ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Образование структур в некоторых твердых телах из "Курс коллоидной химии Поверхностные явления и дисперсные системы" Рассмотрим подробнее механизмы образования и регулирования механических свойств твердых материалов, реализуемые в конкретных методах получения таких материалов, как метал-1ы и сплавы, керамика, бегон, пластические массы. [c.442] Структуру типичного слитка металла (сплава), затвердевшего в изложнице, иллюстрирует рис. VII. 17. Наружный слой металла, который соприкасается со стенками изложницы и охлаждается в первую очередь, формируется из большого числа мелких зерен. За ним следует слой вытянутых к центру слитка столбчатых кристалликов. Такая форма кристалликов обусловлена тем, что скорость их роста наибольшая в направлении, противоположном направлению теплового потока. В центральной части слитка обнаруживаются крупные беспорядочно ориентированные кристаллы. В этой части слитка находится основная масса примесей, которые концентрируются при кристаллизации металла, начинающейся с его поверхности. [c.443] Большое разнообразие. механизмов образования конденсационно-кристаллизационных структур характерно для материалов, процесс получения которых заканчивается спеканием. Процессы спекания лежат в основе технологии керамики, а также порошковой металлургии. Предварительной операцией является формование изделия, включающее составление и получение масс с коагуляционной структурой для изготовления изделий заданной формы и определенного качества. [c.444] В технологии керамики более распространены мокрые способы формования, в порошковой металлургии — сухие. В мокром способе материал д.тя формования представляет собой сырую. массу (от 15 до 35% воды), обладающую текучестью или пластическими свойствами. При большом количестве влаги суспензию (шликер) заливают в формы из гипса, которая впитывает воду (шликерное литье). После заполнения формы и подсушивания сформованное изделие легко отстает от формы. Для обеспечения большей текучести массы, плотности и прочности изделия поверхность частиц суспензии лиофилизируют, добавляя щелочные электролиты или некоторые органические вещества (понизители вязкости). Если содержание воды не превышает —25%, сырая масса обладает пластичностью и ее формование не представляет трудностей. Эта операция может быть выполнена как вручную, так и с помощью формовочных машин. [c.444] Сухие способы применяют для формования непластичных керамических масс и порошков, имеющих в.шжность до 15%. Эти способы заключаются в прессовании масс в форме под высоким давлением. Энергия расходуется на уплотнение заготовки в результате деформации частиц и их смещения в поры, а также на преодоление сил трения между частицами и о стенки формы. При повышении давления увеличивается плотность материала и площадь контакта между частицами (примерно пропорционально). Чем больше поверхность контакта, тем прочнее связь между частицами. Для упрочнения заготовки в нее иногда добавляют некоторое количество связующего. [c.445] Важнейшая характеристика порошков — насыпная масса, которая связана с объемом свободной упаковки частиц. Чем больше когезионные силы материала порошка, тем сильнее силы сцепления частиц (прочность контакта) и тем хаотичнее они распределены по объему формы, т. е. поро1пок имеет больший объем свободной упаковки и соответственно меньшую насыпную массу. Если когезия материала порошка мала, то малы и силы сцепления, в результате порошок может уплотниться под действием силы тяжести и объем свободной упаковки частиц оказывается небольшим. Обычно при формовании металлических порошков объем заготовки по отношению к объему свободной упаковки уменьшается в 3—4 раза. Особенно резкое увеличение плотности происходит в начале процесса формования при небольшом дав.чении, когда частицы заполняют пустоты заготовки в результате их относительного перемещения. Для достижения плотной упаковки требуется значительное увеличение давления прессования, так как плотность заготовки может возрастать или за счет разрушения частиц порошков из твердых мета.члов, и.1и вследствие деформации частиц из мягких металлов. [c.445] Харак1ер структурообразования в полимерах зависит от энергии межмолекулярного взаимодействия, а также от гибкости макромолекул. Неполярные макромолекулы обладают наибольшей гибкостью, и между ними проявляется только дисперсионное взаимодействие. Энергия притяжения, приходящаяся на одну СНг-группу, составляет всего 4 кДж, но суммарная энергия межмолекулярного взаимодействия превышает энергию химической связи. С увеличением молекулярной массы полимера когезионные силы растут (сказывается аддитивность дисперсионного взаимодействия) и соответственно до известного предела повышается его твердость. С повышением температуры увеличивается кинетическая энергия сегментов макромолекул, и прн достижении энергии притяжения происходит разрыв ван-дер-ваальсовых связей сначала между отдельными сегментами, а затем по всей цепи макромолекулы. В результате этого появляется способность макромолекул к относитель- ному перемещению. Полимеры с такой структурой текут при повышении температуры, проявляют высокую эластичность, растворяются в соответствующих растворителях. [c.447] Описанная структура полимера ведет себя подобно коагуляционной структуре. Сходство в поведении этих структур заключается в том, что для них характерны химические связи внутри частиц и на порядок меньше силы межчастичного взаимодействия. С увеличением полярности макромолекул уменьшается их гибкость, а для межмолекулярных взаимодействий становятся характерными все три типа сил Ван-дер-Ваальса. Наличие таких функциональных групп, как —ОН, —СООН, —NH2, обусловливает возникновение более прочных водородных связей. С ростом межмолекулярного притяжения полимер превращается в более твердое, менее эластичное и даже хрупкое вещество, теряющее плавкость и растворимость. Полимеры с химическими связями между макромолекулами (пространственно сшитые) нерастворимы и неплавки при нагревании. По свойствам они соответствуют конденсационным структурам. [c.447] Механические свойства полимеров зависят не только от их химической природы, степени сшивки пространственной сетки, но и от ориентации макромолекул и надмолекулярных структур, пластификации, степени наполнения и др. Ориентирование цепей макромолекул и надмолекулярных структур приводит к анизотропии свойств полимера. Обнаруживается резкое увеличение его прочности в направлении ориентации. Этот факт широко используется в процессах прядения волокон и получения пластмасс. Ориентирование макромолекул способствует кристаллизации и увеличению прочности полимера. [c.447] Вернуться к основной статье