1. Классификация материалов

Литература
Колесов, С.Н. Материаловедение технология конструкционных материалов : Учеб. для вузов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. — М. : Высш. шк., 2004. — 519 с. : ил.
Г.П. Фетисов и др. Материаловедение и технология металлов. – М. Высшая школа . 2001.
Материаловедение. Учебник для вузов. под ред. Б.Н. Арзамасова – Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.
Богородицкий, Н.П., Пасынков, В.В., Тареев, В.М.. Электротехнические материалы. Изд.7. Л. : Энергоатомиздат, 1985. — 352 с. : ил.
Воинов, В.Н., Рудный, В.В. Руководство к лабораторным работам по курсу “Электротехнические материалы”. Екатеринбург, издание УПИ, . Часть 1, 32 с. : ил.; часть 2, 32 с. : ил.
Штофа Ян Электротехнические материалы в вопросах и ответах. М.: Энергоатомиздат, 1984. 255 с.с ил.4. Электротехнический справочник. / Под ред. Ю.В.Корицкого и др. М.: Энергоатомиздат.1986. 584 с.с ил.
Техника высоких напряжений. / Под ред. Л.В. Разевига. М.: Госэнергоатом-издат.1976. 488 с.с ил.
Базуткин В. В., Ларионов В. П., Пинталь Ю. С. Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах. Учебник для вузов. / Под ред. В. П. Ларионова. – 3-е изд.; переработанное и дополненное. М.: Энергоатомиздат,1986. 368 с.с ил.
Техника высоких напряжений: теоретические и практические основы применения. / Пер.с нем.М. Бейер, В. Бек, К. Меллер, В. Цаенгель; Под ред. В. П. Ларионова. М.: Энергоатомиздат, 1989. 555 с.с ил.

Введение
Материалы, применяемые в электротехнике можно подразделить на две группы:
1. Конструкционные (КМ)
Конструкционные материалы – материалы, применяемые для несущих конструкций и вспомогательных узлов и деталей.
2. Электротехнические (ЭТМ)
ЭТМ – материалы для применения в технике с использованием их определенных свойств по отношению к электромагнитному полю

Классификация материалов
Конструкционные материалы
Металлы и их сплавы
Технические металлы
Черные металлы: сталь и чугун (85%)
Цветные металлы: медь, алюминий, магний, никель, свинец, цинк, олово и их сплавы (15%)
Редкие металлы: ртуть, натрий, магний, серебро, золото, платина, кобальт, хром, молибден, тантал, вольфрам и др.
Композиционные материалы
Неметаллические соединения
Полимеры
Пластмассы

II. Электротехнические материалы
(по поведению в электрическом поле)
Диэлектрики – основное свойство диэлектриков – способность к поляризации. В диэлектриках возможно существование электростатических полей.
Полупроводники – отличительное свойство – сильная зависимость проводимости от концентрации и вида примесей, а также от внешних энергетических воздействий.
Проводники – основное электрическое свойство – сильно выраженная проводимость

Основы строения и свойств материалов

Основные свойства материалов

Физико-химические свойства
Строение внешних электронных оболочек атомов определяет виды связей в молекулах. Вид химической связи определяется степенью электроотрицательности элементов. Виды связей определят физические и химические свойства вещества.

Строение и свойства материалов
Агрегатное состояние вещества зависит от соотношения энергии теплового хаотического движения и энергии взаимодействия молекул
Газообразное состояние Wт >> Wв
Жидкость - Wт ≈ Wв
Твердые - Wт << Wв
кристаллическое строение
аморфное строение
полимерные молекулы

4 агрегатных состояния вещества
Энергия связи меньше энергии теплового хаотического движения
Энергия связи равна энергии теплового хаотического движения
Энергия связи больше энергии теплового хаотического движения
IV. Плазма - полностью ионизированный газ

Физико-химические свойства
Определяются в том числе видами химических связей в веществе

Твердое состояние
Кристаллическое тело – наблюдается ближний и дальний порядок расположения частиц
Аморфное тело – только ближний порядок
Полимеры – особая структура с большой протяженностью молекул, асимметричностью, цепным строением и гибкостью

Полимеры
Полимеры – это соединения, получаемые путем многократного повторения различных групп атомов, называемых «мономерами», соединенных в длинные макромолекулы химическими или координационными связями

Молекулы полимеров состоят из звеньев с количеством повторов n, который называется степенью полимеризации. Различают:
мономер – исходный продукт, звено (группа атомов), из которого состоит полимер, степень полимеризации n=1
олигомер – низкомолекулярный продукт, группа атомов, состоящая из звеньев с низкой степенью полимеризации n=10
полимер – высокомолекулярный продукт, многократно повторенный мономер, степень полимеризации n=100 и больше
(В переводе с греческого поли – много; олигос – мало, немного, несколько; моно – один).

Процесс превращения мономеров в полимер называется полимеризацией, а в олигомер соответственно – олигомеризацией.
Процесс превращения смеси двух или более видов мономеров в полимер, называется сополимеризацией.

Получение полимеров

Получение полимеров: полимеризация и поликонденсация
Многократное присоединение молекул мономеров или полимеризация происходит без выделения побочных низкомолекулярных продуктов
Полимеризация, в ходе которой многократно повторяется процесс конденсации (взаимодействия) друг с другом функциональных групп мономеров, называется поликонденсацией.
При поликонденсации выделяются побочные низкомолекулярные соединения, такие как вода Н2О, хлористый водород НСl, формальдегид СН2О, аммиак NН3 и другие.

Пример реакции поликонденсации
Выделение побочных продуктов в случае изготовления электротехнических материалов обычно нежелательно, так это может ухудшать электротехнические свойства материалов

Строение молекул полимеров
В зависимости от форм, получающихся при реакции создания полимеров различают следующие структуры:
линейная
разветвленная
пространственная

Термоплатичность и термореактивность
Термопласты. Линейные или слегка разветвленные полимеры. Они могут многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении. При этом химических изменений не происходит.
Реактопласты (термореактивные, или термоотверждающиеся, пластмассы). Имеют молекулы, образующие трехмерную сетку.
При охлаждении они превращаются в твердые неплавящиеся тела, которые невозможно снова размягчить без химического разложения. Необратимое затвердевание вызывается химической реакцией сшивки цепей.
Все линейные полимеры термопластичны, а все сшитые сетчатые полимеры реактопластичны (термореактивны).
Структура мономерных единиц и их функциональных групп позволяют предсказать тип пластмассы, получаемой при полимеризации.
Свойства пластмасс сильно зависят от их структуры: термопласты менее твердые, но проще в переработке;
реактопласты тверже, но при превышении температуры выше критической необратимо разрушаются

Особенности физического состояния полимеров
Кристаллизующиеся полимеры можно перевести в твердое аморфное состояние. В этом случае следует различать три физических (не фазовых) состояния полимерного вещества: стеклообразное, высокоэластичное и вязкотекучее.
В стеклообразном состоянии происходит колебательное движение атомов, входящих в состав цепи, но отсутствует перемещение звеньев и цепи, как единого целого ( конструкционный материал, для изоляции )
В высокоэластичном состоянии происходит колебательное движение звеньев (крутильные колебания), в результате цепи полимера приобретают способность изгибаться (в этом состоянии находятся оплетки кабелей)
В вязкотекучем состоянии подвижностью обладает вся макромолекула как единое целое (состояние переработки)
Температура перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называется температурой стеклования Тс
Температура перехода из высокоэластичного в вязкотекучее состояние, называется температурой текучести Тт.
Температура хрупкости – температура, при которой ухудшаются механопрочностные свойства и наступает хрупкое разрушение образца. (Температура хрупкости всегда ниже температуры стеклования
Температуры плавления, стеклования , текучести, хрупкости определяют температурные режимы эксплуатации и переработки полимеров.
Регулирование температуры перехода полимера из одного физического состояния в другое возможно введением пластификаторов

Надмолекулярная структура полимеров
Аморфный полимер Кристаллический полимер