Отримання матеріалів методами порошкової металургії

48.Порошковая металлургия занимается изготовлением металлических порошков и разнообразных изделий из них. Характерной особенностью порошковой металлургии как промышленного метода изготовления различного рода материалов является применение исходного сырья в виде порошков, которые затем прессуются (формуются) в изделия заданных размеров и подвергаются термической обработке (спеканию), проводимой при температурах ниже температуры плавления основного компонента шихты.

Методом порошковой металлургии можно получить такие электротехнические материалы и сплавы, которые трудно или совершенно невозможно получить другими известными способами. Например, различные сплавы из металлов, не сплавляющихся между собой: вольфрам-медь, вольфрам-серебро и т.п., а также из металлов и неметаллов: медь-графит, серебро-окись кадмия и т.д., которые находят широкое распространение в электро- и радиотехнике.Методом порошковой металлургии можно также получить сплавы с точно заданным составом, обладающие очень низким и очень высоким электросопротивлением.

Вимоги і основні властивості композиційних матеріалів

Композиційними матеріалами (КМ), або композитами, називають матеріали, отримані поєднанням двох або більше компонентів, які нерозчинні або малорозчинні один в одному і мають властивості, що сильно відрізняються. Один компонент пластичний (зв’язувальна речовина, або матриця), а другий має високі характеристики міцності (наповнювач, або зміцнювач). Таким чином, у КМ кожний компонент грає свою специфічну роль: матриця забезпечує пластичність, зміцнювач - міцність матеріалу;…………………………………………………………………………………………………………………….

Благородні метали та сплави

50. Благородні метали (дорогоцінні метали) — метали, які характеризуються високою хімічною стійкістю, тугоплавкістю, ковкістю і гарним зовнішнім виглядом. До Б. м. належать: золото, срібло, платина та метали платинової групи (осмій, іридій, палладій, рутеній і родій). Золото і срібло застосовуються як валютний метал, для виготовлення ювелір. виробів, в техніці для протикорозійних покриттів і сплавів. Платина і метали її групи можуть утворювати цінні сплави, які широко використовуються в техніці. В земній корі Б. м. знаходяться переважно в самородному стані.

Класифік неметалевих матеріалів

.Понятие неметаллические материалы включает большой ассортимент материалов та-ких, как пластические массы, композиционные материалы, резиновые материалы, клеи, лакокрасо-чные покрытия, древесина, а также силикатные стекла, керамика и др.

Неметаллические материалы

Лесоматериалы находят широкое применение в судостроении из-за небольшого объемного веса, достаточной прочности, легкости обработки и невысокой стоимости. Из дерева изготовляют корпуса некоторых судов, настилы палуб, детали обрешетника под изоляцию другими материалами, обшивку переборок и выгородок, подушки под механизмы, детали оборудования и многое другое. Древесиной дорогих пород, имеющей красивое строение, отделывают парадные помещения. Вес применяемой древесины достигает 15% от веса корпуса.

Пластические массы, или пластики, изготовляют на основе высокомолекулярных органических веществ, называемых смолами. Смолы являются главными связующими веществами и могут иметь вид жидкости, густой пластической массы и твердого вещества. По происхождению они могут быть естественными (например копалы, шеллак, сандарак, канифоль, природный асфальт и др.) и синтетическими, полученными в результате химических реакций из каменноугольного дегтя или из бензола и метилового спирта, органических кислот, аммиака и пр

Изоляционные материалы применяют в судостроении для тепловой, противопожарной и противошумной изоляции. К этим материалам относятся: экспанзит (в виде плит, спрессованных из размельченной коры пробкового дуба или бархатного дерева); пробковая крупа (крошка), древесно-волокнистые и торфоизоляционные плиты, вермикулитовая противопожарная изоляция, пеностекло, стекловойлок, фольга алюминиевая, плиты из гофрированного винипласта и многие другие материалы. К ним предъявляются, кроме основных требований теплоизоляции, также требования не поддерживать горение, быть стойкими к воздействию влаги, для чего изоляция покрывается шпаклевкой и окрашивается. Чтобы защитить изоляцию от механических повреждений и придать судовым жилым и служебным помещениям вид, отвечающий требованиям современной эстетики, места изоляции закрывают зашивкой, которая крепится на обрешетнике (деревянных брусках или металлических планках).

окрасочные материалы применяют для покрытий судовых поверхностей. Покрытия принято разделять на антикоррозионные, декоративные и противообрастающие; для покрытий используют масляные, смоляные и силикатные краски, лаки, синтетические краски. Для покрытия подводной поверхности корпуса применяют специальные химические краски.

Бетоны применяются для постройки корпуса судна, в судоремонте и при борьбе за живучесть судна во время аварийного повреждения корпуса. Для этих целей используют различные цементы (марок не ниже 500).

Бетон приготовляют из цемента, пресной воды и заполнителей (песок, щебень и гравий) с введением различных добавок. Железобетон представляет собой монолит, изготовленный из бетона с арматурой из горячекатаных стальных прутков диаметром 3— 28 мм

Пластичні масси

.Пластма́ссы (пласти́ческие ма́ссы, также — пла́стики) — органические материалы, основой которых являются синтетические или природныевысокомолекулярные соединения (полимеры).Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого

(вязкотекучего) состояния в стеклообразное состояние.В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на

Термопласты (термопластичные пластмассы) — при нагреве расплавляются, а при охлаждении возв-ращаются в исходное состояние.

Реактопласты (термореактивные пластмассы) — отличаются более высокими рабочими температура-ми, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

Также газонаполненные пластмассы — вспененные пластические массы, обладающие малой плотно-стью.

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85—1,8 г/см³), чрезвычайно низкими элект-рической и тепловой проводимостями, не очень большой механической прочностью.е чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органичес-кимрастворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Производство синтетических пластмасс основано на реакци-ях полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефтиили природного газа. При этом образуются высокомолекулярные связи с бо-льшим числом исходных молекул (приставка «поли-» от греческого «много», например этилен-полиэтилен).

Гетенакс і текстоліт

Стеклотекстолит, текстолит, гетинакс – листовые композиционные материалы, получаемые горячим прессованием предварительно пропитанных волокнистых наполнителей - бумаг и тканей. При их производстве в качестве основы (наполнителя) применяют специальные сорта пропитанной бумаги, хлопчатобумажные и бесщелочные стеклянные ткани. Для пропитки наполнителей используются связующие на фенолоформальдегидной, полиэфирной, эпоксидной, кремнийорганической и прочих химических основах. Сочетание типа наполнителя и связующего определяет разнообразие свойств готовых слоистых пластиков- механических, электроизоляционных, теплофизических, химических, эксплуатационно-технологических. Для электротехнических и конструкционных целей используются следующие основные виды слоистых пластиков:

Асбопласти

К минеральным электроизоляционным материалам относятся горные породы: слюда, мрамор, шифер, талькохлорит и базальт. Также к этой группе относятся материалы, получаемые из портландцемента и асбеста (асбестоцемент и асбопласт). Вся эта группа неорганических диэлектриков отличается высокой стойкостью к электрической дуге и обладает достаточно высокими механическими характеристиками. Минеральные диэлектрики (кроме слюды и базальта) поддаются механической обработке, за исключением нарезания резьбы.

Электроизоляционные изделия из асбестоцемента и асбопласта представляют собой доски, основания, перегородки и дугогасительные камеры. Для изготовления такого рода изделий используют смесь, состоящую из портландцемента и асбестового волокна. Изделия из асбопласта получают холодным прессованием из массы, в которую добавлено 15% пластичного вещества (каолина или формовочной глины). Этим достигается большая текучесть исходной прессовочной массы, что позволяет получать из асбопласта электроизоляционные изделия сложного профиля.

Скллотекстоліти целлулоїд

Целуло́їд (від целюлоза і грец. eidos — вид) — пластмаса на основі нітрату целюлози (колоксиліну), яка містить пластифікатор (дибутилфталат, рицинову олію або вазелін, синтетичну камфору) і барвник.

Целулоїд переробляють гарячим штампуванням, пресуванням, механічною обробкою.

Застосовують для виготовлення планшетів, лінійок, різноманітних галантерейних товарів, іграшок та ін. Практично незамінний матеріал для виготовлення кульок для настільного тенісу. Суттєвий недолік целулоїду — горючість, внаслідок чого використання його значно скорочується.

В 1889 році був винайдений гнучкий целулоїд, який використовувався для виробництва кіноплівки.

Дещо з історії винаходу целулоїду

В середині 19 століття популярною була гра в більярд. Більярдні кулі виготовляли зі слонової кістки, що робило гру дорогим задоволенням. В 1863 році два американські фабриканти встановлюють премію 10 млн.доларів за винайдення речовини, яка могла б замінити слонову кістку у виробництві більярдних куль.

Два брати — Джон та Ісая Хайат з Нью — Джерсі вирішили виграти цей приз і почали експериментувати. Одного разу під час виготовлення куль Джон порізав палець. Відкривши аптечку, він знайшов перекинуту пляшечку з колоїдом. Колоїд розтікся і затвердів. Джон відразу здогадався, що його можна використовувати як клей для закріплення більярдних куль. Коли брати змішали розчин колоїду з камфорою і помістили під прес при підібраній ними оптимальній температурі, то отримали пластик, який годився для виготовлення більярдних куль.

В 1869 р. Джон Веслі Хайат запатентував целулоїд.

У 1870 брати отримали обіцяну премію.

Склотекстоліт, текстоліт, гетинакс - листові композиційні матеріали, одержувані гарячим пресуванням попередньо просочених волокнистих наповнювачів - паперів і тканин. При їх виробництві як основи (наповнювача) застосовують спеціальні сорти просоченої папери, бавовняні і бесщелочного скляні тканини. Для просочення наповнювачів використовуються сполучні на фенолоформальдегідних, поліефірної, епоксидної, кремнийорганической та інших хімічних основах. Поєднання типу наповнювача й сполучного визначає різноманітність властивостей готових шаруватих пластиків-механічних, електроізоляційних, теплофізичних, хімічних, експлуатаційно-технологічних. Для електротехнічних і конструкційних цього використовуються такі основні види шаруватих пластиків:

Органічне скло

Органи́ческое стекло́ (оргстекло́), или полиметилметакрилат (ПММА) — синтетический полимер метилметакрилата,термопластичный прозрачный пластик, продаваемый под торговыми марками плексиглас, лимакрил, перспекс, плазкрил, акрилекс, акрилайт, акрипласт и др., также известный под названием акриловое стекло, акрил, плекс.

Оргстекло получают двумя способами: экструзией и литьем. Сам способ производства накладывает ряд ограничений и определяет некоторые свойства пластика. Экструзионное оргстекло — от англ. exstrusion, от нем. Extrudiert — получают методом непрерывной экструзии расплавленной массы гранулированного ПММА через щелевую головку с последующим охлаждением и резкой по заданным размерам. Блочное (в России утвердился термин «литьевое» — от англ. cast) — получают методом заливки мономера ММА между двумя плоскими стеклами с дальнейшей его полимеризацией до твердого состояния.

Особенности экструзионного оргстекла по сравнению с литым оргстеклом ряд возможных толщин листов меньше, что определяется возможностью экструдера, возможная длина листов больше, разнотолщинность листов в партии меньше (допуск по толщине 5 % вместо 30 % у литого акрила), меньшая ударостойкость, меньшая химическая стойкость, большая чувствительность к концентрации напряжений, лучшая способность к склеиванию, меньший и более низкий диапазон температур при термоформовке (примерно 150-170 °C вместо 150-190 °C), меньшее усилие при формовке, большая усадка при нагреве (6 % вместо 2 % у литого акрила).

Основные преимущества оргстекла: высокая светопропускаемость — 92 %, которая не изменяется с течением времени, сохраняя свой оригинальный цвет сопротивляемость удару в 5 раз больше, чем у стекла при одинаковой толщине оргстекло весит почти в 2,5 раза меньше, чем стекло, поэтому конструкция не требует дополнительных опор, что создает иллюзию открытого пространства устойчиво к действию влаги, бактерий и микроорганизмов, поэтому может использоваться для остекления яхт, производства аквариумов экологически чистое, при горении не выделяет никаких ядовитых газов возможность придавать разнообразные формы при помощи термоформования, без нарушения оптических свойств, с прекрасной деталировкой механическая обработка осуществляется с такой же легкостью, как и обработка дерева устойчивость во внешней среде, морозостойкость пропускает 73 % ультрафиолетовых лучей, при этом УФ-лучи не вызывают пожелтения и деградации акрилового стекла устойчивость в химических средах электроизоляционные свойства подлежит утилизации

Недостатки оргстекла склонность к поверхностным повреждениям (твердость 180—190 Н/мм2) технологические трудности при термо- и вакуумформовании изделий — появление внутренних напряжений в местах сгиба при формовке, что ведет к последующему появлению микротрещин легковоспламеняющийся материал (t воспламенения 260 град.)

Стойкость к химическим воздействиям На оргстекло воздействуют разбавленные фтористоводородные и цианистоводородные кислоты, а также концентрированные серная, азотная и хромовая кислоты. Растворителями оргстекла являются хлорированные углеводороды (дихлорэтан, хлороформ), альдегиды, кетоны и сложные эфиры. На оргстекло также воздействуют спирты: метиловый, бутиловый, этиловый, пропиловый. При непродолжительном воздействии 10 % этилового спирта взаимодействие с оргстеклом отсутствует.

Способы обработки сверление, нарезание резьбы, резьбовое соединение, фрезерование, обработка на токарном станке, обработка резанием, пемзование, шлифование, полирование, формование, втягивание, вдувание, сгибание, охлаждение, отжиг, стыкование, склеивание, сварка, окрашивание и металлизация.

Вініпласти та фторопласти

Винилпласт – продукт переработки поливинилхлорида, содержащего следующие добавки: 1) главным образом термостабилизаторы – акцепторы HCl (соединения Pb, Sn, оксиды и соли щелочно-земельных металлов), а также иногда эпоксидированные масла, органические фосфиты; антиоксиданты фенольного типа; светостабилизаторы (производные бензотриазолов, кумаринов, бензофенонов, салициловой кислоты, сажа, TiO2 и др.); 2) смазки (парафины, воски и др.; вводят для улучшения текучести расплава); 3) пигменты или красители; 4) минеральные наполнители; 5) эластомер (например, сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирол или этилен-винилацетат в количестве 10–15% по массе; для повышения ударной вязкости). Композицию тщательно перемешивают в смесителях и перерабатывают в экструдерах или на вальцах. Винипласт выпускают в виде листов, плит, труб, прутков, погонажно-профильных материалов, а также гранул, из которых экструзией или литьем под давлением формуют различные изделия. Винипласт легко поддается механической обработке, сваривается и склеивается. Его используют как конструкционный коррозионностойкий материал для изготовления химической аппаратуры и коммуникаций, вентиляционных воздуховодов, труб, фиттингов, а также для покрытия полов, облицовки стен, тепло- и звукоизоляции (пенополивинилхлорид), изготовления плинтусов, оконных переплетов и других строительных деталей. Из прозрачного винипласта изготовляют объемную тару для пищ. продуктов, бутылки и др.

Основные свойства винипласта.

Плотность: 1,35–1,43 г./см3.

Прочность при растяжении: 40–70 MПа.

Прочность при сжатии: 60–160 MПа.

Прочность при статическом изгибе: 70–120 MПа.

Относительное удлинение: 5–40%.

Твердость по Бринеллю: 110–160 МПа.

Модуль упругости при растяжении: 2600–4000 МПа.

Удельная ударная вязкость для пластин толщиной 4 мм с надрезом: 7–15 кг/см · см2.

Теплопроводность: 0,16–0,19 Вт/ (м·К).

Удельная теплоемкость: 1,05–2,14 кДж/ (кг · К).

Температурный коэффициент линейного расширения: (50–80)·10–6 °C-1.

Удельное объемное электрическое сопротивление при 20 °C: 1014–1015 Ом·см.

Тангенс угла диэлектрических потерь при 50 Гц: 0,01–0,02.

Диэлектрическая проницаемость при 50 Гц: 3,1–3,5.

Электрическая прочность при 20 °C: 15–35 МВ/м.

Водопоглощение за 24 ч при 20 °C: не более 0,1%.

К числу недостатков винипластов, относятся низкая ударная прочность, небольшая морозостойкость (-10 °С) и невысокая температура эксплуатации (не выше 70–80 °С). Применяется в производстве листов, труб, профильных изделий, плит. Рецептура включает полимер, стабилизаторы, смазки, красители (пигменты), наполнители. Для повышения удароной прочности используют модификаторы ударной вязкости. Перерабатывается в широкий ассортимент изделий методами экструзии, вальцевания и каландрования, или прессованием (в виде сухих смесей) и литьем под давлением (в виде предварительно приготовленных гранул).

Фторопласт 3(фторлон -3)- полимер трифторхлортилена, имеет формулу (-СF2 –CFCl -)n. Введение атома хлора нарушает симметрию звеньев макромолекул, материал становится полярным, диэлектрические свойства снижаются, но появляется пластичность и облегчается переработка материала в изделия. Фторопласт -3, медленно охлажденный после формования, имеет кристалличность около 80 -85%. А закаленный – 30-40%. Интервал рабочих температур от -150 до 70 0С. При температуре 315 0С начинается термическое разрушение. Хладотекучесть у полимера проявляется слабее, чем у фторопласта -4. По химической стойкости он уступает политетрафторэтилену, но всё же обладает высокой стойкостью к действию кислот, окислителей, растворов щелочей и органических растворителей.

Фторопласт -3 используют как низкочастотный диэлектрик, кроме того, из него изготовляют трубы, шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия металлов и др.