реферат матереаловедение. ре. Неметаллические материалы
 Скачать 0.82 Mb.
|
-23-Классификация керамики.Номенклатура бытовой керамики широка. Ее классифицируют по строению, степени плотности, типам, видам и разновидностям черепка. По строению выделяют два класса керамики — грубую и тонкую. Грубая керамика имеет на изломе неоднородное крупнозернистое строение и естественную красновато-коричневую окраску черепка. Тонкая керамика имеет на изломе однородное мелкозернистое строение и белый или слабоокра- шенный черепок. По степени плотности различают керамику с плотным спекшимся черепком (водопоглощение до 5 %) и с пористым (водо- поглощение свыше 5 %). Спекшийся черепок на изломе имеет плотное раковистое строение, при постукивании издает высокий, долгое время не затухающий звук, в тонких слоях некоторые из них просвечивают. Пористый черепок на изломе рыхлый, при постукивании издает низкий, глухой, быстро затухающий звук, не просвечивает при любой толщине стенок. Основными типами бытовой керамики являются фарфор, фаянс, полуфарфор, майолика, гончарная керамика. Все они, кроме гончарной керамики, относятся к классу тонкокерамических изделий. Гончарные изделия принадлежат к классу грубой керамики. Фарфор имеет спекшийся, непроницаемый для воды и газов просвечивающий в слое до 2,5 мм белый с голубоватым оттенком черепок. Исключением является окрашенный фарфор, который получают введением в массу керамических красителей, дающих розовый, голубой и другие цвета. Фарфор имеет очень низкую пористость (водопоглощение до 0,5 %). Он, как правило, глазуруется бесцветными прозрачными глазурями. Свойства керамики Этот материал наделен свойствами, которые дают возможность использовать его практически во всех сферах деятельности человека. Отметим, что керамику часто используют там, где необходима устойчивость к внешним агрессивным воздействиям: перепады температур, истирание, воздействие влаги и ветра. Говоря о свойствах керамики, нельзя не упомянуть о том, что они в первую очередь зависят от типа. Тип керамики определяется составом масс, куда входят глина или каолин, отощающие вещества вроде кварцевого песка, а также различные плавни, их обработкой, длительностью и температурами обжига, особенностями глазурей. В зависимости от назначения, на выходе получаются изделия разной степени пористости и твердости, с различными показателями водопоглощения. Неизменность структуры и свойств керамики обеспечивается прочными химическими связями. -24- Прочность Керамические изделия характеризуются относительно высокой прочностью. Важно это потому, что от прочности зависит, в первую очередь, долговечность изделия. Прочность, в свою очередь зависит от пористости керамики. Поэтому самыми прочными считаются твердый фарфор и полуфарфор, а менее прочными — фаянс, майолика, мягкий фарфор. Также на прочность и твердость изделия влияют такие факторы, как добавленные в сырье примеси, технология изготовления, а также наличие микротрещин. Влагонепроницаемость Это то самое свойство, благодаря которому керамическая плитка является излюбленным материалом для отделки ванных комнат, санузлов, бассейнов, холлов, прихожих. То есть тех мест, где постоянно влажно. Вода не впитывается , а остается на поверхности, с которой ее легко собрать. Керамическая плитка легко моется и чистится, при этом она долго служит, не теряя привлекательного внешнего вида. Самым низким водопоглощением обладает глазурованная керамика. Именно из нее изготавливают посуду, которая долгие годы радует глаз хозяев. Термостойкость Это свойство обозначает, что керамика в состоянии выдерживать значительные перепады температур. Например, глазурованная керамика выдерживает перепад до 20 градусов не разрушаясь и не трескаясь. Термостойкость обусловливает использование керамики для изготовления посуды. Если бы не это свойство, чайник трескался бы всякий раз, как в него наливали кипяток для заварки. Наиболее термостоек фарфор и каменная керамика, из которой изготавливают чайники и чашки. При этом керамика отличается плохой теплопроводностью, то есть неспособна удерживать в себе тепло. И если для напольной плитки это скорее недостаток, то для посуды — несомненный плюс: чашка с горячим кофе никогда не обожжет вам губы. Экологичность Керамика — это экологически чистый продукт. Для ее изготовления тщательно отбирается сырье, проходя проверку на радиоактивность. Этот материал безопасен для человека и животных, поскольку не выделяет никаких токсичных веществ в атмосферу или жидкость, если речь идет о посуде. Керамика имеет капиллярную структуру, что делает ее «дышашим» материалом. Стена под керамической плиткой не покрывается плесенью, а растение в керамическом горшке имеет доступ к воздуху. Одновременно с этим керамика не поддается действию активных химических веществ и не впитывает их. Именно поэтому изделия из керамики можно мыть при помощи чистящих средств, не боясь испортить поверхность. Ну и, наконец, нельзя не отметить эстетические свойства керамики. Изделия из нее весьма многообразны по форме, цвету, фактурам поверхности и способам декорирования. Керамика открывает широкий простор для фантазии дизайнеров и просто творческих людей. -25- Применение керамики Изучение применения керамических изделий в прошлом особенно поучительно, так как одни из них почти в неприкосновенности сохранили свое извечное предназначение, другие же претерпели столь существенные изменения, что их с полным правом можно назвать новыми, эффективными. Однако надо не забывать, что в архитектуре не все новое современно и не все древнее устарело. Только сопоставление «классических» приемов применения керамики с требованиями нашего времени поможет архитектору творчески подойти к использованию ее в современном строительстве. Керамика в саду Сейчас керамика переживает небывалую популярность, архитекторы и дизайнеры охотно используют ее как в интерьере, так и в экстерьере. И дело здесь, видимо, не только в пластических возможностях керамики, относительно невысокой стоимости самого материала и его долговечности. Рожденная землей и огнем, керамика органично сочетается как с живой природой, так и с большинством строительных материалов. Керамика из раствора Изготовление керамики - одно из древнейших производств, ему не меньше 12 тысяч лет. Но лишь в последние десятилетия технология керамики стала базироваться на научных основах, строгих закономерностях физической химии. Это связано и с чрезвычайно возросшими требованиями к керамике, и с удивительным разнообразием керамических изделий, в которых нуждается человечество сегодня. Керамика как конструкционный материал Рассмотрение не только конструкционных материалов из глины, но вообще строительной керамики обычно начинают с кирпича, традиционного стенового материала, которым еще в древние времена человек заменял природный камень для кладки стен и который поэтому Андреа Палладио включил в главу, названную «О камне». Он писал: «...Искусственный камень называется кирпичом и имеет форму прямоугольника». Витрувий в том же духе трактует кирпич и предпосылает это рассуждение всем остальным - «ибо здание в конечном итоге разлагается на кирпичи, которые первыми кладутся при постройке, как элементы здания». -26- Композиционные материалы Композитный материа́л (КМ), компози́т — многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жёсткостью и так далее. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении её механических характеристик. Композиционные материалы с металлической матрицей  Композиционные материалы с металлической матрицей – это композиты, матрицей в которых является металл или металлический сплав. Композиты с металлической матрицей разделяют на армированные волокнами (волокнистые композиты) и наполненные тонкодисперсными частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные композиты). Волокнистые композиты с металлической матрицей имеют два основных преимущества по сравнению с более распространенными композитами с полимерной матрицей: они могут использоваться при значительно более высоких температурах и более эффективны в относительно малогабаритных сильно нагруженных элементах конструкций. Последний факт определяется возможностью существенно сократить массу стыковочных элементов конструкций благодаря большей прочности -27- металлической матрицы по сравнению, например, с полимерной, и технологичностью обработки композитов с такой матрицей (возможность использования резьбовых соединений и т. д.). Волокна в КММ несут основную нагрузку, при этом длина передачи нагрузки в такого типа композитах много меньше соответствующей длины в композитах с полимерной матрицей в силу больших возможных касательных напряжений в матрице (при условии достаточно прочной связи на границе раздела волокна и матрицы). Это обстоятельство сказывается положительным образом на прочностных свойствах композита в силу масштабной зависимости прочности волокна. Возможны также ситуации, в которых взаимодействие волокна и матрицы существенно повышает эффективную прочность волокна, в результате реальная прочность композита оказывается выше величины, полученной при использовании результатов испытаний отдельных волокон. Такого типа эффекты делают волокнистые КММ перспективными материалами. Важной особенностью КММ с пластичной металлической матрицей является возможность конструирования структур с хрупкими волокнами, трещиностойкость которых превышает трещиностойкость неармированной матрицы. Типичными композитами с металлической матрицей являются бороалюминий (волокно бора — матрица на основе алюминиевых сплавов), углеалюминий (композиты с углеволокном), композиты с волокном карбида кремния в титановой или титан-алюминидной матрице, а также с оксидными волокнами в матрице на основе никеля. Последние позволяют существенно поднять (до 1200 °С) рабочую температуру жаропрочных материалов. В отличие от волокнистых композитов, в дисперсно-упрочненных материалах матрица является основной несущей нагрузку составляющей, а дисперсные частицы тормозят движения дислокаций, повышая предел текучести и прочность материала. Высокая прочность достигается при размере частиц 10—500 нм при среднем расстоянии между ними 100—500 нм и равномерном их распределении в матрице. Дисперсно-упрочненные композиты могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов. Основные приложения КММ в настоящее время — аэрокосмические конструкции, в будущем они могут заменить металлические сплавы во многих наземных приложениях, в том числе в автомобильной технике. |