Неорганические стекла. Техническая керамика

Неорганическое стекло - химически сложные аморфные изотропные материалы, обладающие свойствами хрупкого твердого тела.

Стекла состоят:

1. Стеклообразователи - основа:

а) Si0₂ - силикатное стекло, если Si02 > 99 %, то это кварцевое стекло;

б) AI₂O₃ + Si0₂ - алюмосиликатное стекло;

в) B₂0₃ + Si0₂ - боросиликатное стекло;

г) AI₂0₃ + B₂0₃ + Si0₂ - алюмоборосиликатное стекло;

2. Модификаторы, вводятся для придания стеклу определенных свойств. Ввод оксидов щелочноземельных металлов (I, II группа: Na, K) уменьшает температуру размягчения. Оксиды хрома, железа, ванадия придают стеклу определенные цвета. Оксиды свинца увеличивают коэффициент преломления. В зависимости от количества модификаторов стекла бывают: щелочные с содержанием модификаторов до 20-30 %, бесщелочные - до 5 % модификаторов, кварцевое стекло - модификаторов нет;

3. Компенсаторы, подавляют негативное воздействие модификаторов. Стекла в автомобилях, в стеклопластиках, оптика, теплопроводимость низкая, не растворимы в кислотах и щелочах.

Свойства стекол: стекла отличаются высокой твердостью и пределом прочности. Теоретически предел прочности достигает 10-12 ГПа. Модуль упругости E = 70 ГПа. Твердость по Виккерсу HV ~ 750 кгс/мм2. Практически предел прочности - 50-100 МПа. Низкий аВ объясняется факторами: высокий коэффициент линейного расширения. С остыванием стекла на его поверхности образуются растягивающие напряжения, что приводит к появлению трещин. Стекло - хороший теплоизолятор, что также приводит к образованию трещин. Стекло не сопротивляется динамическим нагрузкам.

Способы упрочнения стекол:

1) травление для удаления дефектного поверхностного слоя. Предел прочности увеличивается до 3000 МПа. Малоэффективный способ, т. к. в дальнейшем стекло взаимодействует с абразивными частицами или твердыми материалами;

2) создание на поверхности сжимающих напряжений. Для этого проводят закалку, осуществляют нагрев до определенной температуры, затем охлаждают в заданном режиме (температура нагревания, охлаждение и время выдержки). Предел прочности увеличивается до 1000-1500 МПа;

3) нанесение на поверхность стекол полимерных материалов. Полимерное связующее склеивает микротрещины на поверхности стекла.

Кварцевое стекло обладает высокой газопроницаемостью (гелий, водород, неон) по сравнению с другими силикатными стеклами, в составе которых кроме диоксида кремния присутствуют оксиды щелочных и щелочноземельных металлов.

Два параметра, объединяющих структуру двойных фосфатных стекол со структурой двойных силикатных стекол: структурной основной единицей являются тетраэдрические элементокислородные группировки; при добавлении модифицирующих оксидов увеличивается число не мостиковых атомов кислорода.

Затвердение и плавление стекла происходит постепенно в некотором температурном интервале. Поэтому не существует определенная температура затвердевания или плавления. В процессе охлаждения расплав переходит из жидкого в пластическое состояние, а после этого - в твердое (процесс стеклования).

Органические стекла представляют собой органические полимеры-полиакрилаты, поликарбонаты, полистирол, сополимеры винилхлорида с метилметакрилатом, находящиеся в стеклообразном состоянии. Наибольшее практическое применение нашли стекла на основе полиметил-метакрилата. По своей технологии, механизму твердения и строению органические стекла отличаются от неорганических.

Элементарные стекла способны образовывать небольшое число элементов - сера, селен, мышьяк, фосфор, углерод.

Галогенидные стекла получают на основе стеклообразующего компонента BeF2. Многокомпонентные составы фторбериллатных стекол включают в себя фториды алюминия, кальция, магния, стронция, бария. Фторбериллатные стекла широко применяются на практике из-за высокой устойчивости к действию жестких излучений, включая рентгеновские лучи, и таких агрессивных сред, как фтор и фтористый водород.

Промышленное значение приобретают способы получения стекол путем вакуумного испарения, конденсации из паровой фазы, плазменного напыления. В этих случаях стекло удается получить из газовой фазы, минуя расплавленное состояние.

Керамика - неорганический материал, получаемый отформованнием масс в процессе высокотемпературного обжига. Оксидная керамика обладает высокой прочностью при сжатии по сравнению с прочностью при растяжении или изгибе. Более прочными являются мелкокристаллические структуры. С повышением температуры прочность керамики понижается. Керамика из чистых оксидов не подвержена процессу окисления.

Бескислородная керамика. Материалы являются очень хрупкими. Сопротивление окислению при высоких температурах карбидов и боридов составляет 900-1000 °C, у нитридов оно ниже. Силициды выдерживают температуру 1300-1700 °C. При таких температурах на поверхности образуется пленка кремнезема.

Автор: Буслаева Е.М.

<< Назад: Формование и спекание порошков, области применения

>> Вперед: Полимеры, пластмассы

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ Банковский аудит. Шпаргалка

▪ Социальная психология. Конспект лекций

▪ Урология. Конспект лекций

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Создана растворимая электроника, пригодная для имплантации 06.10.2012 Американские биоинженеры научились изготавливать "растворимые" электронные имплантаты, которые можно уничтожить прямо внутри организма, не прибегая к хирургическим операциям, и опубликовали инструкции по сборке таких приборов в статье в журнале Science. Инженеры из Университета Тафтса и Университета Иллинойса разработали способ производства растворимой электроники - устройств, которые через некоторое время после имплантации самостоятельно распадаются и выводятся из организма. Основой растворимых электронных устройств стал натуральный шелк. Ранее авторы исследования научились создавать из него тонкие пластинки, которые можно было использовать в качестве подложки для проводов и микрочипов. Варьируя толщину и плотность шелка, инженеры могли контролировать скорость растворения устройства в организме. Для создания проводов инженеры предложили использовать металлический магний. Из-за высокой реакционноспособности его практически не применяют в электронике. Однако для создания растворимых устройств химическая активность оказалась преимуществом. Из-за нее тонкие пленки металла под действием воды со временем окисляются и превращаются в ионы. В качестве полупроводников авторы использовали обычный кремний. Инженеры показали, что его достаточно тонкие пластины относительно быстро растворяются в водной среде. Например, при толщине в 100 нм пластинка использованного инженерами кремния растворялась со скоростью 4,5 нм в сутки. Роджерс и его коллеги уже много лет пытаются найти идеальный рецепт для изготовления "растворимой" электронике, экспериментируя с различными органическими и неорганическими соединениями. Как отмечают ученые, все компоненты такой электроники - изолирующие подложки, проводники и полупроводники - должны беспрепятственно выводиться из организма, не нанося ему вреда. Кроме того, готовый прибор должен быть достаточно гибким и компактным для успешной имплантации под кожу или в другие части тела человека. Чистый магний и его оксид используются в качестве "строительного материала" для проводящих электродов и диэлектрической подложки для транзисторов. Тончайшие полоски кремния необходимы для работы транзисторов и других полупроводниковых приборов, в том числе датчиков температуры, микроскопических фотосенсоров и фотокамер. Молекулы биополимера, составляющего основу шелка, используются в качестве гибкой и растворимой оболочки прибора. Биоинженеры полагают, что применение таких приборов не ограничивается медициной и нательной электроникой. В частности, сотовые телефоны и другие портативные электронные устройства на базе растворимых компонентов можно будет утилизировать, закапывая в землю или растворяя в воде.

Другие интересные новости:

▪ Лазерная система ПВО Щит света

▪ Малопотребляющий SoC BlueNRG-232

▪ Военные подарили НАСА два космических телескопа

▪ Измерена энергия входа электрона в воду

▪ Скотч без клея

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Начинающему радиолюбителю. Подборка статей

▪ статья Была бы только ночка сегодня потемней! Крылатое выражение

▪ статья В какой стране существовали сосуды для сбора слез скорбящих? Подробный ответ

▪ статья Кедр сибирский. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья IP-телефония. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Загипнотизированная коробка спичек. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026