Структура полимеров, стекла и керамики

Структура полимеров, стекла и керамики

• Полимер, Ceicia, керамический, структура C1 Полимер представляет собой высокомолекулярное вещество (104), в котором молекулы состоят из групп одинаковых атомных атомов(рис.1.26).Каждое звено представляет собой модифицированную молекулу мономера, которая имеет начальную низкомолекулярную массу substance. In при получении полимеров молекулы мономера соединяются друг с другом, образуя длинные линейные молекулы или макромолекулы, в которых атомы ковалентно соединены. В зависимости от характера связи между линейными молекулами полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные. Разница между ними особенно четко выявляется при нагревании.

Термопластичные полимеры, не меняя своих свойств, многократно размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении. При нагревании термореактивный полимер остается твердым до полного пиролиза. Это различие в поведении нагрева объясняется тем, что между молекулами термопластичного полимера действует относительно слабая ван-дер-Ваальсова сила. Связь между Рисунок значительно ослабляется, материал становится мягким и flexible. In помимо силы Ван-дер-Ваальса, tsprhureactive полимеры имеют боковые ковалентные связи между молекулами. Благодаря им, црморсактивный материал остается твердым, наряду с твердым звуком. Линейные молекулы имеют основную цепь и боковую группу (см. Рисунок 1.26).Если молекулярная масса равна 10 * — 106, то к линейной молекулераз больше размера боковой groups.

будут привязаны сотни единиц, а длина основной цепи будет во много Людмила Фирмаль

In в большинстве полимеров основная цепь состоит в основном из атомов углерода, а в органических кремниевых полимерах попеременно образуются атомы кислорода и кремния. Боковые группы образуют короткие полимерные цепи атомов (водорода, галогена), радикалов (OH -, CN -, C6H5-и др.), некоторые подразделения. Очевидно, что при наличии нескольких видов боковых групп можно расположить их вдоль основной цепи в хаотичном и определенном порядке. Полимеры с чередованием нерегулярных групп являются нерегулярными и называются регулятивными. Структура молекулы определяется методом получения полимера. Во время обработки полимеров(нагревание, растворение и др.), структура молекул практически не меняется, например, невозможно привести нормальный полимер в нормальное состояние!

Общая структура полимеров-это межмолекулярные и супрамолекулярные структуры, то есть взаимное штабелирование линейных молекул в полимерных материалах. Супрамолекулярные структуры возникают под влиянием притяжения между молекулами и теплового движения самих молекул. Наиболее характерной и важной формой теплового движения полимеров является вращение частей молекул относительно друг друга (рис.1.27).Равновесное состояние является определенным Рис. 1.27.Схема связывания основной цепи макромолекул Величина угла между совмещенными а (см. Рисунок 1.27).Форма линейной молекулы постоянно меняется changing. It установлено, что его равновесной формой является эндоплазматический ретикулум.

• Неравновесное изменение формы молекулы быстро разрушается при тепловом движении, когда вращение вокруг связи внутри полимера легко реализуется. Нерегулярные полимеры характеризуются пакетной структурой на относительно больших площадях и когда основная цепь соседних молекул параллельна. Для обычного Полигара кристалл представляет собой типичную супрамолекулярную структуру. Пучковые структуры и кристаллы образуются при высоких температурах, при сдвигах, поворотах и др. происходят легко в полимере. Макромолекулы макромолекул в НС плотно упакованы, а мерой плотности упаковки является так называемый свободный объем, то есть разница между фактическим удельным объемом вещества и теоретическим удельным объемом в наиболее плотной упаковке.

При нагревании, свободный объем увеличивается.1. по свободному объему полимерный материал будет находиться в одном из физических состояний: стекловидном, высокоэластичном, вязком. Переход из одного состояния в другое происходит без выделения или поглощения тепла. Температура перехода называется температурой стеклования T», и она дает t, n. Разница в физическом состоянии полимера проявляется при деформации(рис. 1.28). в стеклянном состоянии поворот вокруг связи полимера затруднен. Полимер представляет собой упругое твердое вещество. При приложении нагрузки упругая деформация ns составляет более нескольких процентов и падает до нуля при снятии нагрузки.

При деформации происходит искажение валентного угла a. Людмила Фирмаль

Когда свободный объект достигает −2.5%, он показывает очень мастику state. In в этом состоянии полимер ведет себя как упругое тело. Под действием нагрузки, переплетенный полимер протягивает прямо, и деформация достигает 500-800%.At при этом расстояние между атомами в полимере несколько отличается. При снятии теплового движения груза С)т)д） Рис. 1.28.Температурная зависимость деформации полимера ： о-термопластичный аморфный полимер; / — ст Зеленые государства; вторая-vyooutllegich-нос состояние; III-в жидком состоянии; 6-сшитый редкая полимера; с-1 КБК <K1las1I’1NY кристаллический полимер; б-полимер с частыми боковыми euchthmi Через мгновение полимер возвращается в свою равновесную форму, и поэтому высокая упругая деформация обратима. В вязком жидком состоянии полимер ведет себя как вязкая жидкость. Когда нагрузка приложена, макромолекулы выпрямляются и скользят друг к другу. Основной частью деформации является необратимое вязкое течение.

Когда нагрузка закончена, подача останавливает, и вязкостная жидкость сохраняет свою форму. Нагрев сопровождается ковалентным расщеплением полимеров. Количество таких разрывов заметно выше, и начиная с температуры разложения, термическое разложение полимера путем выделения низкомолекулярных соединений приводит сразу к полному разрушению полимера. Таким образом, молекулярная структура полимера не изменяется в различных физических состояниях(если не учитывать ковалентное расщепление отдельных макромолекул при нагревании), в то же время изменяется и надмолекулярная структура. при нагревании за пределами t< неравновесная надмолекулярная структура замещается равновесной. при охлаждении ниже tt неравновесная супрамолекулярная структура легко фиксируется в материале. При нагревании за пределами TC термопластичный полимер расширяется. Если охладить ниже rc без снятия нагрузки, то высокоэластичное состояние»замерзнет» и удлиненный полимер сохранит свою форму даже после снятия нагрузки.

Ориентация молекул в направлении растягивающей силы определяет анизотропию свойств. Отклонение супрамолекулярных структур от равновесия происходит в изделиях из полимеров, что сказывается на их прочности. Нормальные полимеры кристаллизуются при переохлаждении ниже равновесной температуры кристаллизации tcr. Кристаллизация обычных полимеров сопровождается выделением тепла и уменьшением объема. В процессе кристаллизации гибкие макромолекулы укладываются в порядке, соответствующем определенной кристаллической решетке. Обычно степень кристалличности высокая, а ns составляет менее 60-70%, но полной кристаллизации не достигается.

Температура кристаллизации tmr высока, благодаря кристаллу, полимерный материал сохраняет эластичность и твердое тело в диапазоне температур tK,— / kr. In в этом диапазоне температур некристаллический полимер, соответствующий химическому составу, находится в очень упругом состоянии. Супермолекулярная структура термореактивного полимера зависит от плотности сшивки. Из-за низкой плотности сшивки, она сформирована как структура пакета, крюк и Crystal. As увеличивается плотность сшивки, уменьшается возможность образования супрамолекулярной структуры. В кристаллических полимерах размер и форма кристалла зависят от определенных условий кристаллизации, а механические свойства определяются полученной структурой. Стекло представляет собой аморфное вещество, образующееся при плавке оксидов или БИСОКСИДНЫХ соединений.

HSC представляет собой бескислородное соединение оксидов SiOj, B2Oj, P2O5, GcO2 и мышьяка, селена и теллура. Основная масса стекла образована объемной сеткой однородного структурного состава elements. In кварцевое стекло, состав которого самый простой, такими элементами являются тетраэдры SiO4, которые соединены вершинами (рис. 1.29).Структура кристаллического кварца формируется из того же тетраэдра. Различие между 2 веществами одного и того же химического состава объясняется расположением SiO4.Угол между соседними тетраэдрическими кремнийкислородными связями в плавленом кремнеземе сильно варьируется (120- Рис. 1.29.

Расположение SiO, t тетраэдр в стекле (угол между связями a-Si-O） 180e), описывает неупорядоченное расположение SiO4 tetrahedrons. In Кристалл, тетраэдр SiO4 аранжирован в свою очередь, формируя Кристалл lattice. In в этом случае значения уязвимости между связями Si O находятся в более узком диапазоне. Структура аморфного стекла возникает при охлаждении стекломассы, а ее вязкость увеличивается, что препятствует кристаллизации. Большая часть промышленного стекла-это силикатное стекло с добавлением других оксидов. По сравнению с кварцевым стеклом, эти стекла мягче при низких температурах, что делает их легче обрабатывать в products. In силикатное стекло, атомы связаны общей ионной bond. In помимо кремния и кислорода, в состав замкнутой сетки также входят алюминий, титан,

Германий и бериллий. В ячейках этой сетки размещены ионы щелочных и щелочноземельных металлов. Сложность химического состава силикатных стекол приводит к изменению их свойств, в том числе цвета, и отвечает за неоднородность структуры. При охлаждении однофазный расплав расслаивается на 2 и более жидких фазы с различным химическим составом. Отвержденное стекло имеет многофазную структуру, и каждая фаза остается аморфной. Разделение силикатного стекла является особенностью его структуры. При определенном соотношении содержания кремния, кислоты Очень трудно предотвратить зарождение и рост кристаллов. Кристаллизация или «девитрификация» с образованием крупных кристаллов отрицательно влияет на прочность и прозрачность glass. By выбирая химический состав стекла и условия его варки, предотвращают кристаллизацию.

Из-за напряженного состояния стеклянного изделия из-за разницы в плотности различных участков, наирв устраняется, что достаточно для перестройки конструктивных элементов и регулировки плотности. Керамика-это материал, полученный высокотемпературным спеканием минерального порошка. При нагревании исходные материалы взаимодействуют и образуют кристаллическую и аморфную фазы. Керамика — это пористые материалы, содержащие общие или ионные кристаллы-композитные оксиды, карбиды или твердые растворы на их основе. Аморфная фаза представляет собой стекло, химический состав которого отличается от кристаллического. Керамический материал, 1 или более из A. содержит кристаллы фазы Tlich.

Отдельные виды керамики включают в себя НС стекло в их составе structure. As как правило, керамика имеет поликристаллическую структуру со случайным расположением промежуточных слоев стекла и шипов, поэтому характеристики однородны. Отличительной особенностью керамических материалов является хрупкость. Чем тоньше Кристалл и меньше пористость, тем выше сопротивление разрушению. Например, высокоплотная микрокристаллическая керамика с размером частиц 1-5 мкм на основе L12Ol в 5-6 раз прочнее обычной. Тонкую керамику получают по более сложным технологиям-изделия из тонкой керамики.

Поэтому такие продукты стоят дорого. В качестве огнеупорного материала используется пористая керамика. Фильтры в электротехнике, диэлектрики. Для некоторых деталей машин используется плотная твердая керамика. Кристаллический материал ситарал или стекло получают из стекла со специальным составом с помощью контролируемой кристаллизации. Структура стойла представляет собой смесь очень мелких(размеры 0,01〜1 мкм), хаотично ориентированных кристаллов (60-95%) и остаточного стекла (40-5%).Исходное стекло отличается по химическому составу от остаточного стекла, в котором накапливаются ионы, входящие в состав Кристалла. Такие структуры создаются в стеклотаре после двойного отжига. Первая структура необходима для образования центра кристаллизации, а вторая необходима для роста кристаллов в готовом виде. Center. To образуются кристаллы, в стекло вводятся соединения Li2O, TiO2, Л12О3 и/или Дорона.

В зависимости от условий формирования центра кристаллизации Ситары подразделяются на герметичные и легкие сита. Термические металлы используют оксиды или фториды (несколько процентов), такие как TiO2, P2O5, NaE, чтобы сформировать центр кристаллизации. Высокий и равномерный электрический заряд кристаллов получается при отжиге горячим metal. In используются легкие металлы, небольшие добавки золота, серебра, платины или меди. Центр кристаллизации образуется под воздействием ультрафиолетового излучения и является устаревшим. После отжига необлученная область остается аморфной.

Фото Cital используется в качестве светочувствительного материала. Термокристаллы имеют универсальное применение. Как износостойкие материалы используются в гидравлических машин, узлов трения, защитных эмалей и деталей. Как прочный и стабильный диэлектрик беспроводных компонентов, печатных плат и т. д.

Смотрите также:

Материаловедение — решение задач с примерами

Формирование структура литых материалов	Диффузия в металлах и сплавах
Несамопроизвольная кристаллизация	Жидкие кристаллы