Состав, свойства и применение технической керамики
Техническая керамика
Быстрая помощь студентам
Быстрая помощь студентам
Техническая керамика
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. В Томской области имеются собственные ресурсы для производства керамики: Современная техника использует более различных изделий из керамики: Основа строительной , бытовой и художественной керамики — природные глины. Техническая керамика имеет более однородный состав, изготавливается из оксидов или безоксидных соединений. 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: 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. 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. 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 рис. В металлах с ненаправленной межатомной связью дислокации перемещаются легко рис. В керамике с ковалентными связями их движение затруднено, так как требует разрыва и нового формирования локализованных межатомных связей рис. Для повышения 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:. 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. Техническую керамику можно подразделить на 3 группы: Al, Mg, Zr, Si, Be, U. Она состоит в основном из кристаллической фазы и пор. Стекловидная фаза появляется только за счет примесей. Оксидная керамика твердая, огнеупорная, химически стойкая в кислотах, щелочах, на воздухе. Но резких изменений температуры она не выдерживает. Пористая керамика этой группы применяется как теплоизоляционный материал и огнеупорная футеровка камер сгорания, металлургических печей и ковшей динасовый, магнезитовый, шамотный кирпич. Из пористой керамики делают также фильтры для различных жидкостей воды, вина, масла. Керамику на основе оксида алюминия Al 2 O 3 называют корундовой. Она применяется очень широко:. Керамика на основе оксида циркония ZrO 2 имеет очень важную особенность. ZrO 2 испытывает 3 полиморфных превращения при нагреве: Тетрагональную решетку можно сохранить при низких температурах с помощью модифицирования. Тогда фазовое превращение начинается за счет приложенного напряжения. Из ZrO 2 делают твердооксидные топливные ячейки для выработки электроэнергии , датчики содержания кислорода в расплаве стали. Твердость приближается к твердости алмаза. Они обладают высокой износостойкостью и жаростойкостью. Карборунд SiC — твердый, химически стойкий, легкий, жаростойкий материал. Из него делают нагреватели печей, чехлы термопар, лопатки газовых турбин, детали ДВС, шлифовальные круги, защитные покрытия на графите. Нитрид кремния Si 3 N 4 стоек в расплавленных металлах и шлаках. Применяется для деталей газовых турбин, жаростойких инструментов, тиглей, кристаллизаторов, деталей насосов для перекачки расплавленных металлов. Затем смесь порошков прессуется и спекается. Металл играет роль связки; он повышает пластичность и вязкость. В качестве связок используются кобальт, никель, железо, молибден. Керамическая составляющая может быть как оксидной, так и бескислородной. Широко применяемые керамико-металлические материалы — это инструментальные твердые сплавы. Из них делают режущие пластины для фрез, сверл, зенкеров, резцов, а также штампы, волоки, бурильный инструмент. Они состоят из карбидов WC, TiC, TaC и кобальтовой связки. Применяются также материалы Cr 7 C 3 — Ni, Al 2 O 3 — Cr, BeO — W. Поскольку главным ограничением в применении керамики является недостаточная вязкость, то особое значение имеет определение вязкости разрушения керамических материалов. Вязкость разрушения К 1С характеризует локальное повышение растягивающих напряжений у вершины трещины при переходе ее от стабильной к нестабильной стадии роста:. Т рещины являются острыми концентраторами напряжений; в вершине трещины напряжения могут во много раз превышать средние расчётные значения рис. При превышении критической длины при данном среднем напряжении трещина начинает расти самопроизвольно, за счет энергии упругой деформации, накопленной в материале. Зная вязкость разрушения, или трещиностойкость , можно определить размер допустимой трещины l кр при данном рабочем напряжении. Или наоборот, можно определить, какое напряжение станет критическим для определенного размера трещины. Чем выше значение К 1С , тем меньше опасность хрупкого разрушения и выше надежность конструкции. У керамики величина К 1С примерно в 50 раз ниже, чем у пластичных металлов. Для керамических материалов вязкость разрушения определяют по величине самой длинной трещины, образовавшейся в ходе испытаний твердости по методу Виккерса. Кирпичи и керамические плитки изготавливают из глины, которую формуют во влажном пластичном состоянии, а затем высушивают и обжигают. Глина состоит из водных алюмосиликатов типа Al 2 Si 2 O 5 OH 4 с различными примесями. После обжига изделие состоит из кристаллических силикатов, связанных аморфной фазой на основе SiО 2. Аморфная фаза образуется и плавится при обжиге, растекаясь по поверхности кристаллов и связывая их воедино. Этой технологии уже более лет, хотя на современном предприятии процессы, в отличие от древних времен, механизированы и автоматизированы. Цемент представляет собой смесь известняка CaO, диоксида кремния SiО 2 и оксида алюминия Al 2 O 3 , которая отвердевает при смешивании с водой. Цемент твердеет вследствие химической реакции, а не из-за высыхания, поэтому важно сохранять его влажным вплоть до завершения химических реакций. Это быстротекущее схватывание за первые 4 часа и более медленные реакции отверждения, для завершения которых нужно примерно дней. Реакции гидратации идут с выделением тепла. В крупномасштабных конструкциях, таких как плотины, это может вызвать проблемы. Тогда в бетон закладывают охлаждающие трубы, которые затем становятся дополнительной арматурой. Важнейшей характеристикой цемента служит его марка. Марку цемента определяют по пределам прочности при сжатии и изгибе образцов. Например, цемент марки М имеет предел прочности при сжатии 40 МПа. Бетон — это композиционный материал, состоящий из песка и камней, связанных отвердевшим цементом. Наполнители имеют высокую твердость и прочность, слабой фазой в бетоне является затвердевшая цементная масса, определяющая его прочность. Для уплотнения наполнителя берется смесь песка и гравия в соотношении Плотноупакованные частицы заполняют поры, которые понижают прочность и способствуют проникновению в бетонную конструкцию воды. Замерзание воды может вызвать растрескивание бетона. Цементная масса при твердении дает усадку, что приводит к возникновению мелких усадочных трещин. Насыщение бетона мелкими пузырьками воздуха до его заливки тормозит распространение таких трещин. Главной прочностной характеристикой бетона служит его марка по прочности на одноосное сжатие см. Нужно изготовить и испытать минимум три одинаковых образца — близнеца и подсчитать среднеарифметический предел прочности при сжатии R сж , а затем по наименьшему пределу действующего ГОСТа выбрать марку. Наиболее широко используют следующие марки цементных бетонов: М, М, М, М, М, М Классы бетонов также определяют по пределу прочности на сжатие МПа: В1; B1,5; B2,5; B3,5; B7,5; B10; B15; B20; B25; B30; B40; B50; B55; B К ласс бетона определяется также испытанием на сжатие образцов — кубов см либо реже образцов — цилиндров диаметром 15 см и высотой 30 см в возрасте 28 сут стандартного влажного хранения. Прочность бетона при растяжении примерно в 15 раз меньше, чем при сжатии не более 4 МПа. Такие дефекты в бетоне присутствуют практически всегда. Поэтому его используют только в конструкциях, работающих на сжатие. Армирование бетона стальными профилями позволяет увеличить предел прочности при растяжении до МПа. Железобетон — комплексный строительный материал, в котором бетон и стальная арматура, имеющие прочное взаимное сцепление, работают совместно как единая система. Растягивающие усилия воспринимаются стальной арматурой, а сжимающие — бетоном. При изготовлении бетона марка цемента должна быть выше проектной марки бетона, определяемой по пределу прочности при сжатии табл. Неорганические стекла — это сложные расплавы высокой вязкости, состоящие из основных и кислотных оксидов. С теклообразное состояние является разновидностью аморфного. Получается неправильная пространственная сетка рис. Стекло имеет рыхлую неоднородную структуру с поверхностными дефектами. Они образуют структурный каркас стекла, или сетку;. Они изменяют физико-химические свойства стекломассы, облегчая технологию производства;. Это оксиды алюминия, железа, свинца, титана, бериллия. Сами они структурный каркас не образуют, но частично замещают стеклообразующие оксиды. П о стеклообразующему веществу. Силикатные SiO 2 Боросиликатные B 2 O 3 —SiO 2 Алюмофосфатные Al 2 O 3 —P 2 O 5. Алюмосиликатные Al 2 O 3 —SiO 2 Алюмоборосиликатные Al 2 O 3 — B 2 O 3 —SiO 2. П о содержанию модификаторов. При сжатии прочность высокая: Твердость стекол составляет 0,5—0,7 твердости алмаза, но они очень хрупкие. Несколько выше механические свойства у кварцевых и бесщелочных стекол. Важнейшие свойства стекол, определяющие их применение, — оптические: Кварцевые стекла прозрачны для ультрафиолетовых лучей. Стекла можно закаливать, нагревая выше температуры стеклования и быстро охлаждая в масле или потоке воздуха. Ударная вязкость стекла увеличивается при закалке в 5—7 раз, прочность — в 3—6 раз, повышается термостойкость. Триплекс — это два листа закаленного стекла, склеенные прозрачной полимерной пленкой. Могут быть плоскими и гнутыми. При разрушении триплекса осколки удерживаются на полимерной пленке и не травмируют окружающих. Есть стекла с высокой защитой от инфракрасных лучей. Они содержат индий и олово, изготавливаются многослойными. Их еще называют стеклокерамикой. Они состоят из стекловидной и кристаллической фазы. Структура ситаллов однородная, мелкозернистая: Получают ситаллы введением в расплав стекла веществ, служащих центами кристаллизации солей золота, серебра, меди. Их ударная вязкость в 3—4 раза выше, чем у стекол. Они износостойки, являются диэлектриками и проявляют высокую химическую стойкость. Применение ситаллов включает детали ДВС, подшипники, трубы для химической промышленности, оболочки вакуумных электронных приборов, детали радиоэлектроники, жаростойкие покрытия на металлах, фильеры для вытягивания синтетических волокон, лопасти компрессоров и сопла реактивных двигателей. По удельной прочности и удельной жесткости композиты превосходят все обычные конструкционные материалы. Кроме того, они сохраняют высокую прочность при повышенных температурах, хорошо сопротивляются усталостному разрушению. Композиты — сложные материалы, в состав которых входят сильно отличающиеся по свойствам, не растворимые друг в друге компоненты, разделенные ярко выраженной границей. Сам принцип создания композитов заимствован у природы: Свойства композиционных материалов КМ зависят от свойств компонентов и прочности связи между ними. Вдобавок появляются свойства, которых не имели отдельно взятые компоненты. Поэтому для создания композитов выбирают компоненты с дополняющими друг друга свойствами. Композиционный материал состоит из основы, или матрицы металлической или полимерной и наполнителя , или армирующего компонента. Матрица связывает материал в единое целое, придает ему форму. Наполнитель равномерно распределяется в матрице в определенном порядке. Наполнитель воспринимает нагрузку, поэтому должен иметь высокие прочность, твердость, модуль упругости. Матрица распределяет нагрузку между частицами наполнителя, защищает их поверхность и повышает энергию распространения трещины, предупреждая хрупкое разрушение. Сама матрица не упрочняется, и в этом отличие композитов от металлических сплавов. Композиционные материалы, упрочненные мелкими частицами наполнителя, называют дисперсно-упрочненными. Композиты, содержащие волокна, — волокнистыми. Двумерные наполнители применяются, в основном, в полимерных композитах. Н аполнителями в них являются частицы тугоплавких веществ: Обычно это Al 2 O 3 , SiO 2 , BN, SiC. Для матриц используют либо материалы с малой плотностью алюминий, магний, титан и их сплавы , либо жаропрочные материалы никель. Получают дисперсно-упрочненные КМ прессованием и спеканием или введением наполнителя в жидкую матрицу перед разливкой. В этом виде КМ матрица воспринимает основную нагрузку, а частицы наполнителя мешают движению дислокаций. Наилучшее сочетание механических свойств достигается при размере частиц 0,01—0,1 мкм и расстоянии между ними 0,05—0,5 мкм. Примером является спеченная алюминиевая пудра САП. Она имеет высокую жаропрочность и коррозионную стойкость. Состоит из алюминия и частиц Al 2 O 3 в виде чешуек толщиной менее 1 мкм рис. Чем больше в этом материале доля Al 2 O 3 , тем выше прочность, твердость, жаропрочность, но ниже пластичность см. Преимуществом такого материала по сравнению с обычными сплавами алюминия являются очень мелкие зерна, равномерное распределение упрочняющих частиц, отсутствие линейных дефектов. Наполнителями в них служат волокна или нитевидные кристаллы: Волокна являются элементами, воспринимающими нагрузку. Для матриц используются те же металлы, что и для предыдущей группы. Для достижения максимальной прочности композиционного материала волокна должны быть расположены параллельно направлению действия напряжения. Поэтому расположение волокон может быть одноосным, двухосным или трехосным рис. Увеличение доли наполнителя повышает прочность и другие характеристики. Н апример, материал ВКА-1 состоит из алюминия и борного волокна. Предел прочности у него МПа как у углеродистых сталей , а удельная прочность — намного выше, чем у сталей. П олучают волокнистые композиты формованием волокон в порошке матрицы, пропиткой волокна жидким металлом матрицы, осаждением матрицы на волокна с последующим формованием и спеканием и другими способами. Все больше применяется способ направленной кристаллизации эвтектик. Проблемы технологии композитов в том, что волокна бора, углерода, карбида кремния и другие плохо слипаются с матрицей, не смачиваются жидким металлом матрицы. Прочность сцепления обеспечивается диффузионными процессами и химическими реакциями обычно на границе матрица-волокно образуются интерметаллиды. Приходится применять различные приемы, например, наносить предварительно металлические покрытия на волокна, которые улучшают сцепление, но удорожают материал. Или проводят травление поверхности волокна. Это тоже улучшает схватываемость с металлом матрицы. На поверхности борных или углеродных волокон выращивают монокристаллы карбида кремния SiC. Получаются ворсистые волокна — борсик. Если основой волокна является тончайшая вольфрамовая проволока диаметром 12 мкм, то на ней можно нарастить кристаллы бора. Все волокно будет иметь диаметр 70— мкм. Такие волокна прочнее сцепляются с матрицей. Основной недостаток волокнистых композитов — их высокая стоимость и сложная технология получения. Углеродные волокна несколько дешевле. Их получают из синтетических органических волокон высокотемпературной обработкой. Они могут быть изготовлены в виде жгутов, нитей, ткани, лент. Каждое волокно состоит из мельчайших ленточек — фибрилл. Стекловолокно производят с квадратной, прямоугольной, шестигранной формой — для лучшей укладки в матрице. Применение КМ увеличивается с каждым годом. Главный потребитель — авиа-, ракетная и космическая техника. Из них изготавливают легкие и прочные корпуса, камеры сгорания ракетных двигателей, лопатки турбин, лопасти винтов, кузовные детали автомобилей. При этом предел прочности нитей составляет более МПа. Сопла ракет изготавливают из порошков вольфрама или молибдена с керамическими нитями Al 2 O 3 в виде волокон или войлока. При этом прочность увеличивается в два раза. В композитах на полимерной основе усилие от матрицы передается армирующему волокну за счет сил межмолекулярного взаимодействия адгезионного характера. Необходимо полное смачивание жидким связующим поверхности волокон. Борные и углеродные волокна лучше смачиваются эпоксидной смолой. Так получаются боропластики и углепластики. Стекловолокниты имеют максимальную прочность и удельную прочность: Соединяют композиты точечной сваркой, склеиванием, клееболтовыми и клеезаклепочными соединениями. Такие материалы могут содержать от одного структурного элемента или кристаллита для частиц порошка до нескольких их слоев для пленки. Для наночастиц доля атомов, находящихся в тонком поверхностном слое толщиной порядка 1 нм , по сравнению с микрочастицами обычными зернами заметно возрастает. Доля приповерхностных атомов пропорциональна отношению площади поверхности частицы S к ее объему V. У поверхностных атомов, в отличие от атомов, находящихся в объеме твердого тела, задействованы не все связи с соседями. В результате в приповерхностном слое возникают сильные искажения кристаллической решетки, и даже может происходить смена типа решетки. Кроме того, свободная поверхность является стоком бесконечной емкости для точечных и линейных кристаллических дефектов в первую очередь вакансий и дислокаций. При малых размерах частиц это приводит к выходу большинства структурных дефектов на поверхность и очистке материала наночастицы от дефектов структуры и химических примесей. Установлено, что процессы деформации и разрушения протекают в тонком приповерхностном слое с опережением по сравнению с внутренними объемами металлического материала. В наночастицах же весь материал работает как приповерхностный слой, толщина которого оценивается величиной 0,5…20 мкм. Из этого следует, что закономерности, характерные для микроструктурных объектов, не соблюдаются при переходе к наноразмерным частицам. Изучение и использование необычных свойств наноматериалов является важнейшей задачей современного материаловедения. Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки 16 Основная образовательная программа 1. Цель миссия ООП — подготовка конкурентоспособного профессионала, способного участвовать в осуществлении проектно-изыскательских и топографо-геодезических работ по землеустройству, Государственному кадастру недвижимости, предусмотренных Исключительные права на представленные обзоры принадлежат ао "Консультант Плюс" Обзор Данные обзоры еженедельно подготавливаются специалистами АО "Консультант Плюс" и содержат аннотации к документам, введенным в информационный банк КонсультантПлюс: Стоимости туров в рассылке представлены справочно в USDНоминальная стоимость туров рассчитывается и принимается к оплате только в РУБЛЯХВнимание! История и культура Франции. Столбникова Развитие критического мышления студентов педагогического вуза в процессе медиаобразования на материале рекламы Монография. Развитие критического мышления студентов педагогического вуза в процессе медиаобразования на материале рекламы. Сохрани ссылку в одной из сетей: Керамические материалы Керамика — неорганические твердые материалы, получаемые высокотемпературным обжигом из отформованных минеральных масс. Структура керамики Основа строительной , бытовой и художественной керамики — природные глины. Свойства керамики Достоинствами керамики являются: На сегодняшний день разработаны следующие основные способы увеличения вязкости керамики: Классификация и применение керамики Техническую керамику можно подразделить на 3 группы: Она применяется очень широко: Вязкость разрушения К 1С характеризует локальное повышение растягивающих напряжений у вершины трещины при переходе ее от стабильной к нестабильной стадии роста: Практическое занятие 8 Строительная керамика Строительные керамические материалы — это кирпич, цемент, бетон и природный камень. При растяжении самая длинная трещина растет неустойчиво а ; при сжатии смятие образца вызывается устойчивым ростом множества трещин б Прочность бетона при растяжении примерно в 15 раз меньше, чем при сжатии не более 4 МПа. Таблица 5 Соответствие марок цементов и бетонов Марка бетона и выше Марка цемента , , , , , Лекция 9 Неорганические стекла Неорганические стекла — это сложные расплавы высокой вязкости, состоящие из основных и кислотных оксидов. Они образуют структурный каркас стекла, или сетку; модифицирующие оксиды натрия, калия, лития, кальция, магния, бария. Они изменяют физико-химические свойства стекломассы, облегчая технологию производства; оксиды для придания нужных характеристик. Свойства стекол изотропны, т. Ситаллы кристаллические стекла Их еще называют стеклокерамикой. Кристаллизация стекла при введении модификаторов в расплав Применение ситаллов включает детали ДВС, подшипники, трубы для химической промышленности, оболочки вакуумных электронных приборов, детали радиоэлектроники, жаростойкие покрытия на металлах, фильеры для вытягивания синтетических волокон, лопасти компрессоров и сопла реактивных двигателей. Строение композитов Композиционный материал состоит из основы, или матрицы металлической или полимерной и наполнителя , или армирующего компонента. По форме наполнители могут быть нуль-мерными, одномерными и двумерными рис. Форма наполнителей в композиционных материалах: Волокнистые композиционные материалы Наполнителями в них служат волокна или нитевидные кристаллы: Расположение армирующих волокон в композитах: При двухосном армировании анизотропии нет, но прочность вдоль оси волокон уменьшается примерно в 3 раза рис. Чем тоньше и длиннее волокно, тем выше степень упрочнения см. Композиционные материалы на полимерной основе В композитах на полимерной основе усилие от матрицы передается армирующему волокну за счет сил межмолекулярного взаимодействия адгезионного характера. Цель миссия ООП — подготовка конкурентоспособного профессионала, способного участвовать в осуществлении проектно-изыскательских и топографо-геодезических работ по землеустройству, Государственному кадастру недвижимости, предусмотренных. Данные обзоры еженедельно подготавливаются специалистами АО "Консультант Плюс" и содержат аннотации к документам, введенным в информационный банк КонсультантПлюс:
Инструкция лего ниндзя го машина коула
Специалисты занимающиеся проблемой нарушенной коммуникации
Лучше создать группу или публичную страницу
Расписание автобусов минск правдинск
Имеют ли право арестовывать детские