Материаловедение Материалом называется вещество, обладающее необходимым комплексом свойств,

Материаловедение Материалом называется вещество, обладающее необходимым комплексом свойств, для выполнения заданной функции отдельно или в совокупности с другими веществами. Современное материаловедение полностью сложилось как наука во второй половине XX века, что было связано с быстрым возрастанием роли материалов в развитии техники, технологии и строительства. Создание принципиально новых материалов с заданными свойствами, позволило человечеству достичь за короткое время небывалых успехов в атомной и космической технике, электронике, информационных технологиях, строительстве и т. д. Основу материаловедения составляет знание о процессах, протекающих в материалах под воздействием различных факторов, об их влиянии на комплекс свойств материала, о способах контроля и управления ими. Задача современного материаловедения получение материалов с заранее заданными свойствами

• Металлические материалы, неметаллические материалы и композиционные материалы. Все металлические материалы и сплавы принято делить на две группы: железо и сплавы (сталь, чугун) называют черными металлами, а остальные металлы называют цветными. • Неметаллические материалы включают в себя несколько групп: пластмассы это в основном высокомолекулярные соединения полимеры и чаще всего с некоторыми добавками; керамические материалы основу данных материалов составляют тугоплавкие соединения карбиды, оксиды, нитриды, интерметаллиды; металло керамические материалы от керамических материалов их отличие состоит в том, что здесь добавляют некоторое количество металла, являющегося связкой; стекло основой стеклянных материалов является группа оксидов различных элементов; резина основой резины является каучук, чаще всего наполненный серой. Композиционные материалы это материалы представляющие собой искусственно полученную композицию, состоящую из двух или нескольких материалов резко отличающихся по свойствам.

• Качеством материала называется совокупность его свойств, удовлетворяющих определенные потребности в соответствии с назначением. • Комплексные показатели качества устанавливаются государственными стандартами. • Механические свойства характеризуют способность материалов сопротивляться действию внешних сил. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др. • Прочность — это способность материала сопротивляться разрушающему воздействию внешних сил. • Твердость — это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки.

• Вязкостью называется свойство материала сопротивляться разрушению под действием динамических нагрузок. • Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои размеры и форму после прекращения действия нагрузки. • Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом. • Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под действием внешних сил без остаточных деформаций. • Технология материалов представляет собой совокупность современных знаний о способах производства материалов и средствах их переработки в целях изготовления изделий различного назначения. • Металлы и сплавы производят путем выплавки при высоких температурах из различных металлических руд. Отрасль промышленности, занимающаяся производством металлов и сплавов, называется металлургией. • Полимеры (пластмассы, резина, синтетические волокна)изготовляются чаще всего с помощью процессов органического синтеза. Исходным сырьем при этом служат нефть, газ, каменный уголь.

• Физические, химические и эксплуатационные свойства материалов • К физическим свойствам материалов относится плотность, температура • плавления, электропроводность, теплопроводность, магнитные свойства, • коэффициент температурного расширения и др. • Плотностью называется отношение массы однородного материала к • единице его объема. Это свойство важно при использовании материалов в • авиационной и ракетной технике, где создаваемые конструкции должны быть • легкими и прочными. • Температура плавления — это такая температура, при которой металл • переходит из твердого состояния в жидкое. Чем ниже температура плавления • металла, тем легче протекают процессы его плавления, сварки и тем они дешевле. • Электропроводностью называется способность материала хорошо и без • потерь на выделение тепла проводить электрический ток. Хорошей • электропроводностью обладают металлы и их сплавы, особенно медь и алюминий. • Большинство неметаллических материалов не способны проводить электрический ток, что также является важным свойством, используемом в электроизоляционных материалах. • Теплопроводность — это способность материала переносить теплоту от • более нагретых частей тел к менее нагретым. Хорошей теплопроводностью • характеризуются металлические материалы.

• Магнитными свойствами т. е. способностью хорошо намагничиваться • обладают только железо, никель, кобальт и их сплавы. • Коэффициенты линейного и объемного расширения характеризуют • способность материала расширяться при нагревании. Это свойство важно • учитывать при строительстве мостов, прокладке железнодорожных и трамвайных • путей и т. д. • Химические свойства характеризуют склонность материалов к • взаимодействию с различными веществами и связаны со способностью материалов противостоять вредному действию этих веществ. Способность металлов и сплавов сопротивляться действию различных афессивных сред называется коррозионной стойкостью, а аналогичная способность неметаллических материалов — химической стойкостью. • К эксплуатационным (служебным) свойствам относятся жаростойкость, • жаропрочность, износостойкость, радиационная стойкость, коррозионная и химическая стойкость и др. • Жаростойкость характеризует способность металлического материала • сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре. • Жаропрочность характеризует способность материала сохранять • механические свойства при высокой температуре. • Износостойкость — это способность материапа сопротивляться • разрушению его поверхностных слоев при трении. • Радиационная стойкость характеризует способность материала • сопротивляться действию ядерного облучения.

• Обработка дерева — одно из древнейших ремесел, освоенных человеком. В нашей стране деревянная архитектура, отделка интерьеров, мебель, разнообразные бытовые вещи, выполненные из дерева, принадлежат к одному из важнейших видов искусства и занимают значительное место в национальной культуре народа.

• Строение древесины • 1. Виды древесных пород и части дерева • Растущие деревья имеют следующие составные части: корни, ствол, ветви, листья. Корневая система деревьев выполняет функции поставщика влаги и питательных веществ из почвы по стволу и ветвям к листьям. Кроме того, корни удерживают деревья в вертикальном положении. Через ветви влага поступает к листьям, в которых происходит процесс фотосинтеза – превращения лучистой энергии солнца в энергию химических связей органических веществ с поглощением из воздуха углекислого газа и выделением кислорода. Неслучайно лесные массивы называют легкими планеты. • Хвойные породы деревьев – сосна, кедр, ель, лиственница – имеют узкие листья – хвою, а лиственные породы – широкие листья. Как правило, лиственные породы деревьев произрастают в основном в умеренных и южных широтах, а хвойные – в северных. • В зависимости от породы и климатических условий произрастания деревья имеют различную высоту и диаметр стволов. При этом они подразделяются на три категории. К первой относятся деревья первой величины, которые достигают высоты 20 м и более. Это ель, кедр, лиственница, сосна, береза, осина, липа, дуб, ясень, клен и др. В тропиках и субтропиках высота отдельных деревьев достигает 100 м и более. • Вторая категория включает деревья второй величины, имеющие высоту 10– 20 м. Это, в частности, ива, ольха, рябина и др. Третья категория – деревья третьей величины, высота которых равна 7— 10 м. Это яблоня, вишня, можжевельник и др. Диаметр ствола деревьев колеблется в основном от 6 до 100 см и более и зависит от породы, возраста деревьев и климатических условий произрастания. В отдельных случаях диаметр ствола деревьев может превышать 3 м – у дуба, тополя и некоторых других пород.

• Древесину получают при разделке стволов деревьев после удаления веток. При этом выход древесины составляет 90 и более процентов объема ствола дерева. • На начальной стадии обработки древесины делают поперечный, или торцовый, разрез ствола. Рис. 1. Разрезы ствола дерева: П – поперечный, Р – радиальный, Т – тангенциальный

• Макроскопическое строение древесины • При поперечном разрезе ствола дерева можно установить главные макроскопические признаки: ядро, годичные слои, сердцевинные лучи, сосуды, смоляные ходы и сердцевинные повторения. • Микроскопическое строение древесины хвойных и лиственных пород • Древесина хвойных пород имеет определенную микроструктуру, которую можно установить, применяя микроскопы, а также химические и физические методы исследования Древесина хвойных пород отличается от лиственной сравнительно правильным строением и простотой. В структуру древесины хвойных пород входят так называемые ранние и поздние трахеиды. Как установлено исследованиями, ранние трахеиды выполняют функцию проводников воды с растворенными в ней минеральными веществами, которая поступает от корней дерева. • В результате исследований выявлено, что сердцевинные лучи образованы паренхимными клетками, по которым поперек ствола перемещаются запасные питательные вещества и их растворы. Эти же паренхимные клетки участвуют в образовании вертикальных и горизонтальных смоляных ходов. Вертикальные смоляные ходы в древесине хвойных пород, обнаруженные в поздней зоне годичного слоя, образованы тремя слоями живых и мертвых клеток. Горизонтальные смоляные ходы выявлены в сердцевинных лучах. • Химический состав древесины зависит частично от ее состояния. Древесина свежесрубленных деревьев содержит много воды. Но в абсолютно сухом состоянии древесина состоит из органических веществ, а неорганическая часть составляет всего лишь от 0, 2 до 1, 7 %. При сгорании древесины неорганическая часть остается в виде золы, которая содержит калий, натрий, магний, кальций и в небольших количествах – фосфор и другие элементы.

• Органическая часть древесины всех пород имеет примерно одинаковый элементный состав. Абсолютно сухая древесина содержит в среднем 49– 50 % углерода, 43– 44 % кислорода, около 6 % водорода и 0, 1– 0, 3 % азота. Лигнин, целлюлоза, ге— мицеллюлоза, экстрактивные вещества – смола, камедь, жиры, танниды, пектины и другие – составляют органическую часть древесины. • Виды пороков древесины • Пороки древесины – это отклонения от нормы в строении ствола, все нарушения физического состояния. К порокам относят: сучки, трещины, пороки формы ствола, строения древесины, химические окраски, грибные поражения, биологические и механические повреждения, пороки обработки и покоробленность . Наросты: а) гладкий, б) бугристый Такой порок ствола, как его кривизна, также затрудняет использование круглых лесоматериалов и увеличивает количество отходов при распиловке. Кривизна ствола – это отклонение продольной оси от прямой линии, причем она может быть с одним изгибом и сложной – с двумя и более изгибами.

. Пороки строения древесины: 1 – разновидности наклона волокон: а – тангенциальный наклон в круглых лесоматериалах; б – местная; 2 – крень: а – сплошная; б – местная; 3 – волокнистая свилеватость у березы; 4 – завиток односторонний; 5 – кармашек; 6 – двойная сердцевина в стволе сосны; 7 – пасынок; 8 – сухобокость; 9 – рак сосны; 10 – прорость: а – открытая; б – закрытая; 11 – ложное ядро: а – округлое; б – звездчатое; в – лопастное

• Грибные поражения • При разделке древесины в ряде случаев обнаруживаются грибные ядровые пятна – ненормально окрашенные участки ядра, которые образуются в растущих деревьях под воздействием деревоокрашивающих или дереворазрушающих грибов. В срубленной древесине дальнейшее развитие этого порока прекращается. • При хранении древесины на сырой заболони часто появляются плесени – грибница и плодоношение плесневых грибов на поверхности древесины в виде отдельных пятен или сплошного налета, при этом происходит окрашивание древесины в различные цвета. Плесень на механические свойства не влияет, но ухудшает внешний вид древесины, после высыхания она легко удаляется, оставляя грязноватые и цветные пятна.

• Большой вред древесине наносят гнили, образующиеся под воздействием грибов. Гнили различают по цвету и структуре поражения – пестрая ситовая, белая волокнистая; а также по типам – заболонная, ядровая и наружная трухлявая. Пораженная гнилью древесина является источником грибной инфекции для различных деревянных сооружений. • При длительном хранении с нарушением технологии в древесине может образоваться так называемая трухлявая червоточина, которая вызывается домовыми вредителями, способными развиваться и сухой древесине, – мебельными и домовыми точильщиками, домовым усачом, термитами. В этом случае число глубоких ходов велико, и древесина внутри них превращается в трухлявую массу с большим содержанием буровой муки. • Повреждения и покоробленность • При сушке или увлажнении, а также при механической обработке в результате анизотропии усушки – разбухания и внутренних напряжений в древесине – часто наблюдается такое явление, как покоробленность в виде изменения формы сортимента. Виды покоробленности: а – поперечная по пласти; б – продольная по пласти; в – крыловатость

• Основные хвойные породы • К хвойным породам относятся ель, сосна, лиственница, пихта, кедр, тис, а также можжевельник, но он растет в виде кустарников. • Ель – безъядровая порода, древесина ее белая со слабым желтоватым или розовым оттенком. Имеет смоляные ходы, но малосмолистая. По прочности, плотности и стойкости к гниению немного уступает сосне. Годичные слои хорошо заметны Наиболее распространенными являются два вида ели – обыкновенная и сибирская. Первая произрастает в европейской части России, вторая – от Урала до Приморья. Ель является основным сырьем для производства целлюлозы. Однородность строения и способность резонировать делают ее незаменимой при производстве музыкальных инструментов. Из коры ели получают дубильные вещества для кожевенной промышленности.

• Сосна – ядровая порода со смоляными ходами. Имеет слегка розовое ядро, которое со временем становится буровато—красным, и широкую заболонь желто—белого цвета. Годовые слои хорошо видны на всех срезах с резким переходом от ранних, светлых к поздним, темным. Сосна имеет среднюю плотность, достаточно высокую прочность и стойкость к гниению, хорошо обрабатывается. Древесина сосны используется в строительстве, производстве строительных деталей и мебели, а также для изготовления различных деталей, используемых на железнодорожном транспорте (в пассажирских и грузовых вагонах), для крепления в горных выработках и т. д Кроме того, сосна используется также как сырье для получения целлюлозы, древесно—стружечных и древесно—волокнистых плит, кормовых дрожжей; из нее добывают живицу, а из хвои получают биологически активные вещества.

• Лиственница в России составляет более половины хвойных лесов, что обусловило ее широкое применение в строительстве, производстве мебели, целлюлозно—бумажном и гидролизном производствах и т. д. Лиственница имеет крепкую и упругую древесину, сильно пропитанную смолой. Ядро ее красновато—бурого цвета, а заболонь – белая или слегка желтоватая. Годичные слои хорошо видны, с четкой границей между ранней и поздней древесиной. Лиственница малосучковата, обладает высокой плотностью и прочностью, стойка против гниения В Сибири строят частные дома с применением бревен из лиственницы (делают срубы), которые стоят много лет.

• Пихта – самая легкая и мягкая из хвойных древесных пород. В основном произрастает на северо—востоке европейской части России и от Урала до Дальнего Востока, а также на Кавказе. Во многом похожа на ель, но не имеет смоляных ходов. • Кедр занимает большие площади в России, особенно в Сибири. Доживает до 800 лет и достигает 30 м в высоту при диаметре ствола до 2 м. Древесина кедра легкая, мягкая, красивая по текстуре и цвету; имеет буровато—розовое ядро и бело—розовую заболонь; легко обрабатывается, стойкая против гниения; широко используется в строительстве. Кедровые орехи – основной источник получения кедрового масла, скипидара, лечебных бальзамов. • Можжевельник растет в виде кустарников, плотная ядровая порода коричневого цвета с узкой заболонью. Из—за малых размеров используется в небольших количествах для изготовления мелких токарных и резных изделий.

• Основные лиственные породы • Береза имеет большее распространение в лесах России по сравнению с другими видами. Береза – рассеяно—сосудистая безъядровая порода древесины с желтоватым оттенком. Годичные слои видны плохо. Сердцевинные лучи видны лишь на строго радиальных разрезах (расколах). Береза имеет сравнительно высокие прочностные показатели, но малую стойкость к гниению; при сушке сильно коробится.

• Дуб – очень ценная сосудистая порода с темно—бурым и желтовато —коричневым ядром и узкой желтовато—белой заболонью. На поперечном разрезе в ранней зоне годичного слоя видны крупные сосуды, а в темной поздней зоне – светлые радиальные пламевидные сердцевинные лучи. Древесина дуба плотная, прочная, стойкая к гниению, имеет красивую текстуру; хорошо гнется и поддается механической обработке. В связи с дефицитом этой древесины применяется в виде строганого шпона, а также в виде массивных деталей. Кроме мебели, из дуба изготавливают паркет, бочки для вина и пива, детали оборудования в машиностроении и др. В мебельном производстве высоко ценится мореный дуб, имеющий темно— серый, почти черный цвет. Из коры и древесины дуба получают дубильно—экстрактивные вещества, используемые для выделки кож, меха и др.

• Клен – рассеяно—сосудистая безъядровая порода. Имеет белую с красноватым или буроватым оттенком древесину На всех разрезах хорошо видны годичные слои, а на радиальном – и сердцевинные лучи, которые создают характерную рябоватость. Клен используется в мебельном производстве и для изготовления корпусов музыкальных инструментов, но имеет ограниченное применение из—за малых запасов в лесных массивах России. • Ясень – кольцесосудистая ядровая порода с желтоватой или розовой заболонью и светло—бурым ядром. Годичные слои хорошо видны, сердцевинные лучи не заметны. По цвету и строению напоминает дуб, но несколько светлее; используется в хозяйстве страны. Отличается в основном высокой ударной вязкостью, хорошо гнется, не дает отщепов, поэтому применяется в производстве спортивного инвентаря: теннисных ракеток, хоккейных клюшек.

• Липа – рассеяно—сосудистая порода, безъядровая. Древесина белая с легким розовым оттенком, годичные слои слабо заметны, имеет однородное строение, мягкая, мало трескается при сушке и обработке, почти не коробится, поэтому служит хорошим материалом для резных работ. • Орех – очень ценная порода, рассеяно —сосудистая с древесиной коричнево —серой неравномерной окраски, годичные слои на разрезах заметны слабо, но видны крупные сосуды Благодаря таким качествам древесина ореха используется для получения строганого шпона и изготовления высокохудожественной мебели, различных деталей с целью создания оригинальных интерьеров. • Тополь – рассеяно—сосудистая ядровая быстрорастущая порода с широкой заболонью белого цвета. Годичные слои широкие, но малозаметные. Древесина мягкая, нестойкая к гниению, применяется в производстве целлюлозы и различных изделий для бытовых нужд. Запасы тополя в лесах России небольшие, поэтому его применение ограничено.

• Породы ограниченного применения • С давних пор в степной зоне России, в сельской местности для изготовления простой мебели (стулья, табуреты, детские кроватки), а также различных поделок использовались такие древесные породы, как вишня, груша, яблоня, акация, лещина, рябина и др. С развитием рыночной экономики в России активизировались различные художественные промыслы, в которых народные мастера—умельцы при изготовлении сувениров, игрушек, бытовой утвари и детской мебели часто применяют вышеуказанные древесные породы. • Экзотические породы • Древесные породы, произрастающие в странах тропического или субтропического климата, относятся к экзотическим породам ограниченного применения. Еще в XVIII в. начали завозить в Россию. Постепенно во многих больших городах России богатые люди часто заказывали для своих домов мебель из красного дерева, которую делали первоклассные мастера— краснодеревщики. • Из указанной древесины наиболее известна порода такого красного дерева, как махагони, произрастающего в Африке. Австралии, а также в Центральной и Южной Америке. Древесина этой породы красного дерева имеет очень красивое сочетание цветов – от белого до красно—коричневого или буровато—красного. • В небольших количествах в России использовалась древесина черного дерева. Под этим названием завозились из—за границы заготовки из разных пород, имевших древесину черного цвета. Чаще всего завозилась древесина эбенового дерева (черного), которая является ядровой, имеет узкую белую заболонь и ядро глянцево—черного цвета, причем во всех видах разрезов годичные слои и сердцевинные лучи незаметны

• Свойства древесины • Цвет, блеск и текстура древесины • Цвет древесины зависит от климатических условий произрастания дерева. В умеренном климате древесина почти всех пород окрашена бледно, а в тропическом имеет яркую окраску. Влияние климатического фактора сказывается и в пределах одного пояса, например породы, произрастающие в более теплых зонах – дуб, орех, тис и другие, имеют интенсивную окраску, а произрастающие севернее – ель, сосна, осина, береза и другие, окрашены бледно. Интенсивность окраски зависит также от возраста деревьев – с увеличением возраста интенсивность усиливается. Изменение цвета древесины происходит под влиянием воздуха и света, а также от воздействия грибных поражений; при выдержке древесины в воде или в специальных растворах; при пропаривании и высокотемпературной сушке.

• Блеск – это способность древесины направленно отражать световой поток. Наибольший блеск имеют гладкие зеркальные поверхности, так как они дают направленное отражение. Как правило, блеск древесины оценивается по белизне: чем больше белизна древесины, тем выше показатель блеска. Блики и отсветы дают еще и сердцевинные лучи на радиальных разрезах.

• Текстура – это естественный рисунок на тангенциальных и радиальных разрезах древесины, образованный годичными слоями и анатомическими элементами. Чем сложнее строение древесины, тем богаче ее текстура. У древесины хвойных пород строение простое и текстура однообразная, она определяется в основном шириной годичных колец и разницей • окраски ранней и поздней древесины. Древесина лиственных пород имеет сложное строение и более богатую текстуру. Характер текстуры во многом зависит от направления разреза. Многие породы, такие как орех, ясень, вяз, дуб и другие, имеют красивую и интересную текстуру на тангенциальном разрезе. Древесина на радиальном разрезе также имеет красивую, оригинальную текстуру. Виды текстуры древесины: без выраженного рисунка – липа, груша; мелкокрапчатый рисунок – дуб, бук, чинара;

сучковатый рисунок – ель, сосна. раковинный рисунок – орех кавказский, ясень, карагач – комлевая часть; муаровый рисунок – серый клен, волнистая береза, красное дерево;

• Buche weiß (Бук белый) Произрастает: По всей Европе. Применяется: Мебельное производство мебель сиденья, фанера, игрушка, паркет, лестницы • Amerikanische Weißeiche (Белый дуб) Произрастает: Восточные США, а также в Канаде Применяется: Фанера, бочки, транспортное машиностроение, конструктивная древесина, для внутренней и внешней отделки интерьера, паркет, стулья, лестницы, двери, вагоностроение и лодочное строительство, пороги. • Europäischer Kirschbaum (Европейская вишня) Произрастает: По всей Европе до Кавказа. Применяется: Внутреннее устройство интерьера, подшивки потолка и облицовки стен, двери, лестницы, встроенная мебель, токарные работы, предмету потребления или декоративные предметы .

• Europäischer Ahorn (Европейский клён) Произрастает: Северная Европа, Средняя Европа и Восточная Европа , Кавказ. Применяется: Облицовочная фанера мебели, для внутреннего устройства интерьера , а также для инкрустаций, постановочная древесина для мебельного демонтажа и внутреннего устройства (облицовки стены и драпировки потолка, паркет, лестницы), кухонные принадлежности и предметы домашнего обихода игрушки, токарные работы, моделестроение.

• Zeder (Кедр) Произрастает: Северо западная Африка, Азия, родственные виды также в Южной Америке и Центральной Америке. Применяется: Мебель и постановочная древесина • Amerikanischer Nussbaum (Американский орешник) Произрастает: Восточные и средние США и культивируется в Средней Европе и южной Европе. Применяется: Торжественное мебельное производство и внутреннее устройство, пианино и авиастроение.

• Olivesche ( Ясень оливковый) Произрастает: Европа , Кавказ, Азия. Применяется: Фанера высококачественного мебельного строительства, постановочный материал для высококачественного внутреннего устройства для облицовок стен и подшивок потолка, паркетного пола и дощатых полов, токарных работ. • Vogelaugenahorn (Клён птичий глаз) Произрастает: юго восточная Канада и северо восточные США Применяется: декоративная внутренняя отделка, частично , для высококачественной серийной мебели, корпуса музыкальных инструментов и в автомобилестроении.

• Zebrano (Зебрано) Прозрастает: Западная Африка. Применяется: Постановочная древесина для мебели, для роскошной внутренней отделки , для автомобилестроения Elsbeere (Рябина) Произрастает: Средняя Европа и южная Европа Применяется: Постановочная древесина и мебельная древесина, высококачественное внутреннее устройство, древесина токаря и скульптора, измерительные приборы и чертежные инструменты

• Wenge (Венге) Произрастает: Западная Африка Применяется: Мебель и внутренняя отделка, паркет, конструктивная древесина, декоративные предметы • Santos Palisander (Полисандр сантос) Произрастает: Южная Америка, особенно Бразилия и Боливия. Применяется: Эксклюзивная мебель, качественная внутренняя отделка.

• Влажность древесины и свойства, связанные с ее изменением • В свежесрубленной древесине, как правило, содержится большое количество воды и в дальнейшем в зависимости от условий хранения оно может увеличиваться или уменьшаться, или оставаться на прежнем уровне. Но в большинстве случаев необходимо принять меры по удалению воды, т. е. произвести сушку древесины. Показателем содержания воды в древесине является влажность, которая подразделяется на абсолютную и относительную. •

• Существуют два способа определения влажности – прямой и косвенный. Прямой метод основан на выделении воды из древесины. Для этого очищенный образец древесины подвергают сушке в сушильном шкафу при температуре 103 °C до полной отдачи влаги. В процессе сушки образец взвешивают – первый раз через 6— 10 ч после начала сушки, а затем через каждые 2 ч. Сушку прекращают после того, как вес образца уже не уменьшается. Прямой метод позволяет с большой точностью определить влажность древесины. • Второй метод – косвенный, основанный на измерении электропроводности древесины с помощью электровлагомера. При таком измерении шкала прибора показывает величину влажности. Этот способ дает возможность быстро определить влажность. Но его недостаток заключается в погрешности измерения, которая составляет 2– 3 %, а при влажности древесины более 30 % – еще выше. • При сушке древесины с уменьшением влажности меняются ее механические свойства – уменьшается упругость, но увеличивается прочность при сжатии, а также уменьшается электропроводность.

• Плотность древесины. Тепловые свойства древесины • Плотность древесины – это масса единицы объема материала, выражающаяся в г/см 3 или кг/м 3. Существует несколько показателей плотности древесины, которые зависят от влажности. Плотность древесного вещества – это масса единицы объема материала, образующего клеточные стенки. Она для всех пород примерно одинакова и равна 1, 53 г/см 3, т. е. в 1, 5 раза выше плотности воды. • Плотность древесины существенно зависит от влажности С увеличением влажности плотность древесины возрастает По плотности все породы делятся на три группы (при влажности древесины 12 %): • 1) породы с малой плотностью – 540 кг/м 3 и менее – это ель, сосна, липа и др. ; • 2) породы средней плотности – от 550 до 740 кг/м 3– это дуб, береза, вяз и др. ; • 3) породы высокой плотности – 750 кг/м 3 и более – это кизил, граб, фисташка и др.

• Тепловые свойства древесины – это теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение. Теплоемкость – способность древесины аккумулировать тепло. За показатель теплоемкости принята удельная теплоемкость С – количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг массы древесины на 1 °C. • Сухая древесина представляет собой древесное вещество и воздух, причем массовая доля воздуха в ней незначительна Поэтому теплоемкость сухой древесины практически равна теплоемкости древесного вещества.

• Электрические и акустические свойства древесины • Исследования показали, что сухая древесина плохо проводит ток, но с повышением влажности ее сопротивление уменьшается. • Акустические свойства. При исследованиях акустических свойств древесины установлено, что скорость распространения звука в древесине тем больше, чем меньше ее плотность и выше модуль упругости. • Прочность древесины – это способность ее сопротивляться разрушениям под воздействием внешних нагрузок. Предел прочности древесины определяется путем испытания образцов на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг.

• Деформативностью называется изменение формы и размеров древесины под действием внешних сил. • Твердость – это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определенной формы. По степени твердости все древесные породы можно разделить на три группы: • мягкие (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); • твердые (лиственница, сибирская береза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клен, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); • очень твердые (акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

• Технологические свойства древесины • Технологические свойства: ударная вязкость, твердость, износоустойчивость, способность удерживать шурупы, гвозди и другие крепления, а также обрабатываемость режущими инструментами • Ударная вязкость древесины – это ее способность поглощать усилия (работу) при ударе без разрушения. Чем больше величина работы, необходимой для излома образца, тем выше его вязкость. • Твердость древесины – это ее способность сопротивляться вдавливанию тела из более твердого материала

• Износостойкость древесины характеризует ее способность сопротивляться износу при трении о поверхность абразивных элементов или микронеровностей более твердого тела. При испытании на истирание создают условия, которые имитируют реальный процесс истирания древесины, используемой для полов, лестниц, настилов. • Способность древесины к гнутью – наилучшая у бука, дуба, ясеня, хуже – у хвойных пород. Для улучшения податливости древесины перед гнутьем ее пропаривают, затем после гнутья охлаждают и сушат в зафиксированном состоянии, в результате чего она приобретает стабильную изогнутую форму. • Способность древесины раскалываться – это процесс разделения ее вдоль волокон под действием нагрузки, передаваемой на клин. Это является отрицательным свойством древесины при забивании гвоздей близко от кромки, а также костылей, шурупов при ввинчивании, но положительным – при колке дров или заготовке колотых сортиментов.

• МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ • К физическим свойствам материалов относится плотность, температура плавления, электропроводность, теплопроводность, магнитные свойства, коэффициент температурного расширения и др. • Плотностью называется отношение массы однородного материала к единице его объема. Это свойство важно при использовании материалов в авиационной и ракетной технике, где создаваемые конструкции должны быть легкими и прочными. • Температура плавления — это такая температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. Чем ниже температура плавления металла, тем легче протекают процессы его плавления, сварки и тем они дешевле. • Электропроводностью называется способность материала хорошо и без потерь на выделение тепла проводить электрический ток. Хорошей электропроводностью обладают металлы и их сплавы, особенно медь и алюминий. Большинство неметаллических материалов не способны проводить электрический ток, что также является важным свойством, используемом в электроизоляционных материалах. • Теплопроводность — это способность материала переносить теплоту от более нагретых частей тел к менее нагретым. Хорошей теплопроводностью характеризуются металлические материалы.

• Магнитными свойствами т. е. способностью хорошо намагничиваться обладают только железо, никель, кобальт и их сплавы. • Коэффициенты линейного и объемного расширения характеризуют способность материала расширяться при нагревании. Это свойство важно учитывать при строительстве мостов, прокладке железнодорожных и трамвайных путей и т. д. • Химические свойства характеризуют склонность материалов к • взаимодействию с различными веществами и связаны со способностью материалов • противостоять вредному действию этих веществ. • Способность металлов и сплавов сопротивляться действию различных агрессивных сред называется коррозионной • стойкостью, а аналогичная способность неметаллических материалов — химической стойкостью.

• К эксплуатационным (служебным) свойствам относятся жаростойкость, жаропрочность, износостойкость, радиационная стойкость, коррозионная и химическая стойкость и др. • Жаростойкость характеризует способность металлического материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре. • Жаропрочность характеризует способность материала сохранять механические свойства при высокой температуре. • Износостойкость — это способность материапа сопротивляться разрушению его поверхностных слоев при трении. • Радиационная стойкость характеризует способность материала сопротивляться действию ядерного облучения.

• Готовые изделия и заготовки для дальнейшей обработки из металлов и сплавов производятся путем литья или обработки давлением. Литейное производство занимается изготовлением изделий путем заливки расплавленного металла в специальную форму, внутренняя полость которой имеет конфигурацию изделия. • Обработка металлов давлением это изменение формы заготовки под воздействием внешних сил. К видам обработки металлов давлением относятся прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка. Прокатка заключается в обжатии заготовки между вращающимися валками. При прессовании металл выдавливается из замкнутого объема через отверстие. Волочение заключается в протягивании заготовки через отверстие. Ковкой называется процесс свободного деформирования металла ударами молота или давлением пресса. • Штамповкой получают детали с помощью специального инструмента — штампа, представляющего собой металлическую разъемную форму, внутри которой расположена полость, соответствующая конфигурации детали. Сплавы, предназначенные для получения деталей обработкой давлением, называют деформируемыми.

• Новым направлением производства металлических деталей является порошковая металлургия, которая занимается производством деталей из металлических порошков путем прессования и спекания. • Изделия из пластмасс получают путем прессования, литья или выдавливания. • Резиновые изделия получают обработкой между валами (каландрированием), выдавливанием, прессованием или литьем. • Изделия из керамических материалов получают путем формования и обжига или прессования и спекания. • Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений материалов путем установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагреве или пластическом деформировании или совместном действии того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом), а также пластмассы.

• Строение металлов • Металлы и их сплавы – обладают многими ценными свойствами, обусловленными в основном их внутренним строением. Мягкий и пластичный металл или сплав можно сделать твердым, хрупким, и наоборот. Для того чтобы сознательно изменять свойства металлов, необходимо знать основы их кристаллического строения. • Как известно, все тела состоят из большого количества атомов, которые удерживаются силами сцепления. • Поскольку атомы разных металлов различны, каждый металл имеет свои определенные свойства. Эти свойства зависят от расположения атомов между собой, характера их связей, от расстояния между ними. Если изменить расстояние между атомами или порядок их расположения, изменятся и свойства металла. • В аморфных телах – смоле, стекле, канифоли и т. п. – атомы расположены беспорядочно. В металлах они находятся в определенном геометрическом порядке, образуя кристаллы, поэтому металлы являются кристаллическими телами. • Металлы различаются не только порядком расположения атомов, но и кристаллической решеткой, которая представляет собой воображаемую пространственную сетку • Основные виды кристаллических решеток

• Кристаллическая решетка — это воображаемая • пространственная сетка, в узлах которой расположены атомы. Наименьшая часть • кристаллической решетки, определяющая структуру металла, называется • элементарной кристаллической ячейкой. • Кристаллизация металла происходит постепенно. Она объединяет два процесса, происходящих одновременно: возникновение центров кристаллизации и рост кристаллов. В процессе кристаллизации когда растущий кристалл окружен жидкостью, он имеет правильную геометрическую форму. При столкновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается Схема процесса кристаллизации металла

• Полиморфизм. Некоторые металлы в зависимости от температуры могут существовать в различных кристаллических формах. Это явление называется полиморфизм или аллотропия, а различные кристаллические формы одного вещества называются полиморфными модификациями. Процесс перехода от одной кристаллической формы к другой называется полиморфным превращением. Полиморфные превращения протекают при определенной температуре. • Реальный металлический кристалл всегда имеет дефекты кристаллического строения. Они подразделяются на точечные, линейные и поверхностные. • Металлические сплавы • Металлическим сплавом называется материал, полученный сплавлением двух или более металлов или металлов с неметаллами, обладающий металлическими свойствами. Вещества, которые образуют сплав называются компонентами. • Виды сплавов но структуре. По характеру взаимодействия компонентов все сплавы подразделяются на три основных типа: механические смеси, химические соединения и твердые растворы.

• Классификация сплавов. Железо и его сплавы • Сталь – это сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащий до 2, 14 % углерода. Углерод – важнейшая примесь стали. От его содержания зависят прочность, твердость и пластичность стали. Кроме железа и углерода, в состав стали входят кремний, марганец, сера и фосфор. Эти примеси попадают в сталь в процессе выплавки и являются ее неизбежными спутниками. • Чугун – сплав на железной основе. Отличие чугуна от стали заключается в более высоком содержании в нем углерода – более 2, 14 %. Наибольшее распространение получили чугуны, содержащие 3– 3, 5 % углерода. В состав чугунов входят те же примеси, что и в стали, т. е. кремний, марганец, сера и фосфор. • Деформация и разрушение • Приложение нагрузки вызывает деформацию. В начальный момент нагружение вызывает только упругую деформацию. По достижении некоторого напряжения деформация становится необратимой, необратимо при этом изменяются и строение металла и, следовательно, его свойства

• Механические свойства металлов • Все металлические детали в процессе эксплуатации подвергаются воздействию различных внешних нагрузок, которые могут производиться плавно, постепенно или мгновенно. Воздействуя на детали, внешние нагрузки изменяют их форму, т. е. деформируют. Свойство материалов из металла и сплавов принимать первоначальную форму после прекращения действия внешних сил называется упругостью, а деформация, исчезающая после снятия нагрузки, получила название упругой. Если к металлической детали приложить большие усилия и после прекращения их действия она не примет своей первоначальной формы, а останется деформированной, то такая деформация называется пластической. Способность металлических материалов и деталей деформироваться под воздействием внешних нагрузок, не разрушаясь, и сохранять измененную форму после прекращения действия усилий называется пластичностью. Материалы из металлов, не способные к пластическим деформациям, называются хрупкими. • Важным свойством материалов и деталей из металлов наряду с упругостью и пластичностью является прочность. Металлические детали инструмент в зависимости от условий работы должны обладать определенными механическими свойствами – прочностью, упругостью, пластичностью.

• Отжигом стали называется вид термической обработки, заключающийся в ее нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении. • Цели отжига — снижение твердости и улучшение обрабатываемости стали, изменение формы и величины зерна, выравнивание химического состава, снятие внутренних напряжений. Существуют различные виды отжига: полный, неполный, диффузионный, рекристаллизационный, низкий, отжиг на зернистый перлит, нормализация . • Закалка — это вид термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и последующем быстром охлаждении. В результате закалки повышается твердость и прочность, но снижается вязкость и пластичность.

• Химико—термическая обработка: цементация, нитроцементация • Для изменения химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя деталей осуществляется их тепловая обработка в химически активной среде, называемая химико—термической обработкой. При ней происходят следующие процессы: распад молекул и образование атомов диффундирующего элемента, поглощение атомов поверхностью и проникновение атомов вглубь металла. • Цементация – диффузионное насыщение поверхностного слоя детали углеродом. После цементации выполняется термическая обработка – закалка и низкий отпуск. Такие детали должны иметь твердую закаленную поверхность, хорошо сопротивляющуюся истиранию, и вязкую сердцевину, способную выдерживать динамические нагрузки. • Нитроцементацией называется процесс химико—термической обработки, при котором происходит одновременное насыщение поверхностных слоев стальных изделий углеродом и азотом в газовой среде. После нитроцементации детали закаливают и затем подвергают низкому отпуску при температуре от +160 до +180 °C. Твердость поверхностного закаленного и нитроцементированного слоя – 60– 62 HRC. При нитроце—ментации совмещают процессы газовой цементации и азотирования.

• Стали, устойчивые против коррозии, – это нержавеющие стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением. К этим сталям относятся следующие марки: 20 Х 13 (2 Х 13), 08 Х 13 (0 Х 13), 25 Х 13 Н 2 (2 Х 14 Н 2, ЭИ 474). Они применяются для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам деталей, работающих в слабоагрессивных средах (при атмосферных осадках, в водных растворах солей, органических кислот); высокая коррозионная стойкость обеспечивается после термической обработки и полировки. • Твердые сплавы и режущая керамика • Твердые сплавы и режущую керамику получают с помощью методов порошковой металлургии. Порошковая металлургия – область техники, охватывающая совокупность методов изготовления металлических порошков из металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них, а также из их смесей с неметаллическими порошками без расплавления основного компонента. Исходные материалы для твердых сплавов и металлокерамики – порошки – получают химическими или механическими способами.

• ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ • Алюминий — металл серебристого цвета, характеризующийся низкой • плотностью (2, 7 г/см 3), высокой пластичностью (δ = 40%), низкими прочностью (ση= 80 МПа) и твердостью (НВ 25). Температура плавления — 659°С. Обладает высокой электропроводностью и коррозионной стойкостью. Кристаллизуется в кубической гранецен трированной решетке и полиморфных превращений не имеет. Маркируется буквой А. В зависимости от количества примесей различают алюминий особой чистоты А 999 (99, 999% А 1), высокой чистоты А 995, А 99, А 97 и технической чистоты А 85, А 8, А 7, А 6, А 5, АО. Применяется алюминий для производства фольги, электрических проводов. Как конструкционный материал используется редко вследствие малой прочности. Сплавы алюминия делятся на литейные и деформируемые.

• Медь — металл красно розового цвета. Плотность меди 8. 94 г/см 3, температура плавления — 1083°С. Кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке и полиморфных превращений не имеет. Характеризуется невысокими прочностью (σ = 150 250 МПа) и твердостью (НВ 60) и хорошей пластичностью (δ = 25% в литом состоянии и δ = 50% в горячедеформированном). Обладает высокой электропроводностью, теплопроводностью, коррозионной стойкостью в пресной и морской воде. Благодаря высокой электропроводности около половины производимой меди используется в электро и радиопромышленности. Как конструкционный материал медь не используется из за высокой стоимости и низких механических свойств. Маркируется буквой Μ и цифрами, зависящими от содержания примесей. Медь марок М 00 (0, 01 % примесей), М 0 (0, 5%) и Ml (0, 1%) используется для изготовле ния проводников электрического тока, медь М 2 (0, 3%) — для производства высококачественных сплавов меди, М 3 (0, 5%) — для сплавов обыкновенного качества. Основные сплавы меди — латуни и бронзы. • Латунями называют сплавы меди с цинком. Цинк повышает прочность и пластичность сплава, но до определенных пределов. Наибольшей пластичностью обладают латуни, содержащие 30% цинка, а наибольшей прочностью — 45%. Поэтому более 45% цинка в латунях содержаться не может. Кроме того, цинк удешевляет сплав, так как он дешевле меди. Латуни характеризуются высокой электропроводностью и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, хорошо обрабатываются резанием.

• Бронзами называются сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом и другими элементами, среди которых цинк не является основным. Бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошими литейными свойствами, хорошо обрабатываются давлением и резанием. По названию основного легирующего элемента бронзы делятся на оловянные, алюминиевые, кремнистые, бериллиевые, свинцовые и др. • Магний и его сплавы. Магний — самый легкий металл, используемый в промышленности (плотность — 1, 74 г/см 3). Имеет гексагональную плотноупакованную решетку и полиморфных превращений не претерпевает. Температура плавления магния — 651 °С. Недостатками магния являются низкая прочность и пластичность, низкая коррозионная стойкость, способность к возгоранию при нагреве. Поэтому чистый магний в качестве конструкционного материала не используется. • Титан — легкий (плотность 4, 5 г/см 3) и пластичный металл серебристо белого цвета. Температура плавления титана — 1665°С. Он обладает низкой электропроводностью и теплопроводностью. Механические свойства титана: σ ≈ 300 МПа, δ = 60 70%. Главное достоинство титана и его сплавов — высокая коррозионная стойкость. Она достигается за счет образования на его поверхности плотной оксидной пленки. Недостатки титана — склонность к взаимодействия с газами при температурах выше 500 600°С, плохая обрабатываемость резанием, высокая стоимость.

• Драгоценными металлами называют наиболее химически стойкие, устойчивые к коррозии и не окисляющиеся на воздухе, металлы, что является их отличительной особенностью от остальных известных металлов. Запасы подобных металлов в природе невелики, они встречаются в различных рудах или в виде самородков, кроме того процесс их добычи и извлечения достаточно трудоёмок. Благодаря этим уникальным качествам, а также красивому блеску и внешнему виду изделий из этих металлов, они и заслужили своё название. • К драгоценным металлам, встречающимся в природе, относятся золото, серебро и металлы платиновой группы: платина, осмий, иридий, рутений, палладий и родий. • Родий • Большинство людей до сих пор считают золото самым драгоценным и редким металлом. Но на самом деле это не так, есть более дорогие и ценные металлы. На первом месте находится Родий. Благородный металл серебристого цвета, с голубоватым оттенком, был открыт в 1803 году в Англии.

• Платина • Второе место по ценности занимает платина, которая была известна ещё в Древней Греции, Египте и Южной Америке. Как новый химический элемент она была представлена в 1952 году шведским учёным химиком Шеффером. • Платина является редким драгоценным металлом, встречающимся в природе только в естественных сплавах с другими металлами. считается, конечно же, золото. Его причисляют к семи металлам Главным драгоценным металлом по всему миру древности, известным ещё с эпохи каменного века. В природе золото встречается в виде самородной формы с небольшими количествами примесей и в форме естественного сплава с серебром. Золото отличается тем, что имеет исключительную теплопроводность и очень низкое сопротивление. Исключительной особенностью является его ковкость и тягучесть, кроме того это очень тяжёлый металл.

• Осмий • Осмий является самым тяжёлым драгоценным металлом, открыт в 1804 году в Англии. Этот серебристо серый металл в чистом виде не встречается в природе. Его редкость является основной причиной достаточно высокой стоимости, поэтому и его использование крайне ограничено. Иридий К тяжёлым металлам относится и открытый в 1804 году иридий. В природе этот серебристо белый драгоценный металл исключительно редко встречается, и считается одним из наименее распространённых элементов. Рутений Среди благородных металлов есть металл, названый в честь России, это рутений. Открытый в 1844 году рутений является самым редко встречающимся элементом из платиновой группы.

• Палладий • Самым лёгким драгоценным металлом является палладий. В 1803 году его открыл англичанин Волланстон, привезя из Америки. В природе палладий встречается в составе медно никелевых руд, поэтому более доступен и дешев по сравнению с другими платиновыми металлами. Серебро Ну и наконец, серебро, с древнейших времён известный драгоценный металл, встречающийся в природе в самородном виде. Кроме серебряных руд, в составе которых более 50% этого металла, имеются также и комплексные руды, содержание серебра в которых более низкое, но именно из них и происходит основная добыча.

• МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ, ПОЛУЧАЕМЫЕ СПЕКАНИЕМ И ПЛАВЛЕНИЕМ • Керамические материалы. • Керамика — собирательное название широкой группы искусствен ных каменных материалов, получаемых формованием из глиняных смесей с минеральными и органическими добавками с последующей сушкой и обжигом. На древнегреческом языке «керамос» означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины. • Керамика — древнейший строительный материал. Археологами об наружены остатки зданий и сооружений из керамического кирпича в Древнем Египте и Ассирии, датируемые III—I тысячелетиями до нашей эры. Кирпич был известен в Древней Индии и Китае. В Древней Греции керамика применялась для кровель и украшения фасадов. Первый храм Геры в Олимпии (VII в. до н. э. ) имел черепичную крышу и украшения из терракоты. • Простота технологии и неисчерпаемая сырьевая база для производ ства керамических изделий самых разнообразных видов предопределили их широкое и повсеместное распространение. Этому способст вовали также высокая прочность, долговечность и декоративность керамики. И в настоящее время керамика остается одним из основных строительных материалов, применяемых практически во всех конст руктивных элементах зданий и сооружений.

• По назначению керамические изделия делят на следующие виды: • • стеновые (кирпич и керамические камни); • • кровельные (черепица); • • изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, терракотовые плиты, мозаичные плитки и др. ); • • изделия для внутренней облицовки стен; • • плитка для полов; • • санитарно технические изделия (умывальники, унитазы и трубы); • • специальная керамика (кислотоупорная, огнеупорная, теплоизо яционная ); • • заполнители для легких бетонов (керамзит и аглопорит). • Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, называют керамическим черепком. • В зависимости от структуры черепка керамические материалы разделяются на две основные группы: пористые и плотные. • Пористыми условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка более 5 % по массе (в среднем 8. . . 20 %). К ним относятся все виды кирпича и стеновых камней, черепица, облицовочные плитки. • Плотными считают изделия, водопоглощение черепка которых менее 5 % (обычно 2. . . 4 %); эти изделия практически водонепроница емы. К ним. относятся плитки для полов, санитарный фарфор и т. п. •

• Сырье для производства керамики • Сырьевая масса для изготовления керамических материалов состо ит из пластичных материалов (глин) и непластичных (отощающих и выгорающих добавок, плавней и др. ). Глины обеспечивают получение удобоформуемой связной массы и после обжига прочного и водостой кого черепка. Непластичные добавки улучшают технологические свойства сырьевой массы (облегчают сушку, уменьшают усадку и снижают температуру обжига) и придают материалу желаемые свойства (пори стость, теплопроводность и т. п. ). • Глины, как сырье для керамики, оценивают комплексом свойств: пластичностью, связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур. • Основы технологии керамики • Все разнообразие керамических материалов производится в прин ципе по однотипной схеме, включающей в себя следующие переделы: добычу сырьевых материалов, подготовку сырьевой массы, формование изделий, сушку и обжиг. • Основная область применения керамики в строительстве — мате риалы для ограждающих конструкций: стеновые (кирпич и керамиче ские камни) и кровельные (черепица). Этот вид керамики за много сотен лет применения хорошо зарекомендовал себя во всем мире.

• Специальные виды керамических материалов • Санитарно техническую керамику (раковины, унитазы, трубы, хи мическая посуда и т. п. ) изготовляют из фаянса и фарфора. • Фаянс (от названия итальянского города Фаэнца) — разновидность тонкой керамики, получаемая из беложгущихся глин (60. . . 65 %), кварца (30. . . 35 %) и полевого шпата (3. . . 5 %). Отформованное из пластичной массы и высушенное изделие подвергают первичному (так называемо му «бисквитному» ) обжигу при температуре 1250. . . 1280°С; после чего на его поверхность наносится глазурная масса и производится повтор ный обжиг (1050. . . 1150° С) для глазурования. Глазурование фаянса необходимо, так как он имеет пористый черепок (П = 20. . . 25 %) и высокое водопоглощение. • Фарфор (от перс. фагефур) — изделия тонкой керамики с плотным черепком — получают так же, как и фаянс из беложгущихся глин (около 50 %), но с большим содержанием полевых шпатов (20. . . 24 %) и меньшим содержанием кварца (20. . . 25 %). Фарфор имеет плотный, полностью спекшийся черепок, просвечивающий в тонком слое. • Фар форовые изделия санитарно технического назначения также покрыва ют глазурью для придания им гладкости и повышения санитар но гигиенических свойств. • Керамические санитарно технические изделия отличаются декора тивностью, универсальной химической стойкостью; благодаря твердой и гладкой поверхности они легко чистятся, длительное время сохраняя свои свойства. Недостаток таких изделий, как и керамики в целом, хрупкость. Несмотря на это, керамика остается лучшим материалом для санитарно технических изделий.

• Канализационные трубы изготовляют из пластичных тугоплавких глин и покрывают глазурью снаружи и изнутри, что обеспечивает их полную водонепроницаемость, химическую стойкость и высокую про пускную способность. Такие трубы выдерживают гидростатическое давление, более 0, 2 МПа. • Керамические трубы имеют небольшую длину 800. . . 1200 мм, но довольно большой диаметр 150. . . 600 мм. Трубы соединяются друг с другом с помощью раструбов, отформованных на одном конце каждой трубы. . • Дренажные трубы для мелиоративных работ изготовляют из кир пичных высокогатастичных глин. Выпускают гладкие неглазурованные трубы, фильтрующие через свою толщу, и глазурованные с раструбами и перфорацией на стенках. • Клинкерный (дорожный) кирпич изготовляют из тугоплавких глин обжигом до полного спекания. Он имеет меньшие размеры (220 х 110 х 65 мм), чем обыкновенный стеновой кирпич, низкое водопоглощение (2. . . 6 %), высокую прочность при сжатии (40. . . 100 МПа) и морозостой кость не менее 100. Такой F кирпич используют для мощения дорог и тротуаров, устройства полов промышленных зданий, кладки канали зационных коллекторов.

• Стекло • Стеклами называют переохлажденные жидкости, не успевшие при остывании перейти в кристаллическое состояние. Иными словами стекла — это жидкости, имеющие бесконечно большую вязкость. По следнее и придает им многие свойства твердого тела. В отличие от истинно твердых тел стекла при нагревании не плавятся, а размягча ются, постепенно переходя в пластичное, а затем и в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратной последовательности. Еще одна отличительная черта стекол — изотропность — одинаковость свойств во всех направлениях • Этот же процесс, но проводимый направленно с целью частичной или полной кристаллизации расплава, используется для получения стеклокристаллических материалов — ситаллов и каменного литья. • Прозрачность и возможность окраски стекла в любые цвета, высо кая химическая стойкость, достаточно высокая прочность и твердость, электроизоляционные и многие другие ценные свойства делают стекло незаменимым строительным материалом. • Его используют не только для сооружения светопрозрачных конструкций (окон, витражей, фо нарей), но и как конструкционный и отделочный материал. В совре менном строительстве высотные здания часто имеют фасады, пол ностью выполненные из стекла с улучшенными декоративными, све тоотражающими и теплозащитными свойствами. • Кроме того, из стекла получают различные стехлоизделия (блоки, трубы, стеклопрофилит), эффективные теплоизоляционные материалы (пеностекло и стеклян ную вату), а также стекловолокно и стеклоткани.

• Стекла встречаются в природе в виде бесформенных непрозрачных кусков — например, вулканическое стекло обсидиан. Первые сведения о получении стекла человеком относятся к третьему четвертому тыся челетию до н. э. Те стекла были непрозрачными (глухими) наподобие керамической глазури. Они варились в небольших тиглях и использо вались как украшения. • Коренное изменение в производстве стекла произошло на рубеже нашей эры, когда были решены две важнейшие проблемы стеклоделия — варка прозрачного бесцветного стекла и формование изделий с помощью стеклодувной трубки. • Первые листовые стекла получали, разрезая и распрямляя стеклянные цилиндры, формуемые выдуванием (их называли «халявы» ). В XVII в. началось производство листового зеркального стекла отливкой на медные плиты. Массовое производство листового стекла большого размера стало возможным в конце XIX — начале XX в. , когда появились большие ванные печи и новые методы выработки стекла. • Современное стекольное производство включает в себя три этапа: подготовка сырья, стекловарение и формование стеклоизделий. • Плотность стекла зависит от химического состава и для обычных строительных стекол составляет 2400. . . 2600 кг/м 3. • Механические свойства. Стекло в строительных конструкциях чаще подвергается изгибу, растяжению и удару и реже сжатию, поэтому главными показателями, определяющими его механические свойства, следует считать прочность при растяжении и хрупкость. • Стекло при нормальных температурах отличается тем, что у него отсутствуют пластические деформации. • Хрупкость — главный недостаток стекла.

• Оптические свойства стекла характеризуются светопропусканием прозрачностью), светопреломлением, отражением, рассеиванием и др. • Звукоизолирующая способность стекла довольно высока. Стекло толщиной 1 см по звукоизоляции приблизительно соответствует кир пичной стене в полкирпича — 12 см. • Химическая стойкость силикатного стекла — одно из самых уни кальных его свойств. Стекло хорошо противостоит действию воды, щелочей и кислот • Ситаллы — стеклокристаллические материалы, получаемые путем направленной частичной кристаллизации стекол. Применение шлакоситаллов перспективно для химической промышленно сти (трубы, плитки, детали насосов), в гидротехнике (для облицовки турбинных камер, водосливов), в дорожном строительстве и т. п. Каменное и шлаковое литье • Из горных пород и металлургических ишаков методом литья из расплавов можно получить разнообразные строительные материалы с высокими эксплуатационными свойствами • Основными видами литых каменных изделий являются облицовочные плитки, брусчатка для мощения дорог, мелющие тела и облицовка для мельниц, труб.

• НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ • Вяжущими веществами называют материалы, способные в опреде ленных условиях (при смешивании с водой, нагревании и др. ) образо вывать пластично вязкое тесто, которое самопроизвольно или под действием определенных факторов со временем затвердевает. • Пере ходя из пластично вязкого состояния в камневидное, вяжущие веще ства могут скреплять между собой камни (например, кирпич) или зерна песка, гравия и щебня. Это свойство вяжущих используется для получения бетонов, строительных растворов различного назначения, силикатного кирпича, асбестоцемента и других безобжиговых искус ственных каменных материалов. • Начало использования человеком вяжущих открыло новую эпоху в строительстве: вместо обтесывания камней строители с помощью вяжущих и камней произвольной формы могли делать любые конст рукции, не беспокоясь о плотном прилегании одного камня к другому. • Современные вяжущие вещества в зависимости от состава делят на: • • неорганические (известь, цемент, гипсовые вяжущие и др. ), кото рые для перевода в рабочее состояние затворяют водой (реже водными растворами солей); • • органические (битумы, дегти, синтетические полимеры и олигомеры), которые переводят в рабочее состояние нагревом либо с помощью органических растворителей, либо сами они представляют собой вязкопластичные жидкости. • В строительстве в основном используют неорганические (мине ральные) вяжущие вещества.

• Главным качественным показателем вяжущих является отношение к воздействию воды. По этому признаку их делят на воздушные и гидравлические. • Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительно сохранять прочность только на воздухе. По химическому составу можно выделить четыре группы воздушных вяжущих: • 1 — известковые, состоящие, в основном, из гидрооксида кальция Са(ОН)2; • 2 — гипсовые, состоящие из сульфата кальция (Ca. SO 4 • 0, 5 Н 2 О или Ca. SO 4); • 3 — магнезиальные, главным компонентом которых служит Mg. O; • 4 — жидкое стекло — раствор силиката натрия или калия. Последнее из за способ ности сохранять прочность в кислых средах называют кислотоупорным вяжущим. • Гидравлические вяжущие способны твердеть и длительное время сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде. • 1) гидравлическая известь и романцемент; • 2) силикатные цементы, состоящие преимущественно из силикатов кальция 3) алюминатные цементы, состоящие в основном из алюминатов кальция (глиноземистый цемент и его разновидности); • 4) вяжущие эттрингитового типа, ос новными компонентами которых являются алюминаты кальция и сульфат кальция • Главнейшие показатели качества вяжущих как воздушных, так и гидравлических, — прочность и скорость твердения.

• Заполнители для бетонов и растворов • В силу ряда причин изделия из одних только вяжущих не изготавливают. Вяжущие имеют высокую стоимость, обладают повышенной усадкой и ползучестью. Для исправления этих недостатков в изделия на основе минеральных (неорганических) вяжущих при их изготовлении вводят инертные материалы различной крупности, которые принято называть заполнителями. • Заполнители для бетонов и растворов — это природные или искус ственные каменные сыпучие материалы, состоящие из отдельных зерен. • Однако этим не исчерпывается роль заполнителей. Так, в цемент ных бетонах и растворах они снижают усадку материала и повышают его трещиностойкость. Кроме того, заполнители во многом определяют свойства бетона. Например, используя в качестве заполнителя чугун ную дробь и железные руды, получают особо тяжелый бетон, защища ющий от ионизирующих излучений, а применяя пемзу, керамзит или вспученные шлаки — легкий бетон, обладающий хорошими теплоизо лирующими свойствами. • Заполнители как крупные, так и мелкие могут быть: • • природными, добываемыми в карьерах и подвергаемые только рассеву, промывке и, если это необходимо, дроблению; • • искусственными, получаемыми из промышленных отходов (ме таллургических шлаков, зол электростанций и т. п. ) или специальной обработкой природного сырья (из глины получают керамзит, из пер лита — вспученный перлит и др. ).

• Свойства неметаллических материалов • Во второй половине XX в. стало уделяться большое внимание применению неметаллических материалов в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Было налажено и постоянно наращивалось производство самых различных неметаллических материалов: синтетических смол и пластмасс, синтетических каучуков, заменяющих натуральный каучук, высококачественных полимеров с заданными техническими характеристиками, включая армированные и наполненные пластмассы. • В настоящее время трудно представить себе медицину без полимерных систем для переливания крови, медицинскую аппаратуру – без прозрачных полимерных трубок, предметы ухода за больными – без резиновых грелок, пузырей для льда и т. д. • Пластмассы – пластические массы – это материалы, полученные на основе высокомолекулярного органического соединения – полимера, выполняющего роль связующего и определяющего основные технические свойства материала Пластмассы выпускаются монолитными в виде термопластичных и термореактивных и газонаполненными – ячеистой структуры. К термопластичным пластмассам относят полиэтилен низкого давления, полипропилен, ударопрочный полистирол, АБС—пластики, поливинилхлорид, стеклопластики, полиамиды и др.

• Эластомеры • Термин «эластомеры» был введен взамен названия «синтетические каучуки» , а также «натуральный каучук» . Эластомерами называют полимеры, обладающие в широком температурном интервале высокой эластичностью – способностью подвергаться значительным (от нескольких сотен до 1000 % и более) обратимым деформациям при сравнительно небольших действующих нагрузках. Первым эластичным материалом такого рода был натуральный каучук, который и в настоящее время не потерял своего значения в производстве эластомеров, в том числе и для медицинских изделий, благодаря своей нетоксичности. Каучук получают из латекса (млечный сок бразильской гевеи) • Резины • Резины различных видов и марок относятся к группе эластичных материалов – эластомеров. Резины подразделяются на формовые и неформовые. К неформовым относится большая группа так называемых сырых резин. Сырые резины выпускаются под номерами (10, 11, 14 и т. д. ) в виде разнотол—щинных пластин, покрытых тальком (для предохранения от слипания), или в виде рулонов с тканевой прокладкой (из миткаля), которая также предохраняет резину от слипания. • Неформовая сырая резина получается путем вулканизации из резиновых смесей, изготавливаемых на основе синтетических каучуков или натурального.

• Герметики (герметизирующие составы) применяются практически повсеместно – в строительстве, в системе ЖКХ, машиностроении, мебельном производстве, в быту, при различных ремонтных работах. Герметики представляют собой полимерные композиции в виде паст, замазок или жидкостей, которые после нанесения на поверхность сразу или спустя некоторое время густеют в результате вулканизации полимерной основы. • Для приготовления герметиков применяют жидкие синтетические каучуки и специальные добавки. Промышленностью выпускаются герметики разных видов: строительные фасадные, шовно—тиоколовые и акрилатные, строительные каучукосиликоновые, акриловые.

• Стекло, ситаллы и каменное литье • Стеклами называют переохлажденные жидкости, не успевшие при остывании перейти в кристаллическое состояние. Иными словами стекла — это жидкости, имеющие бесконечно большую вязкость. По следнее и придает им многие свойства твердого тела. В отличие от истинно твердых тел стекла при нагревании не плавятся, а размягча ются, постепенно переходя в пластичное, а затем и в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратной последовательности. Еще одна отличительная черта стекол — изотропность — одинаковость свойств во всех направлениях.