11. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ.
К неорганическим полимерным материалам относятся: минеральное стекло, ситаллы, керамика и другие. Этим материалам присущи не горючесть, высокая стойкость к нагреву, химическая стойкость, неподверженность к старению, большая твёрдость, хорошая сопротивляемость сжимающим нагрузкам. Однако они повышено хрупкие, плохо переносят резкую смену температур, слабо сопротивляются растягивающим и изгибающим нагрузкам, имеют большую плотность по сравнению с органическими полимерными материалами.
Основой неорганических материалов являются главным образом оксиды и бескислородные соединения металлов. Поскольку большинство неорганических материалов содержит различные соединения кремния с другими элементами, эти материалы объединяют общим названием силикатные. В настоящее время применяют не только соединения кремния, но и чистые оксиды алюминия, магния, циркония и другие, обладающими более ценными техническими свойствами, чем обычные силикатные материалы.
В группу
неорганических полимеров входит
также графит.
Неметаллические материалы подразделяют
на графит, неорганическое стекло, стеклокристаллические материалы ― ситаллы и
керамику.
9.1. Графит.
Графит ― одна из
аллотропических модификаций углерода. Это
полимерный материал кристаллического строения. Он
образован параллельными слоями
гексагональных сеток
(плоскостей). В углах каждой ячейки
расположены атомы углерода. Межатомное расстояние = 0.143 нм. Между атомами
действуют силы прочной
ковалентной (химической) связи.
Графит не
плавится при атмосферном
давлении, а при
3700ºС сублимирует (жидкое
состояние графита может
быть достигнуто лишь
при 400ºС и Р=10
Мпа).
Графит встречается
в природе и
получается искусственным путем:
качества природного графита
невысоки, поэтому его
используют лишь как
антифрикционный материал в
электротехнике;
искусственный графит (технический
и пиролитический), обладающий
совершенной кристаллической структурой,
высокой анизотропией свойств
являющийся
высокотемпературным
конструкционным материалом.
Плотность искусственного технического
графита 1500-1850 кг/м3, пирографита
1950-2200 кг/м3.
Промышленности, выпускающие следующие марки графита: ПРОГ(из нефтяного кокса), ПГ-50-пористый и пирографит (продукт пиролиза метана, который осаждается на нагретых до 1000-2500ºС новых форм.
В плоскости зерен (смотрите таблицу) пирографит хорошо проводит теплоту, поэтому его можно использовать и как проводник теплоты, и как изолятор.
Коэффициент линейного расширения α низкий; графит устойчив к воздействию тепловых ударов, что делает его весьма перспективным материалом высокой жаропрочности и теплозащитным материалом, работающим по принципу абляции (разрушение материала, сопровождающееся уносом его массы при воздействии горячего газового потока).
Вид графита
|
ρ,кг/м3 |
Пористость,
% |
σ , МПа
|
Е ,
Гпа |
Коэффициент
Теплопровод- ности Вт/м·к |
Коэф-фици-
ент лине- йного расши рения α·106,К-1 |
|
Растя-
жение |
Сжатие
|
||||||
ПРОГ
(из нефти) |
1640
|
24
|
110.2 |
50.3
|
8.75
|
-
|
1.9-5
|
|
5 |
47
|
6.1
|
3.55
|
-
|
|||
ПГ-50
(пористый) |
1020
|
52
|
3.8
|
11.6
|
1.7
|
-
|
-
|
5.2
|
11.6
|
-
|
-
|
-
|
|||
Пиро-
графит (питролизСН4) |
1950-
2200 |
1.5
|
-
|
460-
485 |
112
|
1.16-3.5
|
23.5
|
114-
133 |
105-
150 |
70
|
372
|
0.0235
|
|||
Физико-механические свойства искусственного графита
Недостатком графита является его
склонность к окислению,
начиная с температуры
Т=400-800ºС, с выделением газообразных
продуктов. Поэтому поверхность
графита защищают введением
легирующих добавок (Nb, Ta, Si),
которые делают структуру
графита легкозернистой, повышают
его НВ и σв или
нанесением защиты покрытий.
Графит применяют
в высоконагреваемых конструкциях
летательных аппаратов и их двигателей;
в энергетических ядерных
реакторах (он обладает
малым сечением захвата
и способностью замедлять
их скорость); в
качестве антифрикционного материала
и в виде
углеграфита волокнистых изделий.
9.2 Неорганическое стекло.
Неорганическое стекло ― особого вида
затвердевший аморфный раствор ― сложный расплав
высокой вязкости кислотных
и основных оксидов. В
его состав входят
стеклообразующие оксиды (стекломассы)
Si, B, P, Ge, As, образующие структурную
сетку и модифицированные оксиды
Na, K, Li, Ca, Mg, Ba, изменяющие
физико-химические свойства стекломассы. Для сообщения
стеклу нужных технических
характеристик в состав
стекла вводят оксиды
Al, Fe, Pb, Ti, Be и другие.
Механические свойства
стёкол характеризуются высоким
сопротивлением сжатию (500-2000
Мпа), но низким σв при
растяжении (30-90 Мпа) и изгибе. Е
невысокое (45-100 Мпа).
Твёрдость стекла равна
5-7 единиц (10 единиц у алмаза).
Важнейшие специфические
свойства стёкол ― их оптические
свойства: прозрачность, отражение, рассеяние, поглощение и
преломление света. Обычное неокрашенное
стекло пропускает до
90%, отражает ~ 8% и
поглощает ~ 1% видимого и
частично инфрасвета;
ультрафиолет поглощает почти
полностью. Кварцевое стекло прозрачно
для ультрафиолета. Стекло с PbO
поглощает рентгеновское излучение.
Силикатные триплексы – два листа
закалённого стекла (δ=2…3мм),
склеенные прозрачной эластичной
полимерной плёнкой. При его
разрушении образовываются неострые
осколки, которые
удерживаются на полимерной
плёнке.
Термопан –
трёхслойное стекло, состоящее из
двух стёкол и
воздушного промежутка между
ними. Эта воздушная прослойка – теплоизоляция.
Применение технических
стёкол.
Триплекс, термопан используется для остекления транспортных средств.
Кроны – оптические стёкла, применяемые в
оптических приборах и
инструментах, отличаются
малым преломлением.
Флинты – оптические стёкла
с высоким содержанием
оксида Pb и
большими значениями n=sinα/sinβ. Тяжелые флинты
не пропускают рентген
и γ -излучение.
Светорассеивающие стекла
содержат в своём
составе фтор.
Стёкла, содержащие оксиды Fe
и V, поглощающие ~ 70%
инфрасвета, используются для остекления
кабин и помещений
пультов управления мартеновских
и дуговых печей, прокатных станов
и подъемных кранов
в мартеновских цехах.
Теплозвукоизоляционные стекловолокнистые материалы (стекловата) – материалы,
имеющие рыхло волокнистую структуру
с большим числом
воздушных прослоек.
Плотность 20…130 кг/м3,
низкая теплопроводность (λ=0.030…0.0488
Вт/м·к).
Сайт создан в системе
uCoz