* К. т. н. , доцент кафедры

* К. т. н. , доцент кафедры «Материаловедения и технологии машиностроения» Серов Антон Вячеславович

* МАТЕРИАЛЫ КРИСТАЛЛЫ КЕРАМИКИ ПОЛИМЕРЫ СТЕКЛА 100 % до 100 % до 80 % 0% кристаллической фазы

Цель: Создание новых материалов с заданными свойствами Создание и исследование свойств новых материалов Задачи: Совершенствование технологий получение материалов Разработка новых технологий получения материалов Исследование влияния обработки на свойства и структуру материалов Снижение себестоимости получения материалов Повышение качества получаемых материалов

Методы исследования в материаловедении Металлография Рентгенофазовый, рентгеноструктурный анализ Макроанализ Дилатометрический, Электронная термический, Микроанализ микроскопия магнитный методы анализа Растровая Просвечивающая

Кристаллическими называются тела, в которых элементарные частицы расположены различно, но закономерно и образуют кристаллическую решетку. Кристаллическая решетка имеет ионно-электронное строение.

* Металлы – это простые кристаллические вещества, имеющие атомарно-кристаллическое строение и обладающие особыми металлическими свойствами (пластичность, электро- и теплопроводность, металлический блеск и др. )

* тугоплавкие легкие магнитные благородные редкоземельные Температу- Тпл <500 °С Плотность Обладают Лантаноиды, ра не более ферромагни высокой которые применяют плавления Zn, Pb, Cd, 2, 75 Мг/м³ -тными химической как присадки выше, Tl, Bi, Sn, свойствами стойкостью, чем у Fe In, Na, Hg Al, Cs, Be, в том числе (1539 °С) и др. Mg, Rb, На основе и при Na, Li Fe, Co, Ni повышенных W, Ta, Mo, и др. температурах Cr, Pt, Ti и др. Au, Ag, Pt, Pd, Ir, Rh, Os, Ru

Кристаллическое строение металлов

Зависимость сил межатомного взаимодействия (а) и энергии взаимодействия (б) от расстояния между атомами

*ОЦК (объемноцентрированная кубическая решетка) * W, V, Cr, Tiβ, Feα *ГЦК (гранецентрированная кубическая решетка ) *Ni, Cu, Sn, Feγ *ГПУ (гексагональная плотноупакованная) *Tiα, Be

Анизотропия в кристаллах Анизотропия - Зависимость свойств от направления в кристаллической решетке. Так, например, в ГЦК решетке расстояние между атомами вдоль ребра куба на 41 % больше, чем вдоль диагонали грани и это приводит к различию модуля упругости, магнитных и других характеристик измеренных в этих направлениях. Наиболее сильно анизотропия проявляется в кристаллах со структурами, обладающими малой симметрией (ромбическая, моноклинная).

* Полиморфизм (аллотропия) – свойство материалов при изменении внешних факторов (температура, давление) образовывать разные типы кристаллических решеток. Этим свойством обладает около 30 металлов, и оно сохраняется в большинстве сплавов на основе этих металлов.

Кристаллизация металлов происходит в процессе образования центров кристаллов и их последующего роста. В результате кристаллизации реальные металлы имеют зернистое строение.

Зерно – объем металла с определенным направлением роста кристаллической решетки. Граница зерна – область искаженной решетки в месте стыка зерен, возникающая из-за случайной ориентации образовавшихся центров кристаллизации.

Схема взаимного расположения зерен металла: а - граница между взаимно наклоненными зернами; б - граница между взаимно смещенными(скрученными) зернами Схема кристалла(зерна) металла с его границами(ширина границ 5 -10 межатомных расстояний) ; а - общий вид; б - блочная(мозаичная) структура внутри зерна;

Дефекты кристаллического строения Точечные дефекты Вакансия (а) и Межузельный атом (б) Линейные дефекты Рис. 9. Винтовая дислокация Краевая дислокация

Диффузия - это перенос вещества, который вызывается беспорядочным тепловым движением диффундирующих частиц. Основными типами движения при диффузии в твердых телах являются случайные периодические скачки атомов из узла кристаллической решетки в соседний или вакансию. Различают: 1) самодиффузию - перемещение атомов металла в кристалле, жидкости или газе; 2) гетеродиффузию - перемещение чужеродных атомов; 3) реактивную диффузию - которая сопровождающаяся реакциями образования промежуточных фаз. Существуют: а) Прямая диффузия, когда происходит перемещение атомов в направлении градиента концентрации - в сторону низкой концентрации вещества; б) Обратная или восходящая диффузия - перемещение атомов в сторону более высокой концентрации.

Механизмы диффузии Возможные механизмы диффузии 1 - простой обменный, 2 - циклический обменный, 3 - вакансионный, 4 - простой межузельный, 5 - межузельный механизм вытеснения, 6 - краудионный. Основным механизмом самодиффузии и диффузии является вакансионный.

СПЛАВЫ - соединения металлов с металлами или металлов с неметаллами Основные способы получения: - сплавлением - спеканием

Твердые растворы замещения возникают, если атомы одного компонента замещают атомы другого компонента в его решетке. Твердые растворы внедрения возникают, если атомы одного компонента (B) находятся в порах Микроструктура твердого кристаллической решетки другого раствора компонента (A). Механическая смесь кристаллов возникает, если компоненты не могут растворяться друг в друге и не вступают в химическую реакцию. Микроструктура Химическое соединение возникает, если компоненты могут вступать в химическую реакцию друг с другом и образовывать устойчивое сложное вещество со строго определенным соотношением между атомами одного и другого компонента. • интерметаллиды Микроструктура сплава с • карбиды Mex. Cy, химическим соединением • нитриды Mex. Ny и т. п.

Металлы характеризуются механическими, физическими и технологическими свойствами. Механические свойства: прочность: предел прочности при растяжении -- σв, при изгибе -- σи, при кручении -- σ-1 (МПа); пластичность: относительное удлинение -- δ (%); относительное сужение -- ψ (%); ударная вязкость: KCU, KCT или KCV(к. Дж/м 2); твёрдость: по Бринеллю (200 НВ), по Роквеллу (42 HRC), по Виккерсу (5600 HV)

Физические свойства: плотность, магнитные свойства, электрические свойства, теплопроводность, температура плавления. Технологические свойства: • Литейные (жидкотекучесть, склонность к усадке, дегазация); • Ковкость; • Свариваемость; • Закаливаемость и прокаливаемость; • Обрабатываемость резанием;

* Черные сплавы Цветные сплавы Стали Чугуны Медные Алюминиевые Латуни Бронзы

* Сталями называют железоуглеродистые сплавы, содержащие от 0, 02 до 2, 14 % C. Углеродистые стали состоят из Fe и С. В легированные стали кроме Fe и С добавляют легирующие элементы. Стали классифицируют: • по назначению • по химическому составу • по качеству • по степени раскисления

* Конструкционные С особыми свойствами Инструментальные

* углеродистые легированные низко- средне- высоко- низко- средне- высоко-

* Обыкновенного Качественные Высоко- Особо качества S ≤ 0, 035 % качественные высоко- S ≤ 0, 06 % P≤ 0, 035 % S ≤ 0, 025% качественные Р ≤ 0, 07 % Р ≤ 0, 025% S ≤ 0, 015% P ≤ 0, 025%

По степени раскисления спокойные полуспокойные (пс) кипящие (кп) раскисляют марганцем, сначала марганцем кремнием марганцем, и затем алюминием

* Конструкционные углеродистые стали Обыкновенного Качественные Высококачественные качества 20 А 05 Ст0…Ст6 30 А 08 Cт3 Г 2 пс 40 А 25 Ст2 кп 85 А 40 85

* Обозначения основных легирующих элементов в сталях Ю- М- А - азот алюминий Н - никель молибден Ф - ванадий Р - бор Б - ниобий Е - селен В- К - кобальт вольфрам Т - титан У - углерод Г- С - кремний П - фосфор марганец Х - хром Д - медь Ц- цирконий

* Качественные Высококачественные Особо высоко- 40 ХН 30 ХГСА качественные 18 ХГТ 40 ХНА 25 ХГР 18 Х 2 Н 4 ВА 40 ХН-Ш

* углеродистые легированные 4 Х 7 ХФ Качественные Высококачественные 9 ХС У 7 Х У 7 А ХВГС У 8 А Х 6 ВФ У 9 А У 9 У 13 А У 13

* сернистые свинцовосодержащие кальцийсодержащие селеносодержащие А 11 АС 14 АЦ 20 А 35 Е А 20 АС 40 АЦ 30 ХН А 40 ХЕ А 40 Г АС 40 ХГНМ Шарикоподшипниковые стали ШХ 4; ШХ 15 СГ; ШХ 15 -Ш Строительные стали 09 Г 2; 15 Г 2 СФ; 10 ХНДП; 12 ХГДАФ; 12 ГН 2 МФАЮ

СТАЛИ По По степени По назначению химическо По качеству раскисления му составу Высококачествен Инструментальн Конструкционны По содержанию Полуспокойные Обыкновенного обозначениями Спокойные (сп) Качественные качественные Особовысоко Кипящие (кп) легирующих элементов е стали с углерода особыми качества ные (пс) ые е Среднеуглеродистые (0, 3%… 0, 6%) 08 Х 22 Н 6 ШХ 15 -Ш Низкоуглеродистые (0, 02%… 0, 3%) 40 ХН-Ш Шарикоподшипнико 30 ХГС- 50 ХФА Ст3 сп 45 ХГС Ст5 пс Ст2 кп Ст1 кп 35 ХН 08 сп Среднелегированные(5%-10%) 08 пс 05 пс Быстрорежущие 08 кп У 8 А Ст1 Ст4 Ст6 Строительные 20 Легированные Углеродистые Высоколегированные(>10%) Ш Т Автоматные Низколегированные (<5%) В обозначении марок стали первые две цифры Высокоуглеродистые стали указывают среднюю массовую долю углерода в вые (0, 6%… 2, 14%) сотых долях процента для конструкционных и в десятых долях процента для инструментальных сталей. Буквы за цифрами означают: Р - бор, Ю - алюминий, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, Х - хром, Г - марганец, Н - А 40 Г, АС 14 18 Х 12 Н 10 Т Р 9, Р 6 М 5, Ст0, Ст3 ШХ 15 СГ АЦ 30 ХН 10 ХНДП 15 Г 2 СФ 50 ХФА А 40 ХЕ никель, М - молибден, В – вольфрам, Е - селен. ШХ 15 09 Г 2, 05 пс У 11 А 08 кп ШХ 4 5 ХФ Р 19 9 ХС У 13 65 Г У 7 65 Цифры, стоящие после букв, указывают Х примерную массовую долю легирующего элемента в целых процентах. Отсутствие цифры означает, Пример: 50 ХФА что в марке содержится до 1, 5 % этого 1. Конструкционная; 2. Среднеуглеродистая (0, 5%), 3. легирующего элемента. Низколегированная Буква А в конце наименования марки (Х = Cr~1%; Ф = V~1%); 4. Спокойная; 5. Высококачественная. обозначает «высококачественная сталь» .

* Чугуны – это железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2, 14 % С. Чугуны делятся на белые, серые, высокопрочные, ковкие. В белых чугунах углерод находится в связанном состоянии в виде химического соединения Fe 3 C, в остальных - большая часть в свободном состоянии в виде графита различных форм. Форма графита в чугунах: Серый Высокопрочный Ковкий пластинчатая шаровидная хлопьевидная

Маркировка чугунов: серых высокопрочных ковких СЧ 10 ВЧ 35 КЧ 30 -6 СЧ 15 ВЧ 50 КЧ 35 -10 СЧ 30 ВЧ 80 КЧ 37 -12 СЧ 35 ВЧ 100 КЧ 80 -1, 5 буквы в марке чугуна обозначают его название, а цифры – механические свойства: цифры – предел прочности при растяжении - σв (∙ 10 МПа); в ковком чугуне вторая группа цифр означает относительное удлинение - δ (%).

ЧУГУНЫ Высоко Вермик Серы Ковки Антифрикционн Специальные прочны улярны Белый (П) й (СЧ) й (КЧ) ый (АЧ) легированные чугуны й (ВЧ) й (ЧВГ) Коррозионностойк высококачественн П – передельный Вермикулярный форма графита Износостойкий Хлопьевидная фосфористый Жаропрочный Пластинчатая производства Жаростойкий Шаровидный литейного ПЛ – для графит ПВК – ПФ – АСЧ АВЧ АКЧ ый ий ЧН 11 ГШ ЧС 15 М 4 КЧ 35 -10 ЧН 15 ДЗ ЧН 19 ХЗ ЧН 15 Д 7 КЧ 30 -6 КЧ 33 -8 ВЧ 100 ЧВГ 45 ЧВГ 40 ЧВГ 35 ЧГ 7 Х 4 АЧС-1 АЧС-2 АЧС-6 АЧВ-1 АЧВ-2 СЧЩ 2 АЧК-1 АЧК-2 ЧХЗТ ПВК 1 ПВК 2 ПВК 3 СЧ 15 СЧ 25 СЧ 18 ЧС 15 ВЧ 60 ВЧ 80 ЧХ 32 ПФ 1 ПФ 2 ПФ 3 ЧС 5 ПЛ 1 ПЛ 2 П 1 П 2 Ш Чугун маркируется буквами «СЧ, ВЧ, КЧ» и двумя цифрами, которые показывают предел прочности при растяжении (минимально допустимое временное сопротивление чугуна) – σв [кгс/мм 2] или [10×МПа]. Например, обозначение чугуна СЧ 30 означает, что он относится к серым чугунам с пластинчатым графитом и его σв = 30 кгс/мм 2 = 300 МПа. Марка ВЧ 60 означает, что он относится к высокопрочным чугунам с шаровидным графитом и его σ в = 60 кгс/мм 2 = 600 Мпа. Марки ковкого чугуна обозначаются буквами «КЧ» и двумя группами цифр, которые показывают предел прочности при растяжении – σв [кгс/мм 2] или [10×МПа] и относительное удлинение в процентах – δ, %. Например, КЧ 37– 12 означает, что эта марка ковкого чугуна с хлопьевидным графитом σ в = 37 кгс/мм 2 = 370 МПа и

* Медные Алюминиевые Обозначения легирующих элементов в цветных сплавах: А – алюминий; О – олово; Н – никель; Ж – железо; К – кремний; С – свинец; Мц – марганец; Мш – мышьяк; Ц – цинк; Б – бериллий; Т – титан; Х – хром

* По химическому составу Латуни Бронзы По технологическим признакам Литейные Деформируемые

* это двойные или многокомпонентные сплавы, в которых основной легирующий элемент – цинк (min – 4%, max – 50 %) Маркировка латуней деформируемых литейных Л 96 ЛЦ 23 С 2 ЛС 59 -1 ЛЦ 40 С ЛАМш77 -2 -0, 05 ЛЦ 16 К 4 ЛМц. А 57 -3 -1 ЛЦ 23 А 6 Ж 3 Мц2

* Бронзы – двойные или многокомпонентные сплавы меди со всеми элементами (могут содержать цинк, но не более 5 %) По химическому По технологическим составу: признакам: - оловянные - деформируемые - алюминиевые - литейные - кремнистые - свинцовые - бериллиевые

Маркировка бронз деформируемых литейных Бр. ОФ 7 -0, 2 Бр. О 10 Ф 1 Бр. ОЦС 4 -4 -4 Бр. О 5 С 25 Бр. А 5 Бр. О 5 Ц 5 С 5 Бр. АЖ 9 -4 Бр. С 30 Бр. АЖНМц9 -4 -4 -1 Бр. А 9 Ж 4 Н 4 Мц1 Бр. Б 2 Бр. КН 1 -3

МЕДЬ И СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ МЕДИ Медь Медные сплавы Cu > 99, 90 Cu < 99, 90 Бронзы (Cu + л. э. ) Латуни (Cu + Zn + л. э. ) Деформируемы Литейные М 00 (Cu 99, 99%) е М 2 р (Cu 99, 70% М 0 (Cu 99, 95%) М 1 (Cu 99, 90%) М 2 (Cu 99, 70%) М 3 (Cu 99, 50%) раскисленная) Бр. ОЦС 4 -4 -4 ЛАМш77 -2 - Бр. О 5 Ц 5 С 5 Бр. ОФ 7 -0, 2 Бр. О 10 Ф 1 Бр. О 5 С 25 ЛЦ 23 С 2 ЛЦ 16 К 4 ЛС 59 -1 ЛЦ 40 С Бр. А 5 0, 05 Л 96 Буквы в цветных сплавах обозначают содержание легирующих элементов в процентах: А – алюминий; О – олово; Н – никель; Ж – железо; К – кремний; С – свинец; Мц – марганец; Мш – мышьяк; Ц – цинк; Б – бериллий; Т – титан; Х – хром; Ф - фосфор.

АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ Буквенно-цифровая маркировка алюминиевых сплавов Принцип классификации Сплав название обозначение По химическому составу - АМг, АМц, A 99 По названию сплава Дуралюмин Д 1, Д 6 По технологическому назначению Ковочный АК 6, АК 8 По свойствам Высокопрочный В 95, В 96 По методу получения полуфабрикатов и Спеченный литейный САП, САС, АЛ 2 изделий По виду полуфабрикатов Проволочный Амг 5 П

* Деформируемые Литейные Неупрочняемые Упрочняемые термической обработкой термической обработкой

* Неупрочняемых Упрочняемых термической обработкой АМц Д 1 АМг 2 Д 16 АМг 6 Д 18 В 95 В 96

Маркировка литейных алюминиевых сплавов Неупрочняемых Упрочняемых термической обработкой АК 9 (АЛ 4) АК 12 (АЛ 2) АК 7 (АЛ 9) АК 8 М (АЛ 32)

ЦИФРОВАЯ МАРКИРОВКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 1160 Нечетное число или ноль, стоящие на четвертом месте, обозначают деформируемый сплав, цифра 7 соответствует проволочному сплаву, 9 – Основа (Al) спеченному сплаву. У литейных сплавов четвертая цифра четная. Основные легирующие Порядковый элементы номер сплава При такой маркировке сплав Д 16, например, обозначается 1160, сплав Амц – 1400, АМг 3 – 1530, АМг 61 – 1561, АК 6 – 1360, АК 4 – 1140, АК 4 -1 --1141

АМг 6 Не упрочняемый Al + Mg + л. э. АМг 3 термической АЛЮМИНИЙ И СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ обработкой АМг 1 Д 12 Al + Mn + л. э. АММ Деформируемые АМц Сплавы на основе алюминия АД 31 Упрочняемый термической Авиали АД 33 АВ обработкой Высокопрочн ые В 96 алюминиевы В 95 е сплавы Д 18 АЛЮМИНИЯ Дуралюмины Д 16 Д 1 АЛ 1 термичес упрочняе обработк мый кой Не АК 18 ой Литейные АК 12 (АЛ 2)* АК 8 М Упрочняе термичес обработк (АЛ 32)* мый кой АК 7 (АЛ 9)* ой *В скобках дана старая маркировка АК 9 (АЛ 4)* АД 0 (99, 50%) ируемый) Техничес (деформ кий АД 00 (99, 70%) АД 000 (99, 80%) АВ 97 (Al+Mg > 97%) Алюмини раскисле й для ния АВ 88 (Al+Mg > 88%) Алюминий АВ 86 (Al+Mg > 86%) А 0 (99, 00%) Технической А 7 Э (99, 70%) чистоты Первичный А 85 (99, 85%) А 95 (99, 95%) Высокой А 99 (99, 99%) чистоты А 999 (99, 999%)

КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ Строительные низколегированные стали • 09 Г 2 С, 14 Г 2, 15 ГФ, 15 ХСНД, 10 ХНДП, 10 Г 2 С 1, 17 ГС, 12 Г 2 СМФ

Цементуемые стали • 12 ХН 3 А, 12 Х 2 Н 4 А, 15 Х, 20 ХФ, 18 ХГТ, 25 ХГМ, 12 ХН 3 А, 12 Х 2 Н 4 А

Улучшаемые стали • 30 Х, 40 Х, 50 Х, 40 ХФА, 20 ХГС, 25 ХГС, 30 ХГС, 40 ХН, 50 ХН, 40 ХН 2 МА

Автоматные стали • А 12, А 20, А 40 Г (АС 14)

Рессорно-пружинные стали • 55 С 2, 60 С 2, 70 С 3 А, 50 ХФА, 50 ХГФА, 60 С 2 ХА, 60 С 2 Н 2 А

Шарикоподшипниковые стали • ШХ 15 (1 % С и 1, 5 % Cr), ШХ 15 СГ (1 % С, 1, 5 % Cr, 0, 5 % Si и 1, 5 % Mn)

Жаропрочные стали • 40 Х 10 С 2 М (сильхром), 11 Х 11 Н 2 В 2 МФ, 15 Х 11 МФ, 18 Х 12 ВМБФР Жаростойкие стали • 08 Х 17 Т, 15 Х 25 Т , 20 Х 23 Н 18, 20 Х 25 Н 20 С 2, Х 13 Ю 4

Коррозионно-стойкие стали • 12 Х 13, 20 Х 13, 30 Х 13, 40 Х 13

Износостойкие стали • 110 Г 13 Л (Сталь Гадфильда), 110 Г 13 ФТЛ, 110 Г 13 Х 2 Л

Инструментальные стали Быстрорежущие Режущие стали P 18, Р 12, Р 6 М 5, Углеродистые Легированные Р 6 М 5 К 5, Р 10 К 5 Ф 5, Р 9 К 10 9 ХФ, 9 ХС, 9 ХВГ, У 7…У 13 Штамповые стали ХВГ, XВГС 4 ХС 4, 5 ХНМ, 5 ХГМ, У 7 А…У 13 А 6 Х 6 В 3 МФС, 8 Х 4 В 2 МФС 2

* магнитомягкие • электротехническое железо (Армко): Э, ЭАА • электротехническая сталь • железоникелевые сплавы (пермаллои): 79 НМ • ферриты

магнитотвердые • ЕХ, ЕХ 3, ЕХ 5 К 5, ЕХ 3, Е 7136, ЕХ 9 К 15 М сплав ЮНДК 24

Сплавы с особенностями электросопротивления • Проводниковые материалы • Медь, Кадмиевые бронзы • Алюминий • Железо

Сплавы с высоким электросопротивлением • манганин – МНМц 3 -12 (11, 5 -13 % Mn, 2, 5 -3, 5 % Ni, остальное Сu); • константан - МНМц 40 -1, 5 (1 -2%. Mn, 39 -41 % Ni, остальное Сu). • фехраль - Х 13 Ю 4 (≤ 0, 15 % С, 13 % Сu, 4 % Al) • хромалъ - ОХ 23 Ю 5 (≤ 0, 05 % С, 23 % Сr, 5 % Al); • ферронихром - X 15 H 60 (25 % Fe) • нихром -Х 20 Н 80

Оксид хрома зелёный (Cr 2 O 3) Карбору нд (Si. O) Абразивные материалы Zr. O 2 Оксиды Кварц (Si. O 2) Электрокорунд Корунд (Al 2 O 3) Карбид бора Соедин ения (B 4 C) бора Эльбор (BN) Субмикропорош ки (1, 0… 0, 1 АСМ 1, АСМ 5 Из мкм) Микропорошки синтетических АСМ, АСН (80… 1 мкм) (АС) Шлифпорошки АС 2, АС 160, Алмаз (3000… 40 мкм) АРВ 1 Субмикропорошки (1, 0… 0, 1 мкм) АМ 1, АМ 5 Из природных Микропорошки (80… 1 алмазов (А) мкм) АМ, АН Шлифпорошки А 1…А 8 (3000… 40 мкм) № 2 (Fe – основа; Ni 1, 3… 2, 1 %; Cr – 13… 17, 5%; Mn ~ 1%, C - 1, 5… 2%, Si - 1, 5… 2, 2%) Сормайт № 1 (Fe – основа; Ni – 3… 5%; Cr - 25… 31%; C – 2, 5… 3, 3%; Si – 2, 8… 4, 2) Твёрдые сплавы ТНМ 30 Без вольфрамовые ТНМ 20 ТТ 10 К 8 Б Трёхкарбидные ТТ 7 К 12 Т 5 К 10 Двухкарбидные Т 15 К 6 ВК 15 Однокарбидные ВК 8

* Неметаллические материалы 67

План лекции 13 1. Материалы из неорганических минеральных веществ 2. Разрыхленные, дисперсные и каменные материалы 3. Природные каменные материалы Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 68

* Неорганические минеральные вещества – это химические элементы и соединения (оксиды, бескислородные соединения элементов), которые не имеют металлических свойств. Эти материалы обладают химической стойкостью, негорючестью, твердостью, стойкостью к нагреву, стабильностью свойств. Их недостатки: высокая хрупкость, низкая стойкость при изменении температур, а также при растяжении и изгибе. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 69

* КПМ – это строительные материалы, которые получают из горных пород механической обработкой; при этом они сохраняют структуру и свойства горной породы. По характеру обработки поверхности КПМ делят на природные и грубообработанные каменные материалы. 1. Природные строительные камни: - стеновые камни (получают из плотных пористых туфов и известняков); - облицовочные камни (горные породы красивой окраски и рисунка для получения крупных блоков); - дорожные каменные материалы (бортовые камни, брусчатка тротуарные камни). 2. Грубообработанные каменные материалы: - бутовый камень (крупные обломки горных пород); - гравий (рыхлый материал после естественного разрушения пород); - щебень (дробленые камни горных пород); - пески (природные и искусственные); - пористые заполнители (органические и неорганические). Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 70

* Минеральные неорганические вяжущие вещества – это порошки минерального происхождения, которые в смеси с водой образуют пластично-вязкое тесто, самотвердеющее со временем. По способу твердения неорганические вяжущие вещества делят: - на воздушные (затвердевают и долго сохраняют прочность на воздухе); - гидравлические (твердеют и длительно сохраняют прочность на воздухе и в воде); - автоклавного твердения (твердеют при автоклавном синтезе в среде насыщенного водяного пара; получают известково-кремнеземистые вяжущие). Цемент – это собирательное название минеральных неорганических порошкообразных вяжущих веществ, которые при смешении с водой образуют пластичное тесто (цементное тесто). Камневидное состояние цементного теста – это цементный камень. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 71

* По химическому составу их делят на четыре группы: 1. Известковые вяжущие (в основном из оксида кальция); их виды: воздушная известь, гидратная известь. 2. Магнезиальные вяжущие вещества – это каустические магнезит и доломит в виде порошков; их получают обжигом с последующим помолом. 3. Гипсовые вяжущие вещества – это полуводный гипс. 4. Жидкое стекло – это коллоидный водный раствор силиката натрия (калия) с 50– 70 % воды. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 72

* Эти вещества – сложные системы и состоят из четырех оксидов: Са. О–Si. O 2–Al 2 O 3–Fe 2 O 3, которые образуют три группы гидравлических вяжущих: 1. Силикатные цементы (в них 75 % силикатов кальция) – это портландцемент и его подвиды. 2. Алюминатные цементы – на основе глиноземистого цемента. 3. Гидравлическая известь и романцемент. Добавки для цементов: - компоненты с гидравлическими свойствами; - наполнители (улучшают структуру цементного камня); - технологические (регулируют основные свойства цемента); - регулирующие специальные свойства цемента. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 73

План лекции 14 1. Материалы из неорганических минеральных веществ 2. Разрыхленные, дисперсные и каменные материалы 3. Искусственные каменные материалы Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 74

* Бетоны – это искусственные камневидные материалы, которые получают формованием с последующим твердением специально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, воды, мелкого (песок) и крупного (щебень, гравий) заполнителей. Такую смесь до твердения называют бетонной смесью. Вяжущее вещество и вода – это активные составляющие бетона, потому что реакция между ними образует цементный камень, который скрепляет зерна заполнителей. Зерна песка и щебня составляют каменный остов в бетоне, а цементное тесто между ними выполняет роль смазки заполнителей и придает бетонной смеси подвижность. После твердения цементное тесто образует искусственный каменный материал – бетон. В бетон могут вводить специальные добавки двух групп: - химические вещества (0, 1– 2 % массы цемента), которые изменяют свойства бетона в нужном направлении; - тонкомолотые материалы (5– 20 %) – для экономии цемента. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 75

* Тяжелые (обычные) бетоны – это бетоны с плотными заполнителями (песок, щебень, гравий) с плотностью 2100– 2600 кг/м 3. Водоцементное отношение – Деформационные свойства бетона это отношение массы воды к под действием нагрузки оценивают массе цемента в приготовленной по модулю Юнга, который возрастает бетонной смеси (учитывают не с увеличением прочности бетона. поглощенную заполнителями Морозостойкость бетона зависит воду). от его строения, количества Ползучесть бетона – это крупных пор, образованных водой, необратимые деформации под оставшейся от химического действием постоянной нагрузки. взаимодействия Её можно снизить уменьшением с цементом. расхода цемента и В/Ц, Водонепроницаемость бетона увеличением крупности зависит от его плотности заполнителя, возраста бетона. и структуры. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 76

* * Высокопрочный бетон. * Быстротвердеющий бетон. * Бетоны для дорожных и аэродромных покрытий. * Мелкозернистый бетон. * Водонепроницаемый бетон. * Жаростойкие бетоны. * Кислотоупорные бетоны. * Бетон для защиты от радиоактивного воздействия. * Декоративные бетоны. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 77

* К легким бетонам относятся бетоны со средней плотностью в воздушно-сухом состоянии от 200 до 2000 кг/м 3, поэтому в них применяют пористые заполнители. Структура бетона формируется при проникновении цементного теста в поверхностные поры зерна заполнителя. Классификация легких бетонов по назначению: - конструкционные (конструкционно- теплоизоляционные); - теплоизоляционные; - акустические. Виды легких бетонов: гипсобетон, ячеистый бетон, арболит. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 78

* Это композиционные материалы на основе полимерного связующего, минеральных заполнителей и наполнителей. В зависимости от количества полимеров бетоны могут быть: цементно-полимерными, полимербетоны, бетонополимеры и бетоны с полимерными материалами (заполнители, дисперсная арматура или микронаполнители). По плотности бетоны делят на следующие группы: 1. Конструкционный тяжелый на тяжелых плотных заполнителях. 2. Конструкционно-теплоизоляционный бетон с минеральными заполнителями. 3. Теплоизоляционный особолегкий бетон с высокопористыми заполнителями (пенопласт, пробка, древесина, вспученный перлит). Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 79

План лекции 15 1. Каменные плавленые материалы. 2. Неорганические полимерные материалы. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 80

* Это каменное литье, которое является искусственными силикатными материалами. Виды каменного литья: - минеральная вата – это тонкие стекловидные волокна, которые получают из легкоплавких горных пород (доломитов, базальтов); - акмигран – декоративно-акустические плиты из гранулированной минеральной ваты (~80 %), крахмала (~10 %) и бентонитовой глины (~10 %); - базальтовое супертонкое волокно – материал с малой плотностью 17– 25 кг/м 3, высоким звукопоглощением и рабочими температурами от – 200 до +700 С; - шлаковата – искусственный материал из тонких волокон, которые получают из расплавленных огненно-жидких доменных шлаков или других минеральных расплавов. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 81

* Эти материалы имеют большую твёрдость и высокую стойкость к нагреву, негорючи, химически стойки, не стареют, хорошо сопротивляются сжимающим нагрузкам. Но они хрупкие, не переносят резкого изменения температуры, слабо сопротивляются растягивающим и изгибающим нагрузкам. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 82

* Графит: - Природный графит – это минерал с гексагональной решёткой, модификация углерода магматического происхождения. Он изотропен. (Марки природного графита: ГАК-1 – для аккумуляторов специального назначения; ГАК-2, ГАК-3 – для щелочных аккумуляторов и графитизированных антифрикционных изделий. ) - Искусственные графиты по виду сырья делят на технические (ПРОГ, ПГ-50) и пирометрические (пирографиты). Технические графиты получают из твёрдого сырья (нефтяной кокс с каменноугольным песком), а пирографиты – из газообразного сырья (метан). Искусственные графиты имеют совершенную кристаллическую структуру, высокую анизотропию и являются высокотемпературным конструкционным материалам. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 83

* Асбестовые материалы получают из хризотил- асбеста или амфилобовых асбестов. Виды асбестовых материалов: - асбестодиатомитовый порошок; - совелитовый порошок; - асбестомагнезиальный порошок; - асбестовый картон; - асбестоволокниты; - асбестотекстолит; - бризол; - гидроизол. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 84

* Миканиты Микафолий Микалента Твёрдые или гибкие Рулонный или листовой Склеенные пластинки листы из склеенных электроизоляционный слюды, обклеенные и спрессованных материал, который с двух сторон бумагой. листочков щипаной получают из одного или Из отходов при слюды. Их нескольких листочков разработке природной виды: коллекторный, слюды, склеенных друг слюды получают прокладочный (это с другом и с полотном слюдиниты – это твёрдые миканиты, бумаги или слюдинитовая бумага, которые прессуют при стеклотканью обработанная клеящим повышенном давлении веществом (смола, и нагреве до 150– 160 ºС), лак) формовочный и гибкий Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 85

* Керамика – это неорганические поликристаллические материалы из сформованных минеральных масс высокотемпературным спеканием при 1200– 2500 С. Разновидности керамики: - терракота; - керметы; - корундовая керамика; - сверхтвердая керамика; - керамзит; - микролит; - электрокорунд (корракс); - сверхтвердые керамические материалы; - абразивные керамические материалы (абразивы); - глазурь. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 86

* Неорганическое стекло – это аморфный полимерный материал из затвердевшего расплава оксидов Si, Al, B, P, As, Pb и других элементов. Его строение – неупорядоченное, неоднородное. Материалы из стекла Стекловаты Стекловолокно Стеклопор Стеклорубероид Стекловойлок Гидростеклоизол Армированное стекло Пеностекло (ячеистое стекло)

* ситаллы по характеру исходных материалов Технические Петроситаллы Шлакоситаллы ситаллы Получают на основе Это искусственные смеси Получают диабазовых из химических из металлургических и других горных пород соединений (оксидов) и топливных шлаков Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 88

План лекции 16 1. Полимерные пластические материалы 2. Полупроводниковые материалы Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 89

Пластмассы – это искусственные материалы на основе природных или синтетических высокомолекулярных полимеров. Пластмасса – это композиция полимера или олигомера с различными добавками. Пластмассы классифицируют по признакам: • происхождение полимеров (природные и синтетические); • состав (простые ненаполненные и сложные наполненные); • происхождение наполнителей (органические, неорганические, газовоздушные); • вид наполнителей (порошкообразные, волокнистые, листовые); • структура (гомогенные и гетерогенные); • упругие свойства при нормальной температуре (жесткие, полужесткие, мягкие, эластичные); • поведение при нагреве (термореактивные и термопластичные). Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 90

* 1. Конструкционные общего назначения. 2. Конструкционные специального назначения (как фрикционные, антифрикционные, тепло- и электроизоляционные, уплотнители, химически стойкие, декоративные). 3. С особыми физико-химическими свойствами. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 91

* *Класс А – это пластмассы на основе высокомолекулярных соединений после их цепной полимеризации. Их делят на 9 групп: полимеры этилена, полимеры галоидопроизводных этилена, полимеры алкипроизводных этилена и т. д. *Класс Б – это пластмассы на основе высокомолекулярных соединений, которые получены поликонденсацией. Этот класс включает 7 групп полимеров. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 92

*Класс В – полимеры на основе природных химических модифицированных полимеров, составляют 3 группы: полимеры на основе белковых веществ, простых и сложных эфиров целлюлозы. *Класс Г – пластмассы на основе природных и искусственных асфальтов и смол после деструкции органических веществ. В классе три вида – битумоцеллолит, пекоасбослой и бутуминолит. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 93

* Порошкообразные В виде листов Древесная кварцевая мука Бумага Целлюлоза Ткани Слюда Рогожки Тальк В виде волокон Древесный шпон Мел Хлопок Графит Асбест Стёкла Полимеры Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 94

* Декоративные бумажно-слоистые пластики (ДБСП) марок А, Б, В. Фибра – монолитный твердый материал, который получают обработкой нескольких слоев бумаги пергаментирующим реагентом. Она может быть одно- и многослойной (склеенной). Гетинакс – полимер, который получают пропитыванием бумаги модифицированными смолами (фенольными, карбомидными). Текстолит – слоистые пластмассы. Их получают из связующего и наполнителя (ткани хлопчатобумажные – шифон, миткаль, бязь). Древесно-слоистые пластики (ДСП) – это искусственный древесный материал из лущеного шпона (тонкой непрерывной стружки), пропитанного и склеенного резольным фенолоформальдегидным полимером. Стеклопластики – пластмассы с наполнителем из стекловолокнистых материалов. Разделяют стеклопластики на основе рубленых неориентированных волокон и ориентированных длинных волокон и тканей. Металлоорганопластики (алоры) – это материал, в котором последовательно уложены слои алюминиевого сплава и армированного композиционного полимера – органопластика. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 95

* § Органоволокниты – это композиционные материалы, которые состоят из полимерного связующего, упрочнителя (синтетические волокна) или дополнительно к ним – минеральные волокна (стеклянные, карбо- и бороволокна). § Карбоволокниты – это композит, где матрица – полимерное связующее и упрочнитель – углеродные волокна; если дополнительно используют стеклянные волокна – это карбостекловолокнит. Матрица – это синтетические полимеры или пиролитический углерод. § Бороволокниты – композит на основе полимерного связующего и упрочнителя – борного волокна (или боростеклонитов). Связующее – это эпоксидные, полиэфирные, фенолоформальдегидные смолы. Структура борных волокон – ячеистая. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 96

* Органическое стекло – это полярный аморфный полимер полиметилметакрилат. Температура стеклования – 114 С. Эти стёкла легче и прочнее, чем силикатные; легко обрабатываются резанием, свариваются, окрашиваются. Их прочность выше, чем у термопластов. Они стойки к щелочам, разбавленным кислотам, смазкам. Оргстекло используют для остекления, светотехнических устройств. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 97

* Газовоздушные (ячеистые) пластмассы получают химическим и физическим способами из термореактивных полимеров. Ячеистые пластмассы разрушаются постепенно. Химический способ получения ячеистой газонаполненной структуры – это разложение газообразователей или взаимодействие компонентов при повышенных температурах. Физический – это интенсивное расширение растворённых газов при уменьшении давления или повышении температуры. Объём пор в этих полимерах – 90– 98 %. В зависимости от характера пор полимеры делят на 2 группы: - пенопласты (с закрытыми порами в виде ячеек); они радиопрозрачны; - поропласты (полиуретан или поролон) – поры сообщающиеся). Поропласты имеют высокое водо- и звукопоглощение. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 98

Полимерные плёночные материалы Декоративно- Липкая отделочные изоляционная плёнки лента Изделия из пластмасс Синтетические Линолеум ковровые покрытия Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 99

* Полупроводниковые материалы (полупроводники) – это вещества, свойства которых сильно изменяются в широком интервале температур под действием внешних воздействий (температуры, давления, электрического и магнитного полей) Их классифицируют по следующим признакам: 1. По происхождению: * органические; * неорганические. 2. По агрегатному состоянию: * твердые (кристаллические и аморфные); * жидкие. 3. По составу: * простые (германий, кремний, селен); * сложные (химические соединения АIIIВV (In. P, Ga. As); * твердые растворы замещения (Inx. Ga 1–x , Asy. P 1–y) и др. Материаловедение ( «Геология» ). Модуль 2. Раздел 4 100