Сплавы с эффектом памяти формы.
Эффект памяти механической формы заключается в свойстве пластически деформированного при повышенных температурах образца, а затем деформированного при данной более низкой температуре до потери первоначальной формы, восстанавливать ее при повторном нагреве. Такое поведение обусловлено изменением структуры кристаллической фазы, состоящее в появлении микрокристаллов мартенситной фазы. Мартенситный переход обусловлен полиморфным переходом кристаллической структуры от исходной («родительской») фазы к мартенситной. Этот переход схематически иллюстрируется рис. 5.4.
|
Рис. 5.4. Схематическое изображение термоупругого мартенситного перехода в структуре материала с эффектом памяти формы.
Деформирование при повышенных температурах проводят в диапазоне температур существования в материале, из которого изготовлен образец, устойчивой фазы. Низкотемпературное деформирование осуществляют при температурах фазового превращения или близких к ним. Эффект памяти формы в металлических материалах обусловлен образованием двойников в решетке при механической нагрузке и исчезновении их при нагревании. Существует критическая степень деформации, превышение которой приводит к образованию необратимых двойников, исчезающих только при рекристаллизации.
Эффект памяти механической формы характерен для ряда сплавов следующих систем: Ti – Ni, Ti – Au, Ti – Pd, Ti – Pt, Au – Cd, Ag – Cd, Cu – Zn. Наиболее типичным представителем таких материалов является сплав из системы Ti – Ni, называемый нитинолом. Это обусловлено большой величиной восстанавливаемой деформации и отличной коррозийной устойчивостью NiTi [34], что делает его чрезвычайно перспективными для коммерческих применений. Тщательное соблюдение технологии получения NiTi позволяет контролировать температуру фазового перехода, создаваемое напряжение.
Сплавы NiTi имеют наибольшую восстанавливаемую деформацию, но их недостатком остается невысокая температура фазового перехода – температура при которой образуется мартенситная фаза и может быть произведена низкотемпературная деформация образца (от -200 до +100°С). Восстанавливаемая деформация достигает 7%, что в сочетании со сравнительно высокой прочностью и превосходной коррозионной стойкостью является основой их успешного применения. Невысокая электрическая проводимость сплавов NiTi позволяет использовать их в деталях, изменяющих свою форму при нагревании электрическим током.
Сплавы с эффектом памяти формы используют для изготовления самораскрывающихся антенн космических кораблей, в устройствах пожаротушения. Особое значение сплавы имеют для медицинских целей. Из сплавов изготавливают хирургические скрепки, приспособления, с помощью которых проводят ранее невозможные операции. Интенсивно ведутся исследования, направленные на разработку новых NiTi - сплавов.
Резюме.
В практике наиболее часто используют такие проводниковые материалы как медь, алюминий, серебро, золото. Свойства материалов определяют основные области их применения: медь в электротехнических устройствах, проводах, алюминий в линиях электропередач и проводах, серебро, золото в ответственных контактах, разъёмах.
Полупроводниковые материалы составляют основу всех современных электронных устройств. Тугоплавкие металлы и сплавы используются для создания высокотемпературных печей, деталей, эксплуатируемых при высоких температурах.
Сверхпроводимость (проводимость бесконечна, сопротивление равно нулю) проявляется более чем у 10 элементов периодической системы, у их сплавов и соединений, в оксидных керамиках, применяется в практике.
Сплавы с эффектом памяти формы, например нитинол, применяются в самораскрывающихся системах, медицине.
Вопросы для самопроверки.
1. Назовите основные виды проводниковых материалов. Как соотносятся их проводимости?
2. На каких свойствах алюминия основано его применение в линиях электропередач? Какие технические решения применяют для придания проводам необходимой прочности?
3. Почему медь как проводящий материал используется в значительно больших масштабах, чем серебро?
4. Какие основные электрофизические свойства проявляет медь, в каких областях и устройствах применяют медь?
5. В каких электротехнических устройствах применяют драгоценные металлы серебро, золото, палладий и на каких свойствах данных металлов основано их применение?
6. В чём состоит отличие полупроводников от металлов и изоляторов?
7. По каким признакам классифицируют полупроводниковые материалы?
8. В каком виде применяют полупроводниковые материалы и зачем проводят их легирование?
9. Назовите три основных полупроводниковых материала и в каких областях они применяются?
10. В чем заключается явление ферромагнетизма? Какие элементы относят к ферромагнетикам?
11. В каких областях, и для каких целей применяются магнитные материалы? Приведите примеры магнитных материалов и устройств, в которых они применяются.
12. Какие элементы периодической системы относятся к тугоплавким металлам и сплавам?
13. В каких областях, и в каких устройствах применяют тугоплавкие металлы и сплавы?
14. В чём сущность явления сверхпроводимости? Кто открыл явление сверхпроводимости, и в каких условиях проявляется сверхпроводимость?
15. Приведите примеры сверхпроводящих материалов. Какой из материалов имеет максимальную температуру перехода в сверхпроводящее состояние?
16. Каковы перспективы применения высокотемпературных сверхпроводящих материалов?
17. В чём сущность эффекта памяти формы? Почему и в каких случаях происходит восстановление формы изделий?
18. В сплавах каких составов проявляется эффект памяти формы? Приведите примеры сплавов.
Глава 6. Полимеры.
По объёму произведенной продукции
полимеры занимают первое место в мире.
Цели и задачи.
Цель изучения темы полимеры состоит в формировании систематических знаний по полимерным материалам, с которыми каждый из нас постоянно сталкивается в современной жизни: классификации полимеров, видам полимеров, их структурам, строению, свойствам.
Задачи:
- понять определение полимеров, ознакомиться с их классификацией на основные группы: пластические массы, каучуки, волокна химические, пластики, пленки, покрытия, клеи;
- ознакомиться с основными физико-химическими свойствами полимеров;
- понять какие полимеры относятся к пластическим массам, запомнить основные виды пластических масс, каковы их составы, структуры, основные свойства, области применения;
- уяснить какие полимеры являются каучуками, а какие относятся к резинам, их виды, состав, области применения;
- каков состав лаков, эмалей, клеев, их основные свойства, применение.
Общие сведения.
Полимеры (от греч. polymeres — состоящий из многих частей, многообразный), химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок - мономерных звеньев. Термин «полимерия» введён И. Берцелиусом в 1833 для обозначения особого вида изомерии. В 1974 году Вакрамасиндхе обнаружил полимер формальдегида в облаках межзвёздной пыли. Полимерное состояние вещества – одна из форм существования материи во вселенной.
К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие органические вещества. Большое число полимеров получают синтетическим путем на основе простейших соединений элементов природного происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, и химических превращений.
Размер молекулы полимера определяется степенью полимеризации n, т.е. числом звеньев мономера в цепи полимера. Если n=10...20, вещества представляют собой легкие масла. С возрастанием n увеличивается вязкость, вещество становится воскообразным. При достижении n нескольких сотен, тысячи образуется твердый полимер. Степень полимеризации неограниченна: она может быть 104 , и тогда длина молекул достигает микрометров.
Большая длина молекул полимеров препятствует их правильной упаковке, и структура полимеров варьирует от аморфной, до частично кристаллической. Доля кристалличности в значительной мере определяется геометрией цепей. Чем ближе укладываются цепи, тем более кристалличным становится полимер. Конечно, кристалличность даже в лучшем случае оказывается несовершенной. Аморфные полимеры плавятся в диапазоне температур, зависящем не только от их природы, но и от длины цепей; кристаллические имеют более выраженную точку плавления.
Классификация полимеров.
Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле полимера в виде: открытой цепи или вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры, например каучук натуральный); цепи с разветвлением (разветвленные полимеры, например амилопектин); трёхмерной сетки (сшитые полимеры, например отверждённые эпоксидные смолы). Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами, например поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза.
Макромолекулы одного и того же химического состава могут быть построены из звеньев различной пространственной конфигурации. Если макромолекулы состоят из одинаковых стереоизомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определённой периодичности, полимеры называются стереорегулярными.
Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами. Сополимеры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блок-сополимерами. К внутренним (не концевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присоединены одна или несколько цепей другого строения. Такие сополимеры называются привитыми.
В зависимости от состава основной (главной) цепи полимеры делят на: гетероцепные, в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора, и гомоцепные, основные цепи, которых построены из одинаковых атомов. Из гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные, главные цепи которых состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторэтилен. К гетероцепным полимерам относятся полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты и др.), полиамиды, мочевиноформальдегидные смолы, белки, некоторые кремнийорганические полимеры. Полимеры, макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы неорганогенных элементов, называются элементоорганическими. Отдельную группу полимеров образуют неорганические полимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 452; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!