Авиа

Записи с меткой «состав»

Состоит в следующем. Под воздействием нарастающей внешней сиЛы Р величина потенциального барьера деформации уменьшается. Однако энергии тепловых колебаний звеньев недостаточно для преодоления этого барьера, поэтому в ходе нагружения допустимые упругие деформации постепенно исчерпываются. Внешняя сила превышает силы межмолекулярного взаимодействия, и полимер разрушается хрупко как низкомолекулярное вещество.

В области между /Хр и /с запас тепловой энергии звеньев молекул уже превышает снижающийся под воздействием силы энергетический барьер поворота звеньев. В нагруженном материале реализуется гибкость молекул, которые разворачиваются в направлении действия силы, переходят от свернутых к вытянутым конформациям. При этом на ‘образце появляется шейка, куда постепенно вовлекается весь нагруженный объем материала, а на диаграмме растяжения (рис. 80, кривая б) — горизонтальный участок. В результате полной ориентации молекул полимер упрочняется и разрушается из-за разрыва химических связей при более высоких нагрузках. Деформации полимера перед разрывом составляют десятки и сотни процентов. После снятия нагрузки описанные деформации необратимы и фиксируют неравновесные вытянутые конфор-мации молекул. Эти деформации названы вынужденно-эластическими, а явление вытяжки — вынужденной эластичностью. Однако если нагреть деформированный материал выше tc, то молекулы под действием теплового движения звеньев вернутся к свернутой форме, и образец восстановит свои прежние размеры.

В высокоэластической области между tc и U под воздействием внешней силы молекулы чрезвычайно легко вытягиваются и поэтому полимер деформируется на сотни процентов (рис. 80, кривая в). При снятии нагрузки молекулы вследствие теплового движения возвращаются к свернутому и термодинамически более устойчивому состоянию, и образец полимера также восстанавливает свои прежние размеры. Высокоэластические деформации могут достигать 1000%. В идеальном случае они полностью обратимы, но развиваются и релаксируют (восстанавливаются) замедленно, отстают по фазе от напряжения.

На сопротивление ползучести, керамик отрицательное влияние оказывает их пористость: так, у А1203 при 10%-ной пористости сопротивление ползучести снижается в 10 раз.

Термостойкость характеризует способность огнеупо-ра выдерживать без разрушения неоднократные и быстрые изменения температуры. Приблизительно оценить выдерживаемый материалом перепад температуры ДГ можно по формуле,.приведенной на с. 292. Экспериментально термостойкость керамики оценивается методом теплосмен, заключающимся в быстром нагревании изделия до 850 или 1300° С и последующем охлаждении его в_ проточной воде. Показателем термостойкости считают число теплосмен (циклов), которое образец выдерживает до потери им 20% исходной массы. Иногда в качестве критерия термостойкости используют потерю материалом механической прочности (в процентах от исходной)  после воздействия определенного числа теп-

лосмен в заданных условиях температуры, скорости ее изменения и окружающей среды.

Из окисных керамик наивысшую термостойкость имеют спеченные А1203 и ВеО как обладающие хорошей теплопроводностью. Пористость огнеупора оказывает отрицательное, а укрупнение его* зернового состава (крупная кристаллизация) — положительное влияние на термостойкость материала. В табл. 29 приведены важнейшие свойства окиснмх керамик.

Все сплавы металлических систем, образованных сверхпроводящими компонентами, независимо от фазового состояния и кристаллической   структуры обладают

сверхпроводимостью. Из всего многообразия изменения критической температуры при образовании сплавов наиболее характерными являются три типа концентрационной зависимости:

1)  при добавлении элемента с более низким значением ГКр имеет место линейное или близкое к линейному падение Гкр сплава (рис. 25);

2)   Гкр в сплавах достигает минимума в средней области концентраций (рис. 26);

3) ГКр в сплавах превышает значения Г,ф компонентов (рис. 27).

Обычно третий вид концентрационной зависимости критической температуры соответствует случаю полиморфизма у одного или обоих компонентов. Все три типа относятся к системам, в которых компоненты образуют при высоких температурах непрерывные твердые растворы; при наличии полиморфных превращений у компонентов с понижением температуры наблюдается распад твердых растворов. В сплавах, представляющих смесь сверхпроводящих фаз, критическая температура изменяется линейно с изменением состава.

Критическая температура для сверхпроводников — твердых растворов зависит от атомного диаметра растворенного элемента. Если растворенный элемент имеет больший атомный диаметр, чем растворитель, то критическая температура увеличивается с повышением концентрации растворенного элемента, и наоборот, если растворенный элемент имеет меньший атомный диаметр, чем растворитель, то критическая температура уменьшается с повышением концентрации растворенного элемента.

Положение максимумов Гкр на кривой зависимости Ткр—N соответствует примерно значениям 4,7 и 6,5 эл/ат (рис. 28). Эта зависимость   позволяет   объяснить кондеформации  на характеристики   сверхпроводников

Последние данные науки позволяют полагать, что не только твердые органические материалы — смолы, каучуки, но и твердые неорганические вещества неметаллической природы — стекла и керамики, асбест, графит — имеют полимерное строение. Поэтому при дальнейшем изложении в отношении всех твердых неметаллических материалов будем применять также равноценный термин «’полимерные материалы».

Органические полимеры углеводородного состава (часто содержащие также атомы кислорода, азота, хлора, фтора и серы) изучены значительно лучше, чем неорганические (состоящие из окислов кремния, алюминия и других элементов, а также иногда из карбидов, нитридов, боридов, силицидов или сульфидов металлов или неметаллов)1. Поэтому при дальнейшем рассмотрении строения и свойств «высокомолекулярных» полимерных соединений мы приводим примеры преимущественно из области органических полимеров. Полимеры, состоящие из одинаковых звеньев, называют гомопо-лимерами или просто полимерами, а состоящие из разных (чаще всего из, двух) исходных мономеров — совместными полимерами или сополимерами. В сополимере рационально сочетаются свойства разных исходных   мономеров.

Обычно молекулярная цепь сополимера состоит из чередующихся звеньев или самых небольших цепочек исходных мономеров А и Б:

Клеями можно соединять разнородные металлы без опасности возникновения коррозии. Соединение металл— пластик используют при тепловой защите топливных баков, облицовке их стенок, для обеспечения герметичности соединения и др.

Пригодны для работы при низких температурах вулканизующиеся при комнатной температуре силоксано-вые каучуковые, эпоксиполиамидные, эпоксифенольные, полиуретановые и некоторые другие клеи.

В настоящее время из новых синтетических клеев широкое применение получили клеи «циакрин», которые в отличие от большинства органических клеев при хранении и эксплуатации проявляют стойкость к процессу старения. У таких клеев, как ЭО № 87, ЭО № 170 на основе мономерных цианакрилатов, прочность клеевого соединения при хранении в большинстве случаев возрастает благодаря тому, что в них уменьшается концентрация растворенных газов S02 или С02.

Основные свойства наиболее распространенных синтетических клеев приведены в табл. 33.

Перспективны высокотеплостойкие неорганические клеи. Они представляют собой клеевые составы, у которых растворителями служат неорганические жидкости (вода, водные растворы кислот, щелочей, солей или неводные среды), а растворяемое, вещество — минеральный неметаллический или металлический порошок, ^аходят

применение следующие виды неорганических клеев: фосфатные, керамические, металлические и др.

Оказывает наличие (полярные вещества) или отсутствие (неполярные) в их составе диполей — разобщенных центров распределения положительных и отрицательных зарядов.

Органические полимеры чисто углеводородного состава и углеводороды, имеющие в боковых цепях атомы других элементов, расположенные симметрично относительно главной цепи, имеют практически совпадающие центры распределения положительного и отрицательного зарядов. В таких случаях электрические заряды взаимно • нейтрализуются и полимер оказывается электрически нейтральным неполярным (недшгольным).

Полимеры и олигомеры, углеводородного состава, имеющие в боковых цепях несимметрично расположенные атомы-заместители — хлор, фтор, кислород, азот или серу или несимметрично расположенные химические группировки атомов, содержащие эти электроотрицательные элементы (ОН, СООН, CN, NH и др.), имеют несовпадаю-’щие центры распределения зарядов (полюсы) и являются полярными (дипольными).

Неорганические полимерные материалы, состоящие из положительно и отрицательно заряженных ионов, являются сильно полярными.

Применяют также для лопаток газовых турбин, сопловых вкладышей двигателей, в качестве твердой смазки подшипников специальной аппаратуры, для защитных покрытий по тугоплавким металлам, для сварки графита при 2150° С и других целей.1

Сульфиды1 как огнеупорные материалы-не нашли технического применения .вследствие физической и химической нестабильности. Лишь дисульфид молибдена MoS2 благодаря высоким антифрикционным свойствам применяют в качестве сухой вакуумстойкой смазки.

Интервал рабочих температур M0S2 на воздухе составляет — 150-f-+425° С, в вакууме < 1100° С и в среде, инертных газов <с1540оС. В тех случаях, когда обычные

жидкие смазки и даже графит неприменимы (повышенные температуры, вакуум), трущиеся поверхности натирают порошком сухого M0S2 или используют содержащие его пасты и пленки; дисульфид молибдена добавляют в циркуляционные смазки, пластмассы, но чаще всего в металлокерамические антифрикционные покрытия. При плотности 5160 кг/м3 и температуре плавления 1685° С M0S2 немагнитен, электропроводен и стоек к ядерной радиации; он также водостоек, Стоек к инертным маслам, кислотам и металлическим поверхностям. Он растворяется лишь в крепких НО, HN03 и царской

водке.

Процесс окисления MoS2 начинается при температуре выше 400° С, при 400—427° С на его поверхности образуется тонкая пленка окисла, далее окисление ускоряется и при 592° С завершается полным переходом в МоОз. Трехокись молибдена не обладает смазочными свойствами и является абразивом.

Происходит под влиянием внешней среды. Таким образом, коррозией материалов принято называть разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой.

Многие детали авиационной и космической техники подвергаются коррозии в -атмосфере воздуха (влажный воздух, туман, осадки). Происходит так называемая атмосферная коррозия. При контакте с жидкостями, применяемыми для работы конструкции или находящимися . в окружающей среде (например, морская вода), может протекать жидкостная коррозия. При^высоких температурах в газах происходит газовая коррозия. Любой вид коррозии опасен не только из-за повреждения поверхностных слоев изделия, но и тем, что происходит уменьшение рабочего сечения детали, т. е. несущая способность уменьшается. Кроме того, необходимо учитывать появление продуктов коррозии, которые могут оказывать влияние на работу изделия.

Химическая коррозия протекает вследствие взаимодействия металла с коррозионной средой, при котором окисление, металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают в одном акте. Продуктом этого взаимодействия является окисная пленка, которая может оказывать предохраняющее воздействие и защищать металл от дальнейшего разрушения. Защитные свойства пленок зависят от их состава, строения, сцепляемости с подложкой и их свойств (например, летучести). Теория химической коррозии хорошо объясняет явления, связанные с газовой коррозией.

Кадмиевую бронзу используют для проводов, коллекторных пласцш, скользящих контактов. Бронзы имеют широкое применение в приборостроении. В табл. 1 приведены некоторые марки и свойства меди и медных сплавов.

Алюминий Al занимает третье место среди проводниковых материалов по величине удельного сопротивления, имеет малую плотность (примерно в 3,3 раза меньше, чем у меди), небольшую прочность (ав=100 МПа) и хорошую пластичность (6=35%). Он легко окисляется на воздухе, причем на поверхности образуется газонепроницаемая пленка А1г03 толщиной ~0,05 мкм, предохраняющая внутренние слои металла от дальнейшего окисления.

Промышленность выпускает электролитический сверхчистый алюминий А999 (99,999% А1) и А995 (99,995% А1). Эти марки алюминия обладают высокой пластичностью и стойкостью против коррозии. Их применяют для анодной фольги электролитических конденсаторов и для защитных кабельных оболочек. Другие марки этой группы-г А99 (99,99% Al), A95 (99,95% А1).

Алюминий технической чистоты маркируется как А85

(99,85% А1), А7 (99,7% А1) и применяется для кабельных и токопроводящих изделий, фольги, плакировки сплавов. Алюминий марок АО (99,0% А1) и АЕ (99,5% А1) используют для получения алюминиевых сплавов, кабелей, токопроводящих изделий, шин, рамок и стрелок электроизмерительных приборов. Проводимость алюминия сильно падает при наличии таких примесей, как марганец, железо, медь, вследствие увеличения искажений кристаллической решетки, поэтому проволока из алюминия технической чистоты после отжига при /=(350±20)°С должна иметь гарантированную заводом-изготовителем величину удельного электросопротивления; обычно она составляет не более 0,028-Ю-6 ОмХ Хм.

Перспективны разработки «самоармированных» композиционных материалов, полученных направленной кристаллизацией двойных эвтектических сплавов и направленной ориентацией макромолекул некоторых полимеров. В процессах соответственно литья и синтеза в композитах за один процесс образуются две твердые фазы — матричная и одноосно направленная, равномерно распределенная в ней волокнистая армирующая фаза. Самоармированные композиты обладают высокими показателями свойств, близкими к показателям описанных выше композитов, полученных «сборкой» матрицы с усилителем, но их составы и технологию получения еще продолжают улучшать.

До настоящего времени по массовым характеристикам, коррозионной стойкости, недостаточной совместимости с некоторыми армирующими волокнами и высокой стоимости композиционные материалы на металлических матрицах уступают композитам на полимерах; лишь алюминиевый сплав, армированный- борным волокном, является сравнительно наиболее отработанным и испытывается в авиационных конструкциях (табл. 45).

Проведенное опробование ряда композиционных материалов на деталях летательных аппаратов и двигателей показало, что замена металлических деталей деталями из композитов позволяет в. среднем снизить массу этих деталей на 50% и упрощает технологию их изготовления, повышая надежность эксплуатации благодаря различным свойствам

Для полярных, пористых, волокнистых полимеров характерна определенная гигроскопичность, т. е. влагопоглощение из воздуха. Так, влагопоглощение за 24 ч при нормальной температуре [(20±3)°С] н относительной влажности воздуха [(65±5)%] составляет по о.тно-

шению к сухой’массе, %: для текстильных волокон 0—4 (синтетические), 6,5—13,5 (искусственные), 1—18 (природные), для бумаги 6—8, фибры 10—12, древесины 12.

Водопоглощение материалами выше влагопоглощения, так как происходит заполнение водой имеющихся в них пор. Так, водопоглощение полярных полимеров за 24 ч пребывания в дистиллированной воде составляет от 0,11 до 1—3%, у резины 0,9—6,5%. у пластмасс с органическими наполнителями 0,1—18% (типично 0,5%), с неорганическими наполнителями 0,03—2,0%.

Газопроницаемость — способность полимерной мембраны пропускать газы при наличии перепада давления или температуры между ее поверхностями. Это свойство зависит от химического состава и структуры мембраны, природы газа и температуры. Наличие полярных групп, высокая симметрия и линейная неразветвленная форма молекул, отсутствие двойных связей в основной цепи способствуют уменьшению газопроницаемости. Возрастает она с увеличением гибкости макромолекул и уменьшением межмолекулярного взаимодейст-’ вия. Поэтому наиболее высокая газопроницаемость свойственна неполярным каучукоподобным полимерам, пониженная — органическим стеклам, кристаллическим и структурированным полимерам.

При деформировании полимеров. В случае приложения деформирующего усилия к полимерному телу равновесное состояние его молекул нарушается, и те конформации макромолекул, которые были равновесными, оказываются неравновесными. Таким образом, результатом действия нагрузки является переход от более свернутых конформации макромолекул к менее свернутым. Происходит распрямление макромолекул или их отрезков, заключенных между узлами сетки в пространственных полимерах. При снятии нагрузки наблюдается процесс восстановления термодинамически выгодной свернутости молекул, т. е. повышения энтропии системы.

Явление перехода от неравновесных состояний к развновесным в результате теплового движения кинетических единиц называется релаксацией.

При статическом нагружении наибольшее практическое значение имеют случаи релаксации напряжения при неизменном относительном удлинении б = const и ползучесть при постоянной нагрузке 0=const.

Рассмотрим следующий пример. Подвергнем деформации образец полимера, способного к изменениям конформаций, до определенной длины, и закрепим его в этом положении. С течением времени начальное напряжение а0, действующее на образец, будет уменьшаться при неизменности первоначальной деформации б = const (рис. 82). Это явление обусловлено тем, что за время нагружения

молекулы полимера не успели в полной мере изменить свои кон-формации и тем более переместиться относительно друг друга. Основная доля нагрузки приходится на энергетический фактор, т. е. на упругие деформации. Так как модуль упругости есть отношение Ао"/Аб, то чем больше скорость деформации, тем выше модуль упругости. Образец становится как бы более жестким при увеличении скорости деформации. В деформированном образце под действием теплового движения происходит релаксационное изменение конформаций молекул и переход к равновесному состоянию. Деформация связей (энергетическая составляющая) постепенно заменяется новым расположением кинетических единиц (эн~ропийный фактор). При нагружении линейных полимеров одновременно идет процесс необратимого отоносительного перемещения центров тяжести макромолекул (течение), и через более или менее длительный промежуток времени    напряжение падает до нуля   (рис. 82, кривая  /).

При наличии когерентности решеток новой и матричной фаз изменение свободной энергии системы определяется слагаемыми &FV и AFE, a AFS можно пренебречь, так как ее величина мала.   Так, поверхностная энергия двойниковой границы, которая, является примером полностью когерентной  поверхности    раздела,    составляет обычно сотые доли поверхностной энергии «средней» высокоугловой  границы.  Например, удельная поверхностная энергия когерентной двойниковой    границы между мартенситом и аустенитом в стали равна 240 Дж/м2, а энергия  поверхности  раздела   (некогерентная  граница) между ферритом и цементитом составляет 13 500 Дж/м2. При отсутствии когерентности решеток старой и новой фаз AFE стремится к нулю вследствие    релаксации упругих напряжений на межфазных границах, и изменение свободной энергии системы определяется в выражении (10.1) слагаемыми AFV и AFg.

В то же время рост кристаллов мартенсита практически прекращается с нарушением когерентности. По мере роста мар-тенситного кристалла на его границе увеличивается упругая энергия деформации, пока не будет достигнут предел текучести, что приведет к замене когерентной границы на полукогерентную, а затем и полностью некогерентную. Когерентный рост кристаллов мартенсита нарушается и на границах исходных зерен матричной фазы, так как этим границам свойственно неупорядоченное расположение атомов. Для роста кристалла в условиях неупорядоченности требуются значительно большие смещения атомов по сравнению с его ростом при-наличии двойниковой границы между фазами. При низких температурах фазового превращения большие смещения атомов невозможны.

Как отмечено выше* металлы обнаруживают увеличение проводимости при понижении температуры вследствие снижения концентрации дефектов кристаллической решетки. Кратко рассмотрим особенности поведения проводников в условиях глубокого охлаждения.

Глубокое охлаждение (до криогенных температур) радиоэлектронных устройств способствует улучшению их технических и экономических параметров, а также позволяет создавать принципиально новые приборы, например мазер, успешно используемый в спутниковых системах связи, охлаждаемые усилители в СВЧ-акусти-ке и т. д. Это привело к созданию новой отрасли техники, называемой криогенной электроникой или криоэлек-троникой.

Однако проводники в охлаждаемых системах обнаруживают другое явление, известное как аномальный поверхностный эффект. Можно считать, что на частотах, используемых в радиосвязи и радиолокации, токи в кабелях и волноводах полностью концентрируются в тонком   поверхностном    слое    проводника   (скин-эффект).

Толщина скин-слоя зависит от свойств материала, а для каждого конкретного материала — от частоты

Так, для меди глубина поверхностного слоя при частоте 50 Гц превышает 5 мм, тогда как на частоте 1 ГГц она составляет около 10-3 мм.

Тогда поверхностные потери перестают зависеть от проводимости и становятся пропорциональными

Аномальный поверхностный эффект особенно важно учитывать в области СВЧ, где путем охлаждения коаксиальных кабелей, волноводов и полых резонаторов можно значительно улучшить характеристики аппаратуры.

Полупроводником называется вещество, которое по удельной электрической проводимости является промежуточным между проводником и диэлектриком и отличается от проводника сильной зависимостью удельной электрической проводимости от температуры, концентрации примесей и структурных дефектов.

В настоящее время известно большое число веществ, которые по своим свойствам относятся к полупроводникам.

Удельная электрическая проводимость большинства полупроводников составляет 104—10-10 Ом-1-см-1 и очень сильно зависит от различных внешних воздействий (свет, электрическое и магнитное поле, ионизирующее излучение и др.). Этот фундаментальный факт позволяет управлять концентрацией электронов в зоне проводимости, что и является технической основой применения полупроводников.

В зонной структуре энергетического спектра валентных электронов у полупроводников имеются разрывы («запрещенные зоны»).

Важная особенность полупроводников, принципиально отличающая их от металлов,— положительный температурный коэффициент электрической проводимости. При абсолютном нуле полупроводник превращается в изолятор.

Полупроводники бывают в жидком, аморфном (стеклообразном) и кристаллическом состояниях. Поэтому отнести вещество к классу полупроводников можно только после всестороннего изучения его физико-химических свойств.

Дефектом решетки называется нарушение периодичности решетки кристалла. Любая примесь в полупроводнике создает так называемый примесный дефект. Стехиометрические дефекты встречаются в сложных полупроводниках и обусловлены избытком (или недостатком) атомов по сравнению со стехиомётрическим составом.

Следует отличать акцепторы и доноры от акцепторных и донорных примесей. Под акцептором понимают дефект решетки, в котором в невозбужденном’ состоянии существует незанятый локальный уровень и который при возбуждении способен захватить электрон из валентной зоны. Соответственно акцепторной называют такую примесь, атомы которой являются акцепторами. В свою очередь донором считают такой дефект решетки, в котором

в невозбужденном состоянии локальный уровень занят и который при возбуждении способен отдать электрон в зону проводимости. В соответствии с этим донорной называется такая примесь, атомы’ которой являются донорами. ~  .

Акцепторными примесями обычно являются: 1) внедренные в междоузлия атомы металлоидов; 2) примесные атомы, замещающие атомы полупроводника, валентность которых на единицу больше валентности примесного атома, если полупроводники с ковалентным типом связи.

Донорными примесями часто оказываются: 1) атомы металлов, внедренные в междоузлия; 2) примесные атомы, замещающие атомы полупроводника, валентность которых на единицу меньше валентности примесного атома в случае полупроводников с ковалентным типом связи. Примеси внедрения обычно дают мелкие локальные уровни, а примеси замещения — глубокие.

Необходимо отметить, что некоторые примеси в полупроводниках могут одновременно являться и донорами, и акцепторами.

1.  Каучук (натуральный или синтетический).

2.  Вулканизирующие вещества, которые участвуют в образовании пространственно-сетчатой структуры вул-канизата.

В качестве вулканизирующих агентов обычно применяют серу (максимальное количество серы, насыщающее все двойные связи, составляет ~30%). Для некоторых каучуков используют перекиси и нитросоединения. Для резин электроизоляционного назначения вместо элементарной серы применяют органические сернистые соединения (тиурам). Процесс вулканизации наиболее эффективно проходит при нагревании и в присутствии ускорителей (например, полисульфиды, окислы свинца, магния) и активаторов (например, окись цинка). Перспективен также новый метод изотопной вулканизации.

3.  Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины, Противостарители химического действия (альдоль, неозон) энергично реагируют с продиффундировавшим в резину кислородом и с образовавшимися перекисями каучука, задерживая его окисление. Противостарители физического действия (парафин, воск) образуют поверхностные пленки, затрудняю-’ щие диффузию кислорода.

4.  Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиновой смеси, увеличивают эластичность вул-канизата и его морозостойкость. В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, минеральные и растительные масла, дибутилфталат и др. в количестве 8—30% от массы каучука.

5.  Наполнители по воздействию на каучук подразделяются на активные (усиливающие) и инертные. Активные наполнители (углеродистая сажа и «белая сажа» — окись кремния и окись цинка)  повышают проч-

ность резины и ее сопротивление истиранию. Упрочнение вулканизата связано с возникновением сил связи (адсорбции и адгезии) между каучуком и наполнителем, а также с образованием цепочно-сетчатой структуры наполнителя. Инертные наполнители (мел, тальк, барит) вводят для удешевления резины. Вводимый в состав резиновой смеси регенерат (девулканизованная старая резина) служит мягчителем, снижает склонность резины к старению и удешевляет ее.

6. Красители минеральные или Органические могут выполнять не только декоративные функции; некоторые из них поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим задерживают световое старение резины.

Резины подразделяют на вулканизаты общего назначения и специальные.

Ситаллы (стеклокерамика) —поликристаллическое твердое тело, получаемое термообработкой неорганических аморфных стекол. Выращивание кристаллических зерен происходит на специально введенных в состав стекломассы зародышах кристаллизации (нуклеаторах).

В отличие от технической керамики, кристаллическая структура которой присуща исходному сырью, в ситал–

лах кристаллическая фаза образуется целиком из гомогенной аморфной стеклофазы в пррцессе обжига (ситал-лизации).

Наиболее распространены следующие составы ситал-лов: литиевоалюмосиликатные Li20—А120з—Si20, маг-нийалюмосиликатные MgO—А1203—Si02, литиевоцинко-сйликатные Li20—ZnO—Si02, литиевомагнийсиликатные Li20—MgO—Si02.

Широкое применение литиевых стекол для получения ситаллов объясняется тем, что у них большая способность к кристаллизации, чем у калиевонатриевых стекол (благодаря более высокому значению напряженности их ионного поля, которая равна отношению валентности к квадрату ионного радиуса).

По типу основных кристаллических фаз ситаллы бывают: с низким температурным коэффициентом линейного расширения — сподуменовые Li02-Al203-4Si02, кор-диеритовые 2MgO-2Al203-5Si02 и с высоким — дисили-катилитиевые Li20-2Si02 и др.

Для равномерной регулируемой кристаллизации стекла в его состав входят катализаторы, которые образуют центры кристаллизации (или приводят к образованию центров) в виде коллоидных частичек (размером 5— 50 нм), равномерно распределенных по всему объему стекла. Эти катализаторы должны легко растворяться в стекломассе при варке стекла и иметь большую скорость диффузии при низкой температуре. Структуры кристаллической решетки центров кристаллизации и выделяющейся кристаллической фазы стекла должны быть подобны, параметры решетки —близки.

Для получения эластичных материалов вводят пластификаторы. Наиболее широкое применение получили пенопласты. Образование пенистой структуры достигается введением специальных газообразователей (поро-форов), разлагающихся при нагревании; вспениванием жидкой смолы (эмульсии) путем продувки газом  (азотом);. самовспениванием жидких компонентов, когда при их взаимодействии образуется твердая масса и одновременно выделяются газы, вызывающие ее вспенивание; вспениванием под действием на полимер проникающей радиации.

Плотность пенопластов колеблется от 20 до 2UU кг/м . Замкнуто-ячеистая структура обеспечивает им_ хорошую плавучесть и высокие теплоизоляционные свойства. Коэффициент теплопроводности низкий —от 0,003 до 0,007 Вт/ /(м-К). Механическая прочность пенопластов невысока и зависит от пл’отности материала (рис. 121).

Наиболее распространены термопластичные пенопласты, пенополистирол и пенополивинилхлорид, которые можно использовать при температурах ±60° С. Пенополистирол радиопрозрачен. Термостабильные на основе фенолофо’рмальдегидной смолы и фенолокаучуковые пенопласты работают до температуры 120—160° С. Введением в их состав алюминиевой пудры (ФК-20-А-20) удается повысить рабочую температуру пенопласта до 200—250° С. Пенопласт на кремнийорганическом связующем кратковременно выдерживает температуру 300° G. Представителями самовспенивающихся материалов являются пенополиуретан с рабочей температурой 100— 200° С и пенополиэпоксиды, отличающиеся химической стойкостью, высокими электроизоляционными свойства-

ми, низким водопоглощением. Зависимость предела прочности при сжатии некоторых пенопластов от температуры приведена на рис. 122.

Значение множителей перед точкой не зависит от свойств материала. Значение множителей после точки, характеризующее способность материала к рассеиванию энергии в данных условиях, называется коэффициентом диэлектрических потерь е tg б, а угол б — углом диэлектрических потерь. При сравнении однотипных материалов (с близкими значениями диэлектрической проницаемости) потери оценивают по tg б. Чем больше б, тем больше при прочих равных условиях потери. Иногда для оценки диэлектрических потерь вводят понятие добротности электроизоляционного материала:

Материалы с малым е tg б особенно важны в высокочастотной технике и при высоких напряжениях. Хорошие электроизоляционные материалы имеют е tg б» Ю-3, a tg б» 10-4 и часто называются высокочастотными; материалы с большими значениями коэффициента потерь являются низкочастотными.

Как было отмечено, диэлектрические потери обусловлены различными физическими процессами, ведущими к рассеянию энергии. Потери сквозной проводимости обусловлены сквозным током. Они составляют основную долю потерь в неполярных газообразных, жидких и твердых" диэлектриках. Обычно эти потери невелики (tg6«10-e—Ю-3). Мощность потерь сквозной проводимости не зависит от частоты, ‘но сильно зависит от темпертуры. При высоких температурах эти потери обычно преобладают над другими  видами потерь.

Потери растут также с увеличением влажности, особенно сильно — у гигроскопических пористых материалов.

У твердых или жидких тел без газовых включений tg6 практически не зависит от напряженности поля вплоть до полей, вызывающих пробой изоляции.

Электрическая прочность

Внешняя напряженность однородного электрического поля (градиент напряжения), приводящего к образованию в диэлектрике канала с высокой электропроводностью (явление пробоя диэлектрика), называется электрической прочностью ?пр.

В однородном поле электрическая прочность ?пр, В/м, определяется величиной пробивного напряжения Unp, отнесенного к толщине диэлектрика в месте пробоя h:

В неоднородном поле под электрической, прочностью понимают среднюю внешнюю  напряженность электрического поля при пробое

диэлектрика.

Для надежности изоляции рабочее напряжение не должно превышать пробивного:Отношение называют коэффициентом запаса электрической прочности. Обычно он составляет 1,5—4, а иногда и выше.

В твердых диэлектриках после пробоя нередко остается прожженное отверстие, а вокруг него — область частичного разложения или оплавления материала. При повторном приложении напряжения пробой происходит в этой области при сравнительно малом напряжении. Следовательно, пробой изоляции электрической машины или аппарата чаще всего означает аварийное состояние данного устройства.

Коррозионностойкие магнитномягкие сплавы используют в качестве магнитопроводов различных систем управления, якорей и электромагнитов магнитопроводов, пневматических, электропневматических, электромагнитных и гидравлических клапанов и различных запирающих устройств, деталей электрических машин и других-магнитных деталей авиационного приборостроения, работающих без защитных покрытий в условиях высокой влажности и температуры, в морской воде и некоторых кислых средах.

Наиболее широкое применение для этих целей получили никелькобальтовый сплав 36КНМ (0,03%- С; 36% Со; 22% Ni; 3% Mo; ост. Fe) и сталь ферритного класса 16Х (0,015% С; 16% Сг; ост. Fe). Оба сплава имеют структуру однофазных твердых растворов: сплав 36КНМ — у-твердый раствор с г. ц. к. решеткой и сплав 16Х — а-твердый раствор с о. ц. к. решеткой.

Сплав 36КНМ коррозионностоек в морской воде (скорость коррозии составляет мм/год) и применяется главным образом для деталей, работающих в морском тумане.

Сплав 16Х обладает высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, в том числе в среде повышенной влажности (до 98%), в тропических условиях, при воздействии инея и росы, в морском тумане, бидистилляте воды при температурах до 200° С и давлении до 19,62 МПа, жидкой и газообразной фазе продукта «меланж», растворе едкого кали при температуре до 110 °С и в присутствии кислорода. Скорость коррозии сплава 16Х в названных средах мала— 0,001 — 0,003 мм/год, что позволяет применять его для изготовления деталей, работающих при высокой влажности, в бидистилляте воды и аммиака при обычных и повышенных температурах и давлении, а также кислотных, окислительных и других агрессивных средах.

Для работы в этих средах сплав 16Х используют вместо нержавеющих сталей марок 0X13, 1X13, 17Х и низкоуглеродистых        электротехнических

сталей марок «Э».

Имеет отличительную особенность, связанную с тем, что бериллий в алюминии практически нерастворим, а в бериллии растворяется 4—5% А1. Поэтому в качестве основной фазы используется не твердый раствор, как это имеет место у большинства деформируемых сплавов, а механическая смесь фаз, сильно отличающихся по свойствам.

Сплавы Be—Al относятся к заэвтектическим и состоят из механической смеси двух фаз с резко выраженной разнородностью: твердой и прочной бериллиевой фазы, представляющей собой твёрдый раствор алюминия в бериллии, и пластичной с низкой прочностью алюминиевой фазы, которая обеспечивает пластичность сплавов (эвтектика практически состоит из чистого алюминия). Для нужд новой техники используют двойные сплавы с высоким содержанием бериллия, например сплав 76%Ве+24%А1, у которого 5 = 260 ГПа, а0,2 = 510 МПа, сгв = 620МПа и 6 = S%.

У подобных сплавов модуль   нормальной   упругости близок к Е чистого бериллия, но   пластичность   лучше. Пластичная алюминиевая фаза снижает концентрацию, напряжений у частиц бериллиевой фазы и препятствует образованию и развитию трещин. Из представленных зависимостей следует, что модуль нормальной упругости, являясь аддитивным свойством, определяемым как средняя арифметическая величина модулей упругости компонентов, входящих в состав сплава, резко возрастает с увеличением содержания бериллия.

Стеганые между двумя полотнищами ткани, изготовленной обычно из того же волокна, что и рыхлый внутренний слой ваты, теплоизоляционные материалы могут иметь и наивысшую теплостойкость, присущую образующим их волокнам. Однако стеганые материалы вследствие слеживания (уплотнения) ваты быстро теряют рыхлость, и их объемная масса оказывается недостаточно низкой. Рыхлопроклеенные материалы изготовляют путем обрызгивания рыхлой ваты раствором термореактивной (фенольной или кремнеор-ганической) смолы. При последующей термообработке смола переходит в те^мостабильное необратимое твердое состояние. Отверж-денные капельки смолы (в количестве ~10% от массы материала) необратимо склеивают волокна в местах их пересечения, фиксируют рыхлую структуру (объемную массу в 10—20 кг/м3) материала и, препятствуя взаимному скольжению волокон, предотвращают уплотнение готового мата. Однако наличие в составе материала компонента органической природы — склеивающей смолы — ограничивает его рабочую температуру.

Ниже приведены типичные свойства текстильных теплозвукоизо-ляционных материалов:

Пряжа, нити и крученые изделия. Аппаратную (угарную) пряжу, толстую и пушистую (83,5— 250 мг/м), применяют преимущественно для изготовления тканей с начесом: байки, бумазеи, хлопчатобумажного сукна. Эти ткани используют для изготовления светонепроницаемых черных -штор, подкладки под чехлы для остекления самолетов, для спецодежды и др.

Развитие современной авиационной   техники   связано с созданием высокоогнеупорных   конструкционных   материалов, позволяющих эксплуатировать конструкции при высоких температурах и резких ее перепадах. К числу подобных, наиболее перспективных материалов относится графит. В некоторых отраслях техники применяют природный графит — самородный углеродный материал. Однако в качестве конструкционного материала природный графит не используют вследствие его пониженной твердости и слабого сцепления частиц со связующими веществами, используемыми в серийном производстве графитовых изделий. Благодаря высокой электропроводности, стойкости к окислению при высоких температурах и.хорошим антифрикционным свойствам природный графит вводят в качестве добавки в состав исходных материалов, используемых в производстве углеграфито-вых электродов’ и антифрикционных материалов.

В .качестве конструкционного высокотемпературного материала применяют два типа искусственного графита: технический и пиролитический (пирографит). Технический графит получают на основе нефтяного и пекового кокса, сажи и других твердых углеродных материалов. Пирографит получают в результате термического разложения (пиролиза) углеводородных газов при высоких температурах.

При обычных условиях графит не способен плавиться, поэтому возможность получения графитовых изделий методом литья исключена. Нельзя также получать изделия способом спекания спрессованных порошков из-за отсутствия у графита способности спекаться. Поэтому изделия изготовляют способами, сущность которых сводится к получению графитовых заготовок из углеродистых материалов и к их механической обработке.

Как показано в ряде исследований, для тонкой пленки с легкой осью, лежащей в ее плоскости, существует пять возможных вариантов доменной структуры. При отсутствии поля свободную энергию образца можно рассматривать как сумму трех членов: поверхностной энергии доменных стенок Fa, магнитостатической объемной энергии Fm и энергии анизотропии Fa. Доменную структуру можно считать устойчивой, когда суммарная энергия минимальна. Рассмотрим пленку единичной площади D при ширине домена’со, если плотность энергии стенок сг^и плотность энергии анизотропии аа.

нивая полученные значения энергии, получаем, что од-нодоменная структура энергетически выгодна при D<C <900 нм (рис. 44). С увеличением толщины (Z>^3= ^100 мкм) более выгодными становятся замкнутые слоистые доменные структуры, в которых домены располагаются по толщине пленки. В однодоменных пленках перемагничивание происходит однородным спиновым вращением, которое значительно быстрее смещения границ доменов, в результате чего образуется прямоугольная петля гистерезиса. Однако необходимо учитывать, что с уменьшением толщины доменная стенка не остается неизменной и образование стенок нового вида приводит к снижению магнитостатической энергии. К границам нового вида относятся границы с поперечными узлами (пер-маллоевые пленки в диапазоне   толщин   20—100 нм),

сдвоенные границы  (пленки состава Fe—Ni—Mo и Co-пленки).

Неоднородная «составная» структура. Направленное сочетание свойств разнородных материалов достигается химическим путем (совместная полимеризация двух или нескольких мономеров1, получение элементоорганических и металлоорганичеоких соединений), а также механическим совмещением их (керами-ко-металлы, керамопласты, триплексы и другие «композитные материалы»). Наряду с основным веществом («связующим», «пленкообразующим», «вяжущим» и др.) в неметаллические материалы вводят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, отвердители,. красители и различные специальные добавки. Указанные составные части композиции существенно изменяют весь комплекс физико-механических и химических свойств основного материала и позволяют заранее его планировать. Так, в результате введения наполнителей (порошкообразных, крупнокристаллических, волокнистых, крошкообразных, листовых и др.) улучшаются механические свойства, изменяется коэффициент трения, горючесть, интервал рабочих температур и другие свойства материала, при этом часто снижается его цена. Пластификаторы повышают пластичность и.сходнои композиции, эластичность и морозостойкость готовых изделий, одновременно в большинстве случаев несколько снижая их механическую прочность. Стабилизаторы повышают устойчивость свойств материалов при хранении и атмосферостоикость готовых изделий, отвердители  {вулканизаторы)  способствуют переходу некоторых из них в химически необратимое теплостабильное состояние, красители придают необходимую окраску, а специальные, добавки в случае необходимости — невоспламеняемость (антшгирены), грибостойкость (фунгициды), радиационную стойкость (антирады)   и другие специальные свойства.

Химические связи между атомами

Этим объясняется ограниченная тепло- и электропроводность неметаллических материалов в отличие от металлов, в объеме которых тепловая и электрическая энергия легко переносятся подвижными электронами металлической связи. Таким образом, неметаллические материалы отличаются изоляционными свойствами.

Другое, важнейшее для применения в производстве летательных аппаратов отличие неметаллических материалов от металлических—их меньшая плотность. Большинство неметаллических материалов орга-нической природы примерно вдвое легче алюминиевых сплавов, а фарфор, асбест, слюда, стекло и ситаллы — материалы неорганической природы — почти вдвое легче сплавов титана и втрое легче железных сплавов; лишь некоторые специальные виды керамики приближаются по плотности к металлам.

Меньшая плотность неметаллических материалов определяет их существенно большую теплоемкость по сравнению с металлами, среди которых лишь легкие алюминиевые сплавы соответствуют по этой характеристике силикатному стеклу, но существенно уступают пластмассам, резине и другим неметаллическим материалам орга-’ нической природы.

Высокая теплоемкость и низкая теплопроводность неметаллических материалов в сочетании со значительной излучательной способностью продуктов их пиролиза успешно используются в теплозащитных «абляционных»1

покрытиях летательных аппаратов и двигателей, предохраняющих их от перегрева и разрушения в результате воздействия высокотемпературного газового потока . на больших скоростях полета.

Это когда максимум растворимости легирующего компонента в твердом растворе а -(точка т) наблюдается выше эвтектической температуры t-s- При этом максимально возможные концентрации донорных легирующих примесей в твердом растворе на основе германия достигают примерно 2-Ю20 см-3, а в твердом растворе на основе кремния 2-Ю21 см-3, т. е. до 0,4-и 3,0% (ат.) соответственно, С понижением температуры растворимость легирующих компонентов в твердом растворе, как правило, резко уменьшается. Вследствие этого рбласти однородности твердых растворов на диаграммах состояния полупроводник — легирующий компонент столь узки, что исключается использование линейной шкалы для нанесения состава сплава. В настоящее время .для этой цели обычно применяют логарифмическую шкалу. Следует отметить, что на рис..32 для большей наглядности диаграмма состояния в области твердого рас-

твора а изображена в масштабе, в сотни  раз большем, чем остальная часть диаграммы.

Согласно диаграмме состояния на рис. 32, растворимость компонента В в а-твердом растворе меняется с изменением температуры по кривой ambd. В сплаве концентрации С в интервале температур t\—12 твердый раствор а не насыщен по отношению к компоненту В (за исключением температур t\ и t% когда он насыщен). При понижении температуры до t2 твердый раствор а становится насыщенным, а при температурах ниже t2 — пересыщенным по отношению, к компоненту В.

Так как процессы диффузии в твердой среде при относительно низких температурах протекают сравнительно медленно, то для сплавов концентраций компонента В, отвечающих точкам dub (см. рис. 32) при соответствующей скорости охлаждения (достаточной для подавления диффузионных процессов, т. е. при закалке) удается зафиксировать при комнатной температуре пересыщенный а-твердый- раствор. Однако сохранить в пересыщенном твердом растворе можно только примеси с незначительным коэффициентом диффузии при комнатной температуре. Если подвижность примеси при комнатной температуре достаточно велика (литий и медь в кремнии), то происходит распад пересыщенного а-твердого раствора — естественное старение, которое может привести к существенному изменению всех .физико-химических и электрофизических свойств полупроводниковых сплавов.

Их применяют для теплоизоляции кабин, контейнеров, приборов, холодильников, рефрижераторов, труб и пр. Пенополиуретаны и пенополиэпоксиды используют для заливки деталей электронной аппаратуры.

Пенопласт, будучи легким  заполнителем,   повышает удельную прочность, жесткость и вибростойкость силовых элементов конструкций. Мягкие и эластичные пенопласты применяют для амортизаторов, мягких сидений, губок. Физико-механические свойства пенопластов приведены в табл. 40.

Поропласты (в быту — поролон) представляют * собой газонаполненные пластмассы с сообщающимися порами. Получение пороплас-тов основано на ‘введении в композицию веществ, которые способны выкипать при нагревании или вымываться водой, образуя поры. Их объемная масса составляет 25—45 кг/м3.

Поропласты выпускают, например, марки ППУ-ЭМ (на основе полиуретановой смолы) в виде блоков с поверхностной пленкой. Поро-пласт отличается повышенной звукопоглощаемостью (70—80%) на технических частотах. Прочность при поперечном сжатии и объемная масса сотопластов, определяющие их работоспособ-. ность в различных конструкциях, зависят от размеров сотовой ячейки и толщины ее стенок. Для сотопластов характерны достаточно высокие теплоизоляционные свойства, которые определяются при комнатной и низких температурах теплопроводностью материала сото-пласта; а- при повышенных температурах — передачей .  теплоты в ячейках сотопласта конвекцией (табл. 41).

Среди синтетических смол — связующих слоистых пластиков — наибольшее распространение получила фе-нолоформальдегидная смола, составляющая 40—50% массы пластика,    а для    древесно-слоистого    пластика 25%. Слоистые    пластики характеризуются    анизотропией

свойств: наиболее высокие механические свойства наблюдаются у них вдоль листа, несколько меньшие — поперек листа (по его меньшему размеру в плоскости), по толщине листа свойства наихудшие. Важнейшие свой-ства наиболее распространенных слоистых пластиков приведены в табл. 44.

Как видно из данных табл. 44, текстолит и гетинакс имеют близкие свойства,    однако текстолит,    несколько превосходя гетинакс по механическим свойствам и влагостойкости, уступает ему по диэлектрическим характеристикам. Этим определяется и их использование — текстолит вследствие его низкого коэффициента трения по .стали применяют для подшипников скольжения, а также для изготовления бесшумных шестерен, силовых бобышек, роликов для тросов, панелей, щитов, приборных досок и различных прокладок; гетинакс — для деталей специального электрооборудования и радиоаппаратуры, Оба материала получают методами горячего прессования    в виде листов, плит, стержней или труб; они легко обрабатываются резанием и склеиваются. После механической обработки поверхность изделий из этих материалов для защиты   от  увлажнения   покрывают   лаками. Оба   материала,     особенно    гетинакс,     дешевы    и     недефицитны.

Образуется в результате пиролиза углеводородов, например метана СН4, на нагретых до 1000— 2500° С поверхностях технического графита и реже — на керамических поверхностях. При соблюдении определенных условий  осаждения  пирографита  на  нагретые  по-

верхности подложки образуются кристаллы, сильно вытянутые (вплоть до нитевидной формы) в ряд вдоль поверхности осаждения, что предопределяет, предпочтительную кристаллографическую ориентацию и сильно выраженную анизотропию пирографита. Такая ориентация и трехмерная упорядоченность углеродных кристаллов возрастают с повышением температуры осаждения и особенно после термообработки пирографита при 2900 3000° С. Степень кристаллографической ориентации в пирографите составляет от 100:1 до 1000:1, а в конструкционном техническом графите —всего лишь 3:1. Пирографит, осажденный в виде слоя заданной толщины на поверхность подложки соответствующей формы, можно отделить от нее и получить пирографитовую деталь или оставить на ней, и тогда получится комбинированное изделие. Улучшают механическую прочность, а также стойкость пирографита к окислению и эрозии легированием его бором, кремнием, гафнием, ниобием, кобальтом и др. Прочность искусственного графита зависит от марки и типа. В табл. 27 приведены физико-механические свойства отечественного графита марки ПРОГ на основе нефтяного кокса и пористого графита ПГ-50, а также пирографита (коэффициент Пуассона равен 0,23 — 0,27). В литературе приводятся данные и о более прочных

марках технического графита.

подразделяют на несколько ви-i дов.

Маслобензостойкие резины получают на основе полярных СК: полихлоропренового (найрита) бутадиен-нитрильного (СКН-18, СКН-26, СКН-40), являющегося сополимером СКВ с 18, 26 и 40% нитрила акриловой кислоты

Основное назначение резин данной группы — работа в контакте с минеральными маслами, керосином, бензином, в которых они набухают за 24 ч при 20° С соответственно на 60, 15—50 и 5%. Кроме того, эти резины вследствие полярности и меньшего содержания непредельных связей в цепи главных валентностей обладают повышенной стойкостью к светоозонному старению и химической стойкостью. Однако эти резины менее эластичны и охруп-чиваются при —30ч—50° С; их теплостойкость не выше 100—130° С.

Группу светоозоностойких и химически стойких резин составляют вулканизаты насыщенных каучуков: бутилкаучука (БК)

полученного сополимеризацией 3% НК или СКИ с 97% изобутилена;

этиленпропиленового  (СКЭП), представляющего собой стереорегулярный сополимер этилена с пропиленом,

также  хлорсульфированного  полиэтилена, имеющего структурную формулу

Эти резины в течение нескольких лет не разрушаются под открытым небом, а также могут работать в контакте с концентрированными кислотами и окислителями (HN03, Н202идр.). Имеют вул-канизаты (резины), содержащие различные добавки (ингредиенты). Механическая’смесь каучука с ингредиентами называется сырой резиновой смесью или сырой резиной. Ее перерабатывают в изделия прессованием, литьем под давлением, выдавливанием и другими методами пластической деформации. Вулканизация изделий из сырой резины — завершающий этап резинового производства. Состав резиновой смеси следующий:

В качестве легирующего элемента бериллий используют длительное время. Его вводят в небольших количествах (2—2,5%) в медные сплавы для получения бе-риллиевых бронз. При содержании в меди всего лишь 2% Be прочность повышается в 5—6 раз. Бериллиевая бронза в 2—3 раза более прочная и более упругая, чем все известные бронзы. Так, у бронзы марки БрБ2 сгв= 1250 МПа, сг0>2 = 900 МПа, 6 = 2%, Е= = 132 ГПа. Бериллиевые бронзы обладают превосходным комплексом механических, физических и антикоррозионных свойств и являются лучшим материалом для ответственных пружин, пружинящих деталей, упругих элементов в виде мембран и сильфонов.

Бериллиевые’сплавы — это сплавы на основе бериллия или на более сложной основе, в состав которых входит не менее 10—20% Be.

Создание бериллиевых сплавов с пластичной матрицей позволяет уменьшить один, из основных недостатков бериллия — низкую вязкость. Наибольший интерес в этом отношении представляют сплавы бериллия с алюминием— новый тип высокопрочных и одновременно высокомодульных сплавов.

Сплавы системы Be—Al представляют большой интерес как конструкционный материал благодаря их ценным свойствам: легкости, высокой жесткости, более вы-

сокой, чем у бериллия, технологической пластичности, способности прессоваться и прокатываться в тонкий лист при содержании <50—60% Be.

Существенно не уменьшается и после термической обработки, так как предпочтительная ориентация плоскостей сохраняется.

Повысить пластичность листов из бериллия можно перекрестной прокаткой в двух взаимно перпендикулярных направлениях с равными степенями деформации. При перекрестной прокатке плоскости базиса ориентированы в плоскости листа, свойства листа изотропны и    составляют:    ав<540  МПа;    а0,2^490  МПа;    6^

Большую пластичность имеет высокотемпературная модификация бериллия Вер с о. ц. к. решеткой, существующая в узком интервале температур (1250—1283° С). Легирование никелем, кобальтом, медью и серебром, стабилизируя модификацию Вер, позволяет расширить интервал существования решетки с большей пластичностью. Однако используя даже высокие скорости охлаждения, при комнатной температуре зафиксировать эту модификацию бериллия не удается.

Бериллий — один из лучших замедлителей и отражателей нейтронов: испытывая воздействие мощных нейтронных полей, он обладает достаточной стойкостью к облучению. Так, облучение быстрыми нейтронами не вызывает заметного изменения плотности, твердости, модуля нормальной упругости, электросопротивления и теплопроводности. Возрастание потока нейтронов приводит к небольшому увеличению твердости и уменьшению теплопроводности. При мощных потоках нейтронов прочностные свойства возрастают, пластичность снижается.

Характеризуются высоким сопротивлением сжатию (аок = 500^-2000 МПа), низким пределом прочности при растяжении (30— 90 МПа) и изгибе (50—150 МПа). Модуль нормальной упругости стекла высокий (45—100 МПа); коэффициент Пуассона (х=0,184-^0,26. Твердость стекла, как и других неорганических материалов, часто определяют приближенным методом царапания по минералогической шкале Мооса; она равна 5—7 ед. (за 10 ед. принята твердость алмаза, за 1 ед. —талька). Ударная вязкость стекла — низкая, оно хрупкое (a=l,5-f-2,5 кДж/м2). Стекла бесщелочного состава и кварцевые имеют более высокие механические характеристики.

Неорганические стекла светопрозрачны, пропускают до 92% видимого света; коэффициент преломления составляет от 1,44 у легких кронов (р=2330 кг/м3) до 1,806 — у тяжелых флинтов (содержащих до 65% РЬО и имеющих р = 5190 кг/м3). Полоса пропускания электромагнитных волн оптического спектра у кварцевого стекла простирается от жестких ультрафиолетовых лу-

чей (Я= 160 нм) до инфракрасных (А = 5,0 мкм). У листового стекла спектр значительно уже:   не пропускает ультрафиолетовые   лучи и    инфракрасные   свыше   Х= * =2,5 мкм.

Термостойкость стекла характеризует его долговечность в условиях резких изменений температур, которую стекло может выдержать без разрушения при мгновенном охлаждении в воде (при 0°С). Г. М. Бартеневым с сотрудниками предложена расчетная формула для определения термостойкости стекла:

Температурный коэффициент линейного расширения стекла составляет от 5,6- 10~7 К-1 (кварцевое) до 90Х ХЮ~7 К-1 (строительное), коэффициент теплопроводности 0,7—1,5 Вт/(м-К). У большинства видов стекол термостойкость колеблется от 90 до 170° С, а у кварцевого до 800—1000° С. При этом стекла большей толщины отличаются меньшей термостойкостью, так как при быстром охлаждении увеличивается градиент, температур в толстых сечениях.

Они могут быть одно-ц многокомпонентными. Однокомпонентные клеи производят в готовом виде на заводе-изготовителе. Многокомпонентные клеи поставляются в виде нескольких составных частей, чаще всего двух — раствора смолы и отвер-дителя, причем каждый из компонентов можно хранить довольно длительное время.

Клеи и другие материалы — пленкообразователи, применяемые в конструкциях самолетов и вертолетов, должны быть стойкими к действию комплекса физико-химических и биологических факторов, имеющих место при эксплуатации: перепаду -температур от —60-1—70 до 60— 80° С; во многих случаях нагреву до 200—300° С, а иногда кратковременному воздействию температур порядка 500—600° С и выше; воздействию высокой  влажности и воды; влиянию топлива и масел, а также возможному воздействию антифризов, ядохимикатов, спирта и других рабочих жидкостей; воздействию грибков и бактерий;   воздействию

солей морской воды; длительному приложению различного вида механических нагрузок – (статических и динамических) .

Клеи, применяемые для соединения металлов или металлов с неметаллическими материалами, не должны вызывать коррозии или оказывать какое-либо агрессивное действие на склеиваемые материалы, т. е. не должны вызывать снижение прочности склеиваемых деталей.

Клеи для клеезаклепочных и клеесварных соединений должны иметь хорошую текучесть для заполнения зазоров и достаточное удлинение клеевого шва, что способствует герметичности соединений. Одно из важных требований, предъявляемых к клеям, — возможно меньшая токсичность.

Эти материалы представляют собой растворы пленкообразующего с добавками, после нанесения которых на подложку возникает твердая пленка — лакокрасочное  покрытие.   Оно  предназначено  для  защиты изделий от воздействия внешней среды (металлов от коррозии, неметаллических материалов от увлажнения и загнивания), в качестве электроизоляционных и декоративно-отделочных материалов.

Защитные лакокрасочные материалы и покрытия

Лакокрасочные покрытия должны быть механически прочными, гибкими, влагонепроницаемыми, должны" иметь хорошую адгезию. До назначению покрытия могут быть атмосферо-, химически- и теплостойкими, стойкими к действию радиации, тропического климата и других факторов,

В зависимости от состава и назначения лакокрасочные материалы подразделяют на лаки, эмали (краски), шпатлевки и грунтовки.

Лаки— растворы пленкообразующих веществ в органических растворителях. Иногда лаки содержат растворяющиеся в пленкообразующем органические красители, которые позволяют сохранить прозрачность пленки.

Лаки, содержащие неорганические пигменты, называют эмалевыми красками или просто эмалями. Пигменты оказывают существенное влияние на .свойства покрытий: придают укрывистость (непрозрачность), повышают механическую прочность, способствуют снижению прони-’ цаемости; некоторые пигменты повышают противокоррозионную стойкость подложки, являясь «пассивирующими» ингибиторами (замедлителями) коррозии. Механизм ин-гибирующего действия их может быть различным. Одни образуют на поверхности металла пассивирующие пленки; так, свинцовый сурик содержащий окись свинца, замедляет коррозию на поверхности черных, металлов вследствие образования нерастворимого гидрата окиси железа.

Вместе с тем при упорядочении потенциал поля ионного остова решетки становится периодически более правильным и симметричным. Это увеличивает длину свободного пробега электронов и удельную проводимость.

По-видимому, в химических соединениях всегда превалирует первый фактор, а в упорядоченных растворах — второй. Поэтому упорядочение, как правило, существенно снижает удельное электросопротивление раствора. На рис. 5 приведена зависимость удельного электросопротивления от состава сплавов системы Си—Аи, для которой впервые обнаружено влияние упорядочения на электросопротивление. В этих сплавах после упорядочения р уменьшается в 2—3 раза.

Удельная проводимость гетерофазных сплавов в первом приближении равна сумме а» фаз, входящих в этот сплав, однако возможны отклонения от аддитивности при высокой дисперсности частиц вторичных фаз.

Внешние воздействия, сопровождающиеся понижением структурного совершенства металлов (пластическая деформация, радиационное облучение), ухудшают подвижность электронов и повышают электросопротивление.

Получаются путём напылением на монокристаллическую подложку, обнаруживают в плоскости не одну, как в случае поликристаллических пленок, а две взаимно перпендикулярные оси легкого намагничивания, направленные вдоль ребер куба, что и соответствует монокристаллу Fea. Поликристаллические пленки имеют одну ось легкого намагничивания, которая является некоторой усредненной -для всей пленки. В отдельных участках пленки эта ось может иметь отклонения от оси легкого намагничивания пленки в целом, обусловленные различной ориентацией кристаллитов пленки. Это явление носит название дисперсии анизотропии ферромагнитных пленок.  Дисперсия   анизотропии  в Ni—Fe-пленках  может

быть следствием колебаний любой из трех частей анизотропии, обусловленных направленным упорядочением пар атомов железа, напряжениями и дефектами; оказывают влияние также неоднородности состава по толщине пленки. Дисперсия анизотропии проявляется на изображении домена, полученного с помощью электронного микроскопа в виде ряби, называемой тонкой стукту-рой доменов. Дисперсия анизотропии уменьшается с уменьшением разориентировки кристаллитов пленки и исчезает в совершенном монокристалле.

Если сваривают металл с металлоидом или с химическими соединениями металлов, например с окислами, происходит в основном образование связей ковалентного типа. Соединяемые вещества должны обладать способностью к донорно-акцепторному взаимодействию, что приводит к установлению координационно-ковалентной связи. Атом-акцептор имеет эффективный положительный заряд, а атом-донор — неподеленную пару электронов. Донорно-акцепторное взаимодействие сопровождается передачей электронов от атома-донора к атому-акцептору. Все это следует учитывать при подборе соединяемых пар и разработке технологии. Так, чистые металлы не соединя* ются с керамикой, в состав которой входят кислотные окислы S1O2. В то же время координационно-ковалентная связь легко образуется, если на поверхности  металла есть окислы с донорными   свойствами.

Для соединения металлов со стеклом или керамикой из основных окислов (CaO, MgO, BeO) необходимы активные твердые или жидкие промежуточные прослойки на основе переходных металлов, обладающих благодаря наличию двух недостроенных электронных оболочек ак-

цепторными свойствами.    Такими   прослойками    могут служить, например, титан и цирконий.

Являются вулканизатами неполярных каучуков НК, СКВ, СКС, СКИ, СКЭП. Натуральный каучук НК и его синтетический аналог СКИ — стереорегулярные изомеры полиизопрена:

Бутадиеновые каучуки — СКВ, СКБМ. (маслонапол-ненный), а также дивинильный — СКД (стереорегуляр-ный) каучуки являются полимерами бутадиена (дивинила): (—СН2—СН=СН—СН2—)„.

Бутадиенстирольный каучук (СКС) является сополимером бутадиена (СШв) со стиролом (СН2=СНС6Н5) и выпускается в зависимости от содержания стирола нескольких марок СКС-10, СКС-30, СКС-50. Непредельные каучуки вулканизируют серой.

Стереорегулярные кристаллизующиеся каучуки позволяют получать вулканизаты повышенной прочности и эластичности.

Резины общего назначения могут работать в водной и воздушной средах, слабых растворах кислот, солей и щелочей, а также в спирте, ацетоне и жирных кислотах. Интервал рабочих температур этих резин составляет ¦—60-;—35 до 80—130° С. Эти резины, особенно мягкие, нестойки к светоозонному и тепловому старению. Рези-. ны общего назначения сильно (на 200—600%) набухают при контакте с жирными и ароматическими растворите-

лями   (бензин, керосин,   бензол,   хлороформ,   сероуглерод, машинное маслои др.). В первом случае резиновую смесь приготавливают   на   основе   непредельных каучуков, содержащих    в    цепи    главных валентностей двойные связи, во> втором — на основе насыщенных ли/ нейных полимеров. В зависимости от   количества   возникших при вулканизации поперечных связей можно получить   резины   мягкие, средней   твердости и твердые. У мягких высокоэластичных резин на основе непредельных каучуков в молекуле сохраняется много неиспользованных двойных связей. С течением времени   по   месту этих двойных связей присоединяется кислород., или озон воздушной среды, что приводит к снижению эластичности и прочности, образованию трещин, т, е. к старению

резины. Резины на основе насыщенных каучуков достаточно стойки

Наиболее известные сплавы с эффектом ПМФ, а также температуры прямого и обратного мартенситных превращений с целью придания эффекта ПМФ приведены в табл. 13.

Эффект ПМФ сильнее всего проявляется в сплаве Ti—Ni (никелид титана). Максимальное значение эффекта достигается при-ц i oc                                       > \ стехиометрическом составе. Температуры прямого и обратного мартенситных превращений в сильной степени меняются при отклонениях от стехио-метрического состава (рис. 57), т. е. эффект ПМФ существует в очень узком интервале концентраций. Температуру Ма существенно понижает термоциклирование в интервале температур мар-тенситного превращения, т. е. его влияние можно сравнить с влиянием деформации на превращение. Мартенситные пластины с увеличением количества термоциклов становятся меньше, т. е. формируется более тонкая двойниковая структура мартенсита (рис. 58). Изменение объема при мартенситном превращении составляет AV= (0,6+0,2) %. Температурный интервал придания эффекта ПМФ равен 550—600° С. При этих температурах релаксируют упругие напряжения, исчезают двойники деформации, материал пластичен и мало окисляется на воздухе.

Основные свойства никелида титана , следующие: температура плавления 1250—1310° С; плотность 6440 кг/ /м3;    удельное    электрическое    сопротивление р=65+

тепла антеннах космических кораблей. Предполагается использовать никелид титана в качестве материала орбитального радиотелескопа диаметром 1,8 км.

Происходит благодаря оки-сной пленке ВеО, располагающейся по границам. Так, при наличии в бериллии 2,5% ВеО рост зерен не имеет места при 1100° С в течение 29 ч, в то время как при содержании лишь 0,5% ВеО при тех же условиях испытания наблюдается более чем трехкратное увеличение размеров  зерен.

Размер зерна бериллия в большой степени определяется дисперсностью исходных порошков. Таким образом, путем рафинирования бериллия и измельчения его зерна характеристики пластичности можно несколько повысить.

Механические- свойства бериллия зависят и от текстуры деформации. У него наблюдается аномальное явление— плоскость базиса представляет собой единственную плоскость скольжения в решетке Г12. Прокат листа в одном направлении или выдавливание прутков приводит к ориентации плоскости базиса в направлении деформации (в направлении проката или параллельно оси выдавливания соответственно). Полученная в результате деформации текстура способствует большой анизотропии и улучшению свойств в направлении деформации. Материал приобретает как бы одномерную пластичность. Предел прочности выдавленных прутков в направлении, перпендикулярном их оси,   составляет   при

комнатной температуре 40—60% от величины в направлении оси, относительное удлинение — десятые доли процента, а ударная вязкость изменяется от 10—30 кДж/м2 вдоль оси до 5—7 кДж/м2 поперек нее.

Кроме того, электреты применяют в таких приборах, как -дозиметры радиации, измерители атмосферного давления и влажности, пылеуловители, электрометры без источника напряжения, установки для электрофотографии и др.

Пленкообразующими материалами называют растворы или расплавы олигомеров, полимеров или неорганических композиций, которые после нанесения их на какую-нибудь поверхность (подложку) и последующего высыхания образуют твердые пленки, прочно сцепляющиеся с поверхностью. В состав материалов-пленкообразовате-лей, кроме раствора или расплава основного пленкообразующего вещества, вводят различные добавки: пластификаторы, наполнители, отвердители и катализаторы, пигменты, красители и др. От этих недостатков в значительной мере свободны сегнетокерамические материалы. Важнейшей из них — ВаТЮз. -Он имеет несколько полиморфных разновидностей. В трех из них, устойчивых до +120° С, атомы титана смещены, поэтому они проявляют свойства сегнетоэлектриков. Высокотемпературная (>120°С) кубическая модификация — п еров скит этими свойствами не обладает.

Керамические сегнетоэлектрики анизотропны, влагостойки, имеют ав~200 МПа и отличаются высокой температурой верхней точки Кюри (+125°С). Зависимость е от ?Эфф при 22° С, а также е и tg6 от f представлена на рис. 112, а — в. При больших частотах tgS существенно возрастает (рис. 112, в), что ограничивает применение BaTi03.

Изменяя’;состав, можно получить керамические сег-нетоэлектрики с различными значениями диэлектрической проницаемости и точки Кюри.

Керамику получают высокотемпературным обжигом изделий, отформованных из неорганических масс. В результате спекания при обжиге изделия приобретают плотность, твердость, механическую прочность, влаго-, огне- и морозостойкость, высокие электроизоляционные свойства.

По применению керамику подразделяют на традиционную (кирпич, черепица, плитки и т. п.), новую техническую и электротехническую. Традиционная .глино-содержащая керамика в настоящем пособии не рассматривается.

Новая техническая керамика

По составу новую техническую керамику делят на окисную и бескислородную.

По степени огнеупорности (предельной рабочей температуре до начала деформации) керамические материалы классифицируют на три группы: огнеупорные (1580—1770° С), высокоогнеупорные (1770—2000° С) и высшей огнеупорности (;>2000°С). Химические свойства. Как правило, окисные керамики имеют высокую кислото- и щелочестоикость, однако спеченные ВеО, MgO и СаО растворяются в кислотах. В тиглях из А1203 и Zr02 можно плавить щелочные металлы натрий и калий. В сухом воздухе и в окислительных условиях высокоогнеупорные окислы устойчивы вплоть до температуры их плавления. В восстановительных же условиях, а также в средах, содержащих углерод и серу, они могут вступать во взаимодействие. По устойчивости к воздействию расплавленных металлов при высокой температуре окисные керамики располагают в следующем порядке понижения устойчивости: Th02, ВеО, Zr02, А1203, MgO. Окисные керамики на основе тория, бериллия и циркония не -только отличаются высокой химической инертностью, но и малой летучестью (низкой упругостью паров) при высоких температурах, поэтому они хорошо работают в вакууме, где другие окислы непригодны. На рис. 108 приведена зависимость потери массы (летучести) спеченных окислов в вакууме от температуры.

Для получения материалов с ППГ необходимо, чтобы магнитокристаллическая анизотропия преобладала над другими видами анизотропии. В таком случае направление легкого намагничивания во всем объеме материала совпадает с направлением внешнего магнитного поля. При этом намагничивание осуществляется только путем

смещения границ доменов, а процесс вращения вектора намагниченности практически отсутствует. Экспериментальное изучение процесса перемагничивания однородного магнитоодноосного ферромагнитного образца, обладающего’ ППГ, показало, что перемагничивание начинается от одного единственного зародыша перемагничивания внутри образца и весь процесс идет благодаря росту объема зародыша, т. е. смещению его границ с конечной скоростью в виде одиночного большого скачка Баркгаузена.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в материалах с ППГ процесс перемагничивания происходит практически во всем объеме образца при одном и том же поле, равном коэрцитивной силе.

По составу, состоянию и способу получения материалы с ППГ подразделяют на: 1) ферриты; 2) текстуро-ванные ферромагнитные ленты; 3) тонкие ферромагнитные пленки.

В настоящее время наибольшее распространение получили ферриты с ППГ. Ферритовые сердечники — основные элементы памяти, на которых работает 90% всех электронно-вычислительных машин. Это объясняется следующими факторами: 1) ферритовые сердечники обладают спонтанной прямоугольностью петли гистерезиса, т. е. получаемой после обычного отжига без охлаждения в магнитном поле: 2) технологический процесс производства их относительно прост и экономичен; 3) из них можно изготовлять различные сложные по форме детали.

Следует отметить, что технология производства ферритов с ППГ прецизионна. Исходные материалы, приме-няемые для изготовления сердечников’ с ППГ, должны’ обладать повышенной степенью чистоты. Характерные особенности технологии их производства: высокая температура окончательного обжига (порядка 1400° С) и «воздушная закалка» изделий. Во избежание окисления обжиг изделий производят в защитной среде (в вакууме или атмосфере инертного газа). Несмотря на прецизионность технологии, основной проблемой остается воспроизводимость свойств: далеко не всегда удается изготовить материалы с повторяющимися параметрами. При-

чина этого кроется в чрезвычайно сложном сочетании факторов, влияющих на свойства ферритов: исходный химический состав и физико-химич’еское состояние шихты, характер превращений, происходящих в процессе предварительной обработки и окончательной стадии спекания. Поэтому в настоящее время производят 100%-ный контроль свойств ферритовых сердечников с ППГ (для них имеются только временные технические условия).

В зависимости от их природы, примененного отвердителя и температуры составляет от 0,5 до 2—3 ч.

Наиболее выгодной комбинацией свойств обладают полутвердые эпоксидные смолы новолачного типа:

Эти смолы с высокой химической функциональностью имеют короткие поперечные связи, обеспечивающие лучшие механические свойства при повышенных температурах, чем обычные дифенольные бифункциональные эпок-сиды и благодаря наличию термически устойчивого метиленового мостика —СН2— более устойчивы к терми-

ческому старению. Они поддаются также более длительному сроку хранения и быстрее отверждаются в пресс-форме.

Новолачные эпоксиды отличаются достаточной эластичностью и клейкостью, что облегчает работу с пред-парительно пропитанной заготовкой — «препрегом» — и позволяет вести процесс высокопроизводительного вакуумного прессования.

Из модифицированных эпоксидных смол наибольшее распространение получили следующие,

Эпоксидно-фенольные с оптимальным содержанием фенолоформальдегидной смолы 0,3—0,4 масс. ч. на 1 масс. ч. композиции. Такие сополимеры обладают повышенной жесткостью и во многих случаях термостойкостью, высокими механическими и адгезионными-свойствами и в случае применения новолачной фе-нольной смолы повышенной жизнеспособностью.

Эпокси-полисульфидные, эпокси-по-лиамидные и эпокси-диглицидные композиции, наоборот, обеспечивают повышение эластичности при некотором снижении термостойкости отвержденного полимера из-за уменьшения в нем числа поперечных связей и гибкости молекул модифицирующих термопластичных полимеров. Отвердителями таких композиций являются в основном те же, что и для немодифицированных эпоксидных смол.

Состоят из высокодисперсных зерен, размер которых того же порядка, что и мозаичных блоков в деформированных металлах, а взаимная разориентировка может достигать десятков градусов, в то время как угол разориентиров-ки соседних блоков в -металлах составляет несколько минут. Причина такой разориентировки — формирование пленки из независимых зародышей и затрудненная миграция атомов по поверхности подложки. Большая разориентировка приводит" к высокой плотности дислокаций в граничных зонах. Плотность дислокаций в пленках может достигать 1010—1013 см-2. Она зависит от толщины пленки. В очень тонких пленках (<10 нм) плотность дислокаций составляет 1-Ю9 см~2. При увеличении толщины она растет, и в пленках толщиной ~40 нм составляет 1-Ю10 см-2. Дислокации в монокристаллических пленках располагаются по всей толщине от одной поверхности пленки до другой. Кроме того, пленки содержат все другие виды дефектов кристаллического строения: примесные атомы, вакансии, дефекты, упаковки и др.

Указанные особенности кристаллического строения объясняют высокий уровень внутренних напряжений в пленках (иногда превосходящий предел прочности материала в массивном состоянии) и их высокую механическую прочность.

На дефектность пленки и ее напряженное состояние оказывают влияние поглощенные остаточные газы, которые осаждаются на подложке вместе с атомами испаряемого металла. Между атомами испаряемого вещества и атомами остаточных газов возникают химические взаимодействия, приводящие к образованию химических соединений, изменяющих свойства пленки. Конденсируемая пленка загрязняется также парами примесей, находящихся в испаряемом металле. Загрязнение может быть уменьшено при увеличении скорости конденсации.

Они должны обладать высокой износостойкостью, стойкостью к выкрашиванию, стабильностью геометрических размеров и прочностью при повышенных температурах. Для этих целей до последнего времени применяли стали 9X18, Х18 (ЭИ229), ШХ15, ЭИ347, азотируемые стали 4Х14Н14В2М (ЭИ69), 38ХМЮА и 12ХМВМ. Однако из-за недостаточной твердости (XI8), низкой коррозионной стойкости (38ХМЮА, ШХ15) эти материалы не могут обеспечить надежной работы аппаратуры. Более надежны в работе новые дисперсионно-твердеющие стали.

Сверхпроводимость свойственна только металлическому состоянию вещества. Около 30 элементов — металлов и около 10000 сплавов и соединений при температурах, близких к абсолютному нулю, переходят в сверхпроводящее состояние, которое характеризуется исчезающе малым удельным электросопротивлением (Ю-25 Ом-м); самое низкое удельное электросопротивление у проводников составляет 10~15 Ом«м. Следовательно, практически исчезают как зависящая от температуры часть электросопротивления, так и остаточное, обусловленное рассеянием носителей заряда на • динамических и статических искажениях кристаллического строения соответственно (рис. 14). Температура перехода в сверхпроводящее состояние Гкр зависит от физической природы сверхпроводника, чистоты материала, степени дефектности кристаллической решетки и др.

При воздействии м’агнитного поля, напряженность которого больше (или равна) определенной величины сверхпроводимость исчезает. При- этом магнитное поле может быть создано и внешним источником, и электри-

ческим током, проходящим по сверхпроводнику. Все сверхпроводящие материалы характеризуются слабым проникновением магнитного поля при Я < Якр (эффект Мейсснера).

Качество изготовленных из них полупроводниковых приборов в значительной степени зависят от диффузионных процессов, протекающих в этих монокристаллах при их выращивании и термообработке. Диффузия в полупроводниках тесно связана с наличием в реальных кристаллах структурных дефектов. Примеси — наиболее распространенные и наиболее управляемые дефекты в полупроводниках. Поэтому многие явления термообработки полупроводников определяются и контролируются процессами диффузии. Знание диффузионных констант позволяет сознательно управлять процессами термической обработки полупроводников.

Как известно, монокристаллические полупроводниковые материалы являются однородными твердыми растворами чаще всего замещения, реже внедрения и вычитания.    

Следует отметить, что большинство задач полупроводниковой техники связано с чрезвычайно сильным влиянием на электрофизические свойства полупроводниковых материалов исключительно малых концентраций легирующих компонентов. При этом’ наиболее сильное влияние на электрофизические свойства полупроводниковых материалов оказывают элементы, находящиеся в твердом растворе. За пределами растворимости в твердом растворе это влияние гораздо слабее. В связи с этим при легировании полупроводниковых материалов руководствуются   пределами   растворимости в твердом

состоянии. До 1958 г. применяли слабо легированные полупроводниковые материалы с содержанием легирующих компонентов до 1016 см-3.

Такие материи называют текстовинитами. Текстовиниты выпускают с непористой и, в меньшем объеме, с пористой пленкой различных цветов и тиснений, чаще всего имитирующих кожу.

Текстовиниты изготовляют шириной 58—76 см, на подложке из молескина и плащпалатки (непористый массой 720 и 760 г/м2, пористый массой 600 и 680 г/м2), а также на основе более легких тканей (ACT 100, бязи, сатина, миткаля и АОД) массой 600—670 г/м2 для непористого и 500—550 г/м2 для пористого текстовинита.

Пористость пленки текстовинита достигается добавлением в ее состав водорастворимых солей, которые после нанесения пленки на ткань-подложку вымываются водой, оставляя в пленке поры. Пористый текстовинит обладает воздухопроницаемостью; он более эластичен, чем воздухонепроницаемый непористый текстовинит, и применяется для пошивки одежды. Текстовиниты значительно превосходят дерматины и лидерины по эластичности и долговечности пленки покрытия. Все перечисленные виды материй применяют в самолетостроении в качестве обивочных материалов для мебели, нижних участков обшивки кабин и пр.

Лакоткани изготовляют путем пропитки тканей гарнитурового переплетения электроизоляционными лаками. В отличие от материй, имеющих пленку покрытия лишь на поверхности ткани, лакоткани насквозь пропитываются лаком (путем’ трехкратного пропускания ткани через ванну с лаком) и имеют, кроме того, тонкую поверхностную пленку лака. Лакоткани широко применяют в качестве электроизоляционных материалов.

В настоящее время для туннельных диодов, лазерных и термоэлектрических устройств и некоторых других полупроводниковых приборов применяют сильно легированные полупроводники с концентрацией легирующих компонентов до 1020 см-3.

В связи с этим изменение электрофизических свойств полупроводниковых материалов при различных видах термообработки (отжиг, закалка, старение и т. д.) в общем случае может быть вызвано изменениями в составе твердого раствора, взаимодействием примесей и образованием структурных дефектов.

Рассмотрим наиболее важный случай влияния изменения растворимости примесей в твердом растворе с температурой на электрофизические свойства полупроводниковых материалов. Знание растворимости легирующего элемента и характера ее изменения с температурой необходимо для правильного понимания характера изменения свойств полупроводниковых материалов при Термообработке.

Для получения подобной информации рассмотрим соответствующие углы диаграмм состояния полупроводник— легирующий компонент. Общей особенностью диаграмм состояния на основе германия и кремния (рис. 32) является так

Реализуется в сплавах, которым свойственны следующие особенности:

1)   при прямом мартенситном превращении фиксируется термоупругий мартенсит;

2)   температурный гистерезис превращения невелик;

3)   пластическая деформация в мартенситной фазе реализуется через двойникование;

4)   объемный эффект превращения, связанный с разностью удельных объемов мартенсита и матричной фазы, невелик;

5)   прямое и обратное мартенситные превращения протекают при сравнительно низких температурах, исключающих релаксационные процессы.

Эффект ПМФ прежде всего связан с особенностями термоупругого мартенсита, – который фиксируется в интерметаллических- соединениях с упорядоченной структурой типа хлористого цезия CsCl. Необходимое условие существования термоупруг’ого мартенсита — когерентность кристаллических решеток мартенсита и матричной фазы, т е. когерентность межфазных границ (рис. 51), На начальных стадиях фазового превращения зародыш новой фазы сохраняет когерентность с матрицей. Однако по мере его роста это условие будет зависеть от составляющих энергетического баланса превращения.

Центры новой фазы зарождаются и растут, если при этом уменьшается свободная энергия системы, изменение которой при фазовом превращении подчиняется соотношению

нальна объему    выделившейся новой фазы.

К пьезоэлектрикам относится также пьезокварц, используемый преимущественно для стабилизации и эталонирования частот.

Применяют природный кварц SiC>2 (горный хрусталь) и искусственный, близкий по. свойствам к природному. Кварцевые кристаллы анизотропны. Оси х равноценны, наибольшая величина зарядов создается, если пластинка вырезана перпендикулярно к оси х. Для получения зарядов под давлением механического воздействия для кварца не нужно предварительной поляризации.

Поверхности вырезанных пластинок шлифуют и наносят на них металлические электроды методами вакуумного распыления, химического осаждения или вжига-ния. Такая пластинка является кварцевым резонатором. Перед эксплуатацией в целях стабилизации частоты пластинку необходимо подвергнуть искусственному старению при нагревании. Кварц отличается большой твердостью, тугоплавкостью и высокими диэлектрическими характеристиками. Электретами называют диэлектрики, длительное время сохраняющие поляризацию и создающие электрическое поле в окружающем пространстве после удаления внешнего электрического поля. Это — аналоги постоянных магнитов.

Величина остаточной электризации в электретах составляет 10~12—10-9 Кл/м2. В течение некоторого времени эта величина меняется. На рис. 113 показано изменение величины поверхностных зарядов для сторон, обращенных к плюсу или минусу поляризующего напряжения для электрета из MgTi03. Примерно через 1-0 недель индуцированные заряды становятся постоянными.

В настоящее время очень распространен керамический электрет на основе СаТЮз.

Если электрет поместить между соединенными проводником металлическими электродами, то величина индуцированного   заряда с увеличением   ширины   зазора

Между Их поверхностями уменьшается. Следовательно, меняя зазор, можно периодически изменять величину индуцированных зарядов. Это позволяет использовать электреты как генераторы переменного тока.

Для армирования можно использовать различные материалы,* например тонкую проволоку из стали, вольфрама, молибдена, титана, других металлов и сплавов, стекловолокно, углеродные волокна, борные волокна, волокнистые монокристаллы окиси алюминия, карбида кремния и других соединений.

Для изготовления армирующих волокон из стали чаще всего используют нержавеющие стали мартенсито-ферритного; мартенситного, аустенито-мартенситного и аустенитного классов. Проволока из этих сталей отличается прочностью (о"в=2,5-^3,0 ГПа) благодаря высокой концентрации дефектов кристаллического "строения в структуре, получаемой при изготовлении (правая -ветвь кривой Бочвара), высокой коррозионной стойкостью, способностью работать в условиях больших нагружений в широком диапазоне температур.

Перспективными армирующими материалами являются тугоплавкие металлы, прежде всего вольфрам и молибден. Эти металлы способны сохранять высокие механические свойства в диапазоне 1400—1600° С. Представляет большой интерес армирование тонкими нитями вольфрама и молибдена авиационных жаропрочных сплавов с целью расширения интервала рабочих температур и повышения характеристик жаропрочности.

Высокие прочностные свойства имеют борные волокна. Их сердцевина состоит из вольфрамовой нити диаметром до 13 мкм, на которую по специальной технологии осаждается бор. В процессе осаждения бор взаимодействует с вольфрамом, образуя бориды: WB, W2B5, WB4. Диаметр получающихся волокон 70—130 мкм, длина до 300 м. При плотности 2600 кг/м3 прочность волокон составляет ав=3,5 ГПа, модуль нормальной упругости Е&420 ГПа. Борные волокна перспективны для армирования авиационных сплавов на основе легких цветных металлов: алюминия, магния, титана.

В настоящее время практикуется замена металлических деталей летательных аппаратов деталями из композиционных материалов. Разрабатывается вертолет ASTD полностью из композитов, что дает экономию массы изделия на 18%, уменьшение стоимости производства на 10%, экспериментальных расходов на 15% и размеров вертолета на 15% с одновременным снижением опасности повреждений. Закончено изучение усовершенствованного сверхзвукового самолета с большой дальностью полета, выполненного в основном из графитэпо-ксидного композита.    Предварительный    экономический

390

анализ показал, что стоимость производства этого самолета должна быть ниже, чем металлического, а экономия топлива- при его эксплуатации составит 30%- К 1985 г. ожидается достижение конкурентоспособности композиционных материалов по сравнению с металлическими и по стоимости. Поэтому к 2000-му году будет, по-видимому, выпущено много серийных самолетов, полностью выполненных из композиционных материалов. "

На рис. 125 показано размещение армированных высокомодульных накладок и включений из эпоксидного боропластика (композита) в алюминиевых авиационных профилях, а на рис. 126 и 127—применение композиционных материалов в современйых вертолете и скоростном истребителе1.

Подкрепление высокомодульными демпфирующими накладками и включениями из композиционных материалов металлических деталей — это эффективное средство их отстройки от резонансных режимов и снижения уровня возникающих в них вибронапряжений. Значительный эффект достигается также в случае покрытия карбоволо-книтом деталей корпуса компрессора, патрубков и трубопроводов газотурбинного двигателя.

Является коэффициент чувствительности М, под которым понимают разность температурных коэффициентов линейного расширения (cti—а2) компонентов термобиметалла. Изгиб свободного конца пластинки А термобиметалла длиной 100 мм и толщиной 1 мм при нагреве на 1°С связан с коэффициентом М простым соотношением’

Температурный интервал использования термобиметаллов составляет от —50 до +500" С. До температуры 150—170° С пассивным компонентом термобиметалла — с меньшим температурным коэффициентом линейного расширения — почти всегда служит инвар (Н36) — сплав железа с никелем, у которого а«0. В диапазоне более высоких температур применяют сплавы Fe—Ni с большим содержанием никеля. На рис. 12 представлена зависимость температурных коэффициентов линейного расширения сплавов Fe—Ni от температуры. Свойства инваров улучшаются "при легировании их кобальтом. Так, у суперинваров (Fe—31% Ni—5% Со) температурный коэффициент линейного расширения практически равен нулю в интервале 0—100° С и весьма стабилен. В качестве активного компонента с большим температурным коэффициентом, как правило, применяют хромоникелевые стали, латуни и некоторые другие сплавы.   Несмотря   на то что многие

сплавы обладают большими темпера- _^^^^^^^^^^^^^^^^^ турными коэффициентами линейного расширения, большинство из них нельзя использовать в качестве активного компонента из-за ряда недостатков.— низкой температуры плавления, плохой свариваемости, большого отличия их модулей упругости и др.

Это полупроводники основной состав которых образован атомами двух или большего числа химических элементов.

Сложными полупроводниками являются химические соединения и полупроводниковые сплавы.

а)   оксидные полупроводниковые стекла — тройные системы на основе Р205+Уг05 и окислов металлов I, II, V и других групп периодической системы (например, Ag20, Li20, BaO, Аэ2Оз, Sb203, WO3, Fe203 и др.); в этих стеклах пятиокись фосфора является стеклооб-разователем, пятиокись ванадия обеспечивает полупроводниковые свойства, а перечисленные окислы металлов стабилизируют стеклообразное состояние;

б)   халькогенидные полупроводниковые стекла 4As2Se3-As2Te3, As2Se3-3As2Te и др.;

9)   органические полупроводники — антрацен, нафталин, пента-цен, тетрацен, фталоцианин и др.;

10)   сплавы систем InAs—CdSnAs2, InSb—AgInTe2 и др.;

11)  жидкие полупроводники — растворы натрия и калия в аммиаке, сульфид таллия и др.

Самый факт существования жидких и стеклообразных полупроводников свидетельствует о том, что полупроводниковые свойства присущи не только кристаллическому,  но и аморфному состоянию.

Таким образом, химическая классификация полупроводниковых материалов убедительно свидетельствует о том, что, хотя число элементарных полупроводников и невелико, однако число полупроводниковых соединений и сплавов практически неограниченно. Все это открывает действительно неисчерпаемые возможности для поиска новых полупроводниковых материалов с нужными свойствами.

Одним из наиболее детально изученных и широко применяемых полупроводниковых материалов является германий.

В настоящее время -промышленность выпускает монокристаллический германий электронного и дырочного типов проводимости.

Основой термопластов являются полимеры с линейным (неразветвленным или разветвленным) строением макромолекул. Под влиянием тепла они размягчаются (текут), и большинство при действии на них растворителей образует вязкие растворы. Они могут быть изотропными и ориентированными. По составу термопласты производят наполненными, ненаполненными и эластифици-рованными.

Термопласты обладают высокими диэлектрическими свойствами, особенно такие неполярные, как фторлон-4, полиэтилен и слабополярный полистирол. Некоторые из них отличаются высокой химической стойкостью (фторлон-4, винипласт, полиэтилен и др.), а содержащие замк-

иутые циклические группировки атомов (например, фенильные радикалы)—высокой радиационной стойкостью (полистирол, полиарилаты и др.). Такие аморфные термопласты, как полиметилметакрилат и полистирол, имеют хорошую оптическую прозрачность. Они влагостойки. Термопласты — технологичные материалы: для изготовления из них деталей применяют высокопроизводительные методы на полностью автоматизированном   оборудовании   (литье   под   давлением,   экструзия,

штамповка и др.). Отходы и брак производства можно использовать для повторной переработки, так как при формировании из термопластов деталей химические изменения не происходят; для них характерны воспроизводимость и постоянство свойств.

Зависит от образующих их компонентов: Si02, Zr02, ТЮ2, B2O3, A1203, СаО, MgO обеспечивают высокую химическую стойкость, а Na20, K2O, ВаО, РЬО, наоборот, способствуют химичес-ской коррозии стекла.

Как и все низкомолекулярные вещества аморфной структуры, неорганические стекла очень хрупкие; они разрушаются мгновенно без сколько-нибудь заметной пластической деформации.

В обычных условиях поверхность любой детали из стекла повреждена невидимыми острыми трещинами. Эти трещины при растяжении служат очагами хрупкого разрушения. Поэтому, несмотря на то что теоретическая прочность стекла составляет ~20 ГПа, при сжатии в обычных условиях прочность не превышает 2 ГПа, а при растяжении она равна только 20—100 МПа. Из-за незначительных деформаций при разрушении соответствующая работа разрушения (произведение нагрузки на деформацию), измеряемая ударной вязкостью, также мала. Повреждаемость’ поверхности щелочных .стекол (до 15% Na20 и KsO) выше, чем малощелочных.

Повысить прочность неорганического стекла при растяжении и изгибе можно растворением дефектного поверхностного слоя толщиной 10 нм в плавиковой кислоте HF, а также созданием в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия, «закрывающих» микротре-щины (рис. 103). В последнем случае используют эффекты при быстром охлаждении (закалке) стекла и при изменении химического состава поверхностного слоя с последующей     кристаллизацией.

Сопротивление окислению при высоких температурах у бескислородных керамик выше, чем у соответствующих металлов1, но все же у большинства из них при температуре выше 900—1000° С оно становится недостаточным. Поэтому наиболее полное использование ценных свойств этих материалов при высоких температурах возможно в нейтральной, восстановительной среде или в вакууме. Исключение составляют бескислородные соединения, содержащие кремний (силициды, SiC, SisN4 и др.), который при высоких температурах образует на поверхности материала расплав кремнезема (Si02), защищающий изделие от дальнейшего окисления. Так, дисилицид молибдена обладает наивысшей среди бескислородных керамик жаростойкостью до 1700° С, карбид кремния — до 1600° С и т. п. Скорость испарения в вакууме (летучесть) одних и тех же элементов в их бескислородных соединениях возрастает в следующем ряду: карбиды—бориды— силициды — нитриды. Таким образом, карбиды являются наиболее, а нитриды—наименее ва-куумстойкими.

Прочностные свойства бескислородных керамик изучены недостаточно, и методы их определения не унифи-

цированы. Благодаря хрупкости этих материалов их испытывают главным образом на сжатие и изгиб. Для некоторых из них предел прочности на растяжение может быть ориентировочно определен из соотношения: ав = = (0,4-1-0,6) сгизг’. Многие бескислородные керамики (кроме силицидов) благодаря их высокой твердости применяют в качестве абразивов и компонентов твердосплавных инструментов. Металлоподобные бескислородные керамики имеют более высокие механические свойства и меньшую термостойкость, чем неметаллические^ Большинство бескислородных керамик (карбиды, бориды) меньше разупрочняются при высоких температурах, чем металлы ‘и сплавы, так как содержат структурные элементы, искажающие и упрочняющие кристаллическую решетку. Силициды же, имеющие слоистую графитопо-добную структуру, значительно больше разупрочняются под действием температур и напряжений, чем бориды и карбиды.

Карбиды отличаются наивысшими значениями    температур плавления (от 1890 у Сг3Сг до 3890° С у HfC)

и твердости среди бескислородных керамик. Наибольшее практическое применение получили карбиды кремния, титана и бора.

Обусловлены поворотами ди-польных молекул или полярных групп, а также местными перемещениями ионов под влиянием электрического поля. Они составляют основную долю потерь в дипольных жидких и твердых изоляционных материалах, а также в ионных материалах с неплотной структурой (большинство неорганических стекол).

Энергия потерь этого типа (рис. 89) сильно изменяется с температурой и частотой, достигая максимума при температурах и частотах, при которых получается наибольший сдвиг фаз между напряженностью поля и состоянием поляризации, а также когда последняя максимальна. Часто это имеет место вблизи температур размягчения материалов. При одновременном изменении температуры и частоты наблюдаются характерные эффекты и смещения максимума потерь в сторону более высоких частот при более высоких температурах и, наоборот, к более высоким температурам при более высоких частотах (см. рис. 89).

Резонансные потери обусловлены поглощением энергии электрического поля при определенных частотах. Они наблюдаются обычно при очень высоких частотах (сантиметровые и миллиметровые волны) и характеризуются резким максимумом при совпадении частоты внешнего поля с какой-либо собственной частотой колебательного или вращательного спектра молекул или с частотой парамагнит-

кого резонанса. Так, например, кислород интенсивно поглощает вол-пи на частоте 6-Ю10 Гц.

Высокотемпературный конструкционный технический графит обычно изготовляют из нефтяного -кокса высокой чистоты. В качестве связующего используют каменноугольный пек, образующийся в процессе коксования или газификации углей. Производство технического графита состоит из следующих процессов. Нефтяной кокс прокаливают для удаления летучих веществ. Затем кокс дробят, размалывают и рассеивают на фракции. Измельченный кокс определенного гранулометрического состава смешивают с пеком и из полученной формовочной массы формируют заготовки прессованием в прессфор-мах или выдавливанием через мундштук. Полученные заготовки подвергают обжигу при температуре ~1000° С. В процессе обжига пек размягчается, связывает коксовые частицы и превращается в кокс. При обжиге выделяются летучие вещества, что является одной из причин, обусловливающих пористость графита. Для получения более плотного материала обожженные заготовки можно пропитать пеком, а потом опять обжечь. Обожженные заготовки имеют большую твердость и не поддаются механической обработке обычными способами. Образование графитовой структуры происходит в процессе графитизации обожженных заготовок путем нагревания их электрическим током до 3000° С. В результате графитизации образуются трехмерные графитовые кристаллы, заготовки становятся более мягкими, приобретают другие свойства, характерные для графита, и легко подвергаются механической обработке. Более высокая чистота графита достигается обработкой его газообразными галогенами при высоких температурах. Сам графит по отношению к хлору и фтору инертен.

Нагревательные элементы необходимы для преобразования электрической энергии в тепловую в небольшом объеме металла. Они служат для создания определенной температуры в оборудовании, приборах, например в электрических печах, электроплитках, электропаяльниках. Наиболее высокая температура требуется в электропечах, где с помощью металлических нагревательных элементов она достигает 1100—1150° С. В связи с этим, помимо высокого электросопротивления, низкого температурного коэффициента электросопротивления, высокой пластичности в холодном состоянии, сплавы для нагрева-

тельных элементов должны иметь и высокую жаростойкость, т. е. сопротивление материала окислению при высоких температурах. Материалы, не обладающие жаростойкостью, окисляются при сильном нагреве довольно быстро. При этом чаще всего окалина (окись металла на поверхности изделия) растрескивается и отслаивается от поверхности сплава, что приводит к постепенному разрушению изделия. В табл. 3 приведены наиболее распространенные сплавы для нагревательных элементов, их составы и свойства. Нихромы — сплавы никеля и хрома с содержанием примерно до 20% Сг. Выбор никеля в качестве основы нихрома не случаен. По сравнению с железом никель имеет более высокие жаропрочность и жаростойкость. В то же время он очень пластичен. Находящийся в твердом растворе хром увеличивает жаростойкость никеля. Нихромь1 пластичны и технологичны, а проволока, изготовленная из пластичного сплава, имеет мало дефектов на поверхности и поэтому надежнее в эксплуатации. Нихром Х20Н80 работает до температуры 1100° С. Нихром Х15Н60 содержит, меньше хрома и поэтому работает только до температуры 1000° С.

Сплавы типа фехраль —Х13Ю4, Х23Ю5 и Х27Ю5Т — созданы на основе железа. Высокое содержание хрома и алюминия придает сплавам жаростойкость, но в тоже время увеличивает твердость и хрупкость. Они дешевле нихромов, но менее технологичны.

Опыт показал, что с измельчением частиц до определенного предела (например, в сплаве YC05 до 4— 6 мкм) коэрцитивная сила повышается, однако затем начинает уменьшаться, по-видимому, из-за возрастания роли дефектов решетки и поверхностных искажений (острые углы, мелкие трещины, окисленные участки) в процессах зарождения доменов обратной намагниченности.

Параллельная ориентация частиц в направлении оси легкого намагничивания достигается прессованием порошков в «магнитном поле. Для повышения плотности магнитов проводят спекание.

В настоящее время широко используют следующие технологические схемы получения порошковых магнитов.

По первой схеме изготовляют два типа порошков сплавов, один из   которых—-требуемого   конечного   состава   (например,   SmCo5),

а другой — обогащенный самарием [60% (по массе) Sm + 40% (по массе) Со]. Это делают с учетом, что в процессе изготовления магнитов часть самария окисляется и уходит в окисел Sm203- Эти порошки тщательно перемешивают, в результате чего смесь приобретает средний состав [~63% (по массе) Со, 37% (по массе) Sm]. Затем порошок помещают в резиновые трубки, ориентируют его в магнитном поле’ напряженностью 4776—7960 кА/м для получения магнитной текстуры, вакуумируют и гидростатически прессуют при давлении ~1,4 ГПа, Затем ведут спекание при температуре 1373 К в течение 0,5—1 ч в атмосфере аргона высокой чистоты. Спекание может происходить с участием жидкой фазы (жидкофазное спекание).. В результате указанного технологического процесса получают хорошо текстурованный поликристаллический материал с высокими магнитными свойствами (см. табл. 10).

Наиболее высокие температуры перехода обнаружены в интерметаллических соединениях. Известно несколько групп интерметаллидов с ТКр>\0 К- Это соединения переходных металлов со структурой p-W, фазы Лавеса, а-фазы и соединения типа а-Мп. Среди них наиболее перспективны структуры типа $-W(AlllB) (рис. 29). Атомом А является переходный металл (Ti, V, Cr, Zr, Nb, Мо, Та, W). Наивысшие критические температуры получены, когда атомом В являются элементы Al, Si, Ga, Ge, Sn. Именно среди этих соединений получены самые высокотемпературные      сверхпроводники       Nb3Ga(7,KP=

=20,ЗК), Nb3Ge(rKP=23,2K).

К группе наиболее перспективных относятся сплавы систем Nb—Zr, Nb—Ti, V—Ti, Та—Ti. Эти системы характеризуются непрерывным рядом твердых, растворов. Величина критического тока в большой степени зависит от режимов механической и термической обработки. В сплавах Nb—Та и V—Nb, имеющих концентрационные зависимости Ткр и Нкр2 соответственно (см. рис. 25, 26), повышение критического тока осуществляется холодной пластической деформацией. В сплаве Nb+45% Та плотность критического тока после холодной деформации примерно на порядок выше, чем в отожженном состоянии. Сплавы, соответствующие третьему типу концентрационной зависимости, подвергаются холодной деформации, закалке и отпуску. Влияние пластической

центрационные зависимости критической температуры. В то же время критическая температура в сильной степени чувствительна к отклонениям от стехиометрии. Наивысшие значения Гкр соответствуют стехиометрическому составу. Поэтому при синтезе соединений с целью максимального приближения к стехиометрическому составу и

исключения возможности образования различных структурных фаз проводят за-залку.

Выгодно отличается высокой чувствительностью и точностью от других возможных методов определения ультрамикропримесей, в особенности   в   тех случаях, когда химические свойства определяемых примесей близки к свойствам основного вещества. Недостаток активационного анализа — сложность и высокая стоимость аппаратуры и мероприятий по технике безопасности.

Следует отметить, что хотя электрофизические методы определения микропримесей не обладают однозначностью остальных из указанных методов, тем не менее они являются основными методами контроля -состава и свойств всех .полупроводниковых материалов.

В настоящее время не существует универсальных методов получения ультрачистых веществ. Поэтому очистку полупроводниковых материалов производят только путем сочетания различных химических и физических (металлургических) методов очистки. Дело в том, что только химические методы очистки, основанные на использовании различий в химических свойствах основного вещества и примесей, не обеспечивают удаления примесей, которые по химическим свойствам близки к основному веществу. В то же время металлургические методы, основанные на различной растворимости примесей в твердой и жидкой фазе, теряют силу, если растворимости примесей в обеих фазах близки по величине. Практика показала, что химические и металлургические методы очистки дополняют друг друга.

Поставляются в виде раствора в мономере стирола или метилметакрилата, и. поскольку мономер, являясь одновременно отвердителем, .входит в состав сшитого им блок-сополимера, процесс отверждения практически не сопровождается выделением летучих и производится при низком технологическом давлении.

Полиэфир а крилаты, разработанные советскими учеными А. А. Берлиным и Г. А. Поповой, получают взаимодействием насыщенных двухосновных кар-боновых кислот и гликолей с небольшим количеством ненасыщенной одноосновной акриловой или метакрило-вой кислоты. В полученном олигомерном полиэфире реакционноспособными являются концевые группы остатков акриловой кислоты.

Наиболее дешевыми и распространенными раствори-телями-отвердителями полиэфиракрилатов чаще всего является также стирол или метилметакрилат, хотя возможно использование любого из целого ряда других мономерных винильных производных.

Для отверждения растворов полиэфирных смол обоих типов используют различные комбинации инициаторов и ускорителей. Для холодного отверждения (без нагревания) чаще всего применяют перекиси кетонов (например, метилэтилкетои) и нафтенаты или октоаты кобальта, а для горячего (выше 90° С) в качестве инициатора— перекись бензоила и в качестве ускорителя — диметиланилин.

После введения в смолу инициирующей смеси проходит сравнительно небольшое время (1,5—2 ч) до начала отверждения’, определяемого по резкому повышению температуры экзотермической реакции.

Ситаллы — хорошие электроизоляторы» отличающиеся исключительно низким tg б при высоких частотах и температурах. По диэлектрическим свойствам они сравнимы с лучшими типами керамических материалов. Электропроводность ситаллов зависит от типа кристаллической основы. Она тем ниже, чем выше степень их кристалличности, так как при кристаллизации подвижность ионов вследствие более высокого потенциального барьера снижается. При 20—400° С удельное электрическое сопротивление ситалла выше, чем у стекла, в 102—104 раза. Добавка в ситаллы окислов двухвалентных металлов (СаО, ВаО) повышает это сопротивление на 2—2,5 порядка и снижает tg б в 2 раза. С повышением температуры удельное электрическое сопротивление всех-типов ситаллов снижается (рис. 105).

Диэлектическая проницаемость ситаллов обычно невелика е = 5-М0. У группы ситаллов, содержащих сег-нетоэлектрическую фазу (титанаты, ниобаты и др.), эта проницаемость достигает весьма высоких значений (до 2000). Таким образом, величину диэлектрической проницаемости ситаллов путем подбора соответствующего состава можно изменить в широких пределах. Она мало зависит от частоты; температурный коэффициент диэлектрической проницаемости большинства ситаллов положителен; при низких частотах при нагревании он возрастает более резко, чем при высоких (см. рис. 104).

Потери в переменном поле- в ситаллах обусловливаются электропроводностью и ионно-релаксационной поляризацией, и в основном определяются потерями в стеклофазе, поэтому содержание стеклофазы должно быть доведено до минимума, причем она должна содержать меньше ионов щелочных металлов. Как правило, эти потери в ситаллах меньше, чем в стеклах с более рыхлой структурой (рис. 106). Например, при 25° С tg б исходного литиевоалюмосиликатного стекла равен 0,0400 а у ситалла на его основе 0,0018.

Большинство* органических полимеров имеет невысокую теплостойкость. Наибольшая теплостойкость присуща густосетчатым полимерам с жесткими звеньями — отвержденным фенолоформальде-гндным, меламиноформальдегидным, кремнийорганическим смолам и циклическим полимерам. Их теплостойкость приближается к термостойкости, характеризующейся температурой .начала деструкции. Теплостойкость полимеров можно повысить, вводя в их состав неорганические наполнители (асбест, стеклянные волокна, кварцевый песок и др.). Однако теплостойкость органических полимеров не превышает 300—500° С.

В ряде случаев полимерные материалы (пластмассы, резины) кратковременно можно использовать при высоких’ температурах (2000—3000° С) в качестве абляционной теплозащиты основной конструкции от перегрева вследствие их низкой теплопроводности и поглощения большого количества тепла при термическом разрушении.

Нагревостоикость — способность электроизоляционных материалов и изделий выдерживать воздействие высокой температуры. Нагревостоикость неорганических диэлектриков определяют, как правило, по началу существенного изменения электрических свойств, например по заметному росту tg б или снижению удельного электрического сопротивления. Нагревостоикость оценивают соответствующими значениями температуры, при которой появились эти изменения.

Это при температуре 800° С в условиях, исключающих загрязнение, в течение трех месяцев производили отжиг. Последующие измерения показали, что у сплава с соотношением алюминия и сурьмы, равным 1:1, микротвердость понизилась на 600 МПа, а электросопротивление несколько возросло (рис. 33, кривые 2). После этого был проведен повторный отжиг еще в течение трех месяцев при той же температуре. Соответствующие измерения показали (рис. 33, кривые 3), что микротвердость- понизилась еще на 900 МПа, а удельное электросопротивление возросло более чем на два порядка. Свойства соседних по составу сплавов изменились менее существенно.

Таким образом, на основании полученных результатов можно сделать заключение, что в твердых растворах

алюминия и сурьмы в кремнии при эквиатомном соотношении между легирующими компонентами в процессе длительного отжига имеет место химическое взаимодействие, приводящее, очевидно, к образованию донорно-акцепторных комплексов и сопровождающееся направленным и существенным изменением свойств. Это обстоятельство раскрывает определенные возможности проведения термической обработки с целью стабилизации параметров сложнолегированного материала, делающей его более надежным при использовании в соответствующих устройствах.

Длительный отжиг при температурах вплоть до 0,98 Тзат, где ТЭВч — эвтектическая температура, не приводит к заметной сфероидизации или разрушению волокон или пластин. Это определяет возможности использования эвтектических композиций в качестве жаропрочных.

Композиционные материалы на основе алюминия и его сплавов

Наиболее изученными конструкционными материалами .являются алюминий и его сплавы, армированные проволочными волокнами из высокопрочных сталей. Лучший эффект получается в результате армирования непрерывными волокнами при оптимальном режиме прокатки. Если матрицей композиционного материала служит алюминиевый сплав, упрочняемый термической обработкой, то прочность армированного материала можно повысить закалкой и старением.

Самое высокое дополнительное упрочнение при термической обработке достигается в тех случаях, когда температура нагрева под закалку для матрицы совпадает с температурой упрочняющего отпуска материала волокон. Анализ результатов исследования прочности композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов показывает, что при армировании стальными волокнами с пределом прочности 2—4 ГПа ее легко можно повысить от 290—550 до 450^1400 МПа при плотности 3500—4000 кг/м3. Следует отметить, что получаемые армированные сплавы обладают достаточно высокими характеристиками пластичности. Так, удельная вязкость плит из сплава Д20, армированного проволокой из стали 12Х18Н9Т [14—20% (объемн.)], составляет ап = 441-=-539 кДж/м2.

Они зависят от способа получения и колеблются в следующих пределах: <г0,2=230-^680 МПа; ав = 300-^700 МПа- 6 = = 2-М6%.

Как указано выше, серьезным недостатком бериллия является низкая пластичность, малое сопротивление ударным нагрузкам и развитию трещин. При испытаниях на удар ударная вязкость составляет 10 кДж/м2, вязкость разрушения металла промышленных сортов   так-

же низкая — Kic=300-^700 Н/мм~3/2. По значению ударной вязкости и вязкости разрушения бериллий значительно уступает другим конструкционным материалам.

Причины низкой пластичности бериллия до конца не изучены, однако можно вполне определенно утверждать, что повышение чистоты по примесям и измельчение зерна сопровождается увеличением пластичности. Зонная плавка за восемь проходов обеспечивает получение бериллия высокой чистоты с  (по зарубежным данным).

С увеличением размеров зерен снижается прочность и пластичность. Так, у горячепрессованного бериллия при среднем размере зерна 10 мкм ав = 410 МПа, 6 = 3%; при увеличении размеров зерен до 60 мкм ав = 200 МПа. Ухудшение прочностных и пластических свойств при увеличении зерна требует предотвращения возможного укрупнения структуры при эксплуатации, термической обработке и технологических процессах.

Они имеют удовлетворительную механическую прочность и хорошие электроизоляционные свойства. Наполнителями для них служат порошкообразные асбест и стекловолокно. Перерабатывают их прямым и литьевым прессованием.

Пресспорошки на основе кремнийорганической смолы находят применение в высоко- и низкочастотной технике, в основном в радиотехнике для изготовления дугостой-ких (необугливающихся) и электроизоляционных изделий: каркасов катушек, штепсельных разъемов, переключателей, миниатюрных панелей, деталей антенных устройств, длительно работающих при 200—250° С и кратковременно при 350—400° С. Изделия стойки к тропической влажности, солнечному свету и грибкам.

Прессматериалы на основе кремнийорганических смол сохраняют высокие электроизоляционные свойства при повышенных температурах. Стекловолокнит обладает лучшими электроизоляционными и механическими свойствами и более высокой водостойкостью, чем волокнит и асбоволокнит. Стеклянное волокно придает прессматериалу повышенные физико-механические свойства, зависящие от размеров волокна, его толщины, предварительной .обработки и технологии изготовления прессматериала. Стекловолокнит получают на основе фенолоформальдегидной смолы, модифицированной поливинилбутиралем (бутваром), и на эпоксифенолоформальдегидном связующем. В зависимости от марки стекловолокнита и назначения изделий содержание смолы на стеклянном волокне составляет 25— 45%.

Для получения металлизированных магнитных, носителей пригодны все известные методы металлизации —-нанесения тонких слоев металла на немагнитную подложку: электролитическое осаждение, химическое осаж-

дение, термическое    разложение   карбонилов металла, вакуумное испарение, катодное распыление.

В результате получаются металлические слои, основной составной частью которых является, кобальт: Со— Ni, Со—Р, Со—Ni—Р, Со—Мо и др. Металлизированные носители могут быть магнитоизотропными или анизотропными. Анизотропные носители при электролитическом осаждении получаются, если процесс происходит в •магнитном поле, параллельном плоскости основы. -При химическом осаждении анизотропные носители образуются в результате направленного полирования основы ленты.

Магнитные свойства металлических слоев малой толщины обеспечивают высокие показатели лент. Прежде всего это относится к плотности записи. Сравнение характеристик показывает, что металлизированная лента с толщиной рабочего слоя 0,125 мкм обеспечивает в_3 раза большую отдачу и на порядок большую плотность записи (при уровне спада 6 дБ), чем порошковая лента С толщиной рабочего слоя 6,5 мкм.

Наиболее типичные характеристики металлизированных лент выше свойств по отдаче и разрешающей способности при цифровой записи в 1,35 раза, а при аналоговой — в 5,4 раза по сравнению со свойствами порошковых лент.

Металлизированные носители имеют, зеркальную поверхность. Оптический коэффициент Со—Ni-слоев, полученных вакуумным испарением, достигает 0,9, т. е. их можно применять в магнитооптических системах записи.

• Металлизированные носители имеют низкое электрическое сопротивление. Это свойство — их достоинство и недостаток: достоинство, так как носитель не электризуемся и не притягивает частички, отделяющиеся от рабочего слоя, что повышает надежность записи; недостаток, потому что низкое электросопротивление вызывает специфическое явление расширения магнитного поля головки записи, что снижает разрешающую способность системы записи при больших значениях относительных скоростей головки и носителя.

Основные недостатки металлизированных магнитных лепт—низкая износостойкость (в несколько раз ниже, чем порошковых лент), а также нестабильность в агрессивных средах.

Волокна по составу делят на органические"и неорганические, по длине — на короткие (десятки миллиметров), длинные (до 1—2 м) и непрерывные (длина опре-

деляется емкбстью поковки). Зачединицу линейной плотности (толщины) волокон и нитей принят «текс» (Т) — число граммов массы в 1 км длины. Широко применявшийся до настоящего времени для косвенного обозначения толщины метрический номер (№) связан с тексом зависимостью таким образом, чем толще волокно или нить, тем выше ее текс и ниже номер. Обычно толщина’волокна составляет 0,1—0,3 текса (часто 20— 30 мкм), для толстых непрерывных мононитей <100— 200 тексов (до 300—500 мкм).

В табл. 37 представлены важнейшие свойства органических волокон.

Из природных органических волокон в производстве технических изделий (тканей, лент, ремней, крученых изделий) и усилителей для пластмасс, резин и др. наибольшее распространение получили целлюлозные волокна растительного происхождения — хлопок и лен. Более прочное, жесткое и дорогое из них лен — шире применяют в производстве крученых изделий, грубых тканей (парусин) и ремней. Хлопок же является универсальным волокном, используемым в производстве большинства текстильных изделий и материалов.

Из природных органических волокон животного происхождения для изготовления войлока, тканей для обивки мебели, для одежды летнего персонала, ковриков и других целей применяют шерсть, а для тканей куполов, шнуров для строп парашютов и некоторых других декоративных и технических целей — шелк.

Если размеры кристаллов меньше длины полуволны видимого света, а коэффициенты преломлений кристаллической и аморфной фаз совпадают, то ситаллы обладают прозрачностью и могут быть использованы в качестве заменителя кварцевого стекла. На основе кальций-алюминатных систем получены ситаллы, ¦ прозрачные для инфракрасной области спектра Ск= 1,7-ИЗ,0 мкм). Ситаллы относятся к материалам сравнительно невысокой плотности (2300—2600 кг/м3). Как и стекла, ситаллы, выгодно отличаются от большинства видов керамики отсутс?вием пористости и поэтому более высокой механической прочностью. Тело кристаллических зерен ситалл’ов обладает повышенной прочностью и жесткос-

тью по сравнению с хрупкой стекловидной    аморфной фазой.

Аморфные границы зерен вследствие малого разме-’ ра последних свободны от.внутренних напряжений и не имеют трещин. Кристалличность обеспечивает также стойкость поверхности к повреждениям и возникновению опасных трещин, с которых начинается разрушение. Кроме того, развитие трещины под нагрузкой в ситалле (в отличие от гомогенного стекла) затруднено наличием множества границ зерен,

Повышенные значения модуля    упругости   (до 90— 132 ГПа), микротвердости (до 8,7—9,67 ГПа) и низкие" значения    коэффициента    трения     (порядка    0,1—0,2) обусловливают высокую износостойкость изделий из си-таллов.

Наличие в ситаллах кристаллической фазы практически исключает развитие при их нагреве деформаций течения вплоть до температуры плавления фазы.

Поэтому огнеупорность (начало размягчения) некоторых ситал-лов достигает 1100° С.

Синтетические смолы подразделяют на отверждаемые без выделения побочных продуктов (по механизму реакции полимеризации) и на отверждаемые с выделением низкомолекулярных побочных продуктов реакции поликонденсации.

Смолы, отверждаемые с выделением побочных продуктов

Фенолоальдегидные смолы. В производстве необратимых синтетических материалов раньше других стали применять фенолоальдегидные синтетические смолы. Эти полимеры до настоящего времени сохранили первостепенное значение благодаря налаженности  и   большому

объему их промышленного производства, технологичности (быстрому отверждению), химической стойкости, а главное — наличию в общеизвестной формуле их химического состава многочисленных фенильных радикалов (бензольных колец). Фенильные радикалы, образованные высокопрочными сопряженными кратными химическими связями "между углеродными атомами *, обеспечивают повышенную до 200—250° С термостойкость и высокую радиационную стойкость (106 Дж/кг — доза облучения до 50%-ного снижения прочности) резитов2, а также обильное награфичивание при действии сверхвысоких температур (кратковременно до 2500° С), в частности при использовании в летательных аппаратах (абляционная теплозащита).

1  Сопряженные (т. е. чередующиеся с одинарными ковалентными связями) кратные (в данном случае двойные) связи между углеродными атомами повышают энергию одинарной связи до 410 кДж/моль и выше по сравнению с 347 кДж/моль для обычной (не находящейся между двойными связями)  связи С—С  (т. е. на  ~18%).

2  Резит — третья необратимая стадия отверждения фенолофор-мальдегидной смолы, имеющая термостабильную пространственно-сетчатую’ молекулярную структуру, красновато-коричневый или желтый цвет.

снижения давления при их формообразовании феиоло-альдегидные смолы часто модифицируют поливинилаце-галями, фурфуролом и другими полимерами.

На высоких частотах в’диэлектриках наблюдаются также явления резонансной поляризации. На очень высоких частотах (Ю13—1016 Гц) происходит совпадение собственных частот ионов и электронов с частотой поля,- при более низких частотах (107— 10я Гц)—совпадение частот «дефектных» электронов с частотой внешнего поля.

Во всех этих случаях в узком интервале частот наблюдается заметная дисперсия диэлектрической проницаемости. Качественно ее зависимость от температуры и частоты в этих случаях выглядит так лее, как и для диэлектриков с преимущественной дипольной поляризацией.

Остаточная поляризация — поляризация, сохраняющаяся в диэлектриках после устранения внешнего электрического поля вследствие недостаточной тепловой подвижности смещенных частиц, — наблюдается у многих высокополимерных материалов при температурах ниже температуры размягчения -(стеклования) и представляет собой как бы замороженную дипольную или ионно- (электронно) -релаксационную поляризацию.

• Особые свойства сегнетоэлектриков, у которых диэлектрическая проницаемость может составить 105—106, и электретов рассмотрены в гл. 7 § 2.

Существенное влияние на величину диэлектрической проницаемости оказывает увлажнение диэлектриков. Так как вода весьма полярна (е = 80), то увлажнение подавляющего числа диэлектриков влечет за собой повышение диэлектрической  проницаемости.

Электропроводность электроизоляционных материалов

Все реальные диэлектрики не являются совершенными изоляционными  материалами  и -обладают  некоторой электропроводностью.

Линейные макромолекулы могут быть прямыми, как, например, у недавно открытого углерода карбина

зигзагообразными, как у полиэтилена, или циклоцепными, как у по-лифенилена.

Термопластичность, отверждаемость и термостабильность. Формы молекул полимеров тесно связаны с такими понятиями, как термопластичность, отверждаемость (термореактивность)- и термоста-бнльность материалов.

Полимеры, имеющие несшитые формы макромолекул (рис. 70, а п б), могут быть химически инертными или обладать химически активными функциональными группами, кратными (двойными или тройными) химическими связями между углеродными атомами в главной цепи.

В первом случае химически инертные полимеры в процессе формообразования из них деталей, пленок или волокон (прессования, экструзии, формования и пр.) не претерпевают химических’ изменений, сохраняя исходную форму и состав макромолекулы. Изделия из таких полимеров сохраняют способность плавиться при нагревании и растворяться, т. е. пригодны к повторным переработкам. Химически инертные полимеры и неметаллические материалы на их основе, такие как органические и силикатные стекла, полиэтилен, целлулоид и многие другие, пригодные к повторным переработкам методами пластической деформации при нагревании, получили название термопластичных или термопластов.

Если магнитный вектор вращается когерентно, то коэрцитивность неориентированного порошка должна быть порядка 105 А/м; в действительности же она в 3—5 раз меньше. Это значит, что перемагничивание потока происходит по некогерентному механизму. Коэрцитивная сила игольчатых зерен 7-Fe203 составляет 14 500—28 000 А/м и является стабильной. Прямоугольность кривой намагничивания В—Н благодаря магнитной ориентации достигает 0,8.

Записанный сигнал остается стабильным при изменениях температуры; кроме того, получаются малые величины копир-эффекта.

Порошок 7-Fe203) применяемый в магнитных лентах для ЭВМ, имеет следующие характеристики: большой диаметр   зерен   0,6—1,0   мкм,   малый    диаметр   зерен

^0,1 мкм, коэрцитивную силу 20 000—22000 А/м; остаточную магнитную индукцию 0,7—0,8 Тл.

Эти характеристики были повышены путем улучшения формы частиц порошка длиной <0,5 мкм и с отношением длины к диаметру, равным <10. Записывающая поверхность порошков имела высокую степень ориентации и хорошую прямоугольность. Коэрцитивная сила достигала 38 000 А/м.

y-Fe2Oz с присадкой кобальта. Увеличить коэрцитив-ность можно путем придания этому материалу кристаллической анизотропии при присадке ионов кобальта в шпинельную’ решетку. Это не меняет кристаллическую структуру. Однако константа анизотропии изменяется от отрицательной величины (К=—4,64 кДж/м3), характерной для Y-Fe203, до положительной, которая зависит от количества ионов кобальта в решетке. Анизотропия, велика уже при небольших концентрациях кобальта: при 4% Со- /(=0,1 МДж/м3. Ось легчайшего намагничивания перемещается от направления [111] к направлению [ПО]. Следовательно, гомогенность распределения кобальта в решетке окисла железа важна для магнитных свойств. Недостаток этих материалов — темпе-ратурно-временная нестабильность свойств записи воспроизведения.

Широко используют в качестве связующих для стеклотекстолитов, прежде всего электротехнического назначения марок СТК, СКМ-1, и в композиции с фенолоформальдегидной смолой марки СТ-11; их также применяют в производстве термостойких резин (каучук СКТ), клеев, герметиков, лакокрасочных покрытий, а низкомолекулярные силок-саны — в производстве смазок, гидравлических и электроизоляционных жидкостей.

Аминоформальдегидные смолы. Мочевино- и мела-миноформальдегидные смолы наряду с фенолоформаль-дегидными применяют достаточно широко.

Мочевиноформальдегидные         (карба-

мид н ы е) смолы получают поликонденсацией мочевины с формальдегидом. Эти полимеры отличаются бесцветностью (допустимы окраски в яркие цвета) и нетоксичностью, но обладают сравнительно с феноло-формальдегидными невысокими теплостойкостью и водостойкостью. Допустимая рабочая температура для деталей на их основе составляет ~65° С. Преимущество этих полимеров — стойкость к поверхностным электрическим разрядам. На их основе изготавливают ярко окрашенные детали управления, декоративные детали, а также пенопласт «мицору» — легкий, тепло- и" звукоизоляционный материал. Отверждаются смолы в три стадии, как и фенолоформальдегидные, с выделением воды, но для этого необходимы более высокая температура и большее время. Глифталевые смолы имеют повышенную длительпую теплостойкость (150° С) и хорошие диэлектрические свойства

Молярные теплоемкость, энтальпия и энтропия при температурах 700 и 2500К равны соответственно: 18,6 и 26,2 Дж/(моль-К); 5,74 и 48,6 кДж/моль и 17,3 и 46,4 Дж/(моль-К).

Графит обладает высокой теплопроводностью, которая в направлении, параллельном зерну, у технического графита приближается к теплопроводности алюминия, а в перпендикулярном — к обычной латуни. Например, теплопроводность отечественного графита марки ПРОГ в   интервале   температур   600—2600°С   составляет   35,6

Вт/(м-К). На рис. 99 пока-

зана зависимость теплопроводности одной из марок графитового материала от температуры.

Теплопроводность пиро-графита в продольном направлении достигает 372, а в перпендикулярном — лишь 1,16 до 3,5 Вт/(м-К), что позволяет использовать его в одном направлении в качестве проводника тепла, а в другом — как теплоизоля-тор. Температурный коэффициент линейного расширения графита низок: у технического графита 1,9—5-Ю-6 С-1, у пирографита в направлении оси а (продольное) 0,0225х Х10-6°С-1. Исключение составляет высокий температурный коэффициент линейного расширения у пирографита в направлении оси с (поперечное), т. е. 23,5- Ю-6С-1. С повышением температуры этот коэффициент незначительно возрастает.

Низкий температурный коэффициент линейного расширения, высокая теплопроводность, а также малый модуль нормальной упругости и значительная прочность, его при высоких температурах придают графиту высокую сопротивляемость тепловому удару. Высокая температура сублимации, большой расход тепла на этот процесс, значительная удельная прочность при высоких температурах, высокий коэффициент черноты и высокая теплоемкость позволяют в определенных случаях использовать графит в качестве   жаропрочного   конструкционного’   и

теплозащитного  материала,  работающего по принципу абляции.

Р в единице объема тела V является характеристикой поляризации:

Внутри диэлектрика возникает поле, направленное противоположно, внешнему. Напряженность внешнего поля ослабевает по сравнению с полем тех же зарядов в вакууме в е раз, где 8 — диэлектрическая проницаемость (относительная).

Любой диэлектрик, включенный в электрическую цепь, можно рассматривать как конденсатор, обладающий некоторой емкостью С.

Количество электричества Q, необходимое для сохранения опре-деленнной разности ‘ потенциалов Uq в конденсаторе с каким-либо диэлектриком, вследствие поляризации возрастает по сравнению’ с зарядом Q0, поддерживающим U0 в вакууме, на некоторую величину Q

По природе смещающихся в электрическом поле заряженных частиц различают поляризацию: электронную, ионную и дипольную, а по характеру смещения поляризация может быть упругой безги-стерезисной и гистерезисной (релаксационной), в частности остаточной. .

Безгистерезисной являются электронная поляризация и ионная, если ионы не перемещаются через потенциальные барьеры.

Гистерезисная поляризация наблюдается при перемещении ионов или полярных групп молекул через потенциальные барьеры (ионно-релаксационная- поляризация) и при ориентации диполей (диполь-ная поляризация). Общая поляризация является суммой отдельных ее составляющих.

Э’лектронная поляризация — дипольный момент единицы объема вещества обусловлен- упругим смещением электронных оболочек атомов относительно ядер под действием внешнего поля. Этот вид поляризации наблюдается у всех без исключения диэлектриков, но у неполярных диэлектриков (парафина, полистирола, полиэтилена, трансформаторного масла, водорода и др\) он является основным.

В первую очередь определяются природой химической связи (ближний порядок) в данном веществе.

А. Ф. Иоффе подчеркивал решающее влияние ближнего порядка в структуре на свойства полупроводников. Он считал, что все свойства полупроводника — ширина запрещенной зоны, форма энергетических уровней, эффективные массы (носителей), подвижность (носителей), теплопроводность, фотопроводимость и т. п.— определяются химическими связями, образующими основную ячейку твердого тела — кристаллического или аморфного. Химические связи находят свое выражение в расположении плотности электронов внутри ячейки. Поэтому первичной характеристикой полупроводника можно считать структуру электронного облака в пределах ячейки. Из характера валентных связей в ячейке вытекают физические и химические свойства полупроводника.

В наиболее важных полупроводниковых материалах преобладает ковалентная связь, которая может осуществляться одной, двумя, тремя и т. д. парами электронов.

Характеристическими параметрами полупроводников обычно считают ширину запрещенной зоны, концентрацию и подвижность носителей заряда и др.

Рассмотрим кратко некоторые из указанных физических величин, наиболее часто встречающихся при описании полупроводниковых материалов.

Шириной запрещенной зоны A?o в физике твердого тела считают область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном кристалле. В полупроводниках обычно рассматривают запрещенную зону, разделяющую валентную зону и зону проводимости. Под шириной запрещенной зоны в этом случае понимают разность энергий между нижним уровнем зоны проводимости и верхним уровнем валентной зоны (рис. 30). Ширина запрещенной зоны определяет электрические свойства твердого тела. У полупроводников она составляет несколько электрон-вольт и меньше.

Ширина запрещенной зоны непосредственно зависит от прочности химических связей. Для создания электронов проводимости необходим разрыв некоторых валентных связей.

Например ПОС 61, ПОСК 57, Этими.и рядом других припоев рекомендуется паять по предварительно оцинкованным , омедненным, осеребренным или никелированным поверхностям.

Контактно-реактивная пайка в вакууме 1,3» 10-3 Па позволяет в газовых средах соединять алюминий через прослойки кремния, меди, серебра. Флюсы в таких случаях не применяют.

Пайку алюминиевых сплавов с титаном и сталью осуществляют с применением облуживания.

Детали из магниевых сплавов паяют паяльниками, горелками, индукционным нагревом,   в   расплавленных

183

флюсах, в печах с контролируемой атмосферой (аргон с азотом, азот), в вакууме..

Низкотемпературную пайку магния ведут по предварительно нанесенному покрытию из меди, никеля, серебра. В таком случае припой следует выбирать применительно к металлу покрытия, например Sn—РЬ. Имеются примеры использования припоев на основе галлия. Его наносят на поверхность в виде пасты, температура плавления которой равна 10,5—30° С в зависимости от состава припоя. Температура распая получается значительно выше.

В печах в контролируемой атмосфере азота, аргона или вакууме паяют изделия из магния контактно-реактивным способом. Для этого поверхность под пайку покрывают слоем металла (меди, никеля), который образует с магнием легкоплавкую эвтектику, позволяющую паять при температуре 450—600° С. С целью повышения стойкости магниевых сплавов к коррозии поверхность их после пайки часто анодируют.

Шерстяная пряжа также бывает гребенная (камвольная) — более качественная — и аппаратная (суконная). Шерстяные ткани применяют для внутренней отделки пассажирских самолетов.

Самые тонкие нити — до 1,54 мг/м — имеет шелк-сырец; вискозные нити вырабатывают чаще всего 11—16,7 мг/м, а синтетические полиамидные 3,34; 5,0; 6,7, реже 14,3 мг/м. Для снижения блеска полиамидных нитей их подвергают матированию, добавляя к исходному полимеру двуокись титана. Матированные полиамидные нити имеют пониженную светостойкость, поэтому для изготовления ответственных, например парашютных тканей и’ шнуров, применяют нематированные блестящие капроновые нити.

Пряжу и нити применяют для изоляции электропроводов и шнуров путем их обмотки и оплетки.

Крученые изделия

К крученым изделиям относят: нитки, шпагат, шнуры и канатики, плетеные шнуры, веревки и канаты.

Нитками называют крученую пряжу, подвергнутую и неподверг-нутую специальной отделке — аппретированию, повышающей их гладкость и блеск.

Шпагатом называют толстую пеньковую нитку, изготовленную скручиванием преимущественно двух нитей пряжи. Шпагат подвергают аппретированию и полированию. Его прочность колеблется от 120 до 800 Н.

Шнуры и отбойка представляют собой крученые изделия диаметрами 1—3,6 мм, полученные скручиванием нескольких нитей крученой пряжи (шнуры) или шпагата (отбойка). Скручивание производят в направлении, обратном направлению скручивания нитей крученой пряжи или шпагата. Прочность шнуров и отбойки составляет 145—1100 Н.

Льняные канатики — это три или четыре нити шнура, скрученные между собой; их выпускают диаметром 4—14 мм и прочностью 1,25—12,2 кН.

Наибольшие толщины имеют технические многослойные ткани (<2,5 мм), приводные ремни (<11 мм) и ворсовые ткани (<С15 мм для искусственного меха).

Ткани массой до 100 г/м2 считают легкими, массой от 100 до 500 г/м2 — имеющими среднюю массу и ткани, имеющие массу свыше 500 г/м2, — тяжелыми. Практически низшим пределом массы для шелковых тканей и тканей из тонких синтетических волокон является 17—19 г/м2; верхний предел у многослойных хлопчатобумажных тканей составляет 1600 г/м2 и у ворсовых ковров-дорожек механической выработки с шерстяным ворсом  >2000 г/м2.

Плотность ткани по основе или по утку характеризуется числом нитей соответствующего направления на длине ткани в 100 мм. Для сравнения плотностей тканей, сработанных из пряжи различных толщин, пользуются понятием об относительной или удельной гтлотности ткани, характеризующим степень заполнения ее поверхности нитями основы и утка в процентах. Относительную плотность или степень заполнения рассчитывают по специальной формуле.

Ткани со степенью заполнения ниже 65% считают «редкими» (например, у марли 32—46%), ткани со степенью заполнения 65— 85% —«средней плотности» (например, у миткаля 70—75%) и выше 85%’—«плотными» (например, у сатина 90%, молескин 96,5%, шелковых подкладочных тканей 100%, коверкота 110%* и пр.).

Прочность на разрыв и удлинение при разрыве тканей находится в широких пределах — в зависимости от природы сырья и качества обработки.

Важным достижением ‘в области создания материалов, способных работать в зоне высоких температур, явилась разработка группы интерметаллических соединений бериллия с танталом, цирконием, гафнием и другими тугоплавкими элементами — так называемых бе-риллидов. Эти соединения обладают высокой температурой плавления и относительно малой плотностью (2720—5000 кг/м3). Например, бериллид тантала ТаВе^

имеет температуру плавления 1988° С, а бериллид циркония ZrBen 1982° С Рабочие температуры берриллидов на 40—50% выше, чем сплавов на основе никеля. При температуре 1650° С они могут работать в течение 10 ч. Бериллиды обладают высокой твердостью и стойкостью против окисления, превышающей стойкость карбидов бора, карбидов кремния, окислов алюминия и бериллия. К их недостаткам относится низкая пластичность, составляющая примерно 0,1%.

Из бериллидов получают различные мелкие изделия и детали типа профилей, прутков, труб, цилиндров. , Детали из бериллидов изготавливают горячим прессованием порошков, холодным прессованием и спеканием, точным литьем по выплавляемым моделям. Плотность изделий составляет 98—100% от теоретической. Бериллий и бериллиды используют в системах управления и наведения ракет, в гироскопах.

Используют серебряные припои ПСр 92 и ПСр 72, содержащие соответственно 8 и 28% Си. Они имеют меньшую жидкотекучесть и медленнее вытекают из зазора. При пайке ими возможно образование интерметал-лидных прослоек TiAg и Ti2Cu. Последняя образуется в большей степени при пайке припоем ПСр72 и снижает прочность соединений до 108 МПа, прочность же деталей, паянных серебром-, составляет 176—196 МПа.

Высокую прочность (~274 МПа) имеют соединения титана, паянные серебряным припоем системы Ag—Mn, й более высокую (294 МПа) —серебряным припоем системы Ag—Ni.

^Возможно применение припоев на основе железа, например эвтектического сплава 32% Fe—68% Ti, для капиллярной пайки при температуре 1085° С.

Следует отметить, что наличие припоя снижает коррозионную стойкость паяного соединения по сравнению с коррозионной стойкостью основного металла.

Для повышения прочности и пластичности паяных соединений, повышения однородности паяного шва проводят диффузионную пайку титана или диффузионный отжиг. Так, диффузионный отжиг при 1000° С в течение ^16 ч после контактно-реактивной пайки титана железом позволяет получить сплавы ВТ14 и ВТ15-Г достаточно высокой прочности:

Благодаря диффузионному отжигу можно получить паяные соединения из. титана, по прочности близкие к основному металлу.

Различна и во много раз меньше, чем металлов. Коэффициент теплопроводности материалов зависит от их плотности, химического состава и строения, а также от температуры и влажности.

Значения коэффициента теплопроводности пластмасс и других неметаллических материалов при 20°С следующие, Вт/(м-К): пено-пластов 0,02—0,09, пенорезин 0,03—0,09, сотопластов 0,04—0,07, пеностекла 0,06—0,10, мягкой резины 0,15—0,40 полистирола 0,10, поливи-нилхлорида 0,16, полиметилметакрилата 0,16—0,20, фторлона-4 0,25, полиэтилена 0,40, пластмассы с органическим наполнителем 0,20— 0,35, пластмассы с неорганическим наполнителем 0,20—0,60, слюды 0,40—0,65, стекла 0,40—1,30, фарфора 1,20—4,00, ситаллов 1,20—4,00, спеченного корунда 12,0. Отдельные виды керамики и графит имеют коэффициент теплопроводности, соизмеримый со значением его у металлов и сплавов [6,5—360 Вт/(м-К)].

Материалы с низкой теплопроводностью используют как теплоизоляционные и теплозащитные. В некоторых случаях необходимо, чтобы коэффициент теплопроводности   был   повышенным, например

при работе материалов на трение,   при   резкой   смене   температур

II   Т.  II.

Температуропроводность полимерных материалов также ниже, чем металлов. Повысить температуро- и теплопроводность можно вве-цеиием в состав полимеров таких наполнителей, как графит, металлический порошок и др.

Это композиции на основе полимеров и оли-гомеров, применяемы в болтовых, клепаных и других соединениях с целью обеспечения их непроницаемости. Герметики представляют собой замазки, пасты или раст.-воры в органических растворителях. Герметизация обеспечивается в результате отверждения (вулканизации) основы или образования пленки после испарения растворителя.

Герметики должны отвечать требованиям, предъявляемым к материалам-пленкообразователям, а также быть непроницаемыми для различных сред, иметь малую коррозионную активность по отношению к контактирующим с ними материалам. Желательно, чтобы герметики были холодного отверждения и не содержали растворителей. Наиболее широкое распространение получили герметики на основе полисульфидов (тиоколов) и кремнийорганических полимеров. Применяют также герметики на основе фторсо-держащих,          бутадиенни-

трильных, уретановых и других насыщенных каучуков и на основе синтетических смол (эпоксидных, фенолфор-мальдегидных и др.).

Герметики применяют для обеспечения непроницаемости кабин самолетов, топливных отсеков и баков, радиаторов, трубопроводов, различных коммуникаций, контейнеров с радиоаппаратурой, электроприборами и др. Ассортимент герметиков отличается большим разнообра-

зием (рис. 115). Свойства важнейших групп герметиков приведены в табл. 34.

В последнее время возрос интерес к. анаэробным уплотняющим составам на основе полимеризационных акриловых и метакриловых соединений, не содержащих растворителей. Анаэробные композиции выпускают за рубежом под названием «локтайды»; в нашей стране разработаны так называемые «унигермы» и «анатермы».

В качестве пленкообразующих масляных лакокрасочных материалов используют растительные масла (высыхающие и полувысыхающие), представляющие собой сложные эфиры глицерина и органических кислот (гли-цериды). При нанесении на поверхность масла могут высыхать, т. е. образовывать пленку. Высыхание происхо-

дит вследствие присоединения кислорода воздуха по месту двойных связей, имеющихся в молекулах глицери-дов, с образованием сетчатой структуры. Таким образом, масла относятся к необратимым сшиваемым плен-кообразователям. Чем больше двойных связей, тем быстрее идет процесс высыхания.

Для ускорения сушки высыхающие и полувысыхающие масла прогревают (варят) с целью уплотнения (частичной полимеризации) и вводят в их состав катализаторы (сиккативы) в виде окислов и солей поливалентных металлов—¦ кобальта, марганца, свинца, которые ускоряют процесс окисления масел. Вареное масло с сиккативом называют олифой. Олифа представляет собой полуфабрикат для тертых масляных красок.

Масляные покрытия обладают высокой адгезией, эластичностью, виброустойчивостью. Однако они имеют невысокую тепло- и водостойкость, а также низкую химическую стойкость, медленно сохнут. Поэтому в чистом виде их применяют редко, а чаще всего совмещают со смолами и битумами.

Бериллий является перспективным материалом для авиации, приборостроения, космической и атомной техники. Применение его позволяет существенно увеличить скорости полета, грузоподъемность, уменьшить массу конструкций летательных аппаратов, повысить точность навигационных приборов.

Одно из важнейших достоинств бериллия — сочетание крайне высокого модуля упругости с низкой плотностью. По значению плотности бериллий близок к магнию (1848 и 1740 кг /м3 соответственно), однако модуль упругости бериллия примерно в 7 раз больше, чем магния, и близок к модулю упругости молибдена, плотность которого составляет 10200 кг/м3.

На рис. 59 и 60 представлены значения модуля упругости и удельной жесткости для ряда металлов.

По значениям удельной прочности и удельной жесткости бериллий превосходит многие металлы. Он обладает высокой удельной теплоемкостью, тепло- и электропроводностью, относительно высокой коррозионной стойкостью. Важное достоинство бериллия — его высокая размерная стабильность, хорошее сопротивление износу, демпфирующая способность, близкая к нулю магнитная врсприимчи-вость, близость температурного коэффициента линейного расширения к данной характеристике стали и, как следствие, хорошая совместимость со сталями. Указанное сочетание свойств способствует использованию бериллия в точных приборах и устройствах, в кото-’ рых необходимо соединять разнородные металлы.

Однако  широкому   применению бериллия црепятствуют серьезные недостатки: низкие значения пластичности, ударной вязкости, значительная анизотропия механических свойств, токсичность и высокая стоимость. Поэтому бериллий целесообразно использовать в тех случаях, когда его ценные свойства проявляются наиболее эффективно.

Несмотря на недостатки, бериллий, безусловно, может быть отнесен к числу уникальных аэрокосмических материалов.

Позволяет использовать их в условиях более сложного напряженного состояния; они более изотропны; имеют большую вязкость, менее чувствительны к надрезу и поверхностным дефектам, имеют лучшие по сравнению с берил-’ лием технологические свойства и свариваемость.

По зарубежным данным, для деталей искусственного спутника Земли, работающих на сжатие, применяют сплав 69% Ве+31% А1, у которого ав=550 МПа, 6= =4,5% и ?"=214 ГПа. Соединение деталей из этого сплава выполняют клепкой, пайкой, склеиванием, диффузионной точечной сваркой.

Введение в систему Be—Al элементов, легирующих бериллиевую фазу, увеличивает различие в свойствах фаз и ухудшает комплекс свойств сплава. Введение.же легирующих элементов в пластичную алюминиевую фазу  способствует увеличению  прочности  и пластичности

обеих составляющих, и свойства сплава улучшаются. Поэтому, усложняя состав сплавов системы Be—А1, вводят элементы, которые могут растворяться только в алюминиевой составляющей. Эффект влияния подобного легирования весьма высок, прочность двойного сплава Be— А1 (содержащего 25% Be) может быть повышена в 1,5—2 раза, модуль нормальной упругости в 2—2,5 раза выше, чем у алюминия. Двухкомпонентные сплавы Be— А1 для улучшения комплекса механических свойств целесообразнее легировать магнием и серебром, упрочняющими пластическую фазу.

бериллия (концентрация магния в алюминиевом твер- -дом растворе оптимальна). По сравнению с двойными сплавами в сплавах Be— Al—Mg наблюдается дополнительное повышение модуля нормальной упругости на 15—30 ГПа, хотя у магния он значительно ниже, чем у алюминия  (Е    =45 ГПа), и

количество его в сплавах незначительно. У сплавов, содержащих 70—80% Be, ?=2204-250 ГПа; плотность Таких сплавов равна 2000 кг/м3. Подобные сплавы в зависимости от состава имеют модуль нормальной упругости, в 2—3 раза больший, чем высокопрочные алюминиевые сплавы, и относятся к высокомодульным.

Они оказались более перспективными материалами для абляционной теплозащиты летательных аппаратов, чем применяемые для этой  цели в настоящее время фенолоальдегидные смолы. Полибензими-дазолы обладают большей теплостойкостью в исходном полимере, высоким выходом кокса с минимальной усадкой при карбонизации и высокими механическими свойствами при высокой температуре. На стадии форполи-мера полибензимидазолы легко смешиваются с наполнителями  и  дают  высокий  выход «летучих» (фенол и вода)  в процессе отверждения. Летучие продукты позволяют при необходимости получить теплозащитный пе-номатериал с невысокой плотностью (~500 кг/м3). Наконец, карбонизованная, содержащая азот смола обладает меньшей теплопроводностью, чем уголь и графиты, не имеет кислородсодержащих  функциональных  групп, которые могли бы, реагируя с ней, вызывать внутреннее окисление. Свойства синтетических смол, отверженных с выделением побочных продуктов (по поликонденсационному механизму). Смолы, отверждаемые без выделения побочных продуктов. Непредельные полиэфирные смолы. Главные представители этой группы наиболее технологичных связующих для производства крупногабаритных деталей — по-лиэфирмалеинатные и полиэфиракрилатные олигоэфир-ные смолы.

Полиэфирмалеинаты получают поликонденсацией жирных кислот: ненасыщенных малеиновой или

фумаровой (например, ~35% состава полимера) и насыщенных адипиновой, себациновой или фталевой (~35%) с гликолями (например —40% этиленглико-ля)

остаток ненасыщенной декарбоновой кислоты 1 служит . для отверждения (соединения) путем разрыва его двойной химической связи между углеродными атомами с.соседними такими же макромолекулами с помощью отвер-дителя. В качестве отвердителя используют ненасыщенный    мономер,    часто    стирол    полимеризующийся и сшивающий линейные макромолекулы полимера в пространственно-сетчатую структуру. Остатки этиленглико-ля 2 и насыщенной кислоты 3, разрежая сетку, образованную блоками отвердителя-стирола, способствуют повышению эластичности полученного в конечной стадии реакции пространственного полимера.

Очень перспективно применение сплава RC05 и особенно .foCoiy в качестве компонента магнита со связкой. В данном случае высокая коэрцитивная сила не так важна. Магниты с полимерными связками производят двух основных типов: в виде жестких изделий со связками из смол, прошедших термополимеризацию или химическое отвердевание, и в виде гибких листов или полос с термопластиком в качестве связки.

Так, например, при производстве магнитов для подшипников во вращающуюся форму  последовательно вводят пластичную связую-

щую и предварительно намагниченный порошок сплава R—Со. Ввод порошка и затвердевание связующей осуществляются в приложенном ориентирующем магнитном поле напряженностью 0,1^0,15 Тл.

Магниты с полимерными связками обычно прессуют с малыми допусками. Они легко подвергаются механической обработке, не хрупки, работают в условиях удара и вибрации. Недостаток магнитов с полимерными связками — низкая температурная стабильность свойств при температурах >60°С.

С целью достижения большей механической прочности и более высокой температуры размягчения в настоящее время стали применять магниты типа R—Со или R—Со—Си—Fe с металлической связкой, которой служит РЬ—Sn-припой состава 60% Sn+40% Pb. При этом смесь порошков магнитного сплава и припоя предварительно намагничивают, ориентируют в магнитном поле и прессуют через матрицу. Затем заготовки нагревают до температуры 280° С, превышающей температуру плавления припоя. Для улучшения смачиваемости поверхностей магнитных частиц припоем часто нагрев заготовок производят в присутствии флюса. Эти магниты поддаются пайке обычными мягкими РЬ—Sn-припоями.

В настоящее время промышленность выпускает спеченные магниты типов RC05 и R(Co, Cu)5, а также твердые и гибкие магниты типа RC05 с различными связками. В стадии разработки и исследований находятся магниты на базе соединений Sm2(Co, Fe)i7, Sm2(Co, Fe)7, (Sm, Се, R)   (Co, Cu, Fe, Mn)7,8, GdCo5 и др.

Вторая технологическая схема получения спеченных магнитов отличается от первой тем, что изготавливают только один порошок состава 63% (по массе) Со и 37% (по массе) Sm, обогащенный самарием по сравнению с содержанием его в соединении SmCos. Все последующие операции проводят по первой схеме.

В практике промышленного изготовления постоянных магнитов из рассматриваемых соединений нашел широкое применение предложенный в СССР способ прессования магнитов в немагнитной металлической матрице с вкладышем в виде втулки из упругого малосжимаемо-го материала (например, вакуумной резины). Заготовки уже перед спеканием имеют плотность порядка 85%. Этим методом получают магниты с высокой степенью магнитной текстуры (0,98).

Попытка применить технологию, разработанную для SmCos, к сплавам типа /?2(Со, Fe)i7 не привела к желаемым результатам: у порошка, полученного только механическим измельчением, коэрцитивная сила достигает лишь 79,6—159,2 кА/м, что недостаточно для практического использования. При дополнительной химической обработке (травление) порошков коэрцитивная сила соединения Sm2(Coo,9Feo,i)i7 возрастает до 477,6 кА/м. Из порошков, полученных таким способом, удалось методом уплотнения взрывом получить магниты с энергией до 15,9 Тл-кА/м.

Получают все в большем количестве из простых низкомолекулярных соединений.

Если еще сравнительно недавно химические (искусственные и синтетические) материалы уступали по качеству природным и зачастую были не совсем полноцен-

ними их заменителями, то в настоящее время получены синтетические полимеры, полностью воспроизводящие свойства натуральных [например, синтетический изопре- . новый каучук (СКИ)], а также полимеры, обладающие интереснейшими свойствами, не присущими природным (элементоорганические соединения, спецкаучуки, синтетическая слюда фторфлогЪпит и др.). Вместе с тем именно в химических материалах стало возможным заранее проектировать и комбинировать свойства исходных веществ с целью получения заданных свойств готовых изделий. Поэтому химические неметаллические материалы все чаще вытесняют природные и приобрели ведущее положение в качестве основных промышленных, в частности машиностроительных материалов. Благодаря изложенным выше особенностям свойств неметаллических материалов, технологическим и экономическим преимуществам они находят все более широкое применение в конструкциях летательных аппаратов, двигателей и приборов, составляя в среднем 7—25% массы дозвукового транспортного самолета и до 20— 50% массы ракеты (без топлива).

Для разнородных металлов применяют контактно-реактивную пайку, когда можно обходиться без припоя.

Под неметаллическими понимают практически все материалы, не содержащие в качестве основного компонента металл или металлический сплав. Основу неметаллических материалов составляют органические вещества: термопласты и смолы (пластики), каучуки (эластики), целлюлоза и ее эфиры и др., а также неорганические: стекло, керамика, графит, асбест, слюда и некоторые другие.

На этих основах производят пластмассы и резины; волокна и текстильные материалы, бумагу, лакокрасочные, клеевые, герметизирующие, пленочные, а также новые композиционные материалы на полимерных, керамических или металлических матрицах, армированные волокнами или нитевидными кристаллами  (усами).

По происхождению неметаллические материалы делят на природные, искусственные и синтетические. К высококачественным природным органическим материалам относятся натуральный каучук (НК), целлюлоза, многие смолы (янтарь и другие копалы, канифоль, шеллак); неорганические природные материалы включают графит, слюду, асбест и некоторые другие горные породы.

Искусственные органические материалы получают из природных полимерных продуктов путем- перевода их в растворимое состояние и изменения их формы (вискозное волокно, целлофан) или путем этерификации боковых химических групп целлюлозы с сохранением ее основного полимерного строения (сложные и простые эфиры целлюлозы, пленки, волокна и пластмассы на их основе).

Прессматериалы можно готовить на основе новолачных, резольных, кремнийорганических и других смол. В зависимости от применяемого наполнителя и степени его измельчения все прессматериалы подразделяют на четыре.типа: порошковые (пресспорошки), волокнистые, крошкообразные и слоистые.

Пресспорошки применяют -для изготовления большей части изделий общего и специального назначения. Их выпускают также в виде гранул и премиксов (премиксы— имеют такой же, как и пресспорошки, состав, однако связующее в них, в отличие от обычных пресспорош-ков, не подвергают предварительному частичному отверждению. Поэтому премиксы лучше заполняют пресс-форму). Основным наполнителем служит древесная мука, реже — мелковолокнистый асбест, слюдяная и кварцевая мука, пылевидный плавиковый шпат и др.

Обозначение пресспорошков чаще всего складывается из буквы «К», обозначающей слово «композиция», номера смолы, на основе которой изготовляется данный-пресс-материал, и числа, соответствующего номеру наполнителя. Например, марка К-18-2 означает, что пресспорошок. изготовлен на новолачной смоле 18 и древесной муке, обозначенной условно номером 2. Марка К-18-26 означает, что пресспорошок изготовлен на смоле 18 и наполнителе, представляющем собой смесь древесной муки 2 и асбеста 6.

Все пресспорошки по назначению классифицируют на три большие группы.

Волокнистые прессматериалы готовят на основе резольных и кремнийорганических смол и волокнистого наполнителя, применение( которого позволяет повысить некоторые механические ‘свойства пластиков, в основном ударную вязкость.

Подразделяют на две основные группы — магнитномягкие и маг-нитнотвердые. К третьей группе относят материалы специального назначения, применение которых основано на особенностях магнитных свойств, определяемых составом и структурой. К таким материалам относятся ферриты, металлические сплавы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) и некоторые другие.

Материалы с ППГ широко применяют в устройствах электронной вычислительной техники и автоматики для переработки и передачи информации и для хранения дискретной информации (элементы «памяти»)..

Для правильного использования существующих материалов с ППГ необходимо оценивать их именно по тем характеристикам, которые описывают поведение материалов в условиях службы изделий. К материалам и изделиям указанного типа предъявляются специальные требования.

Основными требованиями к материалам для статических магнитных запоминающих устройств являются: высокая степень прямоугольности петли гистерезиса, заданное значение коэрцитивной силы Нс и минимальное время перемагничивания (время переключения):

остаточная магнитная индукция, соответствующая максимальному значению магнитной индукции Вт\ Нт — напряженность магнитного поля, соответствующая индукции   насыщения Вт (рис. 34)   {В-Нт/2 — индукция   при Н = -Нт/2).

Ионизирующее ядерное облучение, в том числе непрерывное и импульсное у-нейтронное излучение, потоки протонов, электронов и т. д., приводят к структурным изменениям в материалах и как следствие этого — к-изменению магнитных свойств магнитномягких сплавов. При этом характер структурных изменений, а следовательно, и характер изменения магнитных свойств зависят, с одной стороны, от вида и энергии бомбардирующих частиц, потока [число частиц/(см2-с)] и дозы (число частиц/см2) облучения, наличия внешнего магнитного поля, а с другой стороны, они определяются химическим и фазовым составом сплава, его исходным состоянием и температурой. В последнее время все шире применяют магнито-стрикционные ферриты, (например, Со—Zn-ферриты с коэффициентом магнитострикции Xs = 60-10_6), обладающие высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. Однако’ мощность установок с сердечниками из магнитострикционных ферритов ограничена невысокой прочностью последних.

В качестве материала магнитострикционных преобразователей, работающих в воде или химически активных средах, наиболее широкое применение получил никель, имеющий наряду с хорошими магнитострикцион-ными и механическими свойствами достаточно высокие коррозионные свойства. К недостаткам его, кроме относительно низких значений электросопротивления и точки Кюри, следует отнести прежде всего невысокую индукцию насыщения, ограничивающую предельную интенсивность магнитострикционных излучателей ультразвука из никеля. Пермендюр, лишенный этого недостатка, кор-розионно нестоек и имеет низкую пластичность.

Можно получить листовое  стекло  с прочностью  при растяжении 250^300 МПа. Такой же  результат дает обычная   закалка, а   рациональное сочетание разных методов, например закалка в жидкости и ультразвуковом  поле с последующим   травлением    поверхности и окончательной ее защитой полимерной кремний-органической пленкой, позволяет получить стекло с оъ = = 3,5 ГПа. Закаленные стекла при разрушении образуют округлые осколки площадью не более 2—5 см2.

Температурная зависимость прочности стекол имеет минимум при 200° С. Максимальная рабочая температура обычно не превышает 400—500° С, что примерно соответствует температуре стеклования. Кварцевое стекло поддается длительной эксплуатации при 1100—1200° С (при этом прочность повышается на 50%) и кратковременному нагреву до 1400—1500°С

Изделия из легированного кварцевого стекла массой до 50 кг можно кратковременно эксплуатировать в условиях открытого пространства при температуре до 1800—2000° С.

Удельное электрическое сопротивление pv стекла при температуре до 200°С составляет 109—1018 Ом-см, причем наибольшее ру имеет кварцевое стекло и наименьшее— щелочные стекла. Стекла, содержащие два или три различных щелочных окисла (например, натриево-калиевые), обладают меньшей электропроводностью благодаря эффекту нейтрализации. При введении в щелочные* стекла окислов двухвалентных металлов (например, бария, свинца) благодаря укреплению структурной

сетки за счет двух связей величина ру повышается; однако содержание окислов этих металлов выше предельной нормы не дает положительного эффекта, так как при этом крупный ион разрыхляет сетку. Электропроводность стекол исключительно быстро возрастает при повышении температуры вследствие возрастания подвижности  ионов.  Поверхностное   сопротивление  ps   стекол

из-за адсорбированной влаги обычно в 10 раз ниже объемного. Для повышения ps рекомендуется на поверхность стекол наносить защитные покрытия (например, кремнийорганические лаки) или использовать химически стойкие стекла.

Получаемые при взаимодействии поливинилового спирта с альдегидами. При применении формальдегида получают поливинилформаль (формвар), масляного альдегида — иоливинилбутираль (бутвар) и формальдегида с этиловым альдегидом — поливинилформальэтилаль (вини-флекс). Наряду с хорошими физико-механическими свойствами ацетали обладают высокой адгезионной способностью; их совмещение с фенолоальдегидными смолами позволяет не только повысить эластичность и адгезионную способность последних, но и уменьшить скорость их отверждения. Это дает возможность более полно удалить летучие продукты реакции и получить более монолитные, менее пористые структуры.

Ниже сопоставлены свойства фенолоальдегидной смолы со свойствами этой смолы, модифицированной по-ливинилбутиралем БФ-2 и БФ-4 (соотношение феноль-пой смолы и бутвара 0,5 : 0,5 и 0,15 : 0,85 соответственно).

Более высокой прочностью и жесткостью обладают фенолоформальдегидные смолы, модифицированные по-ливинилформальэтилалем (связующее’ ВФТ) и фурфуролом (связующее ФН). Например, у первого из них предел прочности пленки при растяжении равен примерно 75 МПа, относительное удлинение ~2,15% и модуль упругости >4 ГПа. При введении в состав связующего ВФТ 3% активного кремнийорганического мономера" (добавка АМ:2) прочность его пленки и модуль ее упругости вследствие дополнительного структурирования полимера возрастают до ~80 МПа и 4,4 ГПа соответственно, при незначительном снижении удлинения до 1,85%; одновременно повышается адгезия связующего к наполнителю или подложке и водостойкость композиции. Примерно такое же влияние   оказывает   добавка

АМ-2 на свойства связующих БФ и ФН. Отвержденные фенольные смолы устойчивы к растворам кислот, но действие 12—16%-ного раствора NaOH или длительное кипячение в водном растворе фенола полностью их разрушает.

Как отмечено выше, фенолоальдегидные, особенно модифицированные, связующие широко используют в производстве всех видов пластиков, клеев, покрытий и других синтетических материалов.

Основное направление современной микроэлектроники— микроминиатюризация электронной аппаратуры на основе использования интегральных схем. К основным интегральным схемам относятся:

1) схемы, изготовленные в одном кристалле полупроводника (монолитные). В результате селективной диффузии примесей в монокристалл полупроводника в отдельных его частях образуются диоды, триоды, пассивные элементы, соединенные между собой либо непосредственно в толще полупроводника, либо с помощью спе-

циальиой селективной металлизации на поверхности кристалла. Плотность монтажа или количество компонентов схемы в’ единице объема полупроводника составляет более 1013 м-3;

2) пленочные схемы, которые изготавливают методом последовательного нанесения на изолирующую подложку тонких пленок определенной конфигурации из металлов, диэлектриков и полупроводников. Плотность монтажа такой схемы ~5-102 см~3.

Ниже рассмотрены проводниковые металлические элементы пленочных и гибридных интегральных схем. Технология изготовления .пленочных схем основана на использовании слоев тонких пленок металлов, диэлектриков и полупроводников, нанесенных на изолирующие подложки. Материалы, используемые для этих схем, имеют толщину всего несколько сотен атомных слоев (10— 1000 нм).

Основные требования, предъявляемые к тонкопленочным проводникам и контактным площадкам, следующие:

а)  высокая электрическая проводимость; .

б)   хорошее сцепление  (адгезия)   с подложкой;

в)   малое переходное сопротивление между проводящим слоем и другими элементами микросхемы;

г)   химическая инертность по отношению к другим слоям.

Графит обладает антификционными свойствами, зависящими от малого коэффициента трения (статический коэффициент трения графита по графиту 0,28), а также от способности его прилипать к твердой поверхности, обусловленной значительной ненасыщенностью сил молекулярного притяжения у поверхности спайности, а также от наличия в обычных условиях мономолекулярных адсорбционных водяных слоев на его поверхности. При отсутствии таких слоев возникает интенсивный износ графита, и, следовательно, для целей смазки при работе в условиях вакуума обычный технический графит непригоден. Антифрикационные свойства технического графита повышают пропиткой его металлами и синтетическими смолами. Промышленность выпускает различные марки таких антифрикционных графитовых материалов. Применение их особенно ценно, когда невозможно использование жидких смазок.

Графит имеет низкую газопроницаемость. Это свойство ценно при его работе в условиях высоких температур в некоторых отраслях техники, а также в коррозионной среде. Отмечают, что новейшая разновидность графита — стеклографит (стеклоуглерод), еще мало изученная и освоенная, непроницаема для гелия даже до температуры ~ 1000° С при перепаде давления между глубоким вакуумом и атмосферным. Он окисляется втрое медленнее, чем технический графит, и на 25 — 30% медленнее, чем пирографит. Его свойства изотропны, а прочность втрое выше при растяжении и в 6 раз выше при сжатии, чем у технического графита.

Теплофизические свойства. Согласно диаграмме агрегатного состояния углерода (графита), для того чтобы его расплавить, необходимо давление > 10 МПа и температура>3700 °С. Графит.сублимирует при обычном давлении при температуре ~3700 °С. Скрытая теплота сублимации   (испарения)  графита    720 кДж/моль.

Давление пара при температурах 2129 и 2926° С составляет соответственно 1,33-10~3 и 13,3Па.

Особенно целесообразно применять в деталях компрессоров подъемных и дозвуковых маршевых газотурбинных двигателей, в которых рабочая температура газа по тракту относительно низка. Снижение массы при этом может составить 10—18%. Дополнительный эффект при использовании композитов достигается вследствие уменьшения шума, повышения аэродинамического к. п. д., снижения расхода топлива и улучшения приемистости двигателя.

Углерод-углеродные (С — С) композиты

Перспективными для применения в авиационно-космической технике являются чисто углеродные композиционные материалы, представляющие собой углеродную матрицу, армированную углеродными, волокнами или тканями. Один" из процессов их получения — последовательное проведение следующих операций:

пропитка углеродных или графитовых волокон или тканей фенольной смолой, например в процессе их намотки на оправку;

отверждение связующего при заданных температуре и давлении;

механическая обработка заготовок до заданных размеров;

обжиг заготовок в контролируемой атмосфере с целью карбонизации связующего;

науглероживание — отложение в образовавшихся при отверждении и обжиге порах материала пироуглерода, получаемого в результате термической деструкции при  углеводородного газа (например, метана , в среде которого помещаются заготовки;

графитация  полученных деталей  при   ~3000° С.

При использовании ткани трехмерной структуры для армирования материала деталей, полученных из композита , их абляционные (теплозащитные) свойства не уступают высокому уровню свойств деталей из неар-мированного графита, а механические свойства, как’ это видно из данных табл. 46, существенно выше.

Благодаря высокой жаростойкости (1500—1600° С) применяют при изготовлении высокотемпературных электронагревательных сопротивлений для печей (так называемые глобаровые и силитовые стержни и трубки) и нелинейных электросопротивлений, а также в качестве защитного покрытия от окисления графита. Вследствие высокой твердости карборунд применяют в качестве абразива.

Полученный по специальной технологии спеченный SiC с относительной плотностью 0,95—0,98 и прочностью при сжатии 1,0—1,4 ГПа применяют в качестве конструкционного материала для ракетной техники (вкладыши сопел пороховых и некоторых жидкостно-реактив-ных двигателей).

также применяют для изготовления жаропрочных материалов деталей реактивной и атомной техники.

Карбид бора (р-2500 кг/м3; ^ = 2470° С; ¦ а = = 4,5-Ю-6 Кг1 при 25—2000° С; ? = 450 ГПа; твердость близка к твердости алмаза) используют для изготовления регулирующих стержней атомных реакторов и в виде порошка для шлифования и полировки стальных инструментов  (вместо алмаза).

Другие керамики из’ карбидов применяют реже вследствие их высокой окисляемости и необходимости работать с ними лишь в защитной среде, а также сложности получения из них плотного материала («черепка»). Карбиды урана UC (^пл = 2370° С), плутония РиС (/пл = = 1850° С) и тория ThC (^ = 2625° С) нашли применение в качестве ядерного горючего, другие карбиды — в составах керамико-металлических материалов — кер-метов.

Резиноподобный, обладающий хладотекучестью, высокими диэлектрическими свойствами, липкий материал. Применяют полиизобутилен для изготовления липких лент и при добавлении упрочняющих компонентов (сажа) вместо полиэтиленов. В виде сополимера с каучуками его используют в производстве нестареющего бутйлкаучука.

Полистирол — аморфный, прозрачный, горючий, жесткий полимер, обладающий высокими диэлектрическими свойствами, удовлетворительной механической прочностью, невысокой рабочей температурой, высокой влаго- и радиационной стойкостью и химической инертностью; растворяется в ароматических и других близких по природе растворителях. Применяют полистирол для невысоконагруженных деталей и как высокочастотный диэлектрик/ Он входит в состав механически прочного .стирольного каучука СКС. Получают также его’ сополимеры с акрилонитрилом, метилмета-крилатом, имеющие повышенную механическую прочность (например, СН—20), эластифицированные ударопрочные составы (например, СНП, УПС, АБС полимеры) и пенополистирол. Получают несколько видов модифицированных фтор-лонов: Ф-4Д — технологичный (ленты, трубки изготовляют экструзией с последующим спеканием); растворимый в органических растворителях и применяемый для изготовления лаков; Ф-40 — обладающий высокой твердостью и почти не склонный к ползучести, стойкий к радиационным излучениям и технологичный.

Поликристаллические волокна из окиси алюминия, нитрида бора, карбида кремния и других веществ имеют высокий комплекс механических свойств, большую длину и .сравнительно недороги. Получают эти волокна в три стадии: 1) приготовление суспензии либо коллоидального раствора; 2) экструдирование вязкой массы и 3) термическая обработка для удаления влаги и органического связующего с целью стабилизации  структуры   волокон.

Этим методом получают волокна окиси алюминия диаметром 6—50 мкм и длиной 15—20 м. Их плотность 3150 кг/м3, предел прочности 2,1 ГПа и модуль нормальной упругости 175 ГПа.

Методы получения  композиционных материалов

Технология получения композиционного материала сложна. Она начинается с тщательной очистки контактной поверхности армирующих волокон и матрицы, поскольку взаимодействие по этой поверхности определяет качество и работоспособность композиции. Композиционные материалы в зависимости от их размеров, профиля и природы составляющих компонентов можно получать различными способами.

Получают чаще всего взаимодействием избытка эпихлоргидрина с дифенилолпропаном в щелочной среде. Линейный полимер — диановая смола — имеет на концах реакционноспособные оксиэти-леновые (эпоксидные) группы атомов. Для получения необратимых (нерастворимых и неплавких) изделий на диановых смолах последние подвергают отверждению путем добавления диаминов (без нагревания), ангидридов кислот, фенольно-, реже аминоальдегидных смол (при нагревании). В результате отверждения при нагревании образуется более термостойкий и более прочный сополимер. Сшивание линейных олигомеров происходит чаще всего вследствие разрыва (раскрытия) эпоксидных групп, например:

При этом продукт взаимодействия отвердителя — диамина — с концевыми эпоксидными группами смолы не выделяется в виде побочного продукта реакции (например, воды, как в случае отверждения фенольных смол), а остается в составе полученного блок-сополимера в виде полярных ОН-групп.

При отсутствии побочных продуктов реакции и наличии многочисленных полярных групп отвержденные блок-сополимеры отличаются:

1) способностью к формообразованию деталей при минимальном технологическом давлении, порядка 0,1 — 0,5 МПа, вместо десятков мегапаскалей давления, необходимого для предотвращения расширения выделяющихся побочных продуктов реакции и образования пористых разрыхленных деталей при использовании фенолоальдегидных и им подобных смол, отверждаемых по механизму реакции поликонденсации;

2)   минимальной усадкой при отверждении, составляющей 0,5—0,8% для температуры реакции 100° С, идо 2,2—2,3% для температуры 200° С. При введении наполнителей усадка может быть дополнительно уменьшена примерно вдвое;

3)   высокой адгезионной способностью к поверхностям твердых тел, в том числе и стеклянного волокна;

4)_ высокими диэлектрическими и механическими свойствами;

5)   высокой химической стойкостью, особенно в щелочных средах;

6)   высокой термостойкостью по сравнению с ненасыщенными полиэфирами.

По назначению пленкообразующие’материалы делятся на:

клеи, применяемые для соединения (склейки) различных материалов;

герметики — для уплотнения и герметизации заклепочных швов обшивки кабин, топливных отсеков, крыльев и корпусов летательных аппаратов, а также фиксации резьбовых соединений;

лакокрасочные материалы, используемые в качестве противокоррозионных, электроизоляционных, теплозащитных и декоративно-отделочных покрытий;

компаунды — пропиточные и заливочные составы, служащие для влагозащиты, повышения диэлектрических и механических свойств в электрорадиоприборах и аппаратах.

В качестве пленкообразующего вещества (основы) в этих материалах применяют термопластичные полимеры, синтетические и природные смолы, растительные масла, каучуки, эфиры целлюлозы, битумы, белки и др.

Важнейшее специфическое свойство всех пленкообразующих материалов — адгезия, т. е. способность сцепляться с поверхностью, на которую они нанесены. Адгезия обеспечивается комплексом физико-химических и механических явлений на границе пленкообразующее — подложка: силами межмолекулярного взаимодействия, электрическим притяжением, диффузией молекул одного полимера в другой, а иногда и химическим взаимодействием. При рассмотрении адгезионных явлений необходимо учитывать также когезию— взаимодействие между молекулами в объеме данного тела, которое определяет собственную прочность пленки материала. Лучшие пленкообразующие вещества — это такие, у которых адгезионное притяжение к подложке выше собственной ко-гезии.

Старение вызывает постепенное, обычно необратимое ухудшение эксплуатационных   свойств   материалов.

При работе деталей авиационной техники под открытым небом менее стойкие неметаллические материалы предохраняют от ускоренного старения введением в их состав ингибиторов (противостарите-лей) и нанесением покрытий. Защитные покрытия изготовляют из наиболее стойких органических и неорганических полимеров.

Испытания атмосферостойкости материалов или деталей проводят в естественных или ускоренных условиях. Для определения есте: ственного старения образцы устанавливают под открытым небом в различных климатических зонах, проводят их периодические осмотры и испытания. Искусственное, ускоренное старение производят в лабораторных условиях, воздействуя на образцы материалов отдельными деструктирующими факторами или их комбинациями, наиболее близко воспроизводящими естественные условия эксплуатации. Высокоэластичност-ь присуща только высокополимерам. Неорганические низкомолекулярные кристаллические тела (рис. 76, б) и низкомолекулярные аморфные органические и неорганические вещества ее не имеют (рис. 76, в, кривые 1, 2).

Органополисилок саны или силиконы, как часто называют этот тип соединения, — основной, широко освоенный в промышленности представитель перспективного класса термостойких элементоорганических соединений. Ведутся также работы по получению и исследованию титанорганическйх, алюминийорганических, оловянноорганических и некоторых других полимеров, также содержащих химические элементы, не обнаруживаемые в составе природных органических полимеров.

Силоксановые полимеры, синтезированные, исследованные и примененные советской школой химиков во главе с академиком К. А. Андриановым, имеют линейную или пространственно-сетчатую структуру:

Находящаяся в главной цепи этих полимеров силок-саиовая группировка атомов —Si—О—, характерная для неорганических силикатных материалов (кварца, силикатного стекла и т. п.), обладает энергией, на ~30% превосходящей энергию связи —С—С в органических по-

мерах, и сильной полярностью. Этим объясняется польшая прочность и стойкость к химической и термоокислительной деструкции неорганических силикатных материалов по сравнению с органическими.

Однако классические силикатные материалы вследствие прочной и «часто сшитой» пространственно-сетчатой структуры обладают чрезвычайно высокой хрупкостью, мешающей во многих случаях их использованию.

Наличие же в кремнийорганических полимерах боковых органических неполярных радикалов, обрамляющих силоксановые связи в главной цепи, снижает межмолекулярное притяжение и сообщает материалам на их основе эластичность, высокие диэлектрические свойства и гидрофобность, связанные с экранированием полярной силоксановой связи. Органополисилоксаны отличаются одновременно высокой стойкостью к термоокислитель-пой деструкции (длительному нагреванию до 330— 350°С).

Физико-механические свойства. Графит характеризуется небольшой твердостью, являющейся результатом легкого расщепления его по плоскостям спайности: твердость технического графита по шкале Мооса колеблется от 0,5 до 1,0, а твердость пирографита в направлении кристаллографической оси а составляет 4,5.

Плотность технического графита различных марок колеблется В широком диапазоне — от 200 до 2230 кг/м3. Графиты с плотностью 200—1200 кг/м3 относятся к пористым и высокопористым. Плотность обычного конструкционного графита 1500—1850, термомеханически обработанного 1900—2160, а пирографита 1950—2220 кг/м3. Теоретическая плотность графита 2265 кг/м3.

Пористость конструкционного технического графита равна 15—30%, а пористого и высокопористого 50— 80% и несколько больше.

Предел прочности при сжатии пенографита на основе пенопласта ФК-50 с плотностью 200 кг/м3 составляет 2,0—3,0 МПа.

f Графит —очень хрупкий материал, он выдерживает большие нагрузки при сжатии, чем при изгибе и особенно растяжении. Прочность и модуль упругости технического графита возрастают при повышении температуры до 2500° С, и ее увеличение при кратковременных нагрузках может достичь порядка 50—100%. При более высокой температуре прочность уменьшается. У пирографита предел прочности при растяжении в продольном направлении возрастает со  130 МПа при 15° С до 420

МПа при 2700° С (рис. 97). Модуль упругости графита при 2000° С увеличивается на 40%. У пирографита модуль упругости вдоль оси а с повышением температуры уменьшается. Графит обладает относительно высоким сопротивлением ползучести, которая заметно повышается при. температуре > 1600 °С.

Графит отличается большой удельной прочностью при высоких температурах (рис. 98). Это очень важная его характеристика.

Сегнетова соль имеет следующие недостатки: малую механическую прочность, она растворима в воде, анизотропна   (поэтому кристаллы  можно вырезать только в определенном направлении по отношению к кристаллографическим осям), имеет низкое значение верхней точки Кюри.

Приборы, в которых применяют керамические сегне-тоэлектрики, разнообразны.

1.  Малогабаритные конденсаторы с большой емкостью. Основные параметры материалов (е, 0С и др.) можно изменять в широких пределах, варьируя состав соответствующих твердых растворов.

2.  Пьезоэлектрические преобразователи и резонаторы, например пьезоэлементы, используют в микрофонах,

звукоснимателях, излучателях и приемниках ультразвука, датчиках давлений и. вибрации. Для них применяют пьезоэлектрики на основе ВаТЮ3, твердых растворов NaNbOs —KNbOs (отличаются высокой термостабильностью пьезоэлектрических параметров), твердых растворов РЬТЮз — PbZr03 (ЦТС), имеющих высокие значения пьезомодуля и диэлектрической проницаемости (1800), а также термостабильного по свойствам PbNb206, химически стойкого при высоких температурах, с хорошими пьезосвойствами.

3.  Диэлектрические усилители, модуляторы и другие управляемые устройства, в которых необходим материал с большой нелинейностью поляризации.

4.  Счетно-решающие машины. Монокристаллы сегнетоэлектриков используют для запоминающих устройств,

‘так как они дают прямую петлю гистерезиса. Их пре-

имущества по сравнению с ферритами — меньшие габариты и значительно меньшее потребление энергии.

Магнитные головки — сложная электромагнитная система с взаимосвязью электрических, магнитных и конструкционных параметров. Магнитные головки бывают двух видов: проводниковые и сердечниковые. ¦ Материал сердечников должен обладать высокой магнитной проницаемостью, малой коэрцитивной силой, большой магнитной индукцией насыщения, высокой температурой Кюри, высокой стойкостью против истирания и пр. В настоящее время в качестве материалов для магнитных головок применяют пермаллой и ферриты. Используют в основном пермаллой стандартного химического состава, %: Ni 78; Fe 17; Mo 5 и Сг 1. Хром и молибден увеличивают электрическое сопротивление сплава, снижая тем самым высокочастотные потери.

На частотную характеристику пермаллоев сильно влияют большие потери на вихревые токи. Поэтому головки, сложного ..типа изготавливают из ферритов. Если рабочая частота находится в полосе мегагерц, магнитный поток, передаваемый от ленты к головке, проходит по поверхностному слою наконечника головки в несколько микрометров. Причиной частотных потерь в магнитном материале является шероховатость вследствие плохой механической обработки, поэтому поверхностный слой материала головок подвергают металлизации.

Создаваемые этими магнитами, они  способствуют  миниатюризации   существующих состоит в том, что в РЗЭ сверху 4/-слоя расположены заполненные 5s- и 5р-слои, которые «экранируют» 4f-слой от внешних влияний, в связи с чем отсутствует перекрытие электронных облаков 4/-электроиов соседних атомов в кристалле.

Для РЗЭ и их соединений характерны все пять видов магнетизма. Лантан, иттербий и лютеций — парамагнетики. Двенадцать РЗЭ магнитоупорядочены при низких температурах, причем пять из них —антиферромагнетики (легкие РЗЭ—до гадолиния), а в пяти тяжелых наблюдается антиферромагнетизм — между точками Нейля и Кюри и ферромагнитное упорядочение магнитных моментов ниже точки Кюри (табл. 11). Гадолиний, магнитный момент которого определяется только электронными спинами, ферромагнитен. Магнитное упорядочение в тяжелых РЗЭ, у которых 4/"’-слой заполнен более чем наполовину, обусловлено косвенным обменным взаимодействием 4/-электронов посредством электронов проводимости. Тяжелые РЗЭ характеризуются высокими значениями констант магнитострикции и магнитокристаллическои анизотропии (в 10—100 раз выше, чем у обычных магнитных материалов).

Обнаруженные у ряда РЗЭ большие магнитные моменты послужили причиной изучения сплавов РЗЭ с 3^-переходными металлами (Мп, Fe, Co, Ni). Большая разница между величинами атомных радиусов РЗЭ и 3^-переходных металлов (гат РЗЭ составляет 0,2041— 0,1735 нм, а у 3^-переходных металлов 0,128—0,125 нм) приводит к их малой взаимной растворимости и образованию ряда интерметаллических соединений, представляющих большой интерес в отношении оптимальности магнитных свойств. Среди этих соединений особое место занимают гексагональные фазы типа RC05 и .^гСо^, а также ромбоэдрическая фаза Я2Соп, где R— РЗЭ.

В жидких либо твердых растворах. Ориентиром в данном случае могут служить значения соответствующих теплот образования [см. уравнение (3.9)], а также характер диаграмм состав — свойство, полученных при физико-химическом анализе тройных систем типа полупроводник — акцептор — донор по раз-резам-изоконцентратам с постоянным содержанием полупроводника-растворителя и в жидкой, и в твердой фазах.

Классификация полупроводниковых материалов

Наиболее распространенными полупроводниками являются германий и кремний. Однако существует также много других веществ с полупроводниковыми свойствами. Рассмотрим лишь основные показатели этих материалов.

В настоящее время нет общепринятой исчерпывающей классификации полупроводников. Поэтому в зависимости от исходных позиций можно классифицировать полупроводниковые вещества по разным признакам. Наиболее полную классификацию полупроводников можно провести по типу их химической связи. Однако учитывая задачи настоящего пособия, ограничимся химической классификацией полупроводников, которая основана на периодической системе Д. И. Менделеева.

Согласно такой классификации все полупроводниковые вещества можно разделить на два класса: простые и сложные полупроводники.

Простыми называются полупроводники, основной состав которых  -образован атомами одного химического элемента.

Простыми полупроводниками являются следующие элементы: бор, углерод, кремний, германий, .олово, фосфор, мышьяк, сурьма, сера, селен, теллур и иод. Следует отметить, что-бор, углерод, олово, фосфор и мышьяк проявляют полупроводниковые свойства только в определенных модификациях, что лишний раз подчеркивает зависимость полупроводниковых свойств от характера химической связи.

Например,      ^^^^^^^^^^^^^^ тонкие кобальтовые пленки показывают одноосную анизотропию  с легкой осью, параллельной полю в 20000—130000 А/м,    приложенному   во время напыления. Величина наведенной анизотропии составляет 440 Дж/м3, что значительно    ниже   одноосной

анизотропии кобальта (3-Ю5 Дж/м3), возникающей вследствие косого напыления (рис. 37). Косое напыление создает волокнистую структуру пленки, способствующую возникновению одноосной анизотропии. На рис. 38 показана качественная зависимость величины одноосной анизотропии от угла напыления.

Рис. 391 Петли гистерезиса перма.ллоевой пленки:

а — в направлении легкой оси; б — в направлении трудной оси

При термомагнитной обработке в вакууме при f> ;>300°С с наложением магнитного поля, не совпадающего с осью легкого намагничивания пленки, легкая ось

изменяет направление и ориентируется вдоль приложенного магнитного поля.

Одноосная    анизотропия тонких пленок приводит к тому, что петли гистерезиса   в направлении легкого намагничивания у них    прямоугольны.    На рис. 39 показаны   осциллограммы петель гистерезиса  пермаллоевых   пленок.    Для    минимальной . затраты энергии на пере-магничивание наиболее часто используют пермаллоевые пленки с ~80% Ni, обладающие минимальными значениями коэрцитивной силы.

Смоляные лакокрасочные материалы — это растворм. смол (синтетических и природных) в органичес::л растворителях.

По сравнению с масляными смоляные покрытия обладают, как правило, более высокой адгезией, более химически-, атмосферо- и влагостойки. Однако многие смоляные лаки довольно хрупки. Поэтому смоляные лаки и эмали модифицируют растительными маслами и вводят в их состав пластификаторы. – Из природных смол в качестве пленкообразующего применяют канифоль, шеллак, а также ископаемые смолы (янтарь, даммару и др.)."Из синтетических же для изготовления лаков можно использовать любые растворимые смолы, и термопластичные, и отверждаемые: Наиболее широкое распространение из термопластичных полимеров получили перхлорвиниловые, акриловые, по-листирольные и др., из отверждаемых — фенолофор-мальдегидные, эпоксидные, алкидные, кремнийорганиче-ские, полиуретановые и др.

Эфироцеллюлозные термопластичные лакокрасочные материалы

Их приготовляют на основе нитроцеллюлозы (чаще всего), этилцеллюлозы, ацетилцеллюлозы и ацетобути-ратцеллюлозы.

Нитроцеллюлозу (коллоксилин) получают обработкой клетчатки азотной кислотой. Нитроцеллюлоза термопластична. Она хорошо растворяется в органических растворителях — ацетоне, кетоне, эфирах. Нитроцеллю-лозное покрытие быстро высыхает (за 30 мин), отличается блеском, хорошей твердостью, достаточной атмо-сферостойкостью, маслобензостойкостыо. Недостатки нитролаков и нитроэмалей — высокая горючесть,-низкая теплостойкость покрытий и неустойчивость к действию ультрафиолетовых лучей. Нитролаки и нитроэмали применяют для окраски приборов, станков, деревянных поверхностей и др.

Паропроницаемость лакокрасочных покрытий за 10 сут составляет, мг/см2: этилцеллюлозного 180, нитро-целлюлозного 68, акрилового 62, алкидного холодной сушки 40, алкидного горячей сушки 23, полиуретанового 20, перхлорвинилового 6, эпоксидного 3, фторсополимер-ного 1,5.

достигается армированием нитевидными волокнистыми монокристаллами а-модификации карбида кремния a-SiC. Введение 32% (объемн.) SiC повышает предел прочности до 540 МПа. Из приведенных примеров видна перспективность получения" армированных материалов на основе магния и его сплавов.

Композиционные материалы на основе никеля

Особый интерес представляют результаты по армированию жаропрочных сплавов на основе никеля. Такие сплавы имеют удовлетворительные характеристики длительной прочности до температур 1050°

Длительная прочность лучших никелевых сплавов при 1100° С после ЮО-ч нагружения составляет аюо = = 75 МПа, а для никеля, армированного вольфрамом, 150 МПа. Большой эффект упрочнения дает армирование сплавами W+3% Re или W+1% Th02. Длительная прочность композиционного материала, армированного этими сплавами на 70%, достигает при 1100° С оюо = = 250 МПа, а при 1200° С 100 МПа. Пористость в швах из-за отрицательного влияния водорода, значительные деформации — эти дефекты также могут встречаться- при сварке алюминиевых сплавов.

При автоматической сварке плавлением этих сплавов во избежание прожогов необходимо применять подкладки или специальные замковые соединения, что также следует учитывать при проектировании конструкции.

Проводниковая биметаллическая проволока состоит из стальной сердцевины и медной или алюминиевой оболочки. Ее получают путем их совместной пластической деформации. При определенных условиях биметаллическим проводником может считаться проводник с покрытием, полученным гальваническим осаждением, металлизацией в вакууме и т. д. Механическая прочность биметалла благодаря стальной сердцевине значительно выше, чем ‘у меди (<тв= = 600 МПа). Проводимость биметалла, особенно на повышенных частотах, определяется сечением поверхностной оболочки вследствие явления скин-эффекта. Кроме того, медная и алюминиевая оболочки защищают сталь от коррозии. Проводниковую биметаллическую стале-медную проволоку выпускают диаметром 1—4 мм; ~50%  (по-массе) может составлять медь. Однако применение пленочных интегральных схем ограничивается   отсутствием   пленочных   транзисторов,

а — расположение элементов пленочного модуля; б — электрическая схема пленочного  модуля;   1 — пленка   алюминия;   2,  3 — диэлектрик  конденсаторов

которые вводят как «навесные» элементы в гибридные интегральные схемы. На поверхность- подложек наносят тонкие электропроводящие покрытия, выполняющие функции монтажных проводов, пассивных элементов и контактных площадок. Таким образом, в тонкопленочных элементах микроэлектронных схем образуется система проводников и контактных площадок. Контактные площадки служат для присоединения внешних выводов микросхемы и

выводов «навесных» элементов, например транзисторов (рис. 6).

Почти полностью устраняются термообработкой (обжигом), в результате которой кристаллическая решетка окислов приобретает первоначальное состояние.

Керамики, применяемые в ядерной энергетике, дол-.   жны  обладать способностью задерживать или  рассеивать нейтроны.

Для работы в качестве замедлителя керамический материал должен иметь низкое значение поперечного сечения захвата нейтронов и высокое значение поперечного сечения рассеивания1.

Из представленных выше данных видно, что наилучшие свойства имеет ВеО, которую наряду с графитом и применяют в качестве материала —замедлителя ядерных реакций.

Механические свойства. Окисные керамики, как и другие хрупкие материалы, испытывают чаще всего на сжатие или изгиб, при этом аИзг составляет обычно от 7з до Va Сеж, а ав лишь от 7б до Vis огсж. Механические свойства керамик снижаются при повышении пористости изделий и окружающей температуры. Последняя зависимость представлена на рис. 109, из которого видно, что наибольшей прочностью при растяжении до температуры 1200° С обладает спеченная А1203, а при 1500° С, хотя и потеряв около половины прочности, ее несколько превосходит Zr02. Для сравнения на этом рисунке да-

ны также температурные зависимости прочности молибдена и графита.

Коэффициент Пуассона \х окисных керамик составляет 0,25—0,35 и при температурах Ниже пластической деформации мало зависит от температуры. При чаще всего встречающемся для этих материалов ц = 0,25 имепримере спеченной MgO — положительное влияние уплотнения материала в процессе прессования [3 мм/ /(мм-ч)—при прессованиии, 33,0 — при шликерном литье]. Заметно также, что наименьшая скорость ползучести— у А1203, низкая — у стабилизированной Zr02 и прессованной MgO и наибольшая — у ТЮ2.

Вследствие высокого значения температуры размягчения кварца (1670° С) и узкого интервала ее изменения получают малопроизводительным и дорогим «штабиковым» методом. Вытянутое из кварцевых цилиндриков (штабиков) волокно выпускают в виде коротковолокнистого штапеля или непрерывных нитей. Штапельное кварцевое волокно применяют для изготовления ваты, матов, бумаги, картона или фильтров. Из непрерывного волокна получают нити, ленты и ткани, армированные композиционные материалы Непрерывное кварцевое волокно при плотности 2200 кг/м

имеет средний предел прочности при растяжении 2,0— 3,0 ГПа, модуль упругости 73 ГПа. Дорогие кварцевые волокна применяют главным образом в специальных ответственных случаях. Кремнеземное (кварцоидное и рефразил) волокно диаметром 5—10 мкм получают из стекловолокна промышленных составов путем обработки соляной или серной кислотой. Травление кислотами приводит к выщелачиванию всех окислов, кроме кремнезема, образующего 98,6—99% состава полученного волокна. Пористое кремнеземное волокно в 2—3 раза менее прочно, чем кварцевое, но благодаря существенно меньшей стоимости находит широкое применение для целей теплоизоляции и теплозащиты. Высокая твердость бора (>9 ед. по десятибалльной шкале Моо-са) обеспечивает незначительные потери прочности волокна вследствие истирания при переработке. Свойства борного волокна приведены в табл. 38.

Очень распространены для окраски различных приборов в настоящее время молотковые эмали, образующие на поверхности узор, напоминающий чеканку молотком. Молотковые эмали изготавливают на основе меламиноформальдегидных     смол,     пигментированных

алюминиевой пудрой. В качестве узорообразователя применяют высокомолекулярные кремнийорганические соединения. Рисунок чеканки молотком проявляется’ в сыром состоянии через 1—2 мин после окраски. Окончательную сушку проводят при 100.—120° С в течение 30 мин. Пленка отличается высокой прочностью, эластичностью и атмосферостойкостыо.

Компаунды — смеси полимеров (иногда с добавками минеральных наполнителей), которыми в жидком виде пропитывают, заливают или. обмазывают изделия (конденсаторы, электрические обмотки, кабельные муфты, полупроводниковые выпрямители и др.).

Жидкие в момент применения компаунды затвердевают: термопластичные — при охлаждении их. расплава, а отверждаемые — чаще всего при нагревании вследствие химических реакций, вызывающих превращение олигомеров или линейных полимеров в сетчато-простран-ственные.

Преимущество компаундов перед электроизоляционными лаками заключается главным образом в отсутствии, летучих растворителей, что обеспечивает получение плотной, герметичной изоляции, обладающей высокими влагостойкостью, электрической прочностью, вибростойкостью. Для повышения нагревостойкости в состав компаундов вводят минеральные наполнители, чаще всего пылевидный кварц.

Для приготовления компаундов применяют битумы, полистирол, полиуретаны, эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические смолы и другие полимеры.

В частности, Zr02 применяют для тепловой защиты в камерах сгорания двигателей. Тигли из двуокиси циркония применяют при плавке тугоплавких веществ.

Керамика из окиси бериллия ВеО замечательна высокой теплопроводностью, которая выше, чем у "чистого, бериллия (у других окисных керамик теплопроводность составляет лишь 0,1—0,2 от теплопровод –

ности соответствующего металла). С этим связана ее высокая термостойкость. Однако при резком охлаждении изделий из ВеО, нагретых при 2300° С, они полностью разрушаются. Это связано с полиморфными превращениями ВеО при 2100° С, сопровождаемыми 4%-ной усадкой материала. Достаточная термостойкость ВеО позволяет использовать ее для изготовления некоторых деталей реактивных двигателей. Высокая теплопроводность наряду с высокими диэлектрическими свойствами при больших температурах, легкостью и вакуум-плотностью ВеО наилучшим образом отвечает современным и потенциальным требованиям электронной техники.

Упомянутое выше использование спеченной ВеО как замедлителя нейтронов в значительной степени способствовало повышению температуры рабочей зоны, а следовательно, и эффективности ядерного реактора. На-, конец, тигли, изготовленные из ВеО, устойчивы к основным реагентам, и в них можно плавить щелочи и карбонаты, а также уран и торий, чистые бериллий, платину и другие металлы. Вследствие токсичности ВеО, особенно необожженной и в виде легкорастворимых солей бериллия, работать с ней можно только при соблюдении необходимых мер безопасности.

Керамика из окиси магния MgO вследствие ее высокого теплового расширения и низкой теплопроводности имеет низкую термостойкость, однако, применяя специальный режим горячего прессования в графитовой прессформе, в США получен из MgO материал для носовых конусов и передних кромок летательных аппаратов. Плотность этого материала составляет 3589 кг/м3, превышая теоретически рассчитанную, предел прочности при изгибе равен 280—316 МПа, сопро-, тивление тепловому удару при высоких температурах хорошее.

Окисную керамику получают спеканием тонкодисперсных порошков чистых высокотемпературных специально синтезированных окислов: алюминия, циркония (кислые окислы), бериллия, магния, кальция, тория, урана и церия (основные окислы).

В отличие от традиционной многокомпонентной керамики, состоящей из двух или трех фаз (кристаллической, аморфной и газовой), окисная керамика является однокомпонентной и состоит из кристаллической фазы, почти не сопровождаемой стекловидной и газовой. Это объясняется отсутствием глинистых компонентов и воздушных включений в виде пор. Такая компактная структура окисных керамик обеспечивает их высокую, приближающуюся к теоретической плотность (практически до нулевой пористости), высокие теплопроводность и температуру плавления, термическую и химическую стойкость, жесткость и устойчивость к ползучести. Поэтому окисные керамические материалы находят все возрастающее применение в новой технике в качестве конструкционных и специальных материалов, эксплуатируемых, в условиях воздействия особенно жестких термических, механических и химических факторов. Электропроводность окисной керамики невелика: у подавляющего большинства окислов удельное объемное сопротивление при 1000° С достигает значения порядка 104Ом-м, т. е. эти материалы являются диэлектриками. Исключение составляет U02, сопротивление которой при температуре < 1000° С равно менее 103 Ом-м и которая поэтому является полупроводником.

На рис. 107 приведена зависимость удельного объемного электросопротивления окисных керамик, которую для практических целей можно определить из следующего логарифмического уравнения:

Снижение электрического сопротивления при повышении температуры позволяет использовать спеченную двуокись циркония Zr02 в качестве компонента нагревательных стержней, работающих в окислительной газовой среде при высоких температурах.

Классифицируют стекла по ряду признаков: по стеклообразующему веществу,- по содержанию модификаторов и по назначению.

В зависимости от химической природы стеклообра-зующего вещества стекла делят на силикатные (Si02), алюмосиликатные (AI2O3—Si02), . боросиликатные (В203—Si02), алюмоборсиликатные (А1203—В203—Si02), алюмофосфатные (А1203—Р2Об) и др. По содержанию модификаторов стекла бывают щелочными (содержащими окислы Na20, K2O), бесщелочными и кварцевыми. По назначению все стекла подразделяют на техническое стекло (оптическое, светотехническое, химико-лабораторное, приборное, трубное); строительное (оконное, витринное, армированное, стеклоблоки) и бытовое (стеклотара, посудное, зеркала и др.).

Технические стекла в большинстве относятся к алю-моборосиликатной группе и отличаются разнообразием входящих окислов. Промышленность выпускает стекло в виде готовых изделий, заготовок или отдельных деталей.

При нагревании стекло плавится в некотором температурном интервале, который зависит от состава. На рис. 102 показана температура стеклования tc (вязкость 1012 Па-с), ниже которой стекло приобретает хрупкость. Для промышленных силикатных стекол tc — =425-4-600° С; температура размягчения tp (вязкость 108 Па-с) равна 600—800°-С. Выше температуры размягчения в стекле начинают проявляться свойства, .типичные для жидкого состояния. В интервале tQ—/р, называемом «интервалом размягчения», стекла находятся в высоковязком пластическом состоянии. В этой, области имеет место быстрое изменение всех свойств стекла с увеличением температуры. При температурах выше температуры размягчения  (1000—1100° С)  проводят все технологические процессы переработки стекломассы в изделия. Свойства стекла, как и всех аморфных тел, изотропны. Плотность его колеблется от 2200 до 6500 кг/м3 (с окислами свинца, бария—до 8000 кг/м3).

Способность сохранять первоначальные свойства в течение длительного времени в присутствии кислорода и быстро полимеризоваться с образованием прочной пленки при отсутствии кислорода или при малом его доступе. Анаэробные уплотняющие составы используют при конт-ровке резьбовых соединений, подвергающихся вибрации, для посадки подшипников и шестерен. Применение анаэробных уплотнителей позволяет исключить использование контргаек, что дает большую экономию в массе, удешевляет операцию контровки, повышает прочность соединения благодаря увеличению площади сцепления с 30 до 100 % и исключает срыв резьбы. Они обеспечивают высокую химическую стойкость, хорошую герметичность и работоспособность при высоких давлениях. При отверждении анаэробные композиции не дают усадки И не требуют больших давлений.

Недостатки анаэробных композиции — невысокие теплостойкость и механическая прочность, дороговизна, токсичность.

В зависимбсти от условий напыления и природы материала пленки и подложки могут образовываться: аморфные пленки, не имеющие кристаллической решетки; мелкозернистые пленки с размером кристаллов < 10 нм; крупнозернистые пленки с размером кристаллов >10 нм; монокристаллические пленки.

Исследования показали, что тугоплавкие металлы с температурой плавления >1875°С—вольфрам, тантал, молибден, рений, а также полупроводники — германий и кр’емний образуют мелкозернистые пленки с сильной разориентировкой кристаллов, о чем свидетельствует сильная размытость дифракционных колец электроно-грамм. Пленки из металлов средней тугоплавкости (^пл=6504-1875°С)—платины, хрома, титана, железа, никеля, золота, серебра, меди, алюминия — дают на электронограммах также . размытые дифракционные кольца. Однако с ростом толщины пленок четкость колец увеличивается, что свидетельствует об укрупнении кристаллов примерно до 100 нм.

Особенности кристаллической структуры тонких пленок

Свойства и строение тонких пленок обычно значительно отличаются от свойств и строения массивного материала. Тонкие пленки можно рассматривать как особое состояние вещества.

Структура металлических пленок зависит от многих факторов: природы испаряемого металла, природы и обработки подложки, ее температуры, скорости и температуры конденсации, степени вакуума, состава остаточных газов, толщины конденсированной пленки, угла наклона атомного пучка к поверхности подложки и т.д.

Электропроводность диэлектриков определяется концентрацией свободных зарядов и их подвижностью.

Часто источниками ионов в жидких и твердых диэлектриках являются примеси, а в газах — еще и внешние факторы, такие как радиоактивная деятельность земли, космические лучи, ультрафиоле-говое облучение и т. д. В твердых диэлектриках с атомной и молекулярной структурой (алмаз, воски, смолы, пластмассы и др.) электропроводность связана с наличием ионов примесей и их перемещением. У диэлектриков с ионной структурой элетропроводность может быть обусловлена и собственными ионами, особенно расположенными по границам зерен, в микропорах, трещинах и т. п., т. е. такими ионами, подвижность которых повышена. У технически чистых неполярных твердых диэлектриков удельное электросопротивление достигает значений pv = 101в-М020′ Ом-м’, у полярных оно составляет 1012—1018 Ом-м.

Все факторы, влияющие на концентрацию свободных зарядов и их подвижность, влияют на электропроводность. Большое практическое значение имеет влияние температуры, напряженности электрического поля, времени нахождения изоляции под током и влажности материала.

Влияние температуры. С повышением температуры возрастает подвижность ионов и уменьшается вязкость материала. Степень ионизации с ростом температуры также увеличивается. Поэтому электропроводность диэлектриков интенсивно растет.

Экспериментальные и теоретические исследования приводят в большинстве случаев к экспоненциальному закону роста проводимости (снижения удельного сопротивления):

Для увлажненных материалов наблюдается более сложный ход кривой зависимости удельного электросопротивления от температуры.

Пряжей называют скрученные короткие или штапельные волокна. Нити, в отличие от пряжи, получают скручиванием непрерывных волокон. Скручиванием двух или нескольких нитей или пряж изготавливают крученую,нить или крученую пряжу. Пряжу и нити применяют для изготовления тканей, трикотажа или крученых изделий.

Хлопчатобумажная или хлопковая пряжа бывает кардная, гребенная или аппаратная. Основную массу составляет кардная пряжа средней толщины, вырабатываемая линейной плотностью 11,75—100 мг/м. Из нее изготовляют миткали и бязи — ткани, применяемые для производства текстолита, ситца, и ряд вспомогательных технических тканей.

Гребенную хлопчатобумажную пряжу, более тонкую (3,7— 15,4 мг/м), вырабатывают из более длинных волокон. Она имеет более высокую удельную прочность и большую гладкость, чем кардная. Из гребенной пряжи изготовляют ткани ответственного назначения (для полотняной обшивки и оклейки фанерной обшивки некоторых летательных аппаратов, для куполов грузовых парашютов и для прорезиненных оболочек аэростатов), а также электроизоляционные ленты и некоторые лакоткани.

Льняную пряжу мокрого прядения, гладкую и тонкую, применяют при изготовлении льняных тканей для полотняной обшивки легких самолетов, для оклейки воздушных винтов и производства высокопрочных ниток, шнуров и веревок. Более пушистую, оческовую пряжу сухого прядения используют для изготовления брезентовых тканей.

Способствует повышению газопроницаемости вследствие уменьшения межмолекулярного взаимодействия и повышения гибкости молекул.

При введении минеральных наполнителей [до 20% (объемн.)] газопроницаемость снижается. Наиболее эффективны в этом отношении наполнители с пластинчатой формой частиц.

Определение газопроницаемости материалов имеет большое практическое значение, например при разработке и использовании надувных конструкций, герметичных прокладок, диафрагм, шин и других изделий. Газопроницаемость снижает защитные свойства полимерных покрытий, увеличивает скорость окисления полимеров и другие виды их химической деструкции. Ниже приведены коэффициенты газопроницаемости Р некоторых полимеров при 20° С для раз-

Теплостойкость — предельная температура, при которой полимер или материал на его основе может работать под нагрузкой без опасных деформаций. Теплостойкость зависит от химического состава и строения молекул. Для оценки теплостойкости полимерных материалов, в,, частности пластмасс, применяют термомеханические методы, связанные с определением влияния температуры и времени на деформацию материала, вызываемую нагрузкой (методы Мартенса, Ника).

Применяют для изготовления проволочных резисторов, используемых в радиоэлектронной аппаратуре, реостатов и переменных сопротивлений, образцовых сопротивлений, шунтов и других элементов электрических аппаратов, машин и приборов, которые должны иметь определенное высокое электрическое сопротивление.

Сплавы применяют в виде проволоки или ленты. Высокая пластичность материалов позволяет тянуть проволоку до диаметра 0,02 мм, а ленту прокатывать до толщины 0,01 мм.

. Дело в том, что в электрической схеме прибора монтаж резистивных элементов ведут с помощью медных проводов. Т. э.д. с, возникающая в контакте, например, проволочного резистора с медным проводником, может изменить электрические параметры схемы, что нарушит режим работы прибора. Резистив-ные элементы должны обладать также высокой температурно – временной стабильностью электросопротивления.

Наиболее ‘высокое электросопротивление и минимальная величина температурного коэффициента электросопротивления получаются в сплавах с высокой концентрацией легирующих элементов, когда твердый раствор образуется при приблизительно равном количестве компонентов. На рис. 8 показана диаграмма состояния системы Ni—Си и соответствующая диаграмма -изменения свойств в зависимости от состава. Как видно из диаграммы состояния, медь и никель образуют непрерывный ряд твердых растворов. Максимум удельного электросопротивления соответствует примерно 50% Ni, а минимум температурного коэффициента электросопротивления— примерно 40% Ni.

Благодаря плотности структуры и отсутствию пор выше, чем у стекла и керамики, и составляет примерно 30—50 МВ/м.

• Вследствие хорошей сцепляемости с металлами, термостойкости, а также хороших диэлектрических свойств ситаллы применяют как подложки микромодулей печатных схем. Высокая радиопрозрачность, огнеупорность, хорошие механические свойства позволяют использовать их для антенных обтекателей. Ситаллы применяют также в качестве припоя для плотного спая металлов, для оболочки вакуумных электронных приборов с высоким разрежением (газонепроницаемость практически равна 100%), работающих при высоких температурах. Поскольку ситаллы огнеупорны и способны сильно поглощать    нейтроны,  их исползуют    для    управляющих

стержней реакторов; благодаря высоким значениям диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрических си-таллов и простоте изготовления тонких пленок — для малогабаритных конденсаторов; вследствие высожзй ?"Пр и низкого tg 6— для различных высоковольтных и высокочастотных изоляторов. Высокая износостойкость и механическая прочность позволяют применять их для изготовления подшипников, фильеров для выдавливания синтетических волокон; как связку — для абразивных кругов, камер сгорания в поршневых двигателях; благодаря высокой способности светопропускания ультрафиолетовых излучений ситаллы применяют для изготовления ламп, приборов, связанных с ультрафиолетовым излучением. Ситаллы на основе фоточувствительного стекла применяют для получения точных по размерам диэлектрических прокладок, трубок фотоумножителей, сотообразных конструкций для световых ячеек, деталей вычислительных машин и т. Д.

С ППГ с контролируемыми и воспроизводимыми свойствами может быть достигнут" лишь совместными усилиями специалистов в области радиоэлектроники, физики магнитных явлений и химии твердого тела.

В качестве ферритов с ППГ в основном применяют магниймарганцевые ферриты. Широко используют ферриты, содержащие литий, так как они отличаются более высокой температурной стабильностью электрических и магнитных свойств. Ферриты с ППГ маркируют буква? ми ВТ («Вычислительная техника»). Цифры, стоящие перед буквами, указывают на величину коэрцитивной силы, выраженную в эрстедах. В отличие от этого у ферритов на основе системы литий — натрий цифры в обозначениях марок указывают на принадлежность к базовому составу и его модификациям; буква П обозначает прямоуголыюсть петли гистерезиса.

В табл. 9 приведены основные системы и свойства ферритов с ППГ.

Сердечники из ферритов с #с^100 А/м предназначены для логических и коммутационных элементов, а сердечники из ферритов с Нс= 100-^300 А/м — для матричных запоминающих устройств вычислительной техники. Ферриты промежуточного класса (#с=50-т–М50 А/м) мосут обладать свойствами, которые позволяют использовать их как для логических, так и для запоминающих элементов. Ферриты с высокой коэрцитивной силой (#с> Ю00 А/м) целесообразно применять для быстродействующих выключателей и других аналогичных устройств.

Из данных табл. 9 следует, что ферриты с малым значением коэрцитивной силы имеют низкую точку Кюри и, следовательно, пониженную температурную стабильность электромагнитных параметров. Поэтому при создании аппаратуры, работающей в широком температурном диапазоне, необходимо использовать сердечники из металлических лент микронной толщины, которые обладают большой температурной стабильностью электромагнитных параметров.

В ряде исследований отмечено, что в твердых растворах на основе полупроводника между легирующими элементами донорного и акцепторного типа возможно взаимодействие, приводящее к образованию донорно-акцепторных комплексов, сущест-

венно влияющих на свойства материала. Степень ассоциации атомов легирующих элементов в комплексы либо степень их диссоциации в существенной степени зависит от теплового воздействия на материал, его интенсивности и длительности. Указанные процессы (ассоциации и диссоциации) можно представить в виде системы двух реакций, протекающих между продуктами ионизации доноров и акцепторов согласно уравнениям (3.1) и (3.2):

Это выражение характеризует температурную зависимость константы равновесия донорно-акцепторного взаимодействия в твердом растворе на основе полупроводника и, следовательно, служит отправным моментом при подходе к термической обработке сложнолегированного полупроводникового материала.

Насколько существенно- процессы ассоциации или диссоциации сказываются на свойствах материала после проведения соответствующей термической обработки, можно судить из рассмотрения следующего примера. В кремний вводили алюминий и сурьму в различных соотношениях и-исследовали – свойства тройных твердых растворов по разрезам-изокон-центратам, располагающимся по составу в пределах области гомогенности на основе кремния.

Основные требования к качеству современных полупроводниковых материалов — ультравысокая химическая чистота и максимальная степень совершенства структуры монокристаллов.

Необходимость сверхвысокой чистоты полупроводниковых материалов диктуется тем, что, во-первых, полупроводниковые свойства многих важнейших современных материалов проявляются только в ультрачистбм состоянии (германий, кремний и др.) и, во-вторых, управление свойствами полупроводников становится возможным только после того, как достигнуто их собственное удельное сопротивление. Полупроводник с собственной проводимостью содержит такое ничтожно малое количество примесей, которое практически уже не оказывает заметного влияния на свойства. Собственному сопротивлению полупроводников соответствует концентрация остаточных примесей, которая не должна превышать 10-6—10_8%.

Таким образом, критерием чистоты исходных полупроводниковых материалов служит наличие у них собственной проводимости. Например, содержание меди и никеля в германии, идущем на изготовление диодов и триодов, не должно превышать одной десятимиллионной доли процента. Это составляет 1 мг на 1 т, или один атом примеси на миллиард атомов германия. Только из подобного материала можно изготовить приборы с воспроизводимыми свойствами.

Служащие для-изготовления теплозащитных материалов и ответственных деталей-"реактивных двигателей.

Реакторный графит применяют в энергетических атомных реакторах в качестве конструкционного материала, так как он обладает малым сечением захвата нейтронов и способностью замедлять их скорость. Такие свойства имеет химически чистый технический графит, в котором примеси с большим сечением захвата нейтронов, например бор, редкоземельные элементы и др. могут содержаться в минимальном количестве. По зарубежным данным, сечение поглощения тепловых нейтронов спектрально чистого графита составляет 3,5 мб, а

реакторного графита производственных марок 4—4,8 мб. Недостаток графита состоит в том, что при бомбардировке быстрыми нейтронами нарушается его кристаллическая решетка, а это приводит к заметным изменениям многих его физических свойств. Контакт графита с жидким натрием при температуре>450°С вызывает его разбухание вследствие адсорбции натрия в Порах графита. Наполнение графита натрием существенно повышает сечение захвата нейтронов. В состав неорганических стекол входят стеклообра-зующие окислы кремния, бора, фосфора, германия, мышьяка, создающие структурную сетку, и модифицирующие окислы натрия, калия, лития, кальция, магния, бария, изменяющие физико-Химические свойства стекломассы. Кроме того, вводят окислы алюминия, железа, свинца, титана, бериллия и др., которые самостоятельно не образуют структурный каркас, но могут частично замещать стеклообразующие окислы и этим сообщать стеклу нужные технические характеристики. Таким образом, промышленные стекла являются сложными многокомпонентными системами.

Их изготавливают не только в дискретном виде; в качестве активных элементов они входят в состав твердых интегральных схем. Как известно, интегральная схема состоит из активных и пассивных элементов. В качестве подложки используют кремний, сапфир, ситаллы. Для активных элементов интегральных схем применяют в основном те же материалы, что и при изготовлении приборов в дискретном исполнении.

Из других простых полупроводников следует отметить селен, из которого изготавливают различные выпрямители, фотосопротивления, фотоэлементы и др. Многие" двойные и тройные соединения селена с другими элементами применяют в качестве фотосопротивлений (се-ленид кадмия, селенид свинца и др.) и термоэлементов (PbSe, BiSe3, PbTe—PbSe и др.).

Теллур используют для детекторов ¦у-частиц при низких температурах. Однако наиболее важны для практики его двойные и тройные соединения, обладающие высокими фото- и термоэлектрическими свойствами. Это позволяет применять их для фотоэлектрических приборов (PbS, PbTe и др.). термоэлектрогенераторов и охлаждающих устройств (Bi2Te3, Sb2Te3 и др.), пленочных датчиков э. д. с. Холла (HgSe, HgTe и др.).

Бор до настоящего времени еще не нашел самостоятельного применения в полупроводниковых приборах. Однако его замечательные свойства — большая ширина запрещенной зоны, высокая температура плавления и, по-видимому, высокие значения подвижности носителей заряда делают бор весьма перспективным материалом.

Сера и фосфор в полупроводниковой технике самостоятельного значения не имеют (в основном из-за очень низкой температуры плавления). Однако они являются основными компонентами ряда важных полупроводиковых материалов.

Из соотношения  (10.1) и (10.2) при условии, что упругие постоянные фаз равны, а фазы представляют собой цилиндры, вставленные друг в друга, с радиусами R и Ro (R-<.Rq), можно установить интервал -значений свободной химической энергии, в котором возможно образование кристаллов термоупругого мартенсита. Это показано на рис. 52.

Таким образом, образованию кристаллов термоупругого мартенсита соответствует кривая 2 (см. рис. 52). Термоупругий мартенсит фиксируется только в системах, которым свойственна обратимость мартенситно-го превращения (рис. 53), при этом температурный гистерезис превращения должен быть мал, так как при термоупругом равновесии обратное мартенситное превращение начинается, как правило, при Лн^-Мь. Величина температурного гистерезиса пропорциональна упругой энергии матрицы AFE, которая препятствует образованию кристаллов новой фазы, а следовательно, повышает величину движущей силы превращения А/7. Так, в сплаве Fe+30%Ni (Лн—Мп) ^400° С и движущая сила превращения составляет ~ 1200 Дж/моль, в то же время температурный гистерезис в сплавах с эффектом ПМФ составляет десятки градусов, а движущая сила равна 12—20 Дж/моль. Это объясняется различной степенью деформации кристаллической решетки путем сдвига при мартенситном превращении, которая в сплавах системы Fe—Ni составляет 8 = 20%, а в сплавах с эффектом ПМФ e=2-f-3%.

Повышение температуры ослабляет связь между отдельными ионами, облегчает их взаимные перемещения под действием внешнего поля, увеличивает ионную поляризацию и диэлектрическую проницаемость. Ввиду малого времени установления состояния ионной поляризации (порядка собственной частоты колебания ионов в кристаллической решетке f«1013 Гц) изменение частоты внешнего поля в обычных рабочих диапазонах практически не отражается на величине диэлектрической  проницаемости  в  ионных телах.

Дипольная (ориентационная) по л яр из аци я обусловлена ориентацией диполей под влиянием внешнего электрического поля. Существенное отличие дипольной поляризации от ионной и электронной заключается в том, что она связана с тепловым движением частиц тела и сопровождается     необратимыми    потерями энергии,

рассеиваемой в переменном электрическом поле в виде тепла. При дипольной поляризации происходит смещение полярных молекул как целых образований или только полярных групп (радикалов), входящих в состав крупных молекул.

Происходит в две стадии. Вначале под действием теплового движения частей молекул и внешней силы трещины медленно растут (накопление повреждений). Затем одна из достигших критического размера трещин развивается при ничтожном общем значении деформаций 8общ~еУпр мгновенно со скоростью распространения упругих волн. При вязком типе разрушения последнее сопровождается конформационными эффектами, т. е. вытяжкой и ориентацией молекул полимера. Поэтому критические деформации, а также работа разрушения могут достигать значительных величин. Переход от хрупкого механизма разрушения к вязкому происходит, как указывалось ранее, в области txp.

Механические свойства конструкционных материалов оцениваются прежде всего по пределу прочности при растяжении ов и пределу прочности при сжатии аСж, а для деталей, работающих при динамическом нагружении, — по ударной вязкости а.

При оценке поведения неметаллических материалов под нагрузкой большую роль играет также зависимость деформаций материала от напряжения, характеризуемая модулем упругости Е. Часто, когда работоспособность конструкции лимитируется предельными деформациями, проектирование ведут в расчете на материал с высоким модулем упругости.

Механические свойства полимерных материалов связаны с их химическим составом и строением; они зависят от: 1) типа связующего и наполнителя; 2) их количественного соотношения; 3) вида и структуры наполнителя (порошки, дискертные волокна, расположенные хаотически, или непрерывные волокна, ориентированные в выбранном направлении, ткани различного переплетения и др.); 4) адгезии связующего и наполнителя; 5) метода и .режима изготовления изделия; 6) температуры.

Для однородных (ненаполненных) . органических полимерных материалов с линейной и сетчатой молекулярной структурой предел прочности и модуль упругости находятся в пределах 10—150 й 500—5000 МПа соответственно. По сравнению с металлами они весьма низки.

При сдвиге: и отрыве существенно зависит от величины- клеевых утолщений на торцах сотопластов. Прочность увеличивается при использовании для соединения сотопластов с обшивкой клеевых пленок или из пропитанных связующим промежуточных слоев (рис. 124).

Панели с заполнителем из сотопласта применяют в авиастроении для отделки интерьеров пассажирских салонов как декоративные и звукопоглощающие материалы, в несущих конструкциях полов, переборок, кресел, лопастей вертолетов, крышек люков, мотогондол, воздухозаборников, передних кромок крыла и элеронов, самолетов. Высокие теплоизоляционные свойства сотопластов, получаемых из стеклопластиков, обусловили их применение для наружной теплозащиты и теплоизоляции космических кораблей, а хорошие электроизоляционные свойства и радиопрозрачность — в антенных аэродинамических обтекателях самолета и ракетостроении. Сотопласты из полиэтилентерефталатной пленки используют для теплоизоляции сосудов в криогенной технике. Для выкладки сотопласта по плоской поверхности изделия используют панели с шестигранной формой ячейки, по цилиндрической поверхности — с прямоугольной формой ячейки, которая получается растяжением из шестигранной, по сферической — с гибкой формой ячейки. Для получения панелей с повышенной прочностью на сжатие применяют сотопласты с шестигранной усиленной формой ячеек.

На основе синтетических смол изготовляют разнообразные пластические массы. В состав большинства из них, кроме связующего (смолы), входят и другие компоненты (наполнители, пластификаторы, красители и др.). Их перерабатывают в изделия, главным образом методом прессования.

В магнитных головках используют многослойные пакеты из нескольких пластин пермаллоя с толщиной слоя примерно 0,2 мм, а в дешевых изделиях — однослойные. В настоящее- время находят применение новые же-лезоалюминиевые сплавы и железоалюминиикремниевые сплавы. Первые по магнитным свойствам (начальной магнитной проницаемости) несколько уступают пермаллоям, однако благодаря устойчивости к механическим воздействиям и высокой износостойкости они более предпочтительны для сердечниковых магнитных головок.

Вторые — сплавы типа «сендаст» не уступают пер-маллоевым по "магнитным свойствам, а железоалюми-ниевым — по стойкости к механическим воздействиям. Особенность сендастов —высокая твердость и износостойкость, которые в основном и предопределили использование-их в магнитных головках для видеозаписи. В магнитных головках стирания пористость и эрозионные разрушения меньше влияют на работоспособность (из-за широких зазоров), чем в головках воспроизведения или записи. Поэтому материалом для них служат ферриты или «магнитная керамика». Твердость ферритов по сравнению с другими материалами почти в 2 раза выше, поэтому истирание при прохождении ленты почти незаметно. Например, в монокристаллическом марганцевоцинковом феррите истирание в течение 100 ч составило 1 мкм, в сплаве сендаст за 100 ч 10 мкм, т.е. долговечность головки повышается в 10 раз.

Это прессматериалы на основе наполнителя— хлопковой целлюлозы. В настоящее время изготовляют три вида волокнита: волокнит, высокопрочный волокнит и кордоволокнит. На основе асбеста и резоль-ной смолы выпускают прессматериалы марок К-6, К-6-Б (предназначены для изготовления коллекторов) и К.-Ф-3, К-Ф-З-М (для тормозных колодок).

Прессматериал, содержащий стеклянное волокно, называют стекловолокнитом. Он имеет более высокие механическую прочность, водо- и теплостойкость, чем другие волокнистые прессматериалы. Наиболее распространенный стекловолокнит — материал АГ-4В.

Порошковые пластики

Изделия из пресспорошка получают прессованием в металлических формах при температурах 160—200° С и давлении 20—50 МПа. Пресспорошок в зависимости   от

марки имеет различные температуру прессования и длительность отверждения — время выдержки в прессформе. Обычно оно составляет 20—45 с на 1 мм толщины изделия для быстропрессующихся порошков, предварительно нагретых токами высокой частоты, и 50—150 с — для медленно прессующихся резольных порошков, в том числе приготовленных на основе фенолоанилинформальде-гидных смол. Новолачные пресспорошки прессуются быстрее, чем резольные. Предварительный подогрев пресс-порошков при 120—160°С позволяет снизить длительность прессования.

Новолачные и резольные пресспорошки термомеханической обработкой превращают в прессматериалы (фенопласты). Все типы пресспорошков делят на несколько групп: пресспорошки и литьевые порошки общетехнического назначения, электроизоляционные, высокочастотные, химически-, жаро- и влагостойкие ударопрочные.

Пресспорошки общетехнического назначения получают на основе новолачной смолы, древесной муки, уротропина красителя и смазывающих веществ. Они выпускаются черного, коричневого и красного цветов и предназначены для изготовления методом прессования нена-груженных армированных и неармированных деталей и изделий широкого потребления, эксплуатируемых в атмосферных условиях, деталей электро- и радиоаппаратуры (рукоятки, штепсели, розетки, вилки, патроны, выключатели и др.).

Такие пленки получают путем последовательного чередования ферромагнитных и неферромагнитных слоев. На рис. 45 показана петля гистерезиса трехслойной пленки с различной коэрцитивной силой каждого слоя. Такая петля обладает не двумя, а значительно большим числом’ устойчивых состояний суммарного вектора намагничивания. Можно перемагничивать не всю систему, а одну, две и т. д. пленки в соответствии с возрастанием коэрцитивной силы. В многослойных системах коэрцитивные силы слоев существенно ниже, чем однослойных пленок того же состава и толщины. На рис. 46, а я б, показаны осциллограммы петель гистерезиса двухслойной пленки при ее полном перемагничивании и при перемагничивании лишь •низкокоэрцитивного слоя, а-также гистерезисные петли однослойных пленок той же толщины и состава, что и в двухслойной системе: для высококоэрцитивного (рис. 46,в) и низкокоэрцитивного (рис. 46, г) слоев. Это явление.объясняется локальным’ взаимодействием отдельных участков пленок и возникновением локальных полей рассеяния, облегчающих образование зародышей обратной намагниченности и перемагничивание в соседней пленке.

считывающей. Импульсное магнитное поле, обратное намагниченности считывающей пленки, перемагничивает ее и дает импульс. По прекращении действия перемагничивающего поля пленка 1 (низкокоэрцитивный слой) возвращается в исходное состояние, под влиянием пленки 2 (высоко-1 коэрцитивный  слой).   Перемагни-

чивание в бикоре происходит за десятые доли наносекунды.

В молекулах полимеров различают главную цепь, построенную из большого числа атомов, и боковые цепи, длина которых значительно меньше.

Если в главной цепи полимера присоединены, «привиты» боковые цепочки другого состава, полимер называют привитым сополимером:

Молекулярная масса полимера М равна молекулярной массе звена мономера ш, умноженной на число звеньев мономера в молекуле полимера (степень полимеризации) п: М=тп,

1 Механохимия — совместное механическое измельчение полимеров, после которого активные макрорадикалы (обрывки, блоки) молекулярных цепей исходных веществ вперемежку химически соединяются («рекомбинируются»), образуя макромолекулы блок-сополимера.

Прививка, как и другие виды совместной полимеризации, дает возможность сочетать в необходимом направлении свойства основы и «привоя».

Полимеры, имеющие в главной цепи только одинаковые атомы, называют гомоцепными и, в частности, атомы углерода — карбоцеп-ными. Полимеры же, имеющие в главной цепи различные атомы, называют гетероцеиными. Карбоцепными являются, например, «полиэтилен»

содержащую гетероатом азота, и некоторые полимеры, имеющие в главной цепи атомы серы (полисульфиды, полисульфоны). Наличие в главной цепи полимера других атомов, кроме углерода, сообщает группе гетероцепиых полимеров более" широкий диапазон свойств, чем у карбоцепных.

Особенно интересна третья группа полимеров, содержащая химические элементы, отсутствующие в природных органических соединениях. Эти элементоорганические соединения получают только синтетическим путем, вводя в главную или боковые цепи полимера атомы

кремния (кремнийорганические соединения), бора, алюминия, титана или некоторых других элементов.

В чистых стеклах наблюдается преимущественно электронная и ионная поляризация, и е=3,1-т–=-3,2. При введении окислов щелочных и тяжелых металлов преобладает ионно-релаксационная поляризация, и е возрастает до 20 (у промышленных стекол 5— 9). Величина е стекол с повышением температуры возрастает вследствие усиления ионной и ионно-релаксационной поляризации (рис. 104). Диэлектрические потери в стеклах в переменном поле возникают при низкой частоте из-за потерь проводимо-. сти и при повышенных частотах также в результате ионно-релаксационной поляризации. Состав стекол влияет на величину tg6, так же как и на удельное электрическое сопротивление; у чистого прозрачного кварцевого стекла tg6 практически равен нулю; наиболее высок tg6 у стекол, содержащих ионы металлов, разрыхляющих сетку. Например, при ^=20° С и f=106 Гц величина tg б у стекол, содержащих окислы тяжелых металлов, составляет от 0,6-10~3 до 1,2-10~3, у калиевонатриевых от 1,5-10~3 до 3-Ю-3 и у натриевых—от 3,6-Ю-3 до 9-Ю-3.

Таким образом, лучшими диэлектриками являются стекла чистые, бесщелочные или щелочные с высоким содержанием тяжелых окислов.v Из щелочных стекол (без тяжелых) калиевые лучше натриевых благодаря меньшей подвижности ионов калия. Чем выше темпера-

тура стекол (особенно содержащих окислы щелочных металлов), тем выше tg б вследствие увеличения количества слабозакрепленных ионов, которые приводят к возрастанию проводимости и ионно-релаксационной поляризации. При повышенных частотах tg б стекол в большом интервале температур остается неизменным. При повышенных напряжениях в стекле возможен и электрический, и тепловой пробой. При постоянном однородном поле у тонкого стекла (толщиной 0,5—10 нм) электрическая прочность высокая (100—600 МВ/м). В переменном поле* (особенно в более толстых стеклах и стеклах, содержащих окислы одновалентных металлов) происходит тепловой пробой, а электрическая прочность составляет 15—30 МВ/м. При повышении температуры и увеличении, длительности времени подачи напряжения тепловой пробой также вероятен.

Если проводник должен иметь повышенную прочность, или стойкость к истиранию, то используют сплавы меди — латунь и бронзу, хотя удельное электросопротивление их выше.

Латунь — это сплавы системы Си—Zn, содержащие иногда 1—2% Мп или Fe. В марках латуни цифры указывают на процентное содержание меди (например, латунь Л80, Л68). Латуни системы Си—Zn отличаются хорошими механическими и коррозионными свойствами, поддаются ковке, штамповке, прокатке (листы, лента, полуфабрикаты) в горячем и холодном состоянии. Удельная электрическая проводимость латуни при содержании 30% Zn составляет примерно 40% от проводимости меди. Структура практически применяемых латуней при комнатной температуре представляет собой либо кристаллы а-раствора цинка в меди, либо смесь а+р’-кри-сталлов, где р’— кристаллы фазы, представляющей собой упорядоченный р-твердый раствор на базе соединения CuZn с электронным типом связи и электронной концентрацией 3/2.

Бронзы — сплавы меди с оловом, кадмием, бериллием, алюминием, кремнием и другими элементами. Бронзы превосходят медь по механическим свойствам, химической стойкости, стойкости к истиранию, антифрикционным и другим свойствам, но имеют более низкую удельную проводимость. Наилучшими свойствами отличаются бронзы с добавками бериллия и кадмия. Бронзу маркируют начальными буквами Бр, затем следуют буквы, показывающие, какие легирующие элементы содержит бронза, и цифры, указывающие на количество этих элементов в целых процентах (например, БрОЦ4—3 содержит Sn 3,5—4,0%, Zn 2,7—3,3%, а также сотые и ты-

сячные доли процента Fe, Pb, Sb, Al, Si, P). Структура бронз определяется типом диаграммы состояния медь— легирующий элемент и видом термической обработки. \Лучшие марки бронз, например бериллиевую (табл. 1), применяют для токоведущих пружин, контактов, различных мембран.

В структуре которых содержатся железо и бор, выдерживают длительное воздействие температур до 315° С и кратковременное— до 870° С; они стойки к окислению и гидролизу.

Полибензимидазобензофенантролин

получен в 1977 г. Он работает длительно   при  450° С и кратковременно при 1000° С.

По-видимому, терм_остабильность ароматических полимеров ограничивается наличием в их составе С—Н-свя-зи. "Хиршу удалось синтезировать полимер, не содержащий водорода:

Размеры этого полимера после 25-ч нагревания на воздухе при 400° С изменились лишь незначительно, а остальные свойства практически остались постоянными. Пленка, сформованная из испытанного на нагревание полимера, имеет почти такую же эластичность, что и не нагревавшегося. По данным измерения массы при нагревании, а также дифференциального термического анализа установлено, что при температурах до 600° С свойства полимера не претерпевают изменений.

Резиной называют материал, полученный в результате специальной обработки   (вулканизации)   смеси каучука с различными добавками.   Основой всякого   резинового материала служит натуральный каучук  (НК)  или синтетический  (СК).    Резина    характеризуется    высокими эластическими  свойствами,  которые присущи   каучуку. Причины высокой эластичности каучука состоят в зигзагообразной или спиралевидной конфигурации и большой гибкости его линейных или слаборазветвленных молекул. Однако чистый каучук не может быть применен в изделиях из-за сильной ползучести при комнатной и особенно при повышенных температурах и растворимости в органических жидкостях. Для предотвращения этих явлений отформованному изделию придают сшитую редко-сетчатую молекулярную структуру.   Такая   операция   и называется  вулканизацией.   Редкое   расположение   поперечных связей не мешает проявлению гибкости заключенных между ними отрезков макромолекул, т. е. возникновению   высокоэластичных   деформаций.   В   большинстве случаев вулканизацию осуществляют с помощью химических     веществ — вулканизаторов,     образующих поперечную   химическую   связь    между   звеньями    соседних макромолекул каучука, — это химическая реакция, аналогичная   реакции   сшивания   химически активных линейных полимеров, протекающая по схеме полимеризации или поликонденсации.

к старению и агрессивным средам.