- •Н.В. Храмцов Основы материаловедения
- •Введение
- •Общие понятия о материалах
- •Исходные понятия
- •1.2. Классификация материалов
- •1. 3. Качество материалов
- •2. Свойства материалов
- •2.1. Химический состав. Макро и микроструктура металлов
- •2.2. Физические свойства материалов
- •Значения плотности некоторых материалов*
- •Взаимосвязь плотности с другими показателями
- •Где ф и o - прочность пористого (фактического) и беспористого материала;
- •Следовательно, более пористые материалы имеют более низкую прочность (рис. 2.2) по сравнению с материалами, имеющими меньше пор. Температурные характеристики
- •Т аблица 2.4 Некоторые температурные характеристики материалов
- •Коэффициенты теплопроводности материалов
- •Теплота плавления
- •Коэффициенты теплоемкости материалов
- •Коэффициенты линейного расширения материалов
- •Характеристики взаимодействия материалов с жидкостями и газами
- •Коэффициенты водопоглащения материалов
- •Электромагнитные свойства
- •Магнитные свойства материалов
- •2.3. Механические характеристики материалов
- •У сталостные испытания
- •2.4. Технологические свойства
- •Потребительские показатели качества материалов
- •Влияние воздуха и воды на свойства материалов
- •Влажность воздуха
- •Точка росы
- •2.7. Экологическая безопасность строительных материалов
- •Средние затраты энергии на производство единицы продукции
- •3. Металлы и сплавы
- •3.1. Кристаллическая структура металлов
- •3.2. Чугуны и стали
- •Сравнительные показатели чугунов и сталей
- •3.3. Углеродистые и легированные стали
- •Легированные стали
- •Арматурные стали
- •3.4. Жаростойкие и тугоплавкие металлы и сплавы
- •3.5. Термообработка сталей
- •Закалка сталей
- •3.6. Общие свойства цветных металлов и сплавов
- •Свойства цветных металлов
- •3.7. Алюминиевые сплавы
- •3.8. Медные сплавы
- •3.9. Свинец, олово, серебро и цинк
- •3.10. Титан и его сплавы
- •4. Каменные строительные материалы
- •4.1. Природные каменные материалы
- •4.2. Вяжущие неорганические материалы
- •Определение марки цемента в результате испытаний
- •4.3. Искусственные каменные материалы
- •Классификация бетонов
- •Классификация керамики
- •Основные различия между силикатными и керамическими кирпичами
- •4.3. Современные стеновые строительные материалы
- •5. Органические материалы
- •5.1. Лесоматериалы
- •Защита древесины от гниения и возгорания
- •5.2. Строительные изделия из древесины
- •Изделия из древесины
- •5.3. Использования древесных отходов
- •5.4. Органические вяжущие
- •5.5. Современные технологии деревянного домостроения
- •Клееные брусья
- •Термодревесина
- •6. Порошковые и композиционные материалы
- •6.1. Классификация порошковых материалов
- •Классификация порошковых материалов
- •Конструкционные металлические порошковые материалы по назначению могут быть:
- •6.2. Получение металлических порошков и изготовление деталей
- •6.3. Композиционные материалы
- •Примерами композиционных материалов являются:
- •7. Полимерные и пластические материалы
- •7.1. Общие свойства
- •Классификация полимерных материалов
- •Достоинства пластмасс:
- •Недостатки пластмасс:
- •7.2. Термопластичные полимеры
- •Группы полимерных материалов
- •Классификация наполнителей полимерных материалов
- •7.3. Изготовление и ремонт деталей
- •Сварка полимерных материалов
- •Способы сварки пластмасс
- •Клеевые составы на основе эпоксидных смол
- •7.5. Резиновые материалы
- •8. Основы получения сырья, обработки материалов, изготовления деталей и сборки конструкций
- •8.1. Добыча сырья
- •8.2. Изготовление материалов
- •Поризация строительных материалов
- •8.3. Обработка камня
- •8.4. Обработка древесины
- •8.5. Литье и прокатка металлов
- •Технология изготовления бесшовных труб
- •8.6. Резка металлов
- •Причины затрудненной резки некоторых сплавов
- •8.7. Антикоррозионная защита металлов и сплавов
- •8.8. Механическая обработка металлов
- •8.9. Сборка деталей
- •9. Сварка металлов
- •9.1. Классификация способов сварки
- •9.2. Тепловые процессы при сварке
- •9.2. Тепловые процессы при сварке
- •9.3. Основы электродуговой сварки и наплавки
- •9.4. Ручная электродуговая сварка и наплавка
- •9. 5. Особенности сварки чугуна и алюминия
- •9.7. Газовая сварка и наплавка
- •9.8. Оценка качества сварки
- •Методы контроля с разрушением сварного соединения
- •10. Перспективные технологии
- •10.1. Нанотехнологии
- •Размерные приставки для единиц измерения
- •Фуллерены
- •Нанотрубки
- •Шунгиты
- •Шунгит имеет следующие замечательные свойства:
- •Нанобетоны и наноасфальты
- •Полимерцементогрунт
- •Области применения наноматериалов
- •Научные перспективы
- •10.2. Фаббер-технологии в производстве деталей и строительных конструкций
- •10.3. Лазерные технологии
- •Характеристики резки материалов лазером мощностью 1,5 кВт
- •Литература
- •4.2. Вяжущие неорганические материалы -82
- •5. Органические материалы -102
- •6. Порошковые и композиционные материалы - 111
- •6.2. Получение металлических порошков и изготовление деталей -115
- •7. Полимерные и пластические материалы -120
- •9. Сварка металлов - 163
- •Механические свойства арматурной стали по классам
Полимерцементогрунт
Это новый материал, разработанный на основе нанотехнологий. Он представляет собой цементно – грунтовую смесь со специальными добавками- пластификаторами на основе ренолита. Присадка не токсична, легко растворяется в воде; укладывать дорожное полотно из полимерцементографита можно даже и при отрицательных температурах (до –10 ºС). В 2007 году по новой технологии построен опытный 1000 метровый участок автодороги Сорокино – Знаменщиково в Тюменской области, а позднее полимерцементогрунтовое покрытие применили при строительстве территории новой площадки завода компании «Бенат» в г. Тюмени.
Наноструктурирование воды затворения наномодефикатором на основе фуллероидных материалов приводит к снижению вязкости цементного теста в 1,4…1,7 раза. Структурирование воды проводится воздействием магнитного или электромагнитного полей, кавитацией воды или др. методами. Прочность бетона на сжатие, изготовленного на такой воде, повышается на 20…35%, а пенобетона до 50% по сравнению с обычными образцами. Это приводит к снижению нагрузки на фундамент на 10…20%. При этом сокращается время набора прочности бетон. Эта технология очень эффективна при монолитном домостроении.
Области применения наноматериалов
Сегодня уже разработаны и используются в практике наноматериалы многофункционального назначения, или же по своим свойствам многократно превосходящие известные материалы:
Нанобетоны и наноасфальты.
Наноструктированные металлы мелкокристаллической структуры, обладающие повышенной твердостью и прочностью. Это поворотные резцы с наноструктурированными твердосплавными наконечниками для фрезерования асфальта, рабочие органы дробилок и горнопроходных машин.
Светодиоды: наработка на отказ их десятки тысяч часов, а уменьшение энергопотребления по сравнению с лампами накаливания в 5…7 раз.
Фильтры из нановолокон и нанотрубок, очищающие воду от вирусов.
Теплоноситель - жидкость, содержащая наночастицы металла и обладающая, поэтому большей теплопроводностью, чем вода.
Покрытия из наноструктированных материалов, обладающие способностью самоочищаться под действием солнечного излучения. С помощью фуллеренов создаются самоочищающиеся лакокрасочные покрытия. Под действием ультрафиолетовых лучей на поверхности такой краски образуются свободные радикалы, способные окислять органические соединения до воды и углекислого газа и уничтожать микроорганизмы. А именно органические соединения, находящиеся, например, в городской пыли, как раз и предопределяют прилипание грязи.
Высокопрочные провода Cu – Ni с низким омическим сопротивлением (80…85 % от Cu).
Нанокомпозиты с повышенной способностью аккумулирования водорода для батарей водородной энергетики. При сжигании нефти, газа, древесины и других органических веществ выделяется углекислый газ, что приводит к парниковому эффекту и повышению температуры воздушного пространства земли. Водородная энергетика экологически безопасна, но водород взрывопасен. С помощью нанотрубок создается большая пористость материала, поэтому водород безопасно можно хранить в таких емкостях. Водород горит, но не взрывается.
Изготовление солнечных батарей.
Наночастицами диоксида титана обеспечивается защита древесины от отрицательного воздействия световых лучей.
Наноэмульсии биоцидов, которые не растворяются в воде и не вымываются из пор древесины и защищают ее от биопорожения.
Лакокрасочные материалы, способные образовывать покрытия, превращающиеся при пожаре в толстый слой негорючей пены с низкой теплопроводностью. Эти покрытия способны на десятки минут замедлять процесс нагрева строительных конструкций до критической температуры, при которой происходит потеря несущей способности.
Создание микроустройств, способных работать внутри человеческого организма и диагностировать заболевания на ранней стадии, а так же зонально вводить необходимые лекарства.
Краска - обогреватель - латексная краска на водной основе, в которую введены углеродные нановолокна. Покрытие наносится кистью или пульверизатором на стены, дерево, бумагу, стекло; высыхает за 10…15 мин. Если к этому покрытию подвести электрический ток, то можно нагревать помещение. Количество выделяемого тепла зависит от толщины и площади покрытия, от напряжения, подводимого к «обогревателю» и от количества введенных в полимерную матрицу углеродных нановолокон.
Нанокраска на основе шунгита, обладающая способностью отражать вредное для человека СВЧ - излучение. Можно выкрасить этой краской внутреннюю поверхность микроволновки и вредное излучение ее значительно уменьшится. Возможно использование этой нанокраски в качестве антирадарного покрытия для военной техники (самолеты и др. техника).