Неметалічні матеріали

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Неметалічні матеріали

Основним типом неметалічних матеріалів, широко використовуються в машинобудуванні та інших галузях промисловості, є пластичні маси (пластмаси).
Пластичними масами називають такі штучні матеріали, які отримують на основі органічних полімерних в'яжучих речовин з різними наповнювачами.
В якості в'яжучих при отриманні пластмас використовують синтетичні або природні високомолекулярні з'єднання, в тому числі синтетичні смоли, високомолекулярні з'єднання або продукти їх переробки, наприклад, ефіри целюлози, бітуми та ін
Смоли, що використовуються для виготовлення пластмас, можуть бути термореактивними або термопластичними, що і визначає їх основні технологічні і експлуатаційні властивості.
Багато пластмаси (переважно, термопластичні) складаються з одного сполучного речовини. До таких матеріалів відноситься поліетилен, полістирол, поліаміди, органічні скла, капрон і ін Особливістю термопластичних матеріалів є їх здатність розм'якшуватися при нагріванні і знову тверднути при охолодженні. Причому ці процеси протікають оборотно і відбуваються однаково при кожному циклі нагріву і охолодження. Будова матеріалу при цьому не змінюється, в ньому не відбувається жодних хімічних реакцій.
Термопластичні матеріали характеризуються малою щільністю, хорошою формуемость, стійкістю до паливно-мастильних матеріалів. Поліетилен має теплостійкість до 50 єС, морозостійкість до - 70, хімічно стійок, проте схильний до старіння. Застосовується для виготовлення плівок, труб, контейнерів, предметів домашнього ужитку. Поліпропілен має вищі міцнісні властивості, але має більш низьку морозостійкість (до мінус 20 єС). Області застосування близькі до поліетилену. Полістирол - твердий прозорий компактний матеріал. Використовується для виготовлення деталей приладів та машин (ручки, корпуси, труби та ін.) Поліуретани і поліаміди: капрон, нейлон використовуються для виготовлення високоміцних ниток і плівок. Органічні скла - прозорі тверді речовини, використовуються в літакобудуванні, автомобілебудуванні, приладобудуванні.
До термопластів також відносяться фторопласти - унікальні матеріали з дуже низьким коефіцієнтом тертя. Їх використовують для вентилів, кранів, насосів, втулок, прокладок та ін.)
Термореактивні матеріали при нагріванні розм'якшуються лише в початковий період часу, а потім тверднуть при температурі нагрівання за рахунок протікання необоротних хімічних реакцій в їх структурі, в результаті чого такий матеріал залишається твердим і не розм'якшується при повторних нагревах до достатньо високих температур. Представниками термореактивних матеріалів є фенолформальдегидная, глифталевая, епоксидна смоли, неграничні поліефіри та ін Природа протікання хімічних реакцій, що призводять до незворотного затвердеванию, може мати різний характер. Воно може стимулюватися додаванням у смоли спеціальних речовин - затверджувачів, або відбуватися тільки за рахунок термічної активації - при нагріванні. Проте в обох випадках особливістю термореактивних пластмас є незворотній характер зміни основних властивостей матеріалу.
Основою реактопластів є термореактивні полімери. Як наповнювачі використовують різні неорганічні матеріали. Залежно від типу наповнювача такі матеріали поділяються на порошкові, волокнисті і шаруваті. Порошкові матеріали використовують в якості наповнювачів деревну або целюлозну борошно, мелений кварц, тальк, цемент, графіт та ін Такі пластмаси мають однорідні властивості в усіх напрямках, добре пресуються. Недолік - низька стійкість до ударних навантажень. Застосовуються для виготовлення корпусних деталей приладів, технологічного оснащення в ливарному виробництві (моделей) або слабонавантажених деталей штампів. Волокнисті пластмаси (волокніту) мають високі міцнісні властивості, особливо, стекловолокніти, оскільки, по суті, вони є композиційними матеріалами і використовують переваги у властивостях як основи , так і волокон, які застосовуються для створення цих матеріалів. Шаруваті пластики, як і волокніту, є композиційними матеріалами. Вони характеризуються найбільш високими міцнісними та, одночасно, пластичними властивостями. Існують текстоліти (наповнювач - бавовняна тканина), гетинакс (наповнювач - папір), древеснослоістие пластики (деревний шпон), склотекстоліти (тканина з скловолокна). Текстоліт має підвищений опір зносу. Може застосовуватися для виготовлення зубчастих коліс, кулачків, підшипників та інших важко навантажених деталей. Гетинакс - електроізоляційний і декоративно-будівельний матеріал. Склотекстоліт на епоксидній смолі використовується для найбільш відповідальних навантажених деталей, оскільки має найбільш високі міцнісні властивості серед інших пластичних мас.
У залежності від основного призначення пластмаси розділяються на наступні групи:
а) конструкційні, що мають високу механічну міцність і застосовуються для силових і не силових конструкцій;
б) електроізоляційні, що володіють гарними діелектричними властивостями; область застосування - електротехніка, приладобудування;
в) теплостійкі, стосовно трьом температурним областям застосування: 120 - 150 єС, 150 - 200 º С і вище 200 єС;
г) звуко - і теплоізоляційні, що володіють звукоізоляційними властивостями і малою теплопровідністю - зазвичай, високопористі матеріали;
д) фрикційні, які мають при сухому терті високим коефіцієнтом тертя і малим зносом;
е) антифрикційні, що також мають високу зносостійкість при дуже малому коефіцієнті тертя;
ж) антикорозійні, що володіють підвищеною стійкістю до зовнішніх хімічно агресивних чинників (атмосферні опади, кислоти, луги); часто використовуються для покриття металевих виробів з метою захисту від корозії;
з) декоративно-оздоблювальні та облицювальні, що володіють хорошими декоративними властивостями;
і) прокладочні та ущільнювальні, що володіють стійкістю проти дії води, рідкого палива, мінеральних масел, кислот і лугів;
к) тропікоустойчівие, добре чинять опір дії температури, вологості повітря, ультрафіолетового опромінення, стійкі до грибкової цвілі;
л) хімічно стійкі, що володіють стійкістю до дії сильних кислот і лугів, ароматичних вуглеводнів, бензину, спиртів та інших розчинників.
Більшість пластмас володіє комплексом властивостей, що дозволяють застосовувати їх не в одній, а відразу в декількох областях, в різних поєднаннях, наприклад, вініпласт має електроізоляційні, конструкційними та антикорозійними властивостями.
Конструкційні пластмаси поділяються за міцністю:
а) високоміцні, з межею міцності на розтяг σ у вище 196 МПа;
б) середньої міцності при σ в від 78,4 до 196 МПа;
в) низької міцності при σ в не вище 78,4 МПа;
г) теплостійкі;
д) декоративно-оздоблювальні та облицювальні.
Електро-та радіотехнічні пластмаси бувають:
а) електроізоляційні;
б) електропровідні;
в) радіопрозорі.
Тепло - та звукоізоляційні пластмаси поділяються на наступні підгрупи:
Пінопласти полістирольні і на іншій основі:
а) емульсійні з комірчастою структурою (наприклад, пінопласт, полістирольний плитковий ПС-1 і ПС-4);
б) полістирол, що спінюється, що є продуктами полімеризації стиролу в присутності порошкообразователя (наприклад, ПСВ, ПСВ-А, ПСВ-С).
Пінополіуретани еластичні, одержувані шляхом взаємодії поліефіру П-2200 з толуілендіізіціанатом в присутності каталізатора, емульгатора і спеціальних добавок.
Теплова ізоляція, що наноситься на вироби у вигляді матів, що складаються з матеріалів з низькою теплопровідністю і екранів - матеріалів з високою відбивною здатністю:
а) електронно-вакуумна теплова ізоляція, що є набором екранів - матеріалів з високою відбивною здатністю, розділених прокладками з матеріалів з низькою теплопровідністю;
б) тепло - звукоізоляційний матеріал, що складається з шарів скляних волокон, обклеєних з одного або двох сторін фольгою, плівкою або не обклеєних взагалі.

Композиційні матеріали

Композиційними матеріалами називають такі матеріали, які складаються з різних складових частин, не розчиняються один в одному. Зазвичай такі матеріали являють собою з'єднання високоміцних, жароміцних або особливо жорстких (високомодульних) тонких порошків, волокон, безперервних ниток, і полімерної, металевою або керамічної матриці, в яку ці жорсткі елементи занурені, і яка пов'язує ці елементи в монолітне тіло. Композиційні матеріали можуть бути дісперсноупрочненнимі, волокнистими, шаруватими. По виду й розташуванню зміцнюючих компонентів композиційні матеріали поділяються на групи із каркасною, матричної, шаруватої та комбінованої структурою.
Залежно від геометрії армуючих елементів композиційні матеріали бувають ізотропними або анізотропними. Якщо армуючий матеріал розташовується в хаотичну орієнтацію в просторі і складається з порошкових або коротковолокнистого елементів, то найчастіше такі композиційні матеріали є ізотропними. У тому випадку, якщо композиційні матеріали складаються з закономірно і едінонаправленних волокон, з'єднаних матрицею, то такі матеріали, є анізотропними.
З прикладами композиційних матеріалів з полімерною матрицею ми вже стикалися вище (текстоліт, гетинакс та ін.)
Особливу роль, як композиційних матеріалів з високими показниками питомої міцності, грають сплави з металевою матрицею, основу яких складають найчастіше алюміній і алюмінієві, магнієві, нікелеві сплави та ін
Широко відомі порошкові дісперсноупрочненние спечені композиційні матеріали, наприклад, САП (спечена алюмінієва пудра). Алюмінієва пудра представляє собою дрібні частки алюмінію, отримані методами розмелювання алюмінію в млинах і природно окислені киснем повітря за рахунок високої хімічної активності алюмінію.
Для виготовлення виробів таку пудру брикетуються з отриманням виробів заданої форми і розмірів, а потім спікають при температурі 500 - 550 єС. Матеріал отримує високу питому міцність - до 400 - 450 МПа, яка дозволяє використовувати вироби при порівняно високих температурах - до 500 єС.
Для отримання волокнистих матеріалів (композитів) з алюмінієвої матрицею використовують волокна, ниткоподібні кристали чистих елементів і тугоплавких сполук з бором, вуглецем, а також окису алюмінію, карбіду або нітриду кремнію та ін
У ряді випадків в якості волокон застосовують дріт з надміцної сталі, вольфраму, молібдену, хрому, берилію та інших
Позитивними властивостями композиційних матеріалів з металевою матрицею є: висока термостійкість, більш високі, ніж у порошкових композиційних матеріалів електро-і теплопровідність, негорючість, стійкість до ерозії, стабільність розмірів у вологому стані і деякі інші.
У порівнянні з однорідними литими що деформуються традиційними металевими металами і сплавами композиційні матеріали суттєво (у кілька разів) мають більш високі міцнісні властивості і модулі пружності, а також на порядок більш високі значення питомої міцності по відношенню до питомої ваги (таблиця 9.2).
Таблиця 9.2 - Фізико-механічні властивості КМ з металевою матрицею
Матеріал
Зміст волокна,%
Щільність, г / см 3
Межа міцності при розтягуванні, МПа при
Модуль пружності, ГПа
Усталостная міцність на базі 10 7 циклів, МПа
Тривала міцність, за 100 год при 400 єС, МПа
Коефіцієнт лінійного розширення, α · 10 -6, 1/єС
При 20 єС
При 400 єС
Алюміній-сталевий дріт
40
4,8
1600
800
120
350
450
11,8
Алюміній-борне волокно
50
2,65
1150
850
240
600
650
6,0
Магній-борне волокно
45
2,2
1250
900
200
550
600
6,5
Нікель-вольфрамова дріт
50
-
700 при 1100єС
530
-
-
150 при 1100єС
-
Алюміній-вугільне волокно
30-40
2,3
700-800
600-700
130-150
-
-
-
Магній-вугільне волокно
30-40
1,8
700-800
600-700
130-150
-
-
-
Зростаюча потреба в матеріалах, що володіють високими характеристиками міцності, стимулює роботи зі створення композиційних матеріалів з металевою матрицею з алюмінієвих сплавів, армованих високоміцними волокнами, наприклад, борними, вуглецевими і сталевими.
Такі композиційні матеріали є найбільш перспективним класом машинобудівних матеріалів при постійному жорсткість умов експлуатації сучасних машин, при яких традиційні метали і сплави не задовольняють зростаючим вимогам, особливо в частині питомих показників міцності і жорсткості.
Існує композиційні матеріали типу КАС - алюмінієвий сплав, армований в одному напрямку сталевими волокнами. Такі КМ мають високу технологічність при виробництві; відносно малу собівартість; гарну відтворюваність характеристик при виготовленні виробів з композиційних матеріалів. Широке застосування КМ типу "алюміній - сталь" у промисловості стримується невисоким питомими характеристиками і анізотропією властивостей.
Металеві композиційні матеріали застосовують у таких галузях сучасної техніки, де вони повинні працювати при особливо низьких, високих і надвисоких температурах, в агресивних середовищах, при статичних, динамічних, знакозмінних навантаженнях в умовах жорстко-пружних конструкцій.
Їх застосовують в авіаційній, ракетній і космічній техніці. З алюмінієвих сплавів, армованих сталевим дротом, виготовляють тонкостінні паливні баки і інші корпусні деталі. Використання таких матеріалів у виробах авіаційної техніки зменшує масу деталей рівної міцності на 20-60%. Композиції на основі алюміній-титан використовують при виготовленні легких лопаток газотурбінних двигунів. Найбільш високими якісними показниками для цього призначення відрізняються композиційні матеріали на нікелевій і хромової основі з армуванням ниткоподібними кристалами окислу алюмінію.
Металеві композиційні матеріали на основі свинцю або його сплавів з оловом, армовані дротом з нержавіючої сталі, можуть використовуватися для виготовлення підшипників, що працюють без мастила. В електротехніці металеві композиційні матеріали знаходять застосування для виготовлення проводів високовольтних ліній, зносостійких контактів, надпровідників і ін
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
47.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Неметалічні корисні копалини Азбест
Матеріали
Конструкційні матеріали 2
Напівпровідникові матеріали
Лакофарбові матеріали 2
Лакофарбові матеріали
Матеріали в будівництві
Будівельні матеріали
Поліграфічні матеріали
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru