Твердость полимеров. Определение твердости по бринеллю, по роквеллу, по виккерсу.

Метод Бринелля. Метод измерения твердости металлов. Сущность метода заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием силы, приложенной перпендикулярно поверхности образца

Метод Виккерса. Измерение твердости основано на вдавливании алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды в образец (изделие) под действием силы,

Метод Роквелла. Сущность метода заключается во внедрении в поверхность образца (или изделия) алмазного конусного или закалённого стального сферического наконечника.

28. Порошковые графиты производят из смеси углеродного порошка, получаемого из кокса, с каменноугольным пеком. Из приготовленной смеси формуют заготовки, которые затем подвергают двухстадийной термической обработке. температурах соответственно и.

На первой стадии термической обработки при 1000 °С, которую называют обжигом, происходит пиролиз каменноугольного пека с выделением летучих веществ, что приводит к формированию пористого углеродного каркаса между зернами наполнителя.

Вторая стадия термической обработки при 2500 °С и выше называется графитация (не путать с процессом графитизации – выделением графита в железоуглеродистых сплавах). В условиях высоких температур происходит кристаллизация углерода с формированием в нем кристаллитов графита.

29. Пирографит образуется в результате высокотемпературного разложения газообразных углеводородов или паров жидких углеводородов. Углерод в аллотропной модификации графита кристаллизуется из газовой фазы на нагретой свыше 2000 °С инертной к углероду твердой поверхности. С учетом высокой температуры нагрева в качестве такого материала обычно используют конструкционный графит.

Пирографит имеет очень низкую теплопроводность в направлении, перпендикулярном поверхности осаждения (кристаллографическое направление с кристаллита графита), что обеспечивает его высокую теплоизолирующую способность. В кристаллографическом направлении а пирографит имеет высокую теплопроводность. По прочности и химической стойкости пирографит значительно превосходит традиционные углеграфитовые материалы. В направлении а пирографит в 10 раз прочнее традиционных конструкционных графитов. Преимущества пирографита наиболее наглядно проявляются в высокотемпературной области: при высоких температурах приобретает пластичность. При температуре выше 2500 °С относительное удлинение пирографита при растяжении превышает 100%.

Пирографит сохраняет уникальную способность графита к повышению прочности при нагреве. Если прочность всех известных материалов при нагреве падает, то прочность пирографита возрастает.

В высокотемпературной области по удельной прочности пирографит в 5 раз превосходит самый тугоплавкий металл – вольфрам. В современных конструкциях пирографит используется в качестве теплозащитных покрытий высокотемпературных деталей, причем высокая прочность пирографита позволяет изготовлять из него и самонесущие детали высокотемпературной теплозащиты.

Теплозащитные свойства пирографита находят также применение в металлургии для плавки тугоплавких металлов, так как большинство из них не смачивает пирографит.

Стеклоуглерод получил свое название вследствие стекловидного излома и аморфного строения. Получают его путем пиролиза термореактивных углеводородов. Управление кристаллической структурой возможно только в ограниченных пределах и достигается путем термической обработки стеклоуглерода при температурах графитации. Стеклоуглерод, термически обработанный при температурах более 2000 °С, называют стеклографитом.

Графен. Фуллерены.

Этим термином обозначили моноатомарный слой кристаллической решетки графита, впервые корректно отделенный от монокристалла и исследованный А. К. Геймом и К. С. Новосёловым.

Эта углеродная пленка толщиной в один атом обладает рядом уникальных свойств: она гибкая и эластичная, обладает высокой тепло- и электропроводностью, а по подвижности электронов превосходит все известные твердые вещества.

Уникальные свойства графена могут найти применение для создания чипов с рабочей частотой в 1000 раз большей, чем у существующих кремниевых микропроцессоров, а также в качестве электропроводящих покрытий дисплеев мобильных телефонов, элементов солнечных батарей и высокочувствительных сенсоров для химического анализа газов и жидкостей.

При сворачивании графена в трубку или сферу получают соответственно углеродные нанотрубки и фуллерены.

Фуллерены. Молекулы фуллеренов представляют собой очень устойчивую объемную конструкцию, состоящую из атомов углерода, соединенных между собой в плоские пяти- и шестиугольные кольца. Данные молекулы могут иметь форму сфер с разным числом составляющих атомов углерода в вершинах, удерживаемых между собой валентными связями в направлении ребер. По аналогии формы первого синтезированного образца фуллерена со сферическим куполом павильона США на Всемирной выставке ЭКСПО-67 в Монреале, созданным по проекту американского архитектора Р. Б. Фуллера, весь класс таких молекул предложено называть фуллеренами. Архитектор прославился своими конструкциями ячеистых куполов и оболочек, состоящих из шести- и пятиугольников, которые оказались очень жесткими и способными выдерживать значительные нагрузки.

Впервые фуллерены были обнаружены астрофизиками в межзвездном пространстве, затем они были выделены из продуктов испарения графита под воздействием лазерного луча, а позже были найдены в шунгите – природном углеродном материале (получил название, одноименное с местностью в Карелии, где расположено месторождение).

В настоящее время фуллерены получают искусственным путем. Вначале, в 1985 г., американскими учеными был синтезирован фуллерен, полая молекула которого состояла из пяти- и шестиугольников, в вершинах которого находятся 60 атомов. Его обозначили С60. В настоящее время известны фуллерены С24 - С270.

Перспективы создания и практического применения разнообразных представителей нового класса материалов на основе фуллеренов оценены присуждением Нобелевской премии в 1996 г. ученым США.

Слюда. Асбест.

Слюды – это природные водные алюмосиликаты щелочных и щелочно-земельных металлов. Представляют собой кристаллы, характерной особенностью которых является способность легко расщепляться на тонкие пластины.

Слюды анизотропны: их свойства вдоль и поперек плоскостей спайности кристалла резко различаются. Плотность их колеблется в пределах 2,7... 3,2 г/см3, цвет разнообразен. В тонких пластинках все слюды прозрачны. Слюда практически не стареет.

Основное техническое применение слюд основано на их высоком электрическом сопротивлении, они используются в электротехнической и радиоэлектронной промышленности для производства электроизоляционных деталей. Наиболее широкое применение из слюд получили мусковит и флогопит. Штампованные пластинки называют конденсаторной слюдой. Слюды сохраняют свои электротехнические и механические свойства при нагреве выше 180 °С, что является критерием для отнесения их к электроизоляционным материалам высшего класса нагревостойкости.

Миканит представляет собой листовой или рулонный материал, склеенный из щипаной слюды на бумажной или тканой подложке. Миканит используют для электроизоляции токонесущих деталей электро- и радиотехнических устройств.

Асбест – природный силикатный минерал, который состоит из водных силикатов кальция, магния и других элементов. Отличительной особенностью асбестов является их способность расщепляться на тонкие гибкие волокна.

Из большого числа разновидностей асбеста основное промышленное применение получил хризотил-асбест, на долю которого приходится свыше 95% промышленной продукции.

Техническое применение асбеста основано на его огнестойкости. Кроме того, асбест хороший тепло-, звуко- и электроизолятор. Он также имеет высокое значение удельной поверхности и является хорошим адсорбентом.

Асбест хорошо противостоит щелочным средам, но не обладает кислотоупорными свойствами.

Обширной областью применения асбеста является также производство асбоцемента. Асбоцемент в виде листов, панелей и труб широко применяется в строительстве.

Асбестовые материалы применяют для теплоизоляции горячих поверхностей паропроводов, наиболее известен паронит, который состоит из асбеста с добавкой каучука и наполнителей.

Основным препятствием при расширении областей применения асбеста являются его санитарно-гигиеническая опасность, асбестовая пыль вызывает профессиональное заболевание дыхательных путей и легких – силикоз.