Неметаллические неорганические конструкционные материалы Основные параметры конструкционных материалов: 1. Механические свойства Упругие модули: сжатие растяжение сдвиг пластичность хрупкость твердость

2. Термическая стойкость к окислению к фазовым переходам (в т.ч. плавлению) Fe 1536 o C MgO 2800 o C W 3395 o C Al 2 O o C SiC 2700 o C HfC 3890 o C 3Al 2 O 3 *2SiO o C муллит

3. Химическая стойкость в условиях эксплуатации кислоты щелочи окислители HF др. вещества, специфичные для условий эксплуатации 4. Оптические (цвет, прозрачность,...), электрические, теплофизические и др. св-ва 5. Стоимость

Керамика в истории человека появление керамики неолит ок. 5 т. лет до н.э. возможность варки пищи Археология – отнесение культур по типам керамики (орнамент) е т.л. до н.э. - появление росписи ( энеолит ) Керамика как стройматериал: глинобитные жилища (Трипольская культура 4-3 т.л. до н.э.) Начало обработки металлов керамические тигли, литейные формы, сопла горнов,...

Огнеупоры огнеупорные 1580 – 1770 o C высокоогнеупорные 1770 – 2000 o C высшей огнеупорности >2000 o C футеровка печей металлургия оборудование для высокотемпературных химических процессов каменное литье – продукт переплавки горных пород кремнеземистые (динасовые, >93% SiO 2 ) 1680 – 1730 o C алюмосиликатные: полукислые (45% Al 2 O 3 ) 1800 o C муллит 3Al 2 O 3 *2SiO 2 корунд Al 2 O 3 (алунд)

Доломитовые – обжиг MgCO 3 + CaCO 3 >1800 o C Магнезиальные (> 80% MgO) >1900 o C MgO 2800 o C Форстерит (Mg 2 SiO 4 ) 1850 o C Цирконистые: циркон (ZrSiO 4 ) 1900 – 2000 o C бадделеит (ZrO 2 ) >2000 o C фазовый переход куб.-монокл. => растрескивание добавки MgO, CaO, Y 2 O 3 - стабилизация ZrO 2 (к) Карбидкремниевые SiC (20-100%), могут включать связки Si 3 N 4, Si 2 ON 2, алюмосиликаты – СИАЛОН SiC 2700 o C >1300 o C окисление на воздухе

Спекание увеличение площади контакта между частицами (помол) компактирование (+пластификатор) повышение коэф. поверхностной диффузии (легирование) введение небольшого количества жидкой фазы повышение Т

Строительные материалы Бетон наполнитель + вяжущее (песок, щебень) (цемент) Цемент 3CaO*SiO 2 C 3 S 2CaO*SiO 2 C 2 S 3CaO*Al 2 O 3 C 3 A 4CaO*Al 2 O 3 *Fe 2 O 3 C 4 AF портландцемент C 3 S %, C 2 S – 6-47%, C 3 A – 2-20%, C 4 AF – 2-19% получение: обжиг CaCO 3, SiO 2, глины, Fe 2 O 3 схватывание: 1) образование геля Ca-Si-OH («C-S-H») минуты-часы регулировка времени схватывания – 3-5% CaSO 4 и твердение 2) кристаллизация Ca(OH) 2 дни 3) кристаллизация CaCO 3 десятки лет глиноземистый цемент CA, C 12 A 7, CA 2, C 2 A, C 3 A быстрое твердение, но потеря прочности >20 лет CAH 10 => C 3 AH 6 + Al(OH) 3

Низкие пределы прочности бетона на растяжение и сдвиг армирование железобетон армирование цементного камня металлическими, органическими или минералиными волокнами (дисперсное армирование) базальт 47-48% SiO 2, 15-16% Al 2 O 3, 10-11% FeO+Fe 2 O 3, 11-12% CaO, 6-7% MgO, 2-4% K 2 O, 5-6% Na 2 O Альтернативные вяжущие CaSO 4 *1/2H 2 O, Ca(OH) 2, Mg(OH)Cl

Стекло Правила Захариасена 1. Атом О связан с не более 2 атомами 2. КЧ других (не О) атомов невелики 3. Кислородные полиэдры соединяются вершинами 4. Полиэдры объединены в 3-мерную сетку SiO 2, B 2 O 3 Понижение температуры размягчения: Оконное стекло Na 2 O*CaO*6SiO 2 «викор», «пирекс» - использование расслоения в жидкой фазе