Классификация технических материалов

Материал — это не что иное, как материя, используемая для создания определенной вещи. Инженерные материалы – это материалы, используемые для выполнения инженерных работ. На основании механических, физико-химических и производственных свойств материалы подбираются в соответствии с применением.

К механическим свойствам материалов относятся прочность (на сжатие или растяжение), ударная вязкость, жесткость, эластичность, пластичность, пластичность, хрупкость и твердость. К физическим свойствам материалов относятся плотность, проводимость (тепловая или электрическая), акустические (пропускание или поглощение звука), оптические, горючесть. Химическими свойствами материалов являются состав (оксид или соединение), кислотность или щелочность, коррозия от выветривания.

Производственными свойствами материалов являются литейность, класс обрабатываемости, скорость и подача механической обработки, а также размер и форма для определения размеров.

Выбор материала для требуемого функционального применения основывается на некоторых из следующих факторов:

1. Напряжения, которым будет подвергаться заготовка или компонент.
2. Коррозионная стойкость.
3. Термостойкость, износостойкость и сопротивление разрыву.
4. Гибкость и жесткость.
5. Простота производственного процесса.
6. Экономическая эффективность разработки продукта.
7. Наличие материала.

Классификация технических материалов:

В зависимости от природы вещества материалы классифицируются как

1. Металлы и сплавы
2. Черные металлы
3. Цветные металлы
4. Неметаллы
5. Керамика
6. Полимеры
7. Композиты
8. Полупроводники
9. Биоматериалы

1.МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ:

Металлические материалы представляют собой комбинацию металлических элементов.

Наиболее выдающимся свойством металлов является то, что электроны не локализованы, т. Е. В атомном расположении электроны внешней валентности не принадлежат отдельному атому, а принадлежат всей массе материала. Нелокализованный электрон может нести заряд для проведения электричества. Следовательно, они являются хорошими проводниками электрического и теплового заряда.

Металлы имеют блестящий вид. При нормальной температуре большинство материалов находятся в твердом состоянии, но некоторые металлы, такие как ртуть, находятся в жидком состоянии.

В зависимости от содержания железа металлы называются

1. Черные металлы
2. Цветные металлы

Черные металлы:

Основным содержанием черных металлов является железо и углерод. Черные металлы обладают магнитными свойствами и подвержены ржавчине при воздействии влаги. Кованое железо не ржавеет из-за чистоты, а нержавеющая сталь из-за присутствия хрома.

Например:железо, сталь и т. д.

Благодаря своим магнитным свойствам черные металлы используются в двигателях и электротехнике.

Цветные металлы:

Железо не является основным содержанием. Из-за отсутствия железа эти металлы обладают высокой устойчивостью к ржавчине и коррозии и немагнитны.

Например:медь, латунь, алюминий, вольфрам, свинец, цинк, золото и т. д.

Сплав:

Сплав представляет собой соединение двух или более металлов. Это название основано на характере металлической связи. Он бывает двух типов:сплав черных металлов и сплав цветных металлов. Чугун представляет собой сплав железа, углерода и кремния. Латунь – это сплав меди и цинка.

Приложения:

1. Из-за своей прочности и способности стерилизовать при высоких температурах металлы используются в качестве игл, хирургических лезвий.
2. Из-за своей прочности и способности выдерживать большой вес в строительстве используются такие металлы, как железо и сталь.
3. В ювелирных изделиях используются такие металлы, как золото, серебро, платина и т. д.
4. Металлы используются в машинах и автомобилях, поскольку они могут выдерживать высокие температуры, давление и рабочие нагрузки.
5. Алюминий и титан играют важную роль в легкой весовой категории авиационных сплавов.
6. Вольфрам используется при высоких температурах.

<сильный>2. КЕРАМИКА:

Частица или волокно, которые используются для изготовления керамических изделий. Керамика имеет правильную атомную структуру и кристаллическую структуру. Керамика состоит в основном из оксидов, нитридов и карбидов. Это непроводящие материалы, благодаря своим изолирующим свойствам они используются в качестве изоляторов. Они очень твердые и хрупкие по своей природе.

Например:глинозем, кремнезем, карбид кремния, алмаз, кирпич и т. д.

Приложения:

1. Из-за прочности на сжатие кирпичи используются в строительстве
2. Из-за хорошей теплоизоляции в печах используется керамическая плитка.
3. Некоторые виды керамики прозрачны для радаров, а другие электромагнитные волны используются в обтекателях и передатчиках.
4. Стеклокерамика способна работать при высоких температурах, поэтому ее используют в оптическом оборудовании и изоляции волокон.
5. Глинозем, кремнезем, карбид кремния используются при изготовлении инструментов.
6. Алмаз используется в украшениях и режущих инструментах.

<сильный>3. ПОЛИМЕРЫ:

Полимеры имеют цепочечную структуру молекулы углерода в качестве атомов скелета. В основном они состоят из прочных органических материалов. Это материалы с низкой плотностью, а также гибкие. В некоторых случаях полимеры не являются гибкими.

Полимеры используются не только в качестве конструкционных материалов, их можно использовать в качестве волокон и смол в матрице композиционных материалов.

Например:полиэстер в виде волокон, фенольные и эпоксидные смолы.

Эластомеры также являются полимерами, но они рассматриваются отдельно из-за их специфического дизайна для определенных целей, таких как поглощение ударов и вибрации.

Натуральные полимеры:

Например:шерсть, шелк, ДНК, целлюлоза, белки и т. д.

Синтетические полимеры:

1. Термопластики
2. Термореактивные пластмассы

Например:нейлон, полиэтилен, полиэстер, тефлон, эпоксидная смола, бакелит и т. д.

Приложения:

1. Полиэтилен используется для изготовления сумок.
2. Полипропилен используется для изготовления продуктов, устойчивых к высоким температурам, таких как бутылочки для кормления.
3. Полиэфиркетон и полиэтиленкетон используются в концепции бутылок с минеральной водой.
4. Поликарбонат используется для производства высокоэффективных полимеров, таких как прозрачные полимеры.
5. Полианилин — проводящий полимер.
6. Бакелит используется для изготовления изоляционных материалов.

<сильный>4. КОМПОЗИТ:

Композитный материал — это композиция из двух или более составляющих материалов с разными физическими и химическими свойствами для получения материала с разными характеристиками.

Композитный материал может быть как металлом, так и металлом и керамикой или металлом и полимером, в зависимости от требований применения, из которых создается комбинация.

Например:дерево, бетон, стекловолокно, CFRP (пластик, армированный углеродным волокном), GFRP (пластик, армированный стекловолокном) и т. д.

Приложения:

1. Углепластик и стеклопластик используются для изготовления автомобильных кузовных деталей.
2. Для шасси используются CRPF и сотовые композиты.
3. Некоторые топливные баки изготовлены из волокна, армированного кевларом.
4. В пружинах и системе бампера используются армированные термореактивные материалы.
5. Армированный стекловолокном пластик использовался для корпусов лодок, рыболовных удочек, теннисных ракеток, шлемов, луков и стрел.

<сильный>5. ПОЛУПРОВОДНИКИ:

Полупроводник является промежуточным проводником. Их проводимость не так высока, как у металлов, и низка, как у изоляционных керамических материалов. В этих материалах сопротивление уменьшается по мере увеличения их температуры.

Уникальная атомная структура позволяет контролировать проводимость.

Например:кремний, германий, арсенид галлия, селен и т. д.

Приложения:

1. Арсенид галлия широко используется в устройствах с низким уровнем шума, высоким коэффициентом усиления и усилителями слабого сигнала.
2. Полупроводниковое устройство может выполнять функцию вакуумной трубки, объем которой в сотни раз превышает ее собственный.

<сильный>6. БИОМАТЕРИАЛЫ:

Биоматериалы - это нежизнеспособные материалы. Например:оксид алюминия, цирконий, титан, тантал, ниобий, углерод и т. д.

Приложения:

1. Металлы используются в медицине для лечения любых заболеваний, связанных с нехваткой микроэлементов, металлов у людей и животных, например, железо является частью гемоглобина, биомолекулы, которую можно использовать в виде сульфата железа для лечения некоторых форм анемии.
2. Имплантаты в организме для восстановления или замены поврежденной ткани.

ПРИМЕЧАНИЕ:

В композиционных материалах само название указывает на композит => композиция, это композиция из двух или более материалов.

В полупроводниках само название обозначает полу (половина) и проводник (проводник)

Отличие сплава от композита в том, что композит представляет собой армирование другого материала. Тогда как сплав представляет собой комбинацию (смесь) обоих или необходимого количества материалов в необходимом количестве согласно необходимому изделию.

И полупроводники, и биоматериалы заменяют металлы, керамику и полимеры в необходимых местах.