12.10 Неорганические материалы. Свойства, применение.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ - это в-ва с функцион. свойствами, зависящими от способа получения.

Различают Н. м. металлические, неметаллические и ком-позиционные материалы, к-рые могут содержать как металлич., так и неметаллич. фазы. По структуре Н. м. подразделяются на монокристаллические, поликристаллические (керамика, порошки), аморфные, в т.ч. стеклообразные, а также стеклокристаллические (ситаллы). К неорганическим материалам относятся сплавы, неорганические стекла, полупроводники, керамика, керметы, диэлектрики.

По св-вам и областям применения различают Н. м.: с особыми электрич. св-вами - полупроводниковые материалы, электропроводящие, сверхпроводники, изоляционные (диэлектрики), электролиты твердые, пьезоэлектрики, конденсаторные и катодные; с особыми магн. характеристиками; оптические материалы (для линз и фильтров, отражающих и просветляющих покрытий, для волоконной оптики), фотоэлектродные, люминофоры, электрохромные, фотопроводящие, материалы для голографии, лазерные материалы, с особыми теплофиз. св-вами, огнеупорные материалы, теплоизоляционные материалы; коррозионно-стойкие материалы. Кроме того, выделяются материалы для энергетики - ядерное топливо, конструкц. материалы; акустические материалы; для мед. целей - биокерамич. костные и зубные протезы, для кровеносных сосудов и клапанов; фрикционные материалы и антифрикционные материалы; абразивные материалы, твердые сплавы для изготовления режущего инструмента и др.

Ко многим Н. м. предъявляются очень высокие требования по чистоте (напр., к полупроводниковым, к материалам для волоконной оптики и ядерной техники).

Н. м. находят применение в разл. областях народного хозяйства и часто определяют уровень развития многих из них.

Многие Н.м. известны с древних времен и широко применяются в быту, напр. фарфор, бронза, строит. материалы.

К неорганическим полимерным материалам относятся: минеральное стекло, ситаллы, керамика и другие. Этим материалам присущи не горючесть, высокая стойкость к нагреву, химическая стойкость, неподверженность к старению, большая твёрдость, хорошая сопротивляемость сжимающим нагрузкам. Однако они повышено хрупкие, плохо переносят резкую смену температур, слабо сопротивляются растягивающим и изгибающим нагрузкам, имеют большую плотность по сравнению с органическими полимерными материалами.

Основой неорганических материалов являются главным образом оксиды и бескислородные соединения металлов. Поскольку большинство неорганических материалов содержит различные соединения кремния с другими элементами, эти материалы объединяются общим названием силикатные (силикаты - соли кремниевых кислот; силикаты - минералы, содержащие кремний), (Как правило, силикаты являются тугоплавкими и химически пассивными веществами, плохо или практически нерастворимыми в воде. В зависимости от температуры они могут быть газообразными, жидкими (расплавленными) и твердыми; Силикаты могут иметь как природное, так и искусственное происхождение). В настоящее время применяются не только соединения кремния, но и чистые оксиды алюминия, магния, циркония и другие, обладающими более ценными техническими свойствами, чем обычные силикатные материалы.

В группу неорганических полимеров входит также графит. Неметаллические материалы подразделяются на графит, неорганическое стекло, стеклокристаллические материалы ― ситаллы и керамику.

Графит ― одна из аллотропических модификаций углерода. Это полимерный материал кристаллического строения. Он образован параллельными слоями гексагональных сеток (плоскостей). В углах каждой ячейки расположены атомы углерода. Межатомное расстояние = 0.143 нм. Между атомами действуют силы прочной ковалентной (химической) связи.

Графит встречается в природе и получается искусственным путем: качества природного графита невысоки, поэтому он используется лишь как антифрикционный материал в электротехнике; искусственный графит (технический и пиролитический), обладающий совершенной кристаллической структурой, высокой анизотропией свойств являющийся высокотемпературным конструкционным материалом.

Коэффициент линейного расширения α низкий; графит устойчив к воздействию тепловых ударов, что делает его весьма перспективным материалом высокой жаропрочности и теплозащитным материалом, работающим по принципу абляции (разрушение материала, сопровождающееся уносом его массы при воздействии горячего газового потока).

Графит применяется в высоконагреваемых конструкциях летательных аппаратов и их двигателей; в энергетических ядерных реакторах (он обладает малым сечением захвата и способностью замедлять их скорость); в качестве антифрикционного материала и в виде углеграфита волокнистых изделий.

Неорганическое стекло ― особого вида затвердевший аморфный раствор ― сложный расплав высокой вязкости кислотных и основных оксидов. В его состав входят стеклообразующие оксиды (стекломассы) Si, B, P, Ge, As, образующие структурную сетку и модифицированные оксиды Na, K, Li, Ca, Mg, Ba, изменяющие физико-химические свойства стекломассы. Для сообщения стеклу нужных технических характеристик в состав стекла вводятся оксиды Al, Fe, Pb, Ti, Be и другие.

Механические свойства стёкол характеризуются высоким сопротивлением сжатию (500-2000 Мпа), но низким σв при растяжении (30-90 Мпа) и изгибе. Важнейшие специфические свойства стёкол ― их оптические свойства: прозрачность, отражение, рассеяние, поглощение и преломление света.

Х.З. относится это или нет, но все же:

Нитриды — соединения азота главным образом с металлами (Na₃N, Mg₃N₂, AlN, BN, TiN и др.), образующиеся при высоких температурах. Нитриды обладают рядом важных для современной техники свойств: высокая термостойкость, теплопроводность, электрическая проводимость, высокая химическая стойкость против действия кислот и щелочей, огнеупорность. Применяются в сплавах.

Бориды — соединения бора с металлами, образуются при высоких температурах. Бориды характеризуются повышенной твердостью, износоустойчивостью и коррозионной стойкостью.