Материалы специального назначения реферат

Обновлено: 04.07.2024

Специальными (или легированными) называются стали, особые свойства которых получаются за счет введения в их состав специальных добавок (легирующих элементов). В качестве таких добавок к простой углеродистой стали употребляют никель, хром, вольфрам, молибден, медь, ванадий, титан, кобальт, алюминий, цирконий и др.; к специальным также относят те стали, в которых содержание Мn или Si превосходит обычное для простых углеродистых сталей.

КЛАССИФИКАЦИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Классификация по роду примесей и назначению. В зависимости от рода специальной примеси сталь называется марганцевой, никелевой, хромоникелевой и т. п., а в соответствии с назначением — машиноподелочной (конструкционной), инструментальной и прецизионной; последнее название присваивается сталям, предназначенным для работы в особых условиях, например, для изготовления физических приборов, деталей холодильных машин, для работы при высоких температурах, при резких переменах температур и т. д.

Классификация по структуре. Критические точки на кривых охлаждения специальных сталей по сравнению с критическими точками простых углеродистых сталей обычно смещены книзу. Таким образом, при охлаждении специальных сталей вследствие большого торможения превращений можно и при сравнительно медленном охлаждении получить структуру сорбита, мартенсита и даже аустенита.

Большой гистерезис, свойственный специальным сталям, дает возможность получения таких сортов стали, как самозакаливающаяся, т. е. дающих мартенситную структуру даже при медленном охлаждении (на воздухе).

В зависимости от того, какая структура получается при охлаждении на воздухе той или другой специальной стали, их разделяют на четыре главных класса: перлитный, мартенситный, аустениткый и карбидный (ледебуритный).

Перлитный класс. Стали перлитного класса получаются при добавлении к стали небольших количеств специальных примесей. Критическая точка Аr₁ у сталей этого класса понижается незначительно; при изменении скорости охлаждения стали перлитного класса дают все переходные структуры. Некоторые специальные примеси в сталях перлитного класса, образуя твердые растворы с железом, дают дополнительное повышение твердости стали. Вследствие большой чувствительности к термической обработке стали перлитного класса являются весьма ценным машиноподелочным материалом, они довольно вязки и хорошо обрабатываются резцом.

Мартенситный класс. Стали мартенситного класса содержат более значительное количество примесей, чем стали перлитного класса, и отличаются весьма большой твердостью и хрупкостью. Большая твердость этих сталей, затрудняющая их механическую обработку, ограничивает их применение.

Аустенитный класс. Стали аустенитного класса содержат еще большее количество примесей, чем стали мартенситного класса; структура аустенита сохраняется у них и при медленном охлаждении. Их свойства подобны свойствам аустенита простых углеродистых сталей; они имеют максимальную плотность, низкий предел упругости, большую вязкость, хорошо сопротивляются ударному действию и истиранию и немагнитны.

Некоторые из сталей аустенитного класса слабо окисляются и обнаруживают большую сопротивляемость ржавлению и разъеданию кислотами (нержавеющая сталь).

Отрицательным качеством стали аустенитного класса является трудность обработки ее резцом.

Вследствие особых физических и химических качеств эти стали получили широкое применение в технике; многие сорта стали с особыми физическими качествами принадлежат к аустенитному классу; к этому же классу принадлежат весьма распространенная износоустойчивая марганцевая сталь, содержащая около 13% Мn, и высоконикелевые стали, известные под названиями инвар и платинит, а также нержавеющие и жаростойкие стали.

При ковке этих сталей ледебуритная составляющая разрушается, а карбиды распределяются более или менее равномерно в общей массе стали.

Структура кованой дедебуритной стали похожа на структуру заэвтектоидной стали, но с большим количеством карбидных включений, которые без расплавления стали нельзя целиком перевести в твердый раствор, что можно сделать с обычной заэвтектоидной сталью.

Стали карбидного класса применяют главным образом в качестве инструментальных; сюда относятся, например, хромовольфрамовая и хромомолибденовая быстрорежущие стали и высокохромистая сталь, применяемая для волочильных досок.

При маркировке специальных сталей по ГОСТ приняты следующие обозначения входящих в их состав элементов: Н — никель, X — хром, Г — марганец, С — кремний, В — вольфрам, Ф — ванадий, Ю — алюминий, М — молибден, К — кобальт, Д — медь, Т — титан. Каждая марка специальной стали состоит из определенного сочетания цифр и букв. Первые две цифры показывают количество сотых долей процента углерода; после соответствующей буквы следует цифра, показывающая среднее содержание в процентах обозначенного буквой элемента. Пример: сталь марки 12Х2Н4А содержит 0,12% углерода, около 2% хрома и около 4% никеля; буквой А отмечаются высококачественные стали.

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СВОЙСТВА СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Различного рода примеси оказывают разное влияние на свойства специальных сталей.

Наиболее характерные влияния, свойственные элементам, вводимым в сталь в качестве примесей, указаны в табл. 15; знак + поставлен в графе элементов, обладающих способностью увеличивать соответствующие свойства.

ПРИМЕРЫ СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Марганцевая сталь. Марганцевая сталь была первой специальной сталью, получившей практическое применение (1840 г.).

В обыкновенной углеродистой стали содержание марганца не превышает 0,8%, а в специальных достигает 14,0%.

Меняя содержание марганца и углерода, можно получить марганцевую сталь различных классов — перлитного, мартенситного или аустенитного. На фиг. 132 представлена структурная диаграмма марганцевой стали: по оси X здесь отложено содержание углерода, а по оси Y — марганца.

Из диаграммы следует, что при одном и том же содержании углерода и различном содержании марганца структура медленно охлаждаемой стали может быть различной, например, при 0,4% С и 6,0% Мn стали будет свойственна мартенситная структура (точка а диаграммы), а при том же содержании С и 12% Мn — аустенитная (точка b диаграммы). При 3,5% Мn и 0,5% С медленно охлажденная марганцевая сталь получает перлитную структуру (точка с диаграммы), а при том же содержании углерода и 10,0% Мn — аустенитную (точка d диаграммы).

Марганец способствует росту зерна и сильно уменьшает теплопроводность стали. Пониженная теплопроводность марганцевой стали заставляет осторожно обращаться с ней при нагреве и охлаждении во избежание появления трещин в обрабатываемом изделии.

Вследствие большого сродства марганца с кислородом марганцевая сталь плохо сваривается кузнечным способом.

При высоких температурах марганцевая сталь обладает хорошей ковкостью. Применяют марганцевую сталь следующих марок:

1) среднемарганцовистая (1,0—1,8% Мn и до 0,5% С) для рельсов, валов, зубчатых колес и пр.;

2) высокомарганцовистая сталь аустенитного класса (1,0—1,5% С и 12,0—-14,0% Мn), применяемая для изготовления деталей, предназначаемых для работы на удар и истирание, например, для железнодорожных крестовин,

частей дробильных машин, ковшей землечерпалок.

Вследствие трудности обработки такой стали резанием изделия из нее получают только путем отливки.

Наилучшие качества высокомарганцовистая сталь получает при закалке в холодной воде с нагрева около 1000°; при медленном охлаждении происходит выпадение карбидов, располагающихся между зернами аустенита, сталь становится хрупкой и теряет основное свое свойство — вязкость.

Марганцевую сталь можно обрабатывать давлением и в холодном состоянии, например, из нее возможна протяжка проволоки. Для устранения наклепа марганцевую сталь следует подвергать нагреву до 1000—1100° и закаливать в холодной воде.

Влияние характера обработки на механические свойства марганцевой стали можно видеть из табл. 16, составленной на основании испытаний стали (0,85% С и 14,01% Мn).

На фиг. 133 дана фотография микроструктуры такой стали после отливки; структура стали — аустенит и карбиды по границам зерен аустенита.

Марганцевые стали аустенитного класса немагнитны.

Хромистая сталь. На фиг. 134 приведена структурная диаграмма хромистых сталей. Из диаграммы следует, что в зависимости от количества хрома при содержании углерода около 0,45% могут быть получены хромистые стали всех классов. Добавка хрома в количестве около 1% оказывает большое влияние на прокаливаемость стали и тормозит процесс отпуска ее.

Хром является сильным карбидообразующим элементом, поэтому в машиностроении широко распространены цементуемые малоуглеродистые стали с добавкой хрома в количестве до 1,0% (стали марок 15Х и 20Х).

Большая чувствительность хромистых сталей перлитного класса к термической обработке и недефицитность хрома обусловливают широкое распространение ее в машиностроении.

Одной из распространенных хромистых машиноподелочных сталей является сталь марки 38ХА (0,34—0,42% С; 0,5—0,8% Мn; 0,17—0,37% Si; 0,8—1,1% Сг). Так как хром повышает критические точки Ас₁ и Ас₃, нагрев под закалку этой стали необходимо производить до более высоких температур, чем для углеродистых (приблизительно до 860°). После закалки обычно проводят высокий отпуск (550—600°). В состоянии поставки (в отожженном состоянии) предел прочности стали 38ХА составляет 50 кг/мм 2 ; после закалки и отпуска — около 90 кг/мм 2 . Вследствие большой прокаливаемости этой стали ее механические качества с увеличением сечения изделия уменьшаются не так интенсивно, как у машиноподелочных сталей без примеси хрома.

Хром в количестве около 1 % вводят также в инструментальную сталь для повышения твердости и улучшения режущих ее свойств. Хромистые инструментальные стали перлитного класса применяют для изготовления бритв, хирургического инструмента (сталь Х05), мерительного и режущего инструмента, от которого требуется высокая твердость (сталь X и 9Х).

Подобные же стали используют для изготовления шариковых и роликовых подшипников (например, сталь ШХ15).

В качестве примера хромистой инструментальной стали карбидного класса можно привести сталь марки Х12 (2,0—2,3% С и 12—13% Сr). Эту сталь используют для изготовления матриц, штампов, волочильных досок, сверл и другого инструмента, от которого требуется высокая твердость и хорошая стойкость на истирание.

Быстрорежущая сталь. Выше были рассмотрены специальные стали, легированные одним элементом— марганцем или хромом. Однако в настоящее время чаще всего используют специальные стали, легированные несколькими элементами, например, хромомарганцевые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и др.

Необходимость усложнения составов сталей обусловлена все возрастающими требованиями техники. Типичным примером такой сложнолегированной стали является инструментальная быстрорежущая сталь.

Основными специальными примесями в быстрорежущей стали являются хром и вольфрам. По структуре эта сталь относится к карбидному классу.

Основное свойство быстрорежущей стали заключается в ее способности после специальной термической обработки не терять твердости при нагреве до 600°, вследствие чего резцы, изготовленные из такой стали, допускают большие скорости резания. Быстрорежущая сталь обладает также свойством самозакаливаемости.

Способность вольфрамовой стали самозакаливаться была впервые отмечена в 1868 г. Одновременно было обращено внимание на то, что насколько такая сталь легко закаливается, настолько трудно она отпускается. Последнее свойство особенно ценно в случае применения этой стали для изготовления металлорежущего инструмента, который может нагреваться в процессе работы без уменьшения твердости.

Первая сталь, применявшаяся для изготовления резцов, содержала 5—8% W, 2% Мn и 2,0—2.5% С; впоследствии состав ее постепенно менялся: в нее введен был хром, уменьшено количество углерода, марганца и кремния. Кроме того, было выяснено значение и установлен режим термической обработки для повышения полезных свойств этой стали.

Сохранение быстрорежущей сталью твердости при нагреве объясняется ее способностью сохранять мартенситную структуру при нагреве до 600°.

Термическая обработка прокованного инструмента из быстрорежущей стали состоит из следующих операций:

1) медленного нагрева до 700°;

2) быстрого нагрева от 700° до температуры, близкой к 1300° (начало оплавления кромок резца);

3) быстрого охлаждения от 1300 до 600°;

4) медленного охлаждения от 600° до температуры окружающего воздуха;

5) медленного нагрева до 550—600° и выдержки при этой температуре;

6) медленного охлаждения от 600° до температуры окружающего воздуха.

Медленность нагрева до 700° вызывается большой чувствительностью быстрорежущей стали к нагреву при низких температурах, вследствие чего при быстром нагреве она может давать трещины. Нагрев от 700° можно производить быстро, так как сталь становится достаточно вязкой и можно не опасаться появления трещин. Нагрев стали до температуры, близкой к температуре плавления, необходим для растворения карбидов хрома и вольфрама в аустените. Это обеспечит получение после охлаждения (закалки) наиболее стойкого против нагрева мартенсита. Большая устойчивость мартенсита при нагреве объясняется наличием в нем примесей вольфрама и хрома. Медленное охлаждение

этой стали от 600° вызывается теми же причинами, которые обусловливают медленность ее нагрева до 700° в начале термической обработки. Вторичный нагрев до 600° производят с целью превращения остаточного аустенита (частично оставшегося после закалки) в мартенсит. Таким образом, этот вторичный нагрев, называемый отпуском быстрорежущей стали, увеличивает ее твердость. Последние операции (отпуск) обычно проводят многократно (до 3 раз).

На фиг. 135 дана схема описанного выше процесса термической обработки быстрорежущей стали. На фиг. 136 дана фотография микроструктуры закаленной быстрорежущей стали до отпуска; здесь структура аустенито-мартенситная с включениями карбидов.

На фиг. 137 дана фотография микроструктуры быстрорежущей стали после отпуска до 600°; здесь видна мартенситная структура, обладающая большей твердостью, чем предыдущая структура. Приводим в виде примера химический

состав одной из марок быстрорежущей стали РФ1: 0,70—0,80% С; до 0,40% Мn; до 0,40% Si; 3,8—4,6% Сr; 17,5—19,0% W; 1,0—1,4% V; до 0,20% Ni.

При применении инструментов из быстрорежущей стали можно увеличивать скорость резания по сравнению со скоростью при работе инструментом из обычной углеродистой стали в 6—7 раз.

В настоящее время быстрорежущая сталь получила широкое применение и как материал для изготовления штампов при горячей штамповке, так как штампы при соприкосновении с заготовкой, нагреваемой часто до 1300°, сильно разогреваются и в случае изготовления их из простой углеродистой стали утрачивают необходимую твердость.

Наряду с использованием высоковольфрамовой быстрорежущей стали типа РФ1 применяются также и менее легированные вольфрамом стали, являющиеся во многих случаях заменителями быстрорежущей; например, сталь марки ЭИ184, содержащая 3,6.—4,8% W; 7,0—8,0% Сr; 1,0—1,5% V и ряд других. Заменители быстрорежущей стали обладают по сравнению с ней несколько меньшей красностойкостью и твердостью.

Файлы: 1 файл

ВВЕДЕНИЕ.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Факультет – Архитектурно- строительный

Кафедра- Строительные материалы и изделия

Специальность -270800.62 «Производство строительных

По дисциплине: Основы технологии керамики

На тему: Керамика специального назначения. Санитарно-технические материалы.

Студент группы СТТб-11 Халилов А.Г.

Проверил пр-ль: Некрасова С.А.

ВВЕДЕНИЕ

Керамическими называют каменные изделия, получаемые из минерального сырья путем его формования и обжига при высоких температурах.

Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. В долговечности керамических материалов можно убедиться на примере Московского Кремля, стены которого сложены почти 500 лет назад[3].

В современном строительстве керамические изделия применяют почти во всех конструктивных элементах зданий, облицовочные материалы используют в сборном домостроении. Богатство эстетических возможностей керамики обеспечили ей видное место в отделке фасадов зданий и внутренних помещений. Керамические пористые заполнители – это основа легких бетонов. Санитарно-технические изделия, а так же посуду из фарфора и фаянса широко используют в быту. Специальная керамика необходима для химической и металлургической промышленности (кислотоупорные и огнеупорные изделия), электротехнике и радиоэлектронике (электроизоляторы, полупроводники и др.) ее применяют в космической технике.

1.СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Сырьевыми материалами для производства керамических изделий являются каолины и глины, применяемые в чистом виде, а чаще – в смеси с добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами) Под каолинами и глинами понимают природные водные алюмосиликаты с различными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние.

Каолины. Каолины состоят почти исключительно из минерала Al2O3,2SiO2 2H2O и содержат значительное количество частиц меньше 0,01мм; после обжига сохраняют белый цвет.

Глины боле разнообразны по минеральному составу, они больше загрязнены минеральными и органическими примесями. Глинистое вещество (с частицами меньше 0,005мм) состоит в основном из каолинита и родственных ему минералов – монтмориллонита, галлуазита.

Содержание таких частиц определяет пластичность и другие свойства глин. Высокопластичные глины содержат частицы размером менее 0,005мм 80 – 90 %.

Бентонитами называют высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита. Содержание в них частиц меньше 0,001мм достигает 85 – 90 %.

Трепелы и диатомиты, состоящие в основном из аморфного кремнезема, используют для изготовления теплоизоляционных изделий, строительного кирпича и камней[2].

Отощающие добавки вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. В качестве отощающих добавок используют шамот, дегидратированную глину, песок, золу ТЭС, гранулированный шлак.

Шамот – зернистый керамический материал (с зернами 0,14 – 2 мм), получаемый измельчением глины, предварительно обожженной при той же температуре, при которой обжигаются изделия. Его можно получить, измельчая отходы обожженного кирпича. Шамот улучшает сушильные и обжиговые свойства глин, поэтому его применяют для получения высококачественных изделий – лицевого кирпича, огнеупоров и т.д.

Дегидратированная глина при температуре 700 - 750° С, добавляемая в количестве 30 – 50 %, улучшает сушильные свойства сырца и внешний вид кирпича.

Песок (с зернами 0,5 – 2 мм) добавляют в количестве 10 – 25 %.

Гранулированный доменный шлак (с зернами до 2 мм) – эффективный отощитель глин при производстве кирпича. Роли отощителей выполняют так же золы ТЭС и выгорающие добавки.

Парообразующие материалы вводят в сырьевую массу для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа, например CO2 (молотые мел, доломит), или выгорают[2].

Выгорающие добавки: древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин не только повышают пористость керамических изделий, но также способствуют равномерному спеканию керамического черепка.

Пластифицирующими добавками являются высокопластичные глины, бентониты, а также поверхностноактивные вещества – сульфитно-дрожжевая бражка и др.

Плавни добавляют в глину в тех случаях, когда необходимо понизить температуру ее спекания. К ним относят: полевые шпаты, железную руду, доломит, магнезит, тальк и т.п.

Для придания декоративного вида и стойкости к внешним воздействиям поверхность некоторых керамических изделий покрывают глазурью или ангобом. Слой глазури, нанесенный на поверхность керамического материала, закрепляют на ней обжигом при высокой температуре. Глазури – это стекла, которые могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими), различного цвета. Главными сырьевыми компонентами глазури являются: кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочно-земельных металлов, оксиды свинца, борная кислота, бура и др. Их применяют в сыром виде, либо сплавленными – в виде фритты. Оксид свинца заменяют менее вредным оксидом стронция.

Ангоб готовят из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на еще не обожженные изделия. При обжиге ангоб не плавится, поэтому поверхность получается матовой. Ангоб по своим свойствам должен быть близок к основному черепку.

2. СВОЙСТВА ГЛИН КАК СЫРЬЯ ДЛЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Глина, замешанная в определенном количестве воды, образует глиняное тесто, обладающее связностью и пластичностью.

Пластичностью глины называют ее свойство во влажном состоянии принимать под влиянием внешнего воздуха желаемую форму без образования разрывов и трещин и сохранять полученную форму при сушке и обжиге[2].

Техническим показателем пластичности является число пластичности

-где WT и WP – значения влажности, соответствующие пределу текучести и пределу раскатывания глиняного жгута, %.

Для производства строительных керамических изделий обычно применяют умеренно пластичные глины с числом пластичности Пл = 7 – 15. Малопластичные глины с Пл меньше 7 плохо формуются, а высокопластичные глины с Пл больше 15 растрескиваются при сушке и требуют отощения.

Связующая способность глины проявляется в связывании зерен непластичных материалов (песка, шамота и др.), а также в образовании при высыхании достаточно прочного изделия – сырца. Эту способность используют при кладке печей, труб.

2) Отвердевание глины при высыхании и усадка

Особенность глиняного теста – способность отвердевать при высыхании на воздухе. Прочность высушенной глины обусловлена действием ван-дер-ваальсовых сил и цементацией зерен минералов ионами примесей. Силы капиллярного давления стягивают частицы глины, препятствуют их разъединению, вследствие этого происходит воздушная усадка. При насыщении водой мениски исчезают, прекращается действие капиллярных сил, частицы свободно перемещаются в избытке воды, и глина размокает.

Усадка – это уменьшение линейных размеров и объема глиняного сырца при его сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка) глин. Усадку выражают в процентах от первоначального размера изделия.

Для различных глин линейная воздушная усадка колеблется от 2 – 3% до 10 – 12 % в зависимости от содержания тонких фракций. Для уменьшения усадочных напряжений к жирным глинам добавляют отощители. Поверхностно-активные вещества (СБД и др.), введенные в глиняную массу в количестве 0,05 – 0,2 %, улучшают смачивание частиц глины водой, позволяют сократить формовочную влажность и снизить воздушную усадку.

Огневая усадка получается из-за того, что в процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются, и частицы глины в местах их контакта сближаются. Огневая усадка может составлять 2 – 8 % в зависимости от вида глины[2].

Полная усадка, равная алгебраической сумме воздушной и огневой усадок, колеблется от 5 до 18 %. Соответственно увеличивают размеры форм, чтобы получить готовое изделие необходимых форм.

3) Переход глины в камневидное состояние при обжиге

В процессе высокотемпературного обжига глина претерпевает физико-химические изменения. Сначала испаряется свободная вода, затем выгорают органические вещества. При температуре 700 – 800 0С происходит разложение безводного метакаолинита Al2 O3 2SiO2, который образовался ранее (при температуре 450 – 600 0С) вследствие дегидратации каолинита; затем Al2 O3 и 2SiO2 при повышении температуры (до 900 0С и выше) вновь соединяются, образуя исскуственный минерал – муллит Муллит придает обожженному керамическому изделию водостойкость, прочность, термическую стойкость. С его образованием глина необратимо переходит в камневидное состояние. Вместе с образованием муллита расплавляются легкоплавкие составляющие глины, цементируя и упрочняя материал.

Обжиг кирпича и других пористых изделий обычно заканчивается при температуре 950 – 1000 0С.Дальнейшее повышение температуры резко интенсифицирует образование и накопление жидкой фазы – силикатного расплава, который не только цементирует частицы глины, но и уплотняет керамический материал. В результате получаются изделия с плотным керамическим черепком, отличающимся малым водопоглощением (менее 5 %).

Спекаемостью глин называют их свойство уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок.

Интервал спекания легкоплавких глин (для производства кирпича, керамзита) 50 – 100 0С, огнеупорных глин – 400 0С.

Огнеупорные глины (и изделия из них) противостоят действию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. Чистый каолинит плавится при температуре 1770 0С,однако различные примеси (Fe2 O3, CaCO3, и др.)понижают эту температуру. Представляя собой сложные природные смеси, глины не имеют определенной температуры плавления. При 750 – 800 0С в следствии частичного плавления легкоплавких эвтектических смесей начинается уплотнение черепка и закрытие пор, т.е. происходит спекание.

Цвет глины после обжига имеет существенное значение для облицовочных керамических изделий, а также для тонкой керамики. Для получения белого черепка обжиг ведут в восстановительной среде (при наличии свободных CO и H2 в газах) и при определенных температурах, чтобы Fe2 O3 перевести в FeO. Не желательны в глине крупные зерна пирита FeS и оксидов железа, образующие на черепке после обжига черные точки. Выделение свободного оксида железа при нагревании между 450 и 800 0С придает изделию красноватое и желтоватое окрашивание. Оксиды титана вызывают глубокую синеватую окраску черепка.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Большой ассортимент керамических изделий, выпускаемых промышленностью для использования в строительстве, можно классифицировать на следующие группы в зависимости от их назначения: стеновые, облицовочные, кровельные, для полов, дорожные, теплоизоляционные, огнеупорные, кислотоупорные и санитарно-технические[4].

Основными в этой группе являются: кирпич глиняный обыкновенный и так называемый эффективный кирпич – глиняный пустотелый и пористый пластического формования, глиняный пустотелый полусухого прессования и строительный легкий. Камни керамические пустотелые пластического формования также применяются в качестве стенового материала.

Находят применение в качестве стенового материала крупноразмерные виброкирпичные панели заводского изготовления.

Содержание:
Введение
1. Основные этапы развития электроники.
1.1. Основная тенденция развития микроэлектроники.
1.2. Кремний и углерод как основные материалы технических и живых систем.
2. Основные материалы микроэлектроники.
2.1 Физическая природасвойств твёрдых тел.
2.2. Ионные и электронные полупроводники.
2. Новые перспективные материалы для электроники.
3.1 Графен.

Введение
Бурное развитие радиоэлектронной аппаратуры не могло происходить без существенного улучшения её параметров. В радиоэлектронике и электронной технике появилось новое, успешно развивающееся направление – микроэлектроника. За сравнительно короткий исторический отрезоквремени (первый транзистор был изготовлен в 1948 году, первая интегральная схема – в 1958 году) микроэлектроника стала ведущим направлением, определяющим прогресс в развитии радиоэлектронной аппаратуры.
Твердотельная электроника – это новое научно-техническое направление, которое посредством физических, химических, схемотехнических и технологических методов и приёмов решает проблему созданиявысоконадёжных электронных устройств.
В качестве основных конструкционных материалов в микроэлектронике используются полупроводники, металлы и диэлектрики.

Основные этапы развития электроники
В 1948 г. весь потенциал твёрдотельной электроники скрывался в единственном экспериментальном образце транзистора, действие которого было не понятно даже его творцам. Через 10 лет твёрдотельные приборы ужевыиграли сражение с лампами за вычислительную технику и породили объект нового поколения – организованное скопление транзисторов в одном кристалле, называемое интегральной микросхемой.
Современный кристалл массой в десятки миллиграммов обладает значительно большей вычислительной производительностью, чем первые ЭВМ с массой в десятки тонн.
Микроэлектроника – это способ организации электронных процессов, которыйпозволяет обрабатывать информацию в малых объёмах твёрдого тела. И идеальной целью является система, сочетающая совершенство организации мозга с быстродействием твёрдотельных процессов.
Взаимопроникновение процессов разработки, синтеза, функционирования и деградации в перспективе ведёт к схеме реализованной природой в биосистемах. При этом в микроэлектронике технология приобретает функциональноезначение и определяет принципиальные возможности систем.

Точные информационные системы создаются методами физико-химической технологии. Ещё в 1874 г. Браун открыл выпрямляющее свойство контакта металл-полупроводник (PbS), и приборы этого типа даже получили довольно широкое распространение в последней четверти прошлого века. Но изобретение вакуумного диода (1904, Флеминг) и триода (1906, Ли деФорест) положило конец этой эре полупроводников. Настоящее время полупроводников наступило только в 50-х годах после изобретения транзистора, при этом уместно вспомнить работы Лишенфильда, который ещё в 1925 году высказал идею возможности создания полевого транзистора. Однако первым в 1948 году Бардиным, Браттейном и Шокли был создан биполярный транзистор, а спустя 10 лет был реализован и полевойтранзистор.

Основная тенденция развития микроэлектроники
Современная технология микроэлектроники основана на двух принципах: последовательном формировании тонких слоёв или плёнок при определённых режимах и создании топологических рисунков с помощью микролитографии. Технологические основы этих принципов уходят вглубь веков.
Одним из функциональных вопросов технологии является вопрос можно липолностью устранить механические совмещения и осуществить синтез твёрдотельной структуры в едином физико-химическом процессе. Те сведения, которыми мы сегодня располагаем относительно материалов, физико-химической технологии и физических принципов не позволяют дать положительный ответ. Однако развитие живой природы (генетический код), история развития техники говорит о том, что.

2.7.1 Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы.

Основная задача, решаемая с помощью как кровельных, так и гидроизоляционных материалов,— создание водонепроницаемого покрытия, защищающего конструкцию и здание в целом от воздействия влаги. Однако условия, в которых работают кровельные материалы, существенно отличаются от условий, в которых работают гидроизоляционные материалы.

Кровельные материалыподвергаются периодическому увлажнению и высушиванию, воздействию прямого солнечного излучения, нагреву, замораживанию, снеговым и ветровым нагрузкам.

Чтобы длительно и успешно работать в таких условиях, кровельные материалы должны быть атмосферостойкими, светостойкими, водо- и морозостойкими и достаточно прочными. Когда крыша является видимым элементом сооружения (мансардные, двухскатные, вальмовые кровли и т. п.), материал должен отвечать архитектурно-декоративным требованиям, а так же технологичности и экономичности.

Битумные и дегтевые вяжущие.

Природные полимеры–смеси высокомолекулярных углеводородов, применяется для кровельной и гидроизоляции – битумые, дегтевые.

Битумные к ним относят нефть, асфальты полученные при переработки природных битумов нефти, каменного угля и сланцевых или их получают из твердых топлив – торфа, бурого угля с помощью органических растворителей.

Природные битумы образовались в верхней слоях земной коры, в виде пропитанных нефтью горных пород и заполнением пустот. Природные битумы лишены запаха, имеют черный или темно – коричневый цвет. Вещество в нагретом состоянии не растворяется в воде, растворяется в бензине. Получают вываркой в воде горных пород в специальных котлах.

Гидроизоляционные материалы получают следующим образом:

Наносят обмазочным или распылением предварительно подогрев на картон или лист асбеста. Используется для водостойких картонов. Битумы полученные как нефтяные битумы остатки после отгонки из нефти бензина, керосина, масел, дизеля.

Прогонкой остатков нефти кислородом, происходит окисление и уплотнение.

Каменноугольный битум получают путем прогревания каменного угля без доступа воздуха. Это побочный продукт при коксовании каменного угля. Он имеет характерный резкий запах. Каменноугольный битум в чистом виде не применяется, его применяют как добавки при изготовлении кровельного толя. Каменноугольный деготь и пеки это продукты вываривания каменного угля.

Гидроизоляционные материалыв отличие от кровельных работают в условиях постоянного воздействия влаги или агрессивных водных растворов (часто под давлением); температурные условия их работы более стабильны, солнечное облучение отсутствует, но возможно развитие гнилостных процессов.

От гидроизоляционных материалов требуются полная водонепроницаемость, долговечность, базирующаяся на гнилостойкости и коррозионной стойкости, и свойства, обеспечивающие сохранение сплошности материала при различных внешних механических воздействиях. Технологичность и экономичность остаются также непременными требованиями.

Герметизирующие материалы— специфический вид материалов, назначение которых — обеспечить герметичность (водонепроницаемость и непродуваемость) стыков конструктивных элементов зданий и сооружений (например, уплотнение стыков между панелями или между оконными блоками и стеной).

Для получения кровельных и гидроизоляционных материалов и изделий используют разнообразные материалы: металлы, керамику (черепицу), асбестоцемент, битумы, полимеры и др. В этой главе рассматриваются самые распространенные кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы, получаемые на основе черных вяжущих (битумов и дегтей) и синтетических полимеров.

Кровельные материалы

Материалы на основе битумных, полимербитумных и полимерных связующих — главнейший вид кровельных материалов. К ним относятся самые разные по форме, размерам и физическому состоянию материалы:

штучные и листовые — мелкоразмерные полосы и листы (площадью менее 1 и 2 м 2 соответственно);

рулонные — полотнища шириной около 1 м и длиной 7. 20 м, поставляемые на строительную площадку в рулонах;

мембранные - большеразмерные полотнища (площадью 100. 500м 2 );

мастичные — вязкие жидкости, образующие сплошную водонепроницаемую пленку после нанесения на изолируемую конструкцию.

Выбор того или иного типа материала зависит от многих факторов:

конструктивных (угол наклона крыши, материал основания и др.);

технологических (простота устройства покрытия);

архитектурно-декоративных (желаемый цвет и фактура поверхности кровли);

экономических (стоимость и долговечность).

Рулонные материалы. Этот вид кровельных материалов находит наибольшее применение. Объясняется это, с одной стороны, невысокой стоимостью самих материалов и простотой устройства кровельного покрытия, а с другой — тем, что рулонные материалы — наиболее удобный вид кровельного материала для плоских (угол наклона З. 6°), в особенности с уклоном вовнутрь кровель, характерных для типовых многоэтажных панельных и кирпичных зданий. Популярны рулонные материалы и для индивидуального строительства в сельских районах.

Первые рулонные материалы, появившиеся в конце XIX в.,— это толь, пергамин и рубероид. В основе этих материалов лежит кровельный картон, пропитанный черными вяжущими.

Кровельный картон получают из вторичного текстиля, макулатуры и древесного сырья. Картон имеет рыхлую структуру и хорошо впитывает влагу и другие жидкости (в частности, расплавленный битум). При увлажнении под действием солнечного излучения и в результате гниения картон теряет свои свойства. Пропитка битумом и дегтем замедляет эти процессы.

Марка картона устанавливается по его поверхностной плотности (масса 1 м 2 картона в г); она может быть от 300 до 500. Ширина кровельного картона — 1000; 1025 и 1050 мм.

Толь (от франц. tole — листовое железо) - картон, пропитанный и покрытый с двух сторон дегтем. Изобретателем толя считается швед Факс (1791), предложивший в качестве кровельного материала прямоугольные листы картона, пропитанные горячей смолой. Заводское производство толя началось в Германии в конце XVIII века. В современном виде толь появился только в конце XIX в., когда началось производство картона в рулонах, а пропитывать его стали каменноугольным дегтем.

Толь в качестве кровельного материала применяют в современных условиях лишь для временных сооружений, так как деготь быстро стареет на солнце, и материал разрушается через 2. 3 года. Более целесообразен толь для гидроизоляции, где важную роль играют антисептические свойства дегтя. Марки толя: ТКП-350; ТКК-400 (Т — толь; К — кровельный; П и К — тип посыпки; песчаная или крупнозернистая; 350; 400 — марка картона) и ТГ-300; ТГ-350 (Г — гидроизоляционный).

Пергамин — простейший рулонный материал, получаемый пропиткой кровельного картона расплавленным легкоплавким битумом (например, БНК 45/180). Применяют пергамин для нижних слоев кровельного ковра и для устройства пароизоляционных прокладок в строительных конструкциях. Марки пергамина П-300; П-350 и т. п. (П — пергамин; 300 — марка картона).

Марки рубероида - РКК-420; РКЧ-350 и т. п. (Р - рубероид; К — кровельный; К и Ч — вид посыпки, соответственно крупнозернистая или чешуйчатая). Для нижних слоев кровельного ковра выпускается рубероид подкладочный с пылеватой посыпкой (П) с обеих сторон (например, РПП-300).

Качество рулонных кровельных материалов оценивается в соответствии со стандартом комплексом показателей:

прочностью, характеризуемой силой, необходимой для разрыва образца материала шириной 5 см, Н;

деформативностью, характеризуемой относительным удлинением материала при разрыве, %;

гибкостью на холоде, характеризуемой минимальной температурой, при которой образец материала не трескается при загибе его вокруг бруса радиусом 25 мм(для материалов с основой) и 5 мм (для безосновных);

теплостойкостью, характеризуемой максимальной температурой, при которой у вертикально подвешенного образца не наблюдается сползания покровной массы, °С;

водопоглощением, %;

водонепроницаемостью, характеризуемой временем, в течение которого образец не пропускает воду при определенном давлении.

Кровля из рубероида и пергамина трудозатратна, так как представляет собой многослойный (3. 5 слоев) кровельный ковер, выклеиваемый на крыше с помощью битумных мастик. Из-за хрупкости битумного связующего при низких температурах, устройство кровли из рубероида невозможно в зимний период.

Помимо этого кровли из обычного рубероида и пергамина имеют невысокую долговечность — 5. 6 лет. Последнее объясняется низкой прочностью и водо- и биостойкостью картонной основы, а также узким интервалом рабочих температур битумного вяжущего: на холоде оно становится хрупким, а при нагреве до 60. 80°С размягчается и течет. Кроме того, и битум, и картонная основа быстро стареют под действием солнечного излучения и кислорода воздуха.

Через несколько лет эксплуатации на крыше рубероид становится жестким; кровельный ковер при небольших деформациях (температурных, усадочных и др.) трескается и кровля начинает протекать.

Современные рулонные материалы прошли длинный путь совершенствования свойств и мало напоминают традиционный рубероид. Модификация рубероида происходила в несколько этапов.

Первым этапом было упрощение технологии устройства кровельного ковра благодаря внедрению наплавляемого рубероида. Онотличается от обычного рубероида более толстым слоем битума (в особенности на нижней стороне материала, где в соответствии со стандартом слой битума должен быть не менее 1500 г/м 2 ). Из наплавляемого рубероида кровельный ковер получают без клеящих мастик путем под-плавления нижней поверхности рубероида газовой горелкой с последующей его прикаткой.

Производят материалы на основе алюминиевой и медной фольги (например, материал фольгоизол). Фольга, находящаяся на лицевой стороне материала, придает ему декоративные свойства и защищает от солнечного излучения.

Применение новых прочных и долговечных основ, в свою очередь, потребовало модификации битумного связующего в сторону повышения его долговечности и расширения диапазона рабочих температур. Эта задача была решена путем модификации битума полимерами.

Полимерные добавки позволяют расширить интервал рабочих температур битума (снижая температуру хрупкости и повышая температуру размягчения) и обеспечивают сохранение эластичности вяжущего длительное время (т. е. повышают долговечность материала). В настоящее время для модификации битума используют в основном термоэластопласты, в частности, полипропилен (АПП) — побочный продукт при производстве полипропилена, по внешнему виду и свойствам напоминающий невулканизированный каучук, и синтетические каучук.

Битумы, модифицированные АПП, по сравнению с обычным окисленным битумом характеризуются высокой теплостойкостью, хорошей гибкостью на холоде (до —20 °С) и высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям. Модифицированные битумы характеризуются еще более высокой гибкостью на холоде (до —30 °С), но они более чувствительны к УФ-облучению, в связи с чем требуют применения эффективной защиты от солнечного света. Материалы на основе битумов, модифицированных полимерами, имеют расширенный диапазон эксплуатационных температур, повышенную долговечность и позволяют производить работы по устройству кровли из рулонных материалов при отрицательных температурах (т. е. практически круглый год).

У современных рулонных битумно-полимерных материалов для защиты от солнечного излучения используют бронирующие посыпки из цветной минеральной (сланцевой, керамической) или полимерной крошки. Такие посыпки более надежны, чем традиционные (песок, слюда), и придают повышенную декоративность материалу.

Однако все эти материалы в принципе имеют одно и то же строение: многослойный композиционный материал на прочной не гниющей основе, на которую с обеих сторон нанесен толстый слой битумно-полимерного или битумного связующего с декоративной посыпкой на верхней стороне и пленочной защитой от слипания на нижней.

Толщина современных рулонных материалов 3..5 мм, что позволяет делать кровельный ковер двухслойным и укладывать его методом наплавления.

Плитки улучшенного качества выпускают под различными названиями. Как правило, это листы размером (900. . 1000) х (350. 400) мм, имитирующие 3. 4 штуки плоской черепицы различной формы. Листы крепят к обрешетке гвоздями, а соединение листов друг с другом по вертикали обеспечивают самоклеящие участки на их нижней поверхности. Основанием под мягкую черепицу служит сплошная (дощатая или фанерная) обрешетка. Минимальный угол наклона кровли 9. 10°, максимальный не ограничивается и этим материалом можно облицовывать и примыкающие к крышам участки стен. Трудоемкость устройства кровельного покрытия не велика, а вес 1 м 2 покрытия 10- 12 кг.

Цвет и шероховатая фактура лицевой поверхности достигаются минеральной посыпкой. Кровли из таких материалов удивительно декоративны. Мягкая черепица более долговечна, чем аналогичные по строению рулонные материалы, из-за того, что она не образует сплошного покрытия, и деформации материала при старении локализуются в каждой плитке в отдельности, что исключает нарушение сплошности покрытия от внутренних напряжений. У мягкой черепицы долговечность кровли будет определяться потерей декоративности из-за потери цветной посыпки плиток.

Ондулин чрезвычайно легкий материал (вес 1 м²3 кг), декоративный и стойкий к воздействию солнца, влаги и мороза. Материал может эксплуатироваться при температурах от +80 до —60 °С. Прогнозируемая долговечность таких материалов не менее 30 лет.

Ондулин рекомендуется для кровель с уклоном не менее 6°. При уклонах от 6 до 10° его надо укладывать на сплошное основание. При больших уклонах — на брусчатую обрешетку с шагом от 450 до 600 ммв зависимости от уклона. Укладку производят так же, как асбестоце-цементные листы (шифер): нахлестом в одну волну. Крепят ондулин с помощью гвоздей и шурупов. Благодаря малому весу листов возможна их укладка по старому кровельному покрытию.

Мембранные покрытия. Для кровель промышленных, общественных и других зданий с малыми уклонами, прочными и плотными (например, бетонными) основаниями интерес представляют мембранные покрытия. Такие покрытия — как бы развитие идеи кровельного ковра из рулонных материалов, отличающегося тем, что мембрана сделана из сополимера этиленпропилендиеновых мономеров (ЭПДМ)-т. е. из каучука, модифицированного термопластами. ЭПДМ — высокоэластичный полимерный материал с относительным удлинением 200. 400 % и высокой прочностью на растяжение и на прокол. Материал мембраны сохраняет свои свойства при температуре от —60 до + 100°С. Размеры полотнищ таких материалов до 15 х 60 м (их площадь достигает 900 м ).

Мастичные кровельные покрытия получают при нанесении на основание (обычно бетонное) жидковязких олигомерных продуктов, которые, отверждаясь, образуют сплошную эластичную пленку. Мастики имеют хорошую адгезию к бетону, металлам и битумным материалам. По сути мастичные кровельные покрытия — это полимерные мембраны, формируемые прямо на поверхности крыши. Особенно удобны мастичные материалы при выполнении узлов примыкания.

Мастики могут применяться как самостоятельно, так и совместно с армирующей основой (например, стеклотканью).

Мастики представляют собой наполненные системы, пленкообразующим компонентом в которых служит жидкий каучук, например тиоколовый, или другой реакционноспособный эластомер, например хлорсульфированный полиэтилен. Непосредственно перед нанесением в основную часть мастики вводится отверждающий (вулканизирующий) компонент. После этого мастика наносится на основание валиком, кистью или распылителем. Используются и однокомпонентные мастики, отверждающиеся кислородом или влагой воздуха.

Большинство мастик позволяет работать даже при отрицательных температурах (до минус 5. 10 °С). Полное отверждение мастики, как правило, наступает не позже 1 суток после нанесения. Обычно мастика наносится в 2. 3 слоя, в результате чего образуется пленка толщиной 2. 3 мм.

Эластичность образующихся пленок очень велика (относительное удлинение при разрыве 300. 500 %). В случае использования стеклоткани в качестве армирующего элемента относительное удлинение будет определяться уже стеклотканью, т. е. не превысит 2. 4 %. Таким образом, увеличение прочности покрытия достигается ценой потери эластичности.

Мастичные покрытия могут устраиваться и по старой рулонной кровле без ее снятия; также возможен ремонт старого мастичного покрытия путем нанесения нового тонкого слоя мастики.

Читайте также: