Назначение керамики

Способы получения керамики
Изделия из технической керамики получают методом порошковой металлургии, состоящем из двух этапов: формовки и последующего спекания.
Некоторые формы глинозема получают гальваническим способом, т.н. анодированием, заключающемся в окислении поверхности алюминия электрохимическим путем.
Большие монокристаллы керамики выращивают из расплава неразлагающегося соединения на поверхности кристалла - затравки, а также путем конденсации из паров или осаждением из расплавов неустойчивых соединений.

Фарфорово-фаянсовая керамика
Фарфорово-фаянсовая керамика применяется для изготовления посуды, предметов декоративно-художественного назначения, изоляторов, санитарно-строительных изделий.

фарфор
фарфор (это слово на фарси означает “императорский”) отличается от простой керамики непроницаемостью для воды, отсутствием пор, звонкостью, белизной, неподатливостью гравировке.

Сырье для производства фарфора
Лучшим сырьем для производства фарфора считается каолин, добывавшийся в местечке Гаолин (букв. “Высокий холм”) под Цзиндэчжэнем. Находимый в Китае каолин смешан с “фарфоровым камнем” (байдуньцзи). Этот “фарфоровый камень” содержит высокую концентрацию полевого шпата, который обеспечивает как получение щелочи, понижающей температуру витрификации, так и увеличивающего полупрозрачность фарфора после витрификации.

Твердый фарфор
Твердый фарфор содержит в основном два исходных материала: каолин и полевой шпат (чаще всего в соединении с белой слюдой; относительно легко плавится) ,добавляется кварц или песок.

Мягкий фарфор
Мягкий фарфор, называемый также художественным или фриттовым, состоит преимущественно из смесей стекловидных веществ, так называемых фритт, содержащих песок или кремень, селитру, морскую соль, соду, квасцы и толченый алебастр.

Костяной фарфор
Костяной фарфор представляет собой компромисс между твердым и мягким фарфором. Его состав открыт в Англии около 1750 года. Кроме каолина и полевого шпата, он содержит фосфат извести из пережженной кости.

Состав керамики
По химическому составу керамика делится на кислородную и бескислородную, кислородная керамика изготовляется на основе окислов металлов, бескислородная керамика спекается из не содержащих кислорода тугоплавких соединений: карбидов, боридов, сульфидов, фторидов.

Техническая керамика
Керамические детали с оксидами бериллия и урана применяются в ядерных реакторах,
с карбидами бора - в легковесной броне и газовых подшипниках,
карбид калия - для изготовления нагревателей, огнеупоров и абразивов,
нитрид кремния - для подшипников и лопаток газовых турбин.

Получение изделий из технической керамики
Выращенные монокристаллы кварца используют для изготовление резонаторов электрических колебаний, синтетический сапфир - для подшипников часовых механизмов и точных приборов,
синтетический рубин - для лазеров.

Керамика в машиностроении
В машиностроении керамика применяется при:
изготовлении двигателей и их отдельных узлов (нитрид кремния),
деталей насосов и компрессоров (оксиды кремния и циркония, карбид кремния),
валов,
зубчатых колес,
сопел,
инструментов,
деталей измерительных приборов,
шаровых мельниц (оксид алюминия).

Керметы
керметы, представляющие собой частицы кристаллической керамики, связанные в единое целое металлической матрицей. Иногда керметы называют твердыми сплавами, они получили широкое применение в инструментальной сфере, для изготовления режущего инструмента. Он работает в сложных условиях:
Высокие снижающие напряжения вблизи режущей кромки;
Растягивающие напряжения в удаленных от кромки точках;
Высокая температура (резец должен сохранять прочность и не окисляться);
Быстрые температурные изменения и резкие пространственные переходы температуры;
Истирание, ведущее к износу;
Взаимодействие между инструментом и обрабатываемыми материалами;
Керметы используются как наплавочный материал для улучшения эксплуатационных характеристик поверхности изделий (прокатные валки, штамповочный инструмент) для восстановления и размеров изношенных деталей.

Новые технологии в керамике
Из керамики на основе диоксида циркония делают сверхтвердый и износостойкий инструмент для волочения.
В медицине керамику используют для протезирования зубов и суставов.
Пористая керамика используется для фильтрации газов и жидкостей, при стерилизации пищевых продуктов, для теплоизоляции и звукопоглощения.
В металлургии и энергетике керамика является незаменимым материалом для футеровки печей и высокотемпературных реакторов.

Цемент
Сложной керамической системой является цемент, состоящий из извести, кремнезита и глинозема. Цементный порошок, смешанный с песком, дробленой горной породой и водой образует бетон

Тема 6. Силикатное стекло. Состав, строение, свойства стекла
Стекла образуются оксидами металлов и находятся в аморфном состоянии. В стеклообразном состоянии могут находится некоторые органические материалы, но их не принято называть стеклами.

Отличие стекол
Стекло отличается прозрачностью в диапазоне длины волн видимого света, являются хорошими изоляторами электрического тока, характеризуются низкой теплопроводностью и невысоким термическим расширением.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТЕКЛА
Плотность 2.5 х 10 кг/М3
Прочность при сжатии около 100 х kN/M2
Тяговое усилие 3....10 х 104 kN/M2
Изгибное напряжение 3 х 104 kN/M2 (при расчетах)
Коэффициент терморасширения около 8 х 10~6м/м К"1
Коэффициент упругости около 7,5 х Ю10Ра
Твердость около 6 по шкале МОН
Число Пойссона 0,25
Коэффициент теплопроводности около 0,9 W/MK
Коэффициент теплопередачи около 5.8 W/M2K
Коэффициент преломления около 1.5

Прозрачность
Стекло отличается прозрачностью в диапазоне длины волн видимого света, являются хорошими изоляторами электрического тока, характеризуются низкой теплопроводностью и невысоким термическим расширением.

Механические свойства стекол
Механические свойства стекол зависят от способа обработки и состояния их поверхности.

Классификация и ассортимент стеклянных изделий
По назначению:
-бытовую посуду
-художественные изделия
-хозяйственная посуда
-кухонная посуда
-ламповые изделия
По способу выработки:
-выдувные
-прессованные
-прессо-выдувные
-центробежное литье

Ассортимент стеклянной посуды
-выдувное изделие
-прессованные
-прессо-выдувные
-хрустальные
-хозяйственная посуда
-кухонная
посуда

Термически закаленные стекла
Термически закаленные стекло имеет повышенные характеристики прочности, которые могут быть увеличены дополнительно химической обработкой поверхности. При быстром охлаждении (закалке) нагретого стекла в его поверхностных слоях создаются снижающие напряжения, которые позволяют повысить рабочие нагрузки на стекло. Закалке подвергается обычное листовое стекло толщиной 4,5-6,5 мм путем его равномерного и быстрого охлаждения от Т 610-650°С. механические свойства закаленного стекла (сталинита) повышаются в 5-6 раз.
Химическое упрочнение приводит к улучшению характеристик стекла из-за образования на его поверхности тонких полимерных пленок.

Состав и назначение стекол
В зависимости от стеклообразующих окислов стекла подразделяются :
Силикатные
Алюмосиликатные
Боросиликатные
Щелочные
Бесщелочные
По назначению стекла делятся:
Листовые,
Оптические
Тугоплавкие
Электротехнические
Легкоплавкие
Специальные

Характеристика свойств стекла
Термостойкость стекол оценивается по разности температур, которую выдерживает стекло при резком охлаждении в холодной воде
Световые потери оцениваются коэффициентом светопоглощения
Светопрозрачность оценивается - коэффициентом светопропускания
Химической обработкой поверхности осуществляется при быстром охлаждении (закалке) нагретого стекла - в его поверхностных слоях создаются снижающие напряжения, которые позволяют повысить рабочие нагрузки на стекло

Пеностекло
Для изготовления плит, блоков, панелей, тепло- и звукоизоляционных экранов, фильтров используют пеностекло, которое получают из промышленного стекла и газонаполнителя (уголь, мел, кокс). Вспенивание массы происходит при Т 690-900°С.

Триплексы
Для упрочнения стекла, а также для уменьшения разлетания осколков при его разрушении применяют триплексы, представляющие собой композицию из двух закаленных стекол толщиной 2-3 мм с прослойкой из эластичной полимерной пленки. Если между двух стекол имеется воздушный промежуток, то такое трехслойное стекло (термопанель) обеспечивает теплоизоляцию.

Электропроводящие (полупроводниковые) стекла
В качестве теристоров и фотосопротивлений используют электропроводящие (полупроводниковые) стекла на основе халькогенидовых соединений и ванадиевых оксидов.

Теплоизоляционные стекла
Теплоизоляционные стекла - волокнистые материалы, имеющие волнистую структуру с воздушными прослойками (стекловата, рыхлые плиты), производимые с добавлением синтетических смол для обеспечения устойчивости структуры. Эти материалы обладают низкой теплопроводностью и небольшой объемной массой, их используют для тепло звукоизоляции кабин самолетов, железнодорожных вагонов, кузовов автомашин, корпусов судов, трубопроводов и т.п.

Стеклокерамика
Стеклокерамика составляет особую группу стекол, под которой подразумевается материал, полученный путем контролируемой кристаллизации стекла. Такие стекла называются ситталы (стекло + кристалл). Термообработка производится при Т 900-1100°С, при этом изделие не размягчается и не деформируется.

Фотоситталы
Фотоситталы получают за счет облучения проникающей радиацией или ультрафиолетовым излучением, они обладают фоточувствительными свойствами.

Термоситталы
Термоситталы получают двойным отжигом, они имеют высокое сопротивление износу, повышенную прочность, хорошие диэлектрические характеристики.

Ситталы
Ситталы используют как светочувствительные материалы для получения фото - и кинопродукции, для изготовления прозрачных деталей в астрофизической аппаратуре вместо кварцевого стекла, для изготовления подшипников, оболочек вакуумных электронных приборов, их применяют в качестве жаропрочного материала для защиты металлов от действия высоких температур и как износостойкий материал фильер волочильных станков.Из ситталов делают обтекатели снарядов, сопла ракет, машиностроительные детали ответственного назначения.
Необходимая структура создается двойной термической обработкой, при первичной происходят физико-химические процессы, внешне не меняющие вид стекла. Кристаллизация стекла проходит в результате повторной термической обработки

Тема 7. Композиционные и порошковые материалы
Композиционные материалы представляют собой матрицу-основу упорядочено заполненную наполнителем, обеспечивающим рабочие характеристики материалов. В качестве наполнителей применяют "усы" (монокристаллические металлические нити высокой прочности), волокна из стекла, графита, пластиков, а также холоднотянутую металлическую проволоку.

Классификация композиционных материалов
композиционные материалы классифицируются по основным признакам:
типу матрицы
виду армирующего элемента
особенностям макроструктуры
методам получения

Композиционные материалы с металлической матрицей
Композиционные материалы с металлической матрицей состоят из металлической матрицы упрочненной высокопрочными волокнами. Металлическая матрица связывает волокна в единое целое.

Композиционные материалы с неметаллической матрицей
В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и керамические материалы.
Наиболее распространенные полимерные :
эпоксидная
фенолформальдегидная
полиамидная
матрица связывает композицию придает ей форму.
Упрочнителями служат волокна:
стеклянные
углеродные
борные
органические на основе нитевидных кристаллов металлические

Характеристика по виду упрочнителя
Композиционные материалы классифицируют на
стекловолокниты
карбоволокниты с углеродными волокнами
бороволокниты
органоволокниты.

Свойства композиционных материалов
Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов их сочетания количественного соотношения и прочности связи между ними.
Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей.

Композиты
Получаемые композиционные системы имеют многофазную упорядоченную структуру типа металл- неметалл, металл- химическое соединение, металл-пластик и др. К композитам относится армированный бетон - железобетон, биметаллические провода (алюминий-сталь), плакированные листы (нержавеющая сталь - -сталь)

Композиционные порошковые материалы
Порошковыми называют материалы, изготовляемые путем прессования металлических порошков и изделие необходимой формы и размеров и последующего спекания сформованных изделий в вакууме.

Виды композиционных порошковых материалов
Различают пористые и компактные порошковые материалы.
Пористые - материалы в которых после окончательной обработки сохраняется 10-30% остаточной пористости.
Антифрикционные порошковые сплавы имеют низкий коэффициент трения, легко прирабатываются, выдерживают значительные нагрузки и обладают хорошей износостойкостью.

Применение порошковых сплавов
Сплавы на основе цветных металлов (АЛП-2, АЛПД-2-4, АЛПЖ-12-4, БрПБ-2 и др.) нашли широкое применение в приборостроении, электротехнической промышленности и электронной технике.

Маркировка порошковых сплавов
В маркировке сплавов первые буквы указывают класс материала
Ал - алюминий
Б - бериллий
Бр- бронза
Л - латунь
буквы «Д» -медь, «Ж» -железо, «Г» - марганец.
Цифры в марке указывают состав сплава.
Число после дефиса - плотность материала в процентах

Тема 8. Технические жидкости и газы
Для обеспечения длительного срока службы сооружений, безотказного действия машин и механизмов, придания эстетических качеств изделию, для защиты металла от разрушающего влияния химически агрессивных сред, используются вещества с соответствующими специфическими свойствами -материалы для обеспечения работоспособности сооружений и агрегатов в процессе их эксплуатации

Смазочные масла
Минеральные масла получают путем очистки различных фракций, образующихся при перегонке нефти.
К синтетическим маслам относятся кремнийорганические и фторуглеродные жидкости, а также некоторые жидкие синтетические углеводороды

Определение
Смазочными материалами называются вещества, обладающие смазочным действием, т.е. способностью снижать трение, уменьшать скорость изнашивания и устранять заедание трущихся поверхностей

Присадки, наполнители и загустители
Присадками называют вещества.добавляемые в базовое масло для улучшения их качества и придания новых свойств, не присущих исходному продукту. В зависимости от назначения различают вязкостные (повышающие вязкость);
противоизносные (уменьшение интенсивности изнашивания трущихся поверхностей);
противозадирные (предупреждающие заедание и схватывание трущихся поверхностей);
антифрикционные (снижающие коэффициент трения);
антикоррозионные (снижающие коррозионную активность масел);
многофункциональные (комплексные)присадки, повышающие сразу несколько показателей качества смазочных материалов.

Назначение наполнителей, загустителей
Введение наполнителей преследует следующие цели:
улучшение смазочной способности;
повышение герметизирующих свойств;
повышение защитной способности;
увеличение прочности на сдвиг пластичных смазок
В качестве наполнителей используют графит, слюду, дисульфид молиблена,порошки металлов и их оксидов.
Загустители вводят для придания большей вязкости смазочным материалам (соли высокомолекулярных жирных кислот (мыла), неорганические силикатные продукты (силикагель, бентонит)

Применение масел
Моторные, трансмиссионные и индустриальные
моторные масла применяют для смазывания двигателей внутреннего сгорания;
трансмиссионные масла предназначены для смазывания механических и гидродинамических передач наземных средств транспорта;
масла для промышленного оборудования (индустриальные) предназначены для снижения коэффициента трения в подвижных сопряжения станков, прессов,прокатных станов и др. оборудования

Смазочно-охлаждающие и технологические материалы
СОЖ совмещают свойства смазочных масел и технологических жидкостей. Они одновременно смазывают поверхность инструмента обрабатываемой детали,облегчая деформирование и улучшая качество получаемой поверхности, отводят теплоту, смывают стружку, пыль и другие загрязнения,а также защищают поверхность инструмента и деталей от коррозии

Виды СОЖ
Индустриальные масла;
Нефтяные масла;
Смесь нефтяных масел, активированных серой;
Водные эмульсии, приготовленные на концентратах из смеси индустриальных масел, едкого натра,спиртов или гликолей;
Водно-графитные суспензии;
Масла с присадками серы., хлора и фосфорорганических соединений;
Технологические жидкости;
Закалочные среды;
Моющие жидкости

Специальные жидкости
Характеризуются несжимаемостью или сжимаемостью, летучестью или неиспаряемостью, защитными свойствами,стабильностью характеристик (вакуумные масла,демпфирующие жидкости,амортизационные жидкости).

Материалы для обеспечения эксплуатационных параметров техники

Смазочные вещества
Смазочные вещества резко снижают коэффициент трения в контактирующих подвижных узлах машин и агрегатов (масла, графит).