Роль хімії в створенні нових матеріалів

| Категория реферата: Рефераты по химии
| Теги реферата: реферат на тему отношения, культурология как наука
| Добавил(а) на сайт: Kuprijan.

Як самостійний клас нових матеріалів можна розглядати особливо чисті метали. У них вдалося знизити вміст домішок до 1 • 10-6 — 1 • 10-7 %. До
1925 р. увесь титан у світі мав 0,5 — 5 % домішок, його технологічно не можна було обробляти. Тепер добуто чистий титан, який кується, витягується в дріт, а при прокатуванні утворюються листи й навіть фольга. Саме добування чистих цирконію і танталу дало можливість запровадити їх у машинобудування й атомну енергетику.

Синтетичні високомолекулярні речовини

Базова роль металів у конструкціях машин зберігається. Але все більше використовують синтетичні високомолекулярні речовини (полімери). Поряд із добре відомими їхніми властивостями: низька густина, стійкість проти агресивного середовища, добрі діелектричні і теплофізичні показники, стійкість проти стирання — за останні роки добуто полімерні матеріали з іншими важливими якостями. Деякі з них мають велику міцність на розрив — до
2000 кг/мм2 і термостійкість до 1000 °С. Головною проблемою полімерів є їх ще явно недостатня довговічність.

Неможливо нині уявити собі економіку і повсякденне життя без синтетичних каучуків, без хімічних волокон, з яких виготовляють не тільки одяг, а й вироби технічного призначення (капронові деталі, риболовецькі сітки тощо).

Все більше використовуються пластмаси. Це лінолеум для підлоги й плівкові матеріали для стін, санітарно-технічні вироби і тепло- та звукоізоляційні матеріали. А синтетичні смоли й відходи деревообробки впроваджуються у виробництво деревинно-стружкових і деревинно-волокнистих плит, які використовують для оздоблення приміщень.

Дуже поширеним матеріалом є папір — продукт переробки целюлози. Але такий папір малостійкий проти вологи, сонячного світла, коливань температури. Він швидко висихає, починає ламатись. Папір руйнують гриби та мікроорганізми, з'їдають багато видів комах.

Хіміки постійно працюють над удосконаленням паперу, підвищенням його міцності. Зокрема, в папір вводять синтетичні волокна (лавсан, нітрон, поліпропілен, вінол). Папір з акрилових волокон не боїться розведених соляної, азотної і сірчаної кислот. Його можна використовувати як електроізолятор в агресивних середовищах до температури 130 °С. Папір на основі фторопласту (тефлону) не чутливий до дії кислот і лугів. Дуже міцний і хімічно стійкий папір із нейлонових і поліефірних волокон, з нього виготовляють фільтри для агресивних рідин.

Єдиний недолік паперу із синтетичних волокон, як і інших видів нецелюлозного паперу,— висока його вартість.

Целюлозний папір, що містить 20—30 % графітового волокна, проводить електричний струм і в той же час має великий опір. Папір із чистого вуглецю відзначається високою хімічною стійкістю і малою теплопровідністю. Він є основою шаруватих пластиків для виготовлення апаратів, що працюють під високим тиском і при високих температурах, і як упаковка при транспортуванні радіоактивних ізотопів.

Кераміка

Після металів та полімерів третім за значенням матеріалом останнім часом називають кераміку. Це дуже різноманітна група матеріалів, які добувають спіканням порошків природного і штучного походження. Хоча пружність кераміки обмежена, коефіцієнт її термічного розширення змінюється в широких інтервалах. Серед керамічних матеріалів є ізолятори і надпровідники. Порівняно з металами й полімерами керамічні матеріали стійкіші проти зносу, корозії і радіації. Головним є те, що кераміка доступна й має невичерпні джерела сировини. До керамічних матеріалів відносять карбіди і нітриди силіцію, оксиди алюмінію та магнію тощо. З них виготовляють форми для литва, сопла ракет, турбін, футерують печі тощо.
Важливим технічним завданням є створення керамічних газотурбінних, дизельних двигунів і двигунів внутрішнього згоряння різного призначення.

Новими й перспективними матеріалами стають композити. Це неоднорідні
(гетерогенні) системи, що мають матрицю (метал, сплав, полімер, кераміка) і наповнювач (порошок, стружка, волокно), які перебувають у фізико-хімічній взаємодії. Композиційні матеріали міцні і жаростійкі. Так, ком-позит із 80
% сплаву залізо-нікель-кобальт-хром і 20 % нітрату силіцію використовують у теплообмінних апаратах, газових турбінах, ракетних двигунах, бо він жаростійкий (до 1100 °С).

Напівпровідники

Велике майбутнє у напівпровідників, які виготовляють з речовин високої чистоти. Матеріали для радіоелектроніки (силіцій, германій тощо) та атомної енергетики (уран, цирконій, берилій, графіт) не повинні містити домішок більше як 1 • 10-4— 1 • 10-5 %.

Величезні споруди, деталі космічних і підводних кораблів, найточніші оптичні прилади неможливо створити без скла. Звичайне, або віконне, скло має чимало вад: легко б'ється, тріскається від незначного перепаду температур. Це не може задовольнити потреби науки, техніки і навіть побуту.
Сучасна хімічна технологія створила цілу низку матеріалів зі скла з найрізноманітнішими сферами використання. Розглянемо деякі приклади.

Введення мінімальних кількостей сполук Феруму (ІІІ), Плюмбуму, Титану і
Хрому дало змогу добути скло, яке добре пропускає ультрафіолетові промені.
Тому його використовують у будівництві соляріїв, зимових садів, плавальних басейнів. А скло з підвищеним вмістом сполук металів затримує ультрафіолетові промені. Так, сполуки Феруму(II) надають склу властивості затримувати теплові й інфрачервоні промені і тому в приміщеннях з таким склом завжди прохолодно.

Скло, яке містить підвищену кількість важких металів, непрозоре для радіації, тому годиться для виготовлення оглядових віконець у «гарячих зонах» атомних реакторів.

При загартуванні скла вдалося добути дуже міцний матеріал. У нашій державі його називають сталініт. Він пружний, як стальна пружина, лист сталініту витримує удар чавунної кульки масою в 1 кг з метрової висоти, яка відскакує від його поверхні, як від кам'яної плити. Багатошарове скло, виготовлене з тонких (0,05 мм) листів скла (50 і більше листів) за допомогою спеціального клею, стійке проти ударів куль, мікрометеоритів, глибинних та космічних тисків, різних перепадів температур.

Особливої уваги заслуговують склокристалічні матеріали, добуті введенням у розплавлене скло каталізаторів, головним чином ТіО2, які викликають утворення центрів кристалізації. Такі частково закристалізовані стекла назвали ситалами. Деякі види ситалів добувають на основі металургійних або паливних шлаків (шлакоситали). Це міцні, хімічно і термічно стійкі матеріали з малим тепловим розширенням, добрі діелектрики, деякі їхні кращі зразки міцніші високовуглецевої сталі. Нині властивості таких матеріалів інтенсивно вивчають ся, вони мають великі перспективи використання в будівництві, хімічній промисловості, оптиці і навіть у авіації.

Порівняно новими матеріалами є склопластики, які добувають із скломаси і смол. Цей моноліт в 3—4 рази міцніший за звичайну сталь, в 4 рази легший за неї, не піддається корозії. З нього виготовляють вагони, корпуси кораблів і навiть ракети.

Висновок

Для здійснення кожного хіміко-технологічного процесу потрібна апаратура, виготовлена з таких матеріалів, які здатні опиратися різним агресивним впливам, у тім числі хімічним, механічним, термічним, електричним, часом і радіаційним та біологічним.

Хімія робить суттєвий внесок у створення різноманітних матеріалів: металічних і неметалічних. Серед металічних матеріалів найчастіше використовуються сплави на основі заліза — чавун і сталь, на основі міді — латунь і бронза, на основі алюмінію, магнію, нікелю, ніобію, титану,танталу, цирконію та інших металів. З металічних сплавів виготовляються теплообмінники, ємкості, мішалки, трубопроводи, контактні апарати, колони та інші апарати.

Для поліпшення якості металічних матеріалів використовують порошкову металургію. Вона включає процеси виробництва металічних порошків і спікання з них виробів. Сучасна порошкова металургія займається, по-перше, створенням матеріалів і виробів з такими характеристиками (склад, структура, властивості), яких досі неможливо досягти відомими методами плавки; по-друге, виготовленням традиційних матеріалів і виробів, але за вигідніших техніко-економічних показників виробництва.

У розробці теоретичних основ найважливіших процесів порошкової металургії провідне місце посідає Інститут проблем матеріалознавства НАН
України. Перший в Україні (і в колишньому СРСР) завод порошкової металургії став до ладу в м. Бровари (поблизу Києва) у 1965 р.