностью, высокой прочностью (удельной прочностью) во всем интервале рабочих температур, технологичностью, минимальной растворимостью в матрице, высокой химической стойкостью, отсутствием фазовых превращений в зоне рабочих температур и быть нетоксичными при изготовлении и эксплуатации. Для армирования применяют металлические волокна (проволоки), керамические волокна (поликристаллические, монокристаллические, многофазные на подложке и нитевидные кристаллы) , стеклянные, углеродные и органические волокна.

Интенсивное межфазное взаимодействие — главное препятствие на пути создания жаропрочных композиционных материалов. Для того чтобы композит обладал стабильными свойствами при повышенных температурах, его компоненты должны быть химически совместимы. Понятие химической совместимости включает понятия термодинамической и кинетической совместимостей.

Термодинамическая совместимость — способность матрицы и армирующих элементов находиться в состоянии термодинамического равновесия неограниченное время при температурах изготовления и эксплуатации изделия из композита. В термодинамическом равновесии в изотермических условиях находятся композиционные материалы, состоящие из компонентов, практически нерастворимых друг в друге в широком интервале температур (например, Cu-W). Большинство композитов состоит из термодинамически несовместимых компонентов.

Кинетическая совместимость — способность компонентов композиционного материала длительное время находиться в состоянии метастабильного равновесия, контролируемого такими факторами, как адсорбция, скорость диффузии, скорость химической реакции и др. Термодинамически несовместимые составляющие композита в определенных темпсратурно-времснных интервалах могут быть совместимы кинетически и достаточно надежно работать в конструкциях.

Характеристики

Список файлов лекций