Правящий класс царской России, советская номенклатура, современная российская элита:сравнительный анализ

Введение 

Материалы гораздо глубже входят в нашу культуру, чем многие думают. Необходимыми элементами нашей повседневной жизни являются транспорт, жилища, средства связи, отдых, производство пищи, и все они в той или иной степени зависят от выбора подходящих материалов. С исторической точки зрения развитие и успехи общественного строя неразрывно связаны с возможностями людей производить и перерабатывать материалы для удовлетворения существующих потребностей. Ранние цивилизации даже определялись по названиям материалов, которые люди научились использовать -- Каменный век, Бронзовый век, Железный век. 

Во многих случаях задача состоит в том, чтобы выбрать подходящий материал из многих тысяч, имеющихся на рынке. Существует несколько критериев, на основании которых следует сделать окончательный выбор. Прежде всего, необходимо четко охарактеризовать условия применения изделия, поскольку именно они определяют необходимые свойства материала. Лишь в очень редких случаях существует материал, который в максимальной степени или идеально отвечает предъявляемым требованиям. Поэтому зачастую приходится пренебрегать одними характеристиками материала по сравнению с другими более важными. Классический пример -- это требования по прочности и пластичности. Обычно материал, обладающий очень высокой прочностью, оказывается недостаточно пластичным. Во всех таких случаях необходимо приходить к разумному компромиссу между двумя или большим количеством необходимых свойств. 

Далее, необходимо основывать выбор на том, насколько могут снижаться свойства материала в процессе эксплуатации изделия. Например, весьма заметное снижение прочности может быть результатом действия повышенных температур или коррозии в окружающей среде. И, наконец, решающий аргумент может быть связан с экономическими соображениями. Какова будет стоимость конечного изделия? Можно найти материал, который идеально подходил бы по своим свойствам всем предъявляемым требованиям, но был бы чрезмерно дорог. И здесь опять-таки неизбежен определенный компромисс. Следует учесть, что в стоимость конечного продукта входят не только стоимость материала, но и затраты в процессе формования готового изделия. 

Чем лучше ученый или инженер знаком с различными характеристиками материала и соотношением между его структурой и свойствами, равно как и с технологией получения изделий, тем более умелым и надежным будет его (или ее) выбор материала, основанный на перечисленных критериях. 
 
 
 
 

1.Понятие материала. 

Материал - это объект обладающий определенным составом, структурой и свойствами, предназначенный для выполнения определенных функций. Материалы могут иметь различное агрегатное состояние: твердое, жидкое, газообразное или плазменное. Функции, которые выполняют материалы - разнообразны. Это может быть обеспечение протекания тока - в проводниковых материалах, сохранение определенной формы при механических нагрузках - в конструкционных материалах, обеспечение непротекания тока, изоляция - в диэлектрических материалах, превращение электрической энергии в тепловую - в резистивных материалах. Обычно материал выполняет несколько функций, например диэлектрик обязательно испытывает какие-то механические нагрузки, а значит является конструкционным материалом. 
 

1.1 Виды  материалов 

Твердые материалы обычно подразделяются на три основные группы. Это металлы, керамика и полимеры. Это деление основывается, прежде всего, на особенностях химического строения и атомной структуры вещества. Большинство материалов можно вполне однозначно отнести к той или иной группе, хотя возможны и промежуточные случаи. Кроме того, следует отметить существование композитов, в которых комбинируются материалы, принадлежащие к двум или трем из перечисленных групп. Ниже будет дано краткое описание различных типов материалов и приведены их сравнительные характеристики. 

Еще одним типом материалов являются современные специальные (advanced) материалы, предназначенные для применения в высокотехнологичных (high-tech) областях, таких как полупроводники, материалы биологического назначения, «умные» (smart) материалы и вещества, используемые в нанотехнологии. 

1.2 МЕТАЛЛЫ 

Материалы, принадлежащие к этой группе, включают в себя один или несколько металлов (таких как железо, алюминий, медь, титан, золото, никель), а также часто те или иные неметаллические элементы (например, углерод, азот или кислород) в сравнительно небольших количествах.

Атомы в металлах и сплавах располагаются в весьма совершенном порядке. Кроме того, по сравнению с керамикой и полимерными материалами плотность металлов сравнительно высока. 

Что касается механических свойств, то все эти материалы относительно жесткие и прочные. Кроме того, они обладают определенной пластичностью (т.е. способностью к большим деформациям без разрушения), и сопротивляемостью разрушению, что обеспечило им широкое применение в разнообразных конструкциях. 

В металлических материалах имеется множество делокализованных электронов, т. е. электронов, не связанных с определенными атомами. Именно присутствием таких электронов непосредственно объясняются многие свойства металлов. Например, металлы представляют собой исключительно хорошие проводники для электрического тока и тепла. Они непроницаемы для видимого света. Полированные поверхности металлов блестят. Кроме того, некоторые металлы (например, железо, кобальт и никель) обладают желательными для их применения магнитными свойствами. 

КЕРАМИКА 

Керамика -- это группа материалов, занимающих промежуточное положение между металлами и неметаллическими элементами. Как общее правило, к классу керамики относятся оксиды, нитриды и карбиды. Так, например, некоторые из наиболее популярных видов керамик состоят из оксида алюминия (Al2O3), диоксида кремния (SiO2), нитрида кремния (Si3N4). Кроме того, к числу тех веществ, которые многие называют традиционными керамическими материалами, относятся различные глины (в частности те, которые идут на изготовление фарфора), а также бетон и стекло. Что касается механических свойств, то керамика -- это относительно жесткие и прочные материалы, сопоставимые по этим характеристикам с металлами. Кроме того, типичные виды керамики очень твердые. Однако керамика исключительно хрупкий материал (практически полное отсутствие пластичности) и плохо сопротивляется разрушению. Все типичные виды керамики не проводят тепло и электрический ток (т.е. их электропроводность очень низкая). 

Для керамики характерно более высокое сопротивление высоким температурам и вредным воздействиям окружающей среды. Что касается их оптических свойств, то керамика может быть прозрачным, полупрозрачным или совсем непрозрачным материалом, а некоторые оксиды, например, оксид железа (Fe2O3) обладают магнитными свойствами. 

КОМПОЗИТЫ 

Композиты представляют собой комбинацию из двух (или большего числа) отдельных материалов, относящихся к различным классам веществ, перечисленным выше, т.е. металлов, керамики и полимеров. Целью создания композитов было стремление достичь такого сочетания свойств различных материалов, которые не могут быть получены для индивидуальных компонент, а также обеспечить оптимальное сочетание их характеристик. Известно большое количество различных композитов, которые получены при совмещении металлов, керамики и полимеров. Более того, некоторые природные материалы также представляют собой композиты, например, это дерево и кость. Однако большинство композитов, которые рассматриваются в настоящей книге, это материалы, полученные из синтетических материалов. 

Одним из наиболее популярных и знакомых всем композиционных материалов является стеклопластик. Этот материал представляет собой короткие стеклянные волокна, помещенные в полимерную матрицу, обычно в эпоксидную или полиэфирную смолу. Стеклянные волокна обладают высокой прочностью и жесткостью, но они хрупкие. В то же время полимерная матрица пластична, но ее прочность низкая. Комбинирование указанных веществ приводит к получению относительно жесткого и высокопрочного материала, который, тем не менее, обладает достаточной пластичностью и гибкостью. 

Другим примером технологически важного композита являются углепластики -- полимеры, армированные углеродными волокнами (CFRP). В этих материалах в полимерную матрицу помещают углеродные волокна. Материалы этого типа более жесткие и более прочные по сравнению со стеклопластиками, но в то же время более дорогие. Углепластики используют в аэрокосмической технике, а также при изготовлении высококачественного спортивного оборудования, например велосипедов, клюшек для гольфа, теннисных ракеток, лыж и сноубордов. 

ПРОГРЕССИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 

Материалы, которые предназначены для использования в высокотехнологичных изделиях («хай-тек») иногда условно определяют термином «прогрессивные» материалы. Под высокими технологиями обычно имеются в виду устройства или изделия, работа которых основана на использовании сложных современных принципов. К числу таких изделий относится различное электронное оборудование, в частности цифровые видео-аудио камеры, CD/DVD проигрыватели, компьютеры, оптико-волоконные системы, а также космические спутники, изделия аэрокосмического назначения и ракетных технологий. 

Прогрессивные материалы, по существу, представляют собой обычно типичные обсуждавшиеся выше вещества, но с улучшенными показателями свойств, но также и новые материалы, обладающие выдающимися характеристиками. Эти материалы могут быть металлами, керамикой или полимерами, однако их стоимость обычно очень высока. К числу прогрессивных материалов также относятся полупроводники, биоматериалы и вещества, которые мы называем «материалами будущего». Это так называемые «умные» материалы и изделия нанотехнологии, которые предназначены, например, для изготовления лазеров, интегральных схем, магнитных хранителей информации, дисплеев на жидких кристаллах и оптических волокон. 

ПОЛУПРОВОДНИКИ 

Полупроводники по электрическим свойствам занимают промежуточное положение между электропроводящими материалами (металлами и металлическими сплавами) и изоляторами (керамикой и полимерами). Кроме того, электрические характеристики полупроводников крайне чувствительны к присутствию минимальных количеств посторонних атомов, концентрацию которых необходимо контролировать вплоть до уровня очень малых областей. Создание полупроводниковых материалов сделало возможным разработку интегральных систем, которые произвели революцию в электронике и компьютерной технике (даже если не упоминать изменения в нашей жизни) в течение трех последних десятилетий. 

БИОМАТЕРИАЛЫ 

Биоматериалы используют для создания имплантатов для тела человека, которые призваны заменить больные или разрушенные органы или ткани. Материалы этого типа не должны выделять токсичных веществ и должны быть совместимыми с тканями человека (т.е. не должны вызывать реакции отторжения). Все перечисленные типы веществ -- металлы, керамика, полимеры и полупроводники -- могут быть использованы в качестве биоматериалов. В качестве примера можно привести некоторые биоматериалы, которые применяют для изготовления искусственных тазобедренных суставов. 

МАТЕРИАЛЫ БУДУЩЕГО 

«Умными» (или интеллектуальными) материалами называют группу новых искусственно разрабатываемых веществ, которые оказывают существенное влияние на многие современные технологии. Определение «умные» означает, что эти материалы способны чувствовать изменения в окружающей среде и отзываться на эти изменения заранее определенным образом -- качество, присущее живым организмам. Концепция «умных» материалов также была распространена на сложные системы, построенные как из «умных», так и традиционных веществ. 

В качестве компонентов умных материалов (или систем) могут использоваться некоторые типы датчиков (распознающих входящие сигналы), а также исполнительные системы (активаторы), играющие роль отвечающих и адаптивных устройств. Последние могут использоваться для изменения формы, положения, собственных частот или механических характеристик как ответа на изменение температуры, интенсивности освещенности, напряженности электрического или магнитного полей. 

В качестве активаторов обычно используют материалы четырех типов: это сплавы с памятью к изменению формы, пьезоэлектрические виды керамики, магнитострикционные материалы и электрореологические/электромагнитные жидкости.

Сплавы «с памятью» -- это металлы, которые после деформирования возвращаются в исходную форму, если изменилась температура. 

Пьезоэлектрические виды керамики расширяются и сжимаются в ответ на изменение электрического поля (или напряжения); если же их размеры изменяются, то это приводит к возбуждению электрического сигнала. Поведение магнитострикционных материалов аналогично реакции пьезоэлектриков, но только как реакция на изменение магнитного поля. Что касается электро- и магнитореологических жидкостей, то это такие среды, которые претерпевают огромные изменения вязкости в ответ на изменение электрического или магнитного поля, соответственно. 

Материалы/устройства, используемые в качестве датчиков, могут быть оптическими волокнами, пьезоэлектриками (к их числу относятся некоторые полимеры) и микроэлектромеханическими устройствами, аббревиатура MEMS. 

В качестве примера «умных» устройств можно привести систему, используемую в вертолетах для того, чтобы снизить шум в кабине, создаваемый при вращении лопастей. Пьезоэлектрические датчики, встроенные в лопасти, отслеживают напряжения и деформации; сигнал передается от этих датчиков к исполнительному механизму, который с помощью компьютера генерирует «антишум», гасящий звук от работы винтов вертолета. 

НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 

Вплоть до самого недавнего времени общепринятая процедура работ в области химии и физики материалов состояла в том, что вначале изучались весьма крупные и сложные структуры, а затем исследования переходили на анализ более мелких фундаментальных блоков, составляющих эти структуры. Этот подход иногда назывался «сверху - вниз». Однако с развитием техники сканирующей микроскопии, которая позволила наблюдать отдельные атомы и молекулы, оказалось возможным манипулировать атомами и молекулами с тем, чтобы создавать новые структуры, и тем самым получать новые материалы, которые строятся на основе элементов атомного уровня размеров (так называемый «дизайн материалов»). Эти возможности аккуратно собирать атомы открыли перспективы создавать материалы с механическими, электрическими, магнитными и другими свойствами, которые были бы недостижимы при использовании иных методов. Мы назовем этот подход «снизу - вверх», а изучением свойств таких новых материалов занимается нанотехнология, где приставка «нано» означает, что размеры структурных элементов составляют величины порядка нанометра (т.е. 10-9 м). Как правило, речь идет о структурных элементах с размерами меньше 100 нм, что эквивалентно примерно 500 диаметрам атома. 
 
 
 
 

2. Харектеристика сплавов  

2.1 Марка: А995  Класс: Алюминий первичный

Использование в промышленности: алюминий высокой чистоты

Химический состав в % сплава А995

Fe  до 0,0015  Диаграмма химического состава сплава А995

Si  до 0,0015

Ti  до 0,001

Al  99,995

Cu  до 0,001

Zn  до 0,001 

Твердость   А995   ,     Сплав литой  HB 10 -1 = 13 - 15   МПа    

Механические свойства сплава А995 при Т=20oС

Прокат  Размер  Напр.  sв (МПа)  sT (МПа)  d5 (%)  y (%)  KCU (кДж / м2)

сплав литой        50     45       

2.2 Сплав АМц -- является единственным деформируемым сплавом так называемой бинарной системы Al -- Mn. Он обладает высокой коррозионной стойкостью, практически не отличается от коррозионной стойкости сплава АД1. Полуфабрикаты из сплава АМц хорошо свариваются газовой, атомно-водородной, аргоно-дуговой и контактной сваркой. Сплав хорошо деформируется в холодном состоянии и в горячем, температурный интервал (320-470 ° C) Термической обработкой не упрочняется, и профили из него поставляются в отожженном или горячепрессованном состоянии. 

2.3 Сплав АК12 применяется: для изготовления чушек и отливок различными способами литья (в песчаные формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, литьем под давлением); отливок деталей горно-металлургического оборудования; отливок деталей металлургического оборудования (тонкостенного ажурного литья деталей приборов, корпусов помп и других деталей с повышенной герметичностью, работающих при температурах не выше +200 °С); отливок деталей трубопроводной арматуры и приводных устройств к ней. 

2.4 Марка Медь М00к

Всего марок в марочнике: 2 478 шт.

Классификация Медь

Возможные обозначения в литературе Медь М00к; М00к

Заменители 

НТД регламентирующие качество

Цветные металлы, включая редкие, и их сплавы В51 ГОСТ 546-2001, ГОСТ 859-2001

Назначение

Медь М00к применяется: как исходное сырье для производства литых и деформированных полуфабрикатов из меди и медных сплавов.

Примечание

Медь катодная. 

2.5  Марка:  БрА10Ж3Мц2

Классификация:  Бронза безоловянная литейная

Применение:  антифрикционные детали, детали арматуры

Механические свойства при Т=20 °С материала БрА10Ж3Мц2

Сортамент  Размер  Напр.  sв  sT  d5  y  KCU  Термообр.

-  мм  -  МПа  МПа  %  %  кДж / м2  -

литье в кокиль    490   12    

литье в песчаную форму    392   10    

Твердость материала БрА10Ж3Мц2, литье в кокиль  HB 10 -1 = 120 МПа

Твердость материала БрА10Ж3Мц2, литье в песчаную форму  HB 10 -1 = 100 МПа 

Физические свойства материала БрА10Ж3Мц2

T  E 10- 5  a 106  l  r  C  R 109

Град  МПа  1/Град  Вт/(м·град)  кг/м3  Дж/(кг·град)  Ом·м

20  0.98   58.6  7500     189

100   16       

Коэффициент трения материала БрА10Ж3Мц2

Коэффициент трения со смазкой :  0.012

Литейно-технологические свойства материала БрА10Ж3Мц2

Температура плавления, °C :  1045

Линейная усадка, % :  2.4

 

Химический состав в % материала БрА10Ж3Мц2

Fe  Si  Mn  Ni  P  Al  Cu  As  Pb  Zn  Sb  Sn  Примесей

2 - 4  до 0.1  1 - 3  до 0.5  до 0.01  9 - 11  81 - 88  до 0.01  до 0.3  до 0.5  до 0.05  до 0.1  

2.6   Марка:  Л85

Классификация:  Латунь, обрабатываемая давлением

Применение:  очень хорошо деформируется в холодном состоянии, особенно волочением; не склонна к коррозионному растрескиванию; пригодна для ковки, чеканки, эмалирования

Механические свойства при Т=20 °С материала Л85

сплав мягкий    260-300   45-55    

сплав твердый    530-580   2-5    

Твердость материала Л85, сплав мягкий  HB 10 -1 = 52-62 МПа

Твердость материала Л85, сплав твердый  HB 10 -1 = 135 - 145 МПа

Физические свойства материала Л85

T  E 10- 5  a 106  l  r  C  R 109

Град  МПа  1/Град  Вт/(м·град)  кг/м3  Дж/(кг·град)  Ом·м

20  1.05   152.4  8750     47

100   18.7    398  

Литейно-технологические свойства материала Л85

Температура плавления, °C :  1025

Температура горячей обработки, °C :  700 - 850

Температура отжига, °C :  500 - 650

 

Химический состав в % материала Л85

Fe  P  Cu  Pb  Zn  Sb  Bi  Примесей

до 0.1  до 0.01  84 - 86  до 0.03  13.7 - 16  до 0.005  до 0.002  всего 0.3 

2.7  Копель МНМц 43-0,5- сплав, состоящий из следующих элементов: Ni (43-44%); Fe (2-3%); остальное Cu. Плотность сплава копель 8900 кг/м3, температура плавления сплава копель 1220-1290 °C, температурный коэффициент линейного расширения сплава копель 14·10-6 °C-1, удельное электрическое сопротивление сплава копель 0,5 мкОм·м. Сплав копель обладает высокой термоэлектродвижущей силой в паре со многими металлами. Сплав копель применяется для изготовления электродов термопар. 

Физические свойства сплава НХ9.5 при 20 °C (копель) 

Твердость, сплав мягкий

HB 10 -1 = 85 - 90   МПа 

Твердость, сплав твердый

HB 10 -1 = 185   МПа 

Температура плавления, °C:

1290 

Температура горячей обработки, °C:

1000 - 1150 

Температура отжига, °C:

800 - 850 
 
 

3. Список используемой литературы: 

1.Козлов Ю.С. Материаловедение:учебное пособие/1999 

2.Бузов Б.А.,Модестова Т.А.,Алыменкова Н.О.  Материаловедение,2004 

3.Елизаров Ю.Д. Материаловедение,2002 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

Введение 

1. Понятие материала. 

1.1Виды материалов. 

1.1.1 Металлы

1.1.2 Керамика

1.1.3 Композиты

1.1.4 Прогрессивные материалы

1.1.5 Полупроводники

1.1.6  Биоматериалы

1.1.7 Материалы будущего

1.18  Нанотехнологические материалы   

2. Харакреристика сплавов 

2.1   А995

2.2  АМц

2.3  АК12

2.4  М00к

2.5  БрА10ЖЗМц2

2.6  Л85

2.7  МНМц43-0,5 

3.Список используемой литературы.