1. Общее описание силикатных материалов

В 1880 г. Немецкий ученый В. Михаэлис изобрел метод, который был использован для производства силикатного (известково-песчаного) кирпича. К началу двадцатого века в России было уже пять заводов, выпускающих силикатный кирпич.

До 50-х годов единственным видом силикатных автоклавных изделий были силикатный кирпич и небольшие камни из ячеистого силикатного бетона. Однако благодаря работам российских ученых впервые в мире было создано производство крупноразмерных силикатобетонных автоклавных изделий для сборного строительства. В настоящие время почти все элементы зданий и сооружений ( панели, плиты перекрытий, элементы лестниц и др.) могут быть изготовлены из армированного силикатного бетона, который по своим свойствам почти не уступает железобетонным, а благодаря применению местных сырьевых материалов и промышленных отходов обходится на 15…20% дешевле, чем аналогичные железобетонные элементы на портландцементе.

2. Сырье для силикатных материалов и изделий

Одним из основных компонентов сырьевой смеси, из которой формуются изделия, служит известь, которая обладает большой химической активностью к кремнезему при термовлажностной обработке. Именно поэтому вторым основным компонентом сырьевой смеси является кварцевый песок или другие минеральные вещества, содержащие кремнезем, например шлаки, золы и др. Чтобы химическое взаимодействие проходило достаточно интенсивно, кремнеземистый компонент подвергают тонкому измельчению. Чем более тонким измельчение песка, тем выше должно быть относительное содержание извести в смеси. В качестве других компонентов могут быть также введены заполнители в виде немолотого кварцевого песка, шлака, керамзита, вспученного перлита и т. п.Для современного производства силикатного кирпича используют сырьевую смесь, в состав которой входит 90…95% песка, 5…10% молотой негашеной извести и некоторое количество воды. 3. Общая технология получения силикатных материалов Технология получения силикатных изделий обычно складывается из следующих этапов: 1. Получение сырьевой смеси. 2. Прессование изделий. 3. Обработка в автоклаве изделий. 4. Выдержка готовых изделий. Производство силикатных строительных материалов базируется на гидротермальном синтезе гидросиликатов кальция, который осуществляется в реакторе-автоклаве в среде насыщенного водяного пара давлением 0,8-1,3 МПа и температурой 175-200°С. Для гидротермального синтеза можно использовать при надлежащем обосновании иные параметры автоклавизации, применять обработку не только паром, но и паровоздушной или парогазовой смесью, водой. В данном производстве большой объем работ составляет процесс получения извести для сырьевой смеси. В технологический процесс производства извести входят следующие операции: добыча известкового камня в карьерах, дробление и сортировка его по фракциям, обжиг в шахтных вращающихся и других печах, дробление или помол комовой извести (получение негашеной извести). Получение сырьевой смеси осуществляется двумя способами: барабанным и силосным, которые отличаются друг от друга приготовлением известково-песчаной смеси. Автоклав представляет собой горизонтально расположенный стальной цилиндр с герметически закрывающимися с торцов крышками. В автоклаве в атмосфере насыщенного пара при давлении 0,8-1,3 МПа и температуре 175-200°С кирпич твердеет 8…14ч. Прочность автоклавных материалов формируется в результате взаимодействия двух процессов: структурообразования, обусловленного синтезом гидросиликатов кальция, и деструкции, обусловленной внутренними напряжениями. Для снижения внутренних напряжений автоклавную обработку проводят по определенному режиму, включающему постепенный подъем давления пара в течение 1,5-2 ч, изотермическую выдержку изделий в автоклаве при температуре 175-200°С и давлении 0,8-1,3 МПа в течение 4-8 ч и снижение давления пара в течение 2-4 ч. После автоклавной обработки продолжительностью 8-14 ч получают силикатные изделия. Из автоклава выгружают почти готовые изделия, которые выдерживают 10…15дней для карбонизации непрореагировавшей извести с углекислым газом воздуха, в результате чего повышается водостойкость и прочность изделий. Температура обработки и общие энергозатраты при производстве силикатного кирпича существенно ниже, чем при производстве керамического, поэтому силикатный кирпич экономически эффективнее.4. 4Классификация и виды силикатных материалов Силикатные материалы относятся к группе искусственных каменных материалов на основе вяжущих веществ. Применение: Некоторые силикаты применяют для пропитки древесины, чтобы придать ей огнеупорность. Водный раствор силиката натрия используется в качестве силикатного клея. Силикаты используются в качестве поделочных камней.

Сегодня природные силикатные материалы широко используются в строительстве и промышленности - как в качестве сырья, так и конечного продукта.

Кремнезем служит сырьем для цементной промышленности - базовой в производстве современных строительных материалов. Силикатные глины - основное сырье для изготовления строительной керамики - кирпича и черепицы.

Кварцевый песок также издревле используют для изготовления стекла и керамики, в качестве различных добавок и в чистом виде. Негорючий гидросиликат асбест широко применяется для изготовления теплозащитных изделий и покрытий.

14. СПОСОБЫ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛА ПРИ ВЫПЛАВКЕ.

15. РАЗНОВИДНОСТИ МИКРОСТРУКТУР КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

16. ТЕПЛОПРОВОДНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

Теплопроводность — свойство материала пропускать тепло через свою толщину. Теплопроводность материала оценивают количеством тепла, проходящим через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м² за 1 ч при разности температур на противоположных плоскопараллельных поверхностях образца, в 1°С. Теплопроводность материала зависит от многих факторов: природы материала, его структуры, степени пористости, характера пор, влажности и средней температуры, при которой происходит передача тепла. Материалы с закрытыми порами менее теплопроводны, нежели материалы с сообщающимися порами. Мелкопористые материалы имеют меньшую теплопроводность, чем крупнопористые. Это объясняется тем, что в крупных и сообщающихся порах возникает движение воздуха, сопровождающееся переносом тепла. Теплопроводность однородного материала зависит от плотности. Так, с уменьшением плотности материала теплопроводность уменьшается, и наоборот. Общей зависимости между плотностью материала и теплопроводностью не установлено, однако для некоторых материалов, имеющих влажность 1...7% по объему, такая зависимость наблюдается.

На теплопроводность значительное влияние оказывает влажность. Влажные материалы более теплопроводны, нежели сухие. Объясняется это тем, что теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха.

Теплопроводность характеризует теплофизические свойства материалов, определяя их принадлежность к классу теплоизоляционных (А — до 0,082; Б — 0,082...0,116 и т. д.), конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных (более 0,210). Теплопроводность материала можно также характеризовать термическим сопротивлением — величиной, обратной теплопроводности.

Теплопроводность имеет очень важное значение для материалов, используемых в качестве стен и перекрытий отапливаемых зданий, для изоляции холодильников и различных тепловых агрегатов (котлов, теплосетей и т. п.). От величины теплопроводности непосредственно зависят затраты на отопление зданий, что особенно важно при оценке экономической эффективности ограждающих конструкций жилых домов и др.

17. ЭТАПЫ ЗОЛОЧЕНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ.

18. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

Важнейшие теплофизические свойства материалов для РЭА - способность отводить тепло от радиокомпонента –т.е. 1) теплопроводность; 2) теплостойкость (нагревостойкость). Теплоотдача, как известно, осуществляется тремя физическими механизмами . Теплопроводность –передача тепла через твердое тело. Колебательное движение атомов имеет волновой характер (фонон - квант тепловой энергии продольных атомных колебаний). Фононная теплопроводность – основная в твердых телах при умеренных температурах, но там, где есть подвижные электроны –существует еще и электронная теплопроводность, а при высоких температурах в твердом теле есть и фотонный перенос тепла. Количество фононов в единице объёма зависит : от теплоёмкости С ( Дж/м³К), от средней длины пробега фонона (порядка нескольких межатомных расстояний ( 1-10 нм ) и скорости движения , близкой к скорости эвука V_зв в этом материале для расчетов удобнее- тепловая мощность, передаваемая через поперечную площадку 1м²l = 1 К/мТ/, при градиенте температур l – температурный градиент, S - площадь . Размерность теплопроводности- Дж/сек .Т/Q/t - мощность; У материалов со свободными электронами(металлов, легированных должна быть выше, но естьполупроводников) за счет электронов исключения - С - алмаз и ВеО - ионная керамика. Для алмаза С - 500 Вт/м^. 0,1 . Сравнительно 1 ; пластмассы  360 ; Al - 200; Si - 130. Стекло К ; ВеО дешевый тепло-(или хладо-) провод для физического эксперимента можно сделать из меди. Но вот пример давления потребительских свойств на конструктора. Алмаз - очень дорог и трудно обрабатываем, ВеО - очень токсичен ( в пылевидной форме) в процессе производства, что мешает широко использовать их как теплопроводящие материалы. Зато синтетический нитрид алюминия Al N –аналог алмаза по типу и прочности связей- весьма перспективный теплопроводный материал. Тепловое расширение и температурный коэффициент линейного расширения( ТКЛР) Процесс теплового расширения , т.е. увеличения всех линейных размеров при нагревании хорошо известен из школьной физики. - ( КРазмерность ТКЛР - ^-1 материала в том или ином диапазоне температур.), но практически важно знать SiO₂ = 0,5(кварц) ^.10^-5 К^-1 ( от 20 до 900^оС ). = 5Si (кремний) ^.10^-6 К^-1 для полимерных материалов 5^.10^-5 К Кварц обладает уникально низким значением ТКЛР и это замеча-тельно. Благодаря этому кварц выдерживает резкие перепады температур, термоудары, кварцевые стабилизаторы частоты очень термостабильны. В технологии микросхем мы неоднократно наносим пленку SiO₂ на Si ( примерно при 800-1100^оС). И потом охлаждаем эту структуру до комнатной температуры- ТКЛР вызывает l/ l ,Т - сразу дает сжатие пленки и растяжение подложки, где т.е.деформацию. А деформация в упругой решетке кристалла порождает напряжения по закону Гука, что может привести В неблагоприятных случаях к генерации дислокаций. Нагревостойкость При повышенных температурах в материалах Возможны различные процессы : для стекол - размягчение , для п/п и металлов - легче возникают и движутся дислокации, для пластмасс разрушаются-рвутся молекулярные связи (т.е. происходят необратимые изменения в материале). Таким образом, нагревостойкость - свойство сохранять состав и структуру при повышенных температурах. Стойкость к термоудару без разрушения R_ту  _в/Е - сложное термомеханическое свойство. Для металлов этот параметр весьма значителен, для хрупких керамик - не очень, кварц и ВеО ( брокерит) - рекордсмены. Пример:Сделать радиолампу без стекла или керамики нельзя , а выводы лампы за доли минуты после включения нагреваются до сотен градусов. На границе вывод-диэлектрик возникают значительные напряжения.

19. ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Свойства, связанные с воздействием на материал воды, называются гидрофизическими. Гигроскопичность — свойство пористо-капиллярного материала поглощать влагу из воздуха. Степень поглощения зависит от температуры и относительной влажности воздуха. С увеличением относительной влажности и снижением температуры воздуха гигроскопичность повышается. Гигроскопичность характеризуют отношением массы поглощенной материалом влаги при относительной влажности воздуха 100% и температуре +20 °С к массе сухого материала. Гигроскопичность отрицательно сказывается на качестве строительных материалов. Так, цемент при хранении под влиянием влаги воздуха комкуется и снижает свою прочность. Весьма гигроскопична древесина, от влаги воздуха она разбухает, коробится, трескается. Чтобы уменьшить гигроскопичность деревянных конструкций и предохранить их от разбухания, древесину покрывают масляными красками и лаками, пропитывают полимерами, которые препятствуют проникновению влаги в материал. Капиллярное всасывание — свойство пористо-капиллярных материалов поднимать воду по капиллярам. Оно вызывается силами поверхностного натяжения, возникающими на границе раздела твердой и жидкой фаз. Капиллярное всасывание характеризуют высотой поднятия уровня воды в капиллярах материала, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания. Когда фундамент находится во влажном грунте, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять низ стены здания. Во избежание сырости в помещении устраивают слой гидроизоляции отделяющий фундамент от стены. С увеличением капиллярного всасывания снижаются прочность, стойкость к химической и морозостойкость строительных материалов. Водопоглощение — свойство материала при непосредственном соприкосновении с водой впитывать и удерживать ее в своих порах. Водопоглощение выражают степенью заполнения объема материала водой (водопоглощение по объему Wо) или отношением количества поглощенной воды к массе сухого материала. Водопоглощение различных материалов находится в широких пределах (% по массе): гранита 0,02...1; плотного тяжелого бетона 2...5; керамического кирпича 8...25; асбестоцементных прессованных плоских листов — не более 18; теплоизоляционных материалов 100 и более. У высокопористых материалов водопоглощение по массе может превышать пористость, но водопоглощение по объему всегда меньше пористости, так как вода не проникает в очень мелкие поры, а в очень крупных не удерживается. Водопоглощение плотных материалов (сталь, стекло, битум) равно нулю. Водопоглощение отрицательно сказывается на других свойствах материалов: понижаются прочность и морозостойкость, материал набухает, возрастает его теплопроводность и увеличивается плотность. Влажность — отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе (реже к объему) материала в сухом состоянии. Вычисляется по тем же формулам, что и водопоглощение, и выражается в процентах. При этом массу материала берут в естественно влажном, а не в насыщенном водой состоянии. При транспортировании, хранении и применении материалов имеют дело не с водопоглощением, а с их влажностью. Влажность меняется от 0 % (для абсолютно сухих материалов) до значения полного водопоглощения и зависит от пористости, гигроскопичности и других свойств материала, а также от окружающей среды — относительной влажности и температуры воздуха, контакта материала с водой и т. д. Для многих строительных материалов влажность нормирована. Например, влажность молотого мела — 2 %, комового — 12, стеновых материалов — 5...7, воздушно- сухой древесины 12...18%. Поскольку свойства сухих и влажных материалов весьма различны, необходимо учитывать как влажность материала, так и его способность к поглощению воды. Во всех случаях - при транспортировании, хранении и применении - строительные материалы предохраняют от увлажнения. Водостойкость — свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости строительных материалов служит коэффициент размягчения Кр = К/Кс— отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой прочности сухого материала Кс - Он изменяется от 0 (для глины) до 1 (стекло, металлы). Материалы, у которых коэффициент размягчения больше 0,75, называют водостойкими. Влагоотдача — свойство материала терять находящуюся в его Числовой характеристикой влагоотдачи является количеством воды (в%), испарившейся из образца в течение 1 суток при тнмпературе 20 °С и относительной влажности воздуха 60 %. Влагоотдачу учитывают, например, при уходе за твердеющим бетоном, при сушке оштукатуренных известковым раствором стен и перегородок. В первом случае желательна замедленная, а во втором — быстрая влагоотдача. Водопроницаемость — свойство материала пропускать через себя воду под давлением. Степень водопроницаемости в основном зависит от строения и пористости материала. Чем больше в материале открытых пор и пустот, тем больше его водопроницаемость. Водопроницаемость характеризуют коэффициентом фильтрации (м/ч) — количеством воды (в м3), проходящей через материал площадью 1 м2, толщиной 1 м за 1 час при разности гидростатического давления на границах стенки 9,81 Па. Чем ниже коэффициент фильтрации, тем выше марка материала по водонепроницаемости. Водонепроницаемыми являются плотные материалы (гранит, металлы, стекло) и материалы с мелкими замкнутыми порами (пенопласты). Для гидроизоляционных материалов важна оценка не водопроницаемости, а их водонепроницаемости, которая характеризуется или временем, по истечении которого появляется просачивание воды под определенным давлением через образец материала (мастика, гидроизол), или максимальным давлением воды, при котором она еще не проходит через образец материала за время испытания (специальные строительные растворы). Воздухе-, газо- и паропроницаемость — свойства материала пропускать через свою толщу соответственно воздух, газ и пар. Они зависят главным образом от строения материала, дефектов его структуры и влажности. Количественно воздухо- и газопроницаемость характеризуются коэффициентами воздухо- и газопроницаемости, которые равны количеству воздуха (газа) (м3), проходящего в течение 1 ч через 1 м2 материала толщиной в 1 м при разности давлений на поверхность в 9,81 Па. Воздухо- и газопроницаемость выше, если в материале больше сообщающихся пор; наличие воды в порах понижает эти свойства материала. Паропроницаемость возникает при различном содержании и упругости пара по обе стороны поверхности, что зависит от темпертуры водяных паров и характеризуется коэффициентом паропроницаемости, который равен количеству водяного пара (в г), проникающего в течение 1 ч через 1 м2 материала толщиной 1 м при разности давлений пара на поверхностях 133,3 Па. Стеновые и отделочные материалы должны обладать определенной проницаемостью, должны «дышать». Достаточные газо- и паропроницаемость стеновых материалов предотвращают разрушение стен снаружи от мороза и при последующем оттаивании. Паронепроницаемые материалы располагают с той стороны ограждения, с которой содержание пара в воздухе больше. Материалы, насыщенные водой, практически газонепроницаемы. Лакокрасочные покрытия либо уменьшают, либо сохраняют паропроницаемость строительных материалов. Чем меньше паропроницаемость лакокрасочной пленки, тем выше ее антикоррозионные свойства. Морозостойкость — свойство материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и без значительного снижения прочности и массы. Морозостойкость — одно из основных свойств, характеризующих долговечность строительных материалов в конструкциях и сооружениях. При смене времен года некоторые материалы, подвергаясь периодическому замораживанию и оттаиванию в обычных атмосферных условиях, разрушаются. Это объясняется тем, что вода, находящаяся в порах материала, при замерзании увеличивается в объеме примерно на 9...10%; только очень прочные материалы способны выдерживать это давление льда (200 МПа) на стенки пор. Высокой морозостойкостью обладают плотные материалы, которые имеют малую пористость и закрытые поры. Материалы пористые с открытыми порами и соответственно с большим водопоглощением часто оказываются не морозостойкими. Материалы у которых после установленных для них стандартом испытаний, состоящих из попеременного многократного замораживания (при температуре не выше —17 °С) и оттаивания (в воде), не появляются трещины, расслаивание, выкрашивание и которые теряют не более 25 % прочности и 5 % массы, считаются морозостойкими. По морозостойкости, т. е. по числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания, материалы подразделяют на марки: Мрз; 15; 25; 35; 50; 100; 150; 200; 300; 400 и 500. Так, марка по морозостойкости штукатурного раствора Мрз 50 означает, что раствор выдерживает не менее 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания без потерь прочности и массы. Важно понять, что для пористых материалов особенно опасно совместное действие воды и знакопеременных температур. Морозостойкость зависит от состава и структуры материала, она снижается с уменьшением коэффициента размягчения и увеличением открытой пористости. Критерий морозостойкости материала — коэффициент морозостойкости Кмрз = Кмрз/Кнас — отношение предела прочности при сжатии материала после испытания к пределу прочности при сжатии водонасыщенных образцов, не подвергнутых испытанию, в эквивалентном возрасте. Для морозостойких материалов мрз должен быть более 0,75. Принято также считать, что если коэффициент размягчения камня не ниже 0,9, то каменный материал морозостоек.

20. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ РЕШЕТКИ МЕТАЛЛОВ.

21. КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ, СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ. ПРИМЕР С УКАЗАНИЕМ СОСТАВА.

Композитный материал, также называемый композиционный материал или композит - это искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, различных по физическим и химическим свойствам, которые остаются раздельными на макроскопическом уровне в финишной структуре.

Механическое поведение композита определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик. 

Самый примитивный композитный материал – это кирпичи из глины и соломы, которые применялись в строительстве еще в древнем Египте. Космические корабли служат примерами самых продвинутых композитов, выдерживающих работу в экстремальных средах. Самый распространенный композит это асфальтобетон или цемент со стальной арматурой. Также мы можем встретить его и на кухне, где из композитного материала делают столешницы, с гранитной или мраморной крошкой. 

В состав композитного материала входит две категории элементов: матрица и армирующее вещество. Здесь надо отметить, что слово «матрица» приобрело несколько искаженное значение. Им часто называют оснастку или форму, по которой создается изделие. Далее слово «матрица» употребляется только в значении связующего вещества в композитном материале.

Материал матрицы окружает и фиксирует армирующий материал, придает изделию форму. Армирующее вещество передает изделию свои механические и физические свойства, и, таким образом, усиливает свойства матрицы. Такая взаимосвязь позволяет создать более совершенный материал с набором свойств, недоступным каждому из входящих в его состав материалов в отдельности. Широкая гамма армирующих и матричных материалов дает возможность создавать материал с теми свойствами, которые соответствуют назначению изделия.

Для того, чтобы придать форму композитному материалу используется оснастка. Матричный материал укладывается в оснастку вместе с армирующим материалом. Затем матрица застывает, тем самым создавая форму изделия. В зависимости от того, что за материал используется в качестве матрицы, этот процесс называют химической полимеризацией или схватыванием.

Термин «композитный материал» наиболее часто применяется в отношении композитов на основе полимерных матриц или смолы. Полимеры очень разнообразны, нам интересно несколько видов (называемых по названию основных веществ в их составе) – эпоксидные, полиэфирные, винилэфирные, фенольные, полипропиленовые и пр. В качестве армирующих веществ наиболее распространены волокна и сыпучие вещества. Большое влияние на свойства композитного материала оказывает итоговое соотношение матрицы и армирующих волокон. Чем меньше в изделии смолы, тем прочнее изделие. Совершенствование технологии в области формование направлено на достижение идеальных пропорций компонентов в материале.