Рабочая учебная программа конспекты лекций материалы для лабораторных работ материалы для самостоятельной работы контрольно-измерительные материалы список литературы
Скачать 1.55 Mb.
|
| Тема 1. Порошковая металлургия. Конструкционная керамика. Функциональная керамика .(1 час.) Керамика — изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением. В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг. Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как индустриальный материал (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), как строительный материал, художественный, как материал, широко используемый в медицине, науке. В XX столетии новые керамические материалы были созданы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях. Современные высокотемпературные сверхпроводящие материалы также являются керамикой. Исходными веществами для получения керамических конденсаторов, сопротивлений и т. д. служат окислы и карбонаты металлов. Получение соответствующих изделий складывается из следующих операций: подготовка сырьевых материалов, помол шихты, прессовка изделий, утильный и основной обжиг. Подготовка сырьевых материалов заключается в грубом измельчении до частиц, проходящих через сито, что соответствует 144 отв./еж. Некоторые материалы подвергаются очистке от случайно попавших ферро магнитных примесей. Порошкообразные материалы прокаливаются или высушиваются для удаления влаги (например, карбонат бария при ~1000°, двуокись титана и циркония при ~ 1300° и т. д.). Помол шихты проводится в присутствии воды в шаровой мельнице, имеющей форму барабана. При вращении барабана крупная галька, имеющаяся в нем, поднимается и падает вниз. При этом происходит дробление и истирание материала, помещенного в мельницу. Окончание помола узнается по отдельной пробе шихты, взятой из барабана: полученная сметанообразная масса, называемая шликером, должна проходить через сито № 006. Затем шликер обезвоживается и высушивается в сушильных шкафах. Прессование изделий (дисков, пластин, цилиндров и др.) производится в стальных пресс-формах. В массу предварительно вводят 6—10% воды или 6—8% парафина. Иногда для приготовления изделий применяют метод литья. Жидкую суспензию, содержащую 30—35% воды, выливают в гипсовую разъемную форму. Благодаря всасыванию влаги гипсом около стенок формы создается уплотненный слой, придающий заготовке необходимую прочность. Обжиг изделий придает заготовкам необходимую механическую прочность. В некоторых случаях он необходим для получения соответствующих веществ, которые получаются только при высоких температурах, например: Pb0-j-Ti0a=PbTi03. В исходную смесь веществ, как правило, добавляют плавни: борный ангидрид, буру, окись алюминия и др. Добавление небольших количеств посторонних окислов облегчает спекание. Объясняется это тем, что эти окислы дают на поверхности мелких кристалликов легкоплавкие стекла, снижающие температуру спекания и обеспечивающие сцепление отдельных кристалликов. Полностью спекшийся материал не имеет пор и не впитывает влаги. Часто применяют двукратный обжиг: утильный и основной. При утильном обжиге заготовку нагревают, постепенно повышая температуру до 800—900°. При этом происходит выгорание связки, например парафина. Между веществами частично протекают реакции, например: Затем керамику разбивают, размалывают и подвергают второму основному обжигу при 1300—1400°. При этом реакции заканчиваются полностью и получается беспористая масса. Если же заготовку подвергнуть только однократному обжигу, то керамика за счет выделяющегося углекислого газа получается пористой. Горячее Прессование. Метод изготовления керамических изделий путем прессования порошков при их одновременном нагреве до температуры, соответствующей примерно 0,7 " Тпл вещества, получил название горячего прессования. Данный метод одновременно совмещает два процесса: прессование и спекание порошка. В целом горячее прессование считается малопроизводительным методом, но в некоторых случаях он бывает незаменим, например когда необходимо получить изделия с высокой плотностью из тех материалов, которые при обычном спекании не образуют плотного тела. Недостатком метода также является и ограничение возможности изготовления изделий различной формы, поскольку исходя из технических конструкций пресс-форм можно лишь прессовать изделия простейшей формы (обычно плоский круглый диск), которая в дальнейшем может быть изменена путем механической обработки. К достоинствам метода можно отнести возможность проведения процесса при более низких температурах, чем температура спекания без использования давления. При этом в процессе спекания происходит уменьшение концентрации дефектов структуры поликристаллического материала за счет рекристаллизации, то есть роста зерен спекаемого порошка, из-за чего данный метод также называют методом рекристаллизационного горячего прессования. Однако наложение давления на спекаемый образец тормозит процесс рекристаллизации, и активного роста зерен не наблюдается. Результатом прессования является керамика, которая обладает высокой относительной плотностью и имеет мелкозернистую структуру. Получение прозрачной керамики Изготовление горячепрессованной керамики на основе сульфидных фаз обычно проводится следующим образом. Исходную шихту помещают в пресс-форму и вакуумируют. Вакуумирование обеспечивает удаление газов из пор, в результате чего поры становятся способными к беспрепятственному зарастанию. Кроме того, вакуумирование предохраняет сульфиды от окисления при нагреве порошка. Затем порошок и пресс-форму подвергают предварительному прокаливанию при 770-870 К в течение 60-90 мин, после чего температуру повышают до 1520 К и также выдерживают 60-90 мин. По истечении этого времени шихту подвергают прессованию при давлении 2 т/см2 в течение 120 мин. В результате горячего прессования разогретый поликристаллический порошок приобретает способность к пластической деформации. Внутри изделия происходят перераспределение вещества и заполнение всех пустот, а сама керамика приобретает относительную плотность 99-99,5% от теоретической величины. Скорость спекания порошка, а также величина светопропускания получаемой поликристаллической сульфидной керамики на основе фаз MeLn2S4 существенно зависят от параметров исходного сырья, таких, как: J химический состав образца, его стехиометрия; J фазовый состав: природа самой матрицы, а также природа и весовое содержание примесей, в основном кислородсодержащих; J гранулометрический состав, форма и размер частиц порошка. Выбранные технологические параметры процесса прессования и параметры исходного сырья приводят к определенной микроструктуре керамики. Сама микроструктура керамического поликристаллического образца также влияет на его светопропускание, поэтому получаемую керамику подвергают контролю на такие параметры, как: J пористость, величина пор и их распределение по размерам во всем объеме порошка; J природа и размер посторонних включений; J форма и размер зерен поликристаллического образца, поскольку наличие посторонних примесей и внутренней поверхности в керамике будет приводить к структурному несовершенству и снижению ее прозрачности. Необходимым и обязательным условием получения прозрачной керамики является чистота исходного сырья. Содержание основного вещества в порошке, используемом для прессования, должно быть не менее 99,5%. Повышение чистоты вещества закономерно ведет к повышению светопропускания керамики. Требуемую чистоту достигают применением порошков сульфидов, полученных из смесей веществ, приготовленных химическими методами. Существенное влияние на прозрачность поликристаллической керамики оказывают ее фазовый состав и содержание примесей, таких, как оксисульфиды, оксисульфаты, углерод, свободная сера. Так, наличие в керамике на основе порошка CaLa2S4 оксисульфидной фазы состава La2O2S на уровне 5 вес. % и более приводит к полной потере ее прозрачности, которая не может быть восстановлена при дополнительном отжиге керамики в атмосфере паров серы или CS2. Горячепрессованная керамика должна иметь плотность, близкую к теоретической, при этом ее пористость, включая закрытую межкристаллическую, будет сведена к минимальному значению. При 2-3%-ном содержании пор светопропускание керамики практически исчезает. Иногда в процессе прессования происходит нарушение стехиометрического состава основной матрицы, что приводит к потере прозрачности, которая легко восстанавливается в процессе дополнительного отжига в парах серы в равновесных условиях. Таким образом, одним из основных условий получения прозрачных образцов поликристаллической керамики является гомогенность исходного сырья. Раздел II. Наноматериалы (1 час.) Тема 1. Определение наноматериалов. Типы наноматериалов. Применение нанотехнологий к конструкционным материалам (1 час) Благодаря реакциям двух типов поликонденсации и полимеризации, получают синтетические полимеры. Реакции полимеризации происходят за счет кратных связей (С = С, С = О и др.), и проходят, как процесс соединения друг с другом большого числа молекул мономера. Так же реакция происходит за счет раскрытия циклов гетероатомов,- всех атомов, кроме атома углерода. Это один из методов синтеза полимеров, при котором взаимодействие мономеров не сопровождается выделением побочным низкомолекулярных соединений. В результате этого, мономеры и полимеры имеют одинаковый состав элементов. Поликонденсация - метод синтеза полимеров, при котором взаимодействие молекул мономеров обычно сопровождается выделением побочных низкомолекулярных соединений - воды, спирта и т.д. Это взаимосвязь мономеров, содержащих две и более функциональные группы (ОН, СО, СОС, NHS и др.). Полимеры же, получаемые с помощью этой реакции по элементному составу совершенно не совпадают с исходными мономерами. Полимеризационная реакция мономеров с кратными связями происходит с помощью разрыва непредельных связей, по законам цепных реакций. При цепной полимеризации, макромолекула имеет способность быстро образовываться и приобретать сразу окончательный размер, то есть не увеличиваться при возрастании длительности самого процесса. Реакция полимеризации мономеров циклического строения происходит в результате раскрытия цикла, и, зачастую проходит не по цепному механизму, а по ступенчатому. В случае ступенчатой полимеризации, макромолекула образовывается поэтапно. Вначале образуется димер, со временем - тример и так далее. В этом случае, молекулярная масса полимера увеличивается по прошествии определенного времени. Цепная же полимеризация принципиально отличается от ступенчатой полимеризации и поликонденсации. Ее отличия состоят в том, что на любой стадии процесса, активная смесь всегда состоит из полимера и мономера. Она не вмещает в себе ди-, три-, тетрамеров. При увеличении длительности реакции, мономер используется постепенно, а число макромолекул полимера постоянно растет. Переработка мономера определяет только выход полимера. От степени завершенности реакции молекулярная масса полимера совершенно не зависит. Реакции в цепях полимеров Некоторые полимеры невозможно получить ни поликонденсацией, ни полимеризацией. Причиной является неизвестность первоначальных мономеров. Так же бывает, что некоторые мономеры не способны к образованию высокомолекулярных соединений. В данном случае синтез полимеров производят при помощи высокомолекулярных соединений, в которых макромолекулы содержат функциональные группы, способные для получения реакции. Полимеры вступают в процессы по этим группам, что и низкомолекулярные соединения, которые содержат те же группы. Полимер - аналогичные превращения - это реакции в цепях полимера, происходящие без изменения массы молекулы полимера. Если происходит увеличение молекулярной массы, то такая реакция называется «Синтез привитых и блок сополимеров». Если же масса молекулы полимера уменьшается, то произошла деструкция макромолекул. Раздел III. Полимерные композитные материалы(2 час.) Тема 1. Определение полимерного композита. Классификация композитов. Композитные материалы слоистой структуры (1 час.) Получение углеграфитовых материалов широко освещено в литературе. Исходным сырьем для получения углеграфитовых материалов служит природный графит или искусственный (пирографит), получаемый путем прокаливания каменноугольного пека или нефтяного кокса. Графит - это единственный конструкционный неметаллический материал, обладающий высокой теплопроводностью при достаточно большой инертности к действию многих агрессивных сред, термической стойкостью при резких перепадах температур, низким омическим сопротивлением, а также хорошими механическими свойствами и пригодностью к механической обработке на обычных токарных, фрезерных, сверлильных станках. Предлагаемая технология позволяет организовать получение углеграфитовых материалов поточным методом. В связи с проблемой получения углеграфитовых материалов с заданными механическими характеристиками интересно проследить формирование механических свойств прессованных углеродистых заготовок в процессе их обработки до определенных температур. Основными операциями, определяющими процесс получения углеграфитовых материалов, являются прокаливание, прессование, обжиг и графитация. В последнее время разработан новый более эффективный и простой технологический процесс получения высокодисперсных углеграфитовых материалов. Исходные сырьевые материалы загружают в вибромельницы, где происходит одновременное их дробление и смешение. Дальнейшие операции аналогичны общепринятому технологическому процессу. Наряду с энергетическим и коксогазохимическим использованием, каменные угли могут найти применение в качестве сырья для получения углеграфитовых материалов, связующих, ионообменных смол, дорожных покрытий, угле масляных пеков. Его применяют в качестве восстановителя в химической технологии, для приготовления анодов в металлургии, в авиационной и ракетной технике ( Вб2С; TiC), в производстве абразивов и огнеупоров ( SiC; BX; TiC), в ядерной энергетике ( ВХ, ZrC), для получения конструкционных углеграфитовых материалов. Нефтяной кокс употребляется в качестве восстановителя в химической технологии, для приготовления анодов в металлургии, для получения Ве2С, TiC в авиационной и ракетной технике, в производстве абразивов и огнеупоров ( SiC, B4C, TiC), в ядерной энергетике ( В4С, ZrC), а также в виде сырья для получения конструкционных углеграфитовых материалов, которые применяются для сооружения и футеровки химической аппаратуры и оборудования. Чистый углерод используется в качестве замедлителя нейтронов в атомных реакторах. В 1846 г. был запатентован процесс производства угольных электродов из порошкового кокса и сахара. Сто лет спустя этот режим был повторен для получения высокоплотных углеграфитовых материалов. В настоящее время в качестве основного пропитывающего материала применяются резольные фенолформальдегидные смолы. Применение их позволяет получать конструкционные углеграфитовые материалы, стойкие далеко не во всех кислых средах до температуры 170 С. Естественно, что очень многие химические производства не могут удовлетворяться таким материалом для своего аппаратурного оформления. Применение модифицированных эмульсионных смол на основе резольных фенолформальдегидных также не решает проблемы получения плотного углеграфитового материала, обладающего химической и термической стойкостью непропитанного материала. Стойкость эмульсионных смол также недостаточна, а кроме того, они мало технологичны. Кокс образуется в жидкофазных термических процессах. В ряде случаев, например, при термическом крекинге, он является нежелательным побочным продуктом. С другой стороны, существуют процессы, разработанные специально для получения кокса, имеющего важное народнохозяйственное значение. Его применяют в качестве восстановителя в химической технологии, для приготовления анодов в металлургии, в авиационной и ракетной технике ( Ве2С; TiC), в производстве абразивов и огнеупоров ( SiC; В С; TiC), в ядерной энергетике ( В4С, ZrC), для получения конструкционных углеграфитовых материалов. Искусственно созданные углеродные материалы - это прежде всего углеграфитовые материалы, технология которых была разработана в конце прошлого века. При этом связующее превращается в кокс, связывая углеродный наполнитель в единый монолит. Обожженный материал затем может быть подвергнут дальнейшей высокотемпературной обработке без доступа воздуха (графитация), в процессе которой происходят сложные изменения внутренней структуры материала, такие как увеличение размеров графито-подобных кристаллитов, повышение степени их упорядоченности. Все основные операции получения углеграфитовых материалов будут рассмотрены подробно в последующих параграфах. При изучении процессов термической обработки углеродистых веществ при получении искусственного графита и нахождения оптимальных режимов ведения этих процессов всегда стоят две основные задачи. Первая задача является термодинамической и заключается в изучении состояний термодинамического равновесия углеграфитовых систем при заданных внешних условиях. Вторая задача является кинетической и более сложной по сравнению с первой. Она заключается в определении скоростей процессов, которые обеспечивают переход углеродистого вещества из исходного состояния в конечное. Решение задач интенсификации производственных процессов получения углеграфитовых материалов, естественно, связано с результатами исследований кинетических проблем. |
Похожие:
 | Рабочая учебная программа дисциплины Конспекты лекций Материалы для... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |  | Рабочая программа учебной дисциплины (рпуд) 5 конспекты лекций 33... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
| Рабочая программа учебной дисциплины 5 Конспекты лекций 12 Материалы... Специальность —240802. 65 Основные процессы химических производств и химическая кибернетика | | Рабочая программа учебной дисциплины (рпуд) 6 конспект лекций 20... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
| Рабочая программа учебной дисциплины 5 Конспект лекций 21 Материалы... Министерством образования Российской Федерации 27 марта 2000 г. Номер государственной регистрации 260 гум/сп. Специальность 021100... | | Конспект лекций 12 материалы практических занятий 18 материалы для... В соответствии с назначением учебной дисциплины, ее основной целью является изучение теории и практики этики деловых отношений, позволяющие... |
| Рабочая программа учебной дисциплины Конспекты лекций Материалы для... Целью данного курса является изучение студентами современной внешней политики Российской Федерации в контексте нового миропорядка,... | | Учебно-методического комплекса дисциплины рабочая программа учебной... Материалы для организации самостоятельной работы студентов |
| Учебной дисциплины 3 менеджмент 3 конспекты лекций 25 материалы практических... Рабочая программа составлена на основании типовой программы гос впо и авторских разработок | | Учебной дисциплины 3 гражданское право 3 конспекты лекций 11 материалы... Рабочая программа составлена на основании типовой программы гос впо и авторских разработок |
| «Служебные части речи» Контрольно-измерительные материалы. Русский язык: 7 класс / Сост. Н. В. Егорова. — М.: Вако, 2019. — 96 с. — (Контрольно-измерительные... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Контрольно-измерительные материалы. Русский язык: 9 класс / Сост. Н. В. Егорова. — М.: Вако, 2010. — 96 с. — (Контрольно-измерительные... |
| Рабочая программа учебной дисциплины Контрольно-измерительные материалы... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... | | Пояснительная записка Контрольно-измерительные материалы по дисциплине «Информатика» Контрольно-измерительные материалы по дисциплине «Информатика» составлены в соответствии с требованиями Государственного образовательного... |
| Рабочая программа учебной дисциплины Материалы для организации самостоятельной... Содержание дисциплины «Физическая культура» предусматривает изучение техники различных видов спорта, а именно – спортивных игр (волейбол,... | | Учебно-методический комплекс включает в себя учебную рабочую программу... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
