Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Создание новых материалов - это существенная необходимость нашего времени

Реферат на тему:

"Роль химии в создании новых материалов»

План Создание новых материалов необходимость нашего времени. металлургия:

а. добычи металлов из вторичного сырья;

бы. порошковая металлургия;

в. непрерывное раз-ливання стали;

г. плазмовоа металлургия;

д. особенно чистые металлы. Синтетические высокомолекулярные вещества (полимеры):

а. искусственные волокна;

бы. пластмассы;

в. бумагу. Керамика. Полупроводники. Вывод.

Создание новых материалов необходимость нашего времени.

Создание новых материалов это существенная необходимость нашего времени. В современных технологиях часто применяется ют высокие давления, температуры и агрессивное воздействие химических веществ. Материалы, используемые, в частности в маши-нобудуванни, недостаточно устойчивы и прочны. Поэтому оборудование преждевременно изнашивается, требуя частых замен и ремонтов. Новых материалов требуют и новые отрасли техники: космическая, атомная и др. Для практических потребностей необходимы такие мате-риалы, как металлы, полимеры, керамика и композиты.

Металлургия

Из металлов самыми необходимыми и в дальнейшем будут стали. Общие тенденции производства стали вы уже знаете, поэтому рассмотрим его перспективы.

Техническое переоснащение металлургической промышленности по-вязаное с переходом на выплавку сталей в конвертерах и электропечах. Это уменьшает угар металла и расширяет ассор-ственным производимых сталей. держиваЯ фактором здесь может быть дефицит жаростойких и огнеупорных материалов.

Важным источником добычи металлов является вторичная сыро-вина. Например, при нынешнем уровне рециркуляции меди ее хватит на 100 лет, а если его довести до 90% то на 300 лет. К тому же строительство малых металлургических по-дов, работающих исключительно на металлоломе, показало их высокую эффективность в эксплуатации при извлечении новых спе-ных видов прглазастую.

Среди разнообразных способов обработки металлов особое место занимает порошковая металлургия. Она заключается в форму-нии изделий из металлического порошка с последующим их нагр-ем до спекания частиц металла. Это перспективный ре-сурсозберигаючий образом. В этом производстве исключаются доменный и сталеплавильный процессы, прокатка, обработка ме-талей резанием, то есть сложные энергоемкие процессы, экологически грязные, с большими затратами теплоты и металла.

Повышение качества металлов и изделий из них как одно из главных направлений экономии материалов базируется на легировании сталей, то есть введении в сталь тугоплавких металлов: ниобия, вольфрама, молибдена и других для получения более твердых и тугоплавких сталей. Чтобы предотвратить возникновение дефицита этих металлов, легирования ведут не 1 2 металлами, а комплек-сом доступных или более распространенных металлов хрома, никеля и ванадия. Повысить жаростойкость сплавов удается, кроме закалки, ультразвуковой обработкой расплавов при кристаллизации. Таким способом достигается повышение робо-чей температуры лопаток турбин из сплава никеля с кобальтом от 880 до 1000 ° С.

Все больше внедряют в металлургию непрерывная разливка стали, не только сокращает цикл производства, но и повышает качество отливок. При обычной отливке заготовок верхняя часть слитка, что составляет почти четверть всей отливки, получается пористой, ее нужно отрезать и возвращать на переплавку. Непрерывная разливка освобождает от этой под-войн работы, так сплав образуется более однородный. В перспективе сочетаться непрерывное литье из вакуум-ем, литье и кристаллизация в магнитном поле, уже применяется для сплавов алюминия.

Большое будущее в применении плазменной металлургии. Из физики вы уже знаете о плазменный состояние вещества, о свойствах и применении плазмы. В металлургии под влиянием плазмы происходит термическая диссоциация руды, реагирующие ре-ществ быстро образуют гомогенную систему. Под действием плаз-мы не только интенсификуеться восстановления железа, но и скоро-слышится металлургический цикл: двухстадийный процесс (домна, конвертер) становится одностадийным (прямое восстановление), необ-хиднисть шихтовку и агломерации руды отпадает. Плазменная металлургия дает возможность перерабатывать руды комплексно, а это способ решения проблемы безотходных производств в мета-таллургии.

Как самостоятельный класс новых материалов можно рассматривать особенно чистые металлы. В них удалось снизить содержание примесей до 1 10-6 1 10-7%. К 1925 все титан в мире имел 0,5 5% примесей, его технологически нельзя было обра-вать. Теперь добыто чистый титан, который куется, вытягивается в проволоку, а при прокатке образуются листья и даже фольга. Именно добычи чистых циркония и тантала дало возможность ввести их в машиностроение и атомную энергетику.

Синтетические Высокомолек лярных вещества

Базовая роль металлов в конструкциях машин сохраняется. Но все больше используют синтетические Высокомолек лярных вещества (полимеры). Наряду с хорошо известными их свойствами: низкая плотность, устойчивость к агрессивным средам, хорошие диэлектрические и теплофизические показатели, устойчивость к истиранию за последние годы добыто полимерные материалы с другими важными качествами. Некоторые из них имеют большую прочность на разрыв до 2000 кг / мм2 и термостойкость до 1000 ° С. Главной проблемой полимеров является их еще явно недостаточна долговечность.

Невозможно сейчас представить себе экономику и повседневную жит-я без синтетических каучуков, без химических волокон, из которых изготавливают не только одежду, но и изделия технического назначения чения (капроновые детали, рыболовные сетки и т.д.).

Все больше используются пластмассы. Это линолеум для пола и пленочные материалы для стен, санитарно-технические изделия и тепло- и звукоизоляционные материалы. А синтетические смолы и отходы деревообработки внедряются в произ-ство древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит, используемых для отделки помещений.

Очень поиИрена материалом является бумага продукт переработки целлюлозы. Но такая бумага малоустойчив против влаги, соняч-ного света, колебаний температуры. Он быстро высыхает, начи-ет ломаться. Бумага разрушают грибы и микроорганизмы, съедят ют многие виды насекомых.

Химики постоянно работают над совершенствованием бумаги, повышением его прочности. В частности, в бумагу вводят сын-тетичних волокна (лавсан, нитрон, полипропилен, Винол). Бумага из акриловых волокон не боится разведенных соляной, азотной и серной кислот. Его можно использовать как электро-изолятор в агрессивных средах до температуры 130 ° С. Бумага на основе фторопласта (тефлона) не чувствителен к воздействию кислот и щелочей. Очень прочный и химически устойчивый бумагу с нейлоновых и полиэфирных волокон, из него изготавливают фильтры для агрессивных жидкостей.

Единственный недостаток бумаги из синтетических волокон, как и других видов нецеллюлозные бумаги, высокая его стоимость.

Целлюлозный бумага, содержащая 20 30% графитового во-локна, проводит электрический ток и в то же время имеет большое сопротивление. Бумага из чистого углерода отличается высокой химической стойкостью и малой теплопроводностью. Он является основой слоистых пластиков для изготовления аппаратов, труд ют под высоким давлением и при высоких температурах, и как упаковка при транспортировке радиоактивных изотопов.

Керамика

После металлов и полимеров третьим по значению материалом последнее время называют керамику. Это очень разнообразная группа материалов, которые добывают спеканием порошков природ-ного и искусственного происхождения. Хотя упругость керамики ог-жена, коэффициент ее термического расширения меняется в ши-роких интервалах. Среди керамических материалов является изоляторы и сверхпроводники. По сравнению с металлами и полимерами керамические материалы устойчивы против износа, коррозии и радиации. Главным является то, что керамика доступна и имеет неисчерпаемые источники сырья. К керамических материалов относят карбиды и нитриды кремния, оксиды алюминия и магния и др. Из них изготавливают формы длялитья, сопла ракет, турбин, футеруется печи и тому подобное. Весь-ным техническим заданием является создание керамических газо-турбинных, дизельных двигателей и двигателей внутреннего согла-ряння различного назначения.

Новыми и перспективными материалами становятся композиты. Это неоднородные (гетерогенные) системы, имеющие матрицу (металл, сплав, полимер, керамика) и наполнитель (порошок, стружка, волокно), которые находятся в физико-химической обоюдного моде. Композиционные материалы прочные и жаростойкие. Так, ком-полож с 80% сплава железо-никель-кобальт-хром и 20% нитра-ю кремния используют в теплообменных аппаратах, газовых турбинах, ракетных двигателях, потому что он жаростойкий (до 1100 ° С).

Полупроводники

Большое будущее у полупроводников, которые изготавливают из веществ высокой чистоты. Материалы для радиоэлектроники (кремний, германий и т.д.) и атомной энергетики (уран, цир-лошади, бериллий, графит) не должны содержать примесей более 1 10-4 1 10-5%.

Огромные сооружения, детали космических и подводных кораблей, точные оптические приборы невозможно создать без стекла. Обычное, или оконное, стекло имеет множество недостатков: легко бьется, трескается от незначительного перепада температур. Это не может удовлетворить потребности науки, техники и даже быта. Современная химическая технология создала целый ряд материалов из стекла с самыми разнообразными сферами использования. Рассмотрим кое-какие примеры.

Введение минимальных количеств соединений железа (iii), свинца, Титана и хрома позволило добыть стекло, которое хорошо пропускает ультрафиолетовые лучи. Поэтому его использует ют в строительстве соляриев, зимних садов, плавательных Басе-нов. А стекло с повышенным содержанием соединений металлов задерживает ультрафиолетовые лучи. Так, соединения железа (II) придают стеклу свойства задерживать тепловые и инфракрасные лучи и поэтому в помещениях с таким стеклом всегда прохладно.

Стекло, содержит повышенное количество тяжелых металлов, непрозрачное для радиации, поэтому годится для изготовления огля-довых окошек в «горячих зонах»атомных реакторов.

При закалке стекла удалось добыть очень прочный ма-териал. В нашей стране его называют закаленное. Он пруж-ный, как стальная пружина, письмо сталинита выдерживает удар ча-вуннои шарики массой в 1 кг с метровой высоты, которая отскакивает от его поверхности, как от каменной плиты. Многослойное стекло, изготовленное из тонких (0,05 мм) стекол (50 и более листов) с помощью специального клея, устойчивое против ударов пуль, микрометеоритов, глубинных и космических давлений, различных пере-падов температур.

Особого внимания заслуживают стеклокристаллические материалы, добытые введением в расплавленное стекло катализаторов, главным образом TiO 2, которые вызывают образование центров кристаллизации. Такие частично закристаллизованы стекла назвали СИТАЛ. Некоторые виды ситаллов добывают на основе металлургических или топливных шлаков (шлакоситалла). Это прочные, химически и термически стойкие материалы с малым тепловым расширением, хорошие диэлектрики, некоторые их лучшие образцы прочные высокоуглеродистой стали. Сейчас свойства таких материалов интенсивно изучают ся, они имеют большие перспективы использования в строи-тельстве, химической промышленности, оптике и даже в авиации.

По сравнению новыми материалами являются стеклопластики, которые сутки вают с стекломассы и смол. Этот монолит в 3 4 раза прочнее обычной стали, в 4 раза легче ее, не подвергается коррозии. Из него изготавливают вагоны, корпуса кораблей и даже ракеты.

Вывод

Для осуществления каждого химико-технологического процесса нужна аппаратура, изготовленная из таких материалов, которые способны сопротивляться различным агрессивным воздействиям, в том числе химическим, механическим, термическим, электрическим, порой и радиационным и биологическим.

Химия делает существенный вклад в создание различных материалов: металлических и неметаллических. Среди металлических ма-риалов зачастую используются сплавы на основе зале-за чугун и сталь, на основе меди латунь и бронза на основе алюминия, магния, никеля, ниобия, титана, тантала, цирконияи других металлов. С металлических сплавов вы-готовляються теплообменники, емкости, мешалки, трубопрово-ди, контактные аппараты, колонны и другие аппараты.

Для улучшения качества металлических материалов ис-вуют порошковую металлургию. Она включает процессы произ-водства металлических порошков и спекания из них изделий. Современная порошковая металлургия занимается, во-первых, созданием ма-риалов и изделий с такими характеристиками (состав, струк-тура, свойства), которых до сих пор невозможно достичь известными ме-тодамы плавки; во-вторых, изготовлением традиционных мате-риалов и изделий, но при более выгодных технико-экономических показ ников производства.

В разработке теоретических основ важнейших процессов по-рошковои металлургии ведущее место занимает Институт проблем материаловедения НАН Украины. Первый в Украине (и в ко-бывшем СССР) завод порошковой металлургии в эксплуатацию в г.. Бровары (под Киевом) в 1965

Среди неметаллических материалов важное значение приобрели полимеры на основе фенолформальдегидных смол, поливинил-хлорида, полиэтилена и фторопластов. Эти материалы, в отличие от металлических, проявляют высокую устойчивость к агрессивным средам, имеют низкую плотность, высокую прочность к истиранию, хорошие диэлектрические и теплоизоляционные свойства. Кроме этого, важное значение имеют каучуки и различные мате-риалы на их основе бутилкаучук, фторкаучук, силиконовые каучуки и тому подобное.

В группу неметаллических материалов относятся и такие тради-ные материалы, как керамика, фарфор, фаянс, стекло, цемент, бетон, графит, которые находят все новое и новое использование.

В последнее время требования к материалам неуклонно возрастает-ют. Это объясняется тем, что значительно шире применяются теперь экстремальные воздействия сверхвысокие и сверхнизкие давления и температуры, ударные и взрывные волны, ионизирующего излучения ния, ферменты. Учитывая это растет также роль химии в создании новых материалов, способных сопротивляться этим впливам.Особливе место среди новых материалов занимают комп-зить.

Композиционные материалы, состоящие зпластичнои основы (матрицы) и наполнителя, называются композитами.

Среди композитов выделяют керметы (керамико-металлические материалы), норпласты (наполненные органические полимеры) и пены (газонаполненные материалы).

В качестве основы (матрицы) используют металлы и сплавы, по-Лимер, керамику. Наполнители, применяемые, особенно для композитов на основе пластмасс, значительно разнообразнее. От них зависит прочность и жесткость композитов.

В Украине начаты принципиально новые методы извлекаемые ния композитов, например на основе боридов металлов (вос-ления оксидов металлов бором в вакууме и карбидом бора). Освоено метод прямого синтеза силицидов из металла и кремния, а также непосредственное восстановление оксидов металлов силициемтощо. Многими своими свойствами прочностью, ударной вязкостью, прочностью от усталости и т.п. композиты значительно пе-превышающей традиционные материалы, благодаря чему потребности су-спильства в них и вообще в новых материалах непрерывно растут. На изготовление композитов тратят большие средства, этим объясняется тот факт, что главными потребляет-лями композитов пока является авиационная и космическая промышлен-ности.

Как видим, роль химии в создании различных материалов, из которых мы рассмотрели лишь некоторые, очень велика.

Список использованной литературы: Н.Н. Чайченко. Основы общей химии. Киев. "Образование" 1998. Н.М. Буринская. Химия. Киев. "Ирпень" 2000. Большая иллюстрированная енциклопидия школьника. Киев. "Махаон Украина".

Загрузка...