Взаимодействие материалов с водой

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

В твердых веществах и материалах взаимодействие с водой может основываться на капиллярных явлениях, то есть физических явлениях, обусловленныхповерхностным натяжением на границе раздела несмешивающихся фаз.

Гигроскопичность – свойство материала поглощать влагу из окружающейсреды (обычно пара воды из воздуха). Материалы, энергично поглощающиемолекулы воды, называют гидрофильными, а отталкивающие эти молекулы –гидрофобными.

Гидрофильность – способность вещества (материала) смачиваться водой.

К гидрофильным материалам относятся, например, глины, силикаты.

Гидрофобность – неспособность вещества (материала) смачиваться водой.

К гидрофобным материалам относятся, например, многие металлы, жиры, воски, некоторые полимеры.

Водопоглощение (водонасыщение) – свойство материала при непосредственном соприкосновении с водой впитывать и удерживать ее в своих порах.

Водопоглощение зависит от наличия в материале открытой пористости и водорастворимых веществ.

Водопоглощение определяют относительно объема или массы материала.

Так, водопоглощение по объемуW0 – степень заполнения объема материала водой, доли ед.:

W0 = (Vв– Vс)Ve,

где Vви Vс– объемы образцов материала, соответственно насыщенного водой ив сухом состоянии, см3; Vе– объем вещества в естественном состоянии, см³.

Обычно водопоглощение по объему меньше пористости данногоматериа-

ла, так как вода не проникает в очень мелкие поры, а в очень крупных порах –не удерживается.

Водопоглощение плотных материалов (сталь, стекло, битум) равно нулю.

Пористые материалы длительное время не могут находиться в абсолютно сухомили водонасыщенном состояниях, они приобретают определенную влажность, что зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха.

Звуковыехарактеристикиматериалов.

Звукопоглощение – свойство материала поглощать звук. Оно зависит отпористости материала, его толщины, состояния поверхности, а также от частоты звукового тона, измеряемого количеством колебаний в секунду. Звукопоглощение материала оценивается коэффициентом звукопоглощения.

Коэффициентзвукопоглощения – отношение количества поглощеннойзвуковой энергии к общему количеству звуковой энергии, падающей на материал в единицу времени. Звукопоглощающими материалами принято называтьтакие, коэффициент звукопоглощения которых на средних частотах более 0, 2.

Коэффициент звукопоглощения зависит от пористости материала. Чем большеоткрытых пор (типа стаканчиков) тем коэффициент звукопоглощения выше.

Звукопроницаемость – способность материала пропускать через своютолщу звуковую энергию. Свойство материала, обратное звукопроницаемости, называется звукоизоляцией.

Материалы, применяемые в строительных конструкциях жилых, обще-

ственных и производственных зданий для защиты от шума подразделяют на

следующие группы: звукопоглощающие; звукоизоляционные.

Звукопоглощающие материалы и изделия подразделяются на:

 изделия полной заводской готовности с жесткой структурой (плиты облицовочные на основе минеральной ваты и крахмального связующего, плиты изячеистых бетонов; листы гипсовые обшивочные, плиты гипсовые литые);

 изделия полной заводской готовности с полужесткой структурой (плиты акустические на основе минеральной ваты и синтетического связующего);

 материалы, применяемые в звукопоглощающих конструкциях в качествесоставного элемента.

Материалы, применяемые в качестве составного элемента в звукопо-

глощающих конструкциях, подразделяются на:

 пористые поглотители (плиты на основе минеральной ваты и синтетического, битумного или крахмального связующих материалов; маты из стеклянного волокна или минеральной ваты прошивные; вата минеральная илистеклянная);

 защитные перфорированные покрытия (алюминиевые покрытия, акустические асбоцементные и гипсовые перфорированные плиты);

 защитные оболочки (полиэтилентерефталатная пленка, стеклоткань).

Звукоизоляционные прокладочные материалы и изделия подразделяютсяна:

 материалы пористо-волокнистые (плиты на основе минеральной ваты исинтетического, битумного или крахмального связующих материалов; маты изстеклянного волокна или минеральной ваты прошивные; вата минеральная илистеклянная, плиты древесно-волокнистые);

 материалы пористо-губчатые (плиты пенополиуретановые, пенополивинилхлоридные и на основе фенолформальдегидных смол);

 засыпки (вспученные перлит и вермикулит, порошок совелитовый и асбестомагнезиальный и др.).

Механические свойства

Механические свойства проявляются как способность материала сопротивляться всем видам внешних механических воздействий.

Механические воздействия характеризуют по направлению, длительностии области действия. По направлению механические воздействия можно рассматривать как линейные (растяжение и сжатие) и угловые (изгиб и кручение).

По длительности их разделяют на статические и динамические воздействия.

По области действия – на объемные и поверхностные воздействия.

Механические свойства определяют изменение формы, размеров и сплошности веществ и материалов при механических воздействиях, а следовательно, и результат практически любого механического воздействия на вещества и материалы, возникающего при их производстве и эксплуатации (использовании).

К основным механическим свойствам веществ и материалов относятся упругость, жесткость, эластичность, пластичность, прочность, хрупкость, вязкость и твердость.

Упругость – свойство материалов самопроизвольно восстанавливать своиформу и объем (твердые вещества) или только объем (жидкости и газы) припрекращении внешних воздействий. Упругость обусловлена взаимодействиеммежду атомами (молекулами) вещества и их тепловым движением.

Модуль упругости (модуль Юнга) характеризует меру жесткости материалов, т.е. его способность сопротивляться упругому изменению формы и размеров при приложении к нему внешних сил. Модуль упругостиЕсвязывает упругую относительную деформацию ε и одноосное напряжение σ соотношением, выражающим закон Гука:

ε = Ϭ / Е.

Существует прямая зависимость модуля упругости от вида и энергии химических связей, действующих между атомами и молекулами, данного материала. Материалы с высокой энергией межатомных связей характеризуется и

большим модулем упругости.

В качестве меры способности материалов или изделии изменять размеры иформу при заданном типе нагрузки используются понятия эластичность и жесткость.

Эластичность – способность материала или изделия претерпевать значительные изменения размеров и формы без разрушения при сравнительно небольшой действующей силе.

Жесткость – способность материала или изделия к меньшему изменениюразмеров и формы при заданном типе нагрузки: чем больше жесткость, темменьше изменения.

Пластичность – способность твердых материалов сохранять измененными форму и объем без микроскопических нарушений сплошности после снятиямеханических нагрузок, которые вызвали эти изменения. Пластическая деформация связана с разрывом некоторых межатомных связей и образованием новых.

Пластичность проявляется в деталях конструкций и сооружений, заготовках при обработке давлением (прокатке, штамповке и др.), в пластах земной коры. Пластичность определяет возможность технологических операций обработки материалов давлением. Учет пластичности позволяет определять запасыпрочности, деформируемости и устойчивости, расширяет возможности создания конструкций минимального веса.

Механическая прочность твердых веществ – свойство сопротивлятьсяразрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формыпри механических воздействиях. Прочность твердых веществ обусловлена, вконечном счете, силами взаимодействия между составляющими их структурными единицами (атомами, ионами и др.)

Хрупкость – свойство твердых веществ разрушаться при механическихвоздействиях без существенных предварительных изменений формы и объема.

Хрупкость материалов следует рассматривать в связи с условиями их использования. Например, достаточно упругий материал – мрамор, хрупко разрушающийся при растяжении, в условиях несимметричного трехосного сжатияведет себя как пластичный материал.

Вязкость (внутреннее трение) – способность материалов сопротивлятьсядействию внешних сил, вызывающему:

– в твердых веществах – распространение уже имеющейся острой трещины(разрушение);

– в жидкостях и газах – течение.

Внутреннее трение в твердых телах, проявляется как способность необ-

ратимо поглощать энергию, полученную телом в результате внешнего воз-

действия, например, превращать в теплоту, сообщаемую механическую энер-

гию.

Вязкость жидкостей зависит от химического состава и строения молекул(макромолекул) и возрастает с увеличением молекулярной массы. Воз-

никновение в дисперсных системах или растворах полимеров пространст-

венных структур, образующихся при сцеплении частиц или макромолекул, вызывает резкое повышение вязкости.

Вязкость газов не зависит от их плотности (давления). Для очень раз-

реженных газов понятие вязкости теряет смысл.

Твердость – свойство материалов оказывать сопротивление в поверхностном слое контактному воздействию (вдавливанию или царапанью). Особенность этого свойства заключается в том, что оно реализуется только в небольшом объеме вещества. Твердость – сложное свойство материала, отражающееодновременно его прочность и пластичность.

При оценке механических свойств материалов их различают по группам, характеризующим условия испытаний:

1 – стандартные механические свойства, определяемые стандартнымииспытаниями стандартных (гладких) образцов вне зависимости от конструктивных особенностей и характера службы изделия;

2 – критерии конструктивной прочности (работоспособности в условияхэксплуатации) материала, определяемые стандартными испытаниями гладкихили с острыми трещинами образцов;

3 – критерии конструкционной прочности изделия в целом, определяемыепри стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях.

Предел прочности (временное сопротивление) σ в– величина напряжения, соответствующего наибольшей нагрузке, приводящей к разрушению образца. Значение предела прочности, вообще говоря, зависит от характера и параметров деформации, а также от температуры, давления, наличия химическиагрессивной среды. Однако для практики важно, что существует почти постоянное предельное значение напряжения σ в, выше которого образец разрушаетсяпрактически мгновенно.

Величина механических характеристик существенно зависит от таких

внешних и внутренних факторов, как химический состав материала, вид предшествующих воздействий (например, деформация), состояние поверхности, температура, наличие химически агрессивной среды и др. Так, при повышениитемпературы прочностные характеристики сильно снижаются, и предел текучести при температуре плавления стремится к нулю; чем ниже температура плавления сплава, тем при более низких температурах наступает резкое падениепрочности. Понижение температуры обусловливает переход от вязкого разрушения к хрупкому.

Электрические свойства

Электрические свойства – совокупность свойств, характеризующих способность веществ и материалов проводить электрический ток в электрическомполе.

К электрическим свойствам, наиболее широко используемым для исследования материалов (особенно металлических) и оценки возможности их практического применения, в первую очередь, относится удельная электропроводность и обратная ей величина – удельное электрическое сопротивление ρ , атакже температурный коэффициент удельного электросопротивления α _ρ₀

Электропроводность (электрическая проводимость ) – способность материала пропускать электрический ток под воздействием электрического поля, а также физическая величина, количественно характеризующая эту способность.

Электропроводность определяется наличием подвижных носителей заряда.

Механизмы переноса заряда при различных агрегатных состояниях веществасильно различаются. Однако величина переносимого заряда всегда равна целому числу элементарных электрических зарядов.

Электрическое сопротивление (электросопротивление ) – свойство материала, определяющее силу его противодействия электрическому току при заданном напряжении электрического поля.

Удельное электрическое сопротивление ρ ₀– характеристика, применяемая

для оценки электросопротивления, Ом·мм² /м (в единицах СИ Ом·м).

ρ ₀=R S / L,

где R, S и L– соответственно электрическое сопротивление, площадь и длинапроводника электрического тока.

Значения удельных электрических сопротивлений для металлов и сплавов приводятся в справочной литературе.

Все материалы, применяемые в технике, по своим электрическим свойствам делят на три группы: проводники, полупроводники и диэлектрики. Различаются эти материалы по величине электросопротивления, по характеру его температурного изменения и по типу проводимости. Резкой границы между диэлектриками и полупроводниками провести нельзя. По величине удельногоэлектросопротивления принято следующее деление:

– проводники – 10^-5...10^-8Ом·м и менее;

– полупроводники –10^–6...10⁷Ом·м;

– диэлектрики – 10⁷...10¹⁸Ом·м.

Электрическое сопротивление у диэлектриков и полупроводников с повышением температуры уменьшается, а у проводников – растет. У некоторых металлов при внешних воздействиях (например, при уменьшении температуры)сопротивление скачком уменьшается практически до нуля (явление сверхпроводимости).

Характер изменения электрических свойств различных материалов привнешних воздействиях можно объяснить, если рассмотреть, что является в нихносителем зарядов.

Проводники по типу носителей зарядов делятся на электронные (металлыи сплавы), ионные (электролиты) и смешанные, где имеет место движение каксвободных электронов, так и ионов (например, плазма). Чистые металлы обладают малым удельным электросопротивлением (ρ ₀= 0, 015...0, 105 Ом·мм2 /м).

Исключением является ртуть, у которой удельное электросопротивление со-ставляет 0, 943...0, 952 Ом·мм2 /м. Сплавы имеют более высокие значения удельного электросопротивления (ρ ₀= 0, 30...1, 8 Ом·мм2 /м). К группе сплавов с повышенным удельным электросопротивлением относятся жаро- и коррозионностойкие сплавы, которые применяются в электронагревательных приборах иреостатах.

Для полупроводников носителями зарядов являются электроны проводимости (электронная проводимость n-типа) и дырки (дырочная проводимость р-типа). Электронами проводимости являются электроны, способныеперемешаться по кристаллу. Дырка – электронная вакансия в кристалле полу-

проводника, обладающая подвижностью. Дырки – положительно заряженныйноситель тока в полупроводнике.

В чистом полупроводнике, проводимость которого обусловлена тепловымвозбуждением, одинаковое число электронов и дырок движется в противоположных направлениях (собственная проводимость). Собственная проводимостьвозрастает при повышении температуры.

Электроны проводимости в полупроводниковых материалах могут образоваться под действием света (внутренний фотоэффект). При достаточно большой энергии светового потока проводимость полупроводниковых материалов возрастает. Техническое применение: фотосопротивления.

Проводимость полупроводника можно увеличить добавлением атомовдругих элементов (легированием), при этом возникает примесная проводимость. Примесная проводимость может быть обусловлена электронами илидырками. При этом в одном и том же образце полупроводникового материалаодин участок может обладать р-проводимостью, а другой – n-проводимостью.

р-n-переход работает как выпрямитель, пропуская ток только из р-области в n-область. Полупроводниковый материал с р-n-переходом называют диодом ииспользуется для выпрямления переменного тока.

Твердые диэлектрические материалы (полимеры, керамика, неорганиче

ское стекло и др.) делят на неполярные и полярные диэлектрики.

Неполярные диэлектрики могут иметь молекулярное (полиэтилен, фторопласт-4 и др.) или ионное кристаллическое (слюда, кварц и др.) строение.

Молекулярные диэлектрики состоят из электрически нейтральных молекул, которые до воздействия на них электрического поля не обладают электрическимисвойствами. Ионные кристаллические диэлектрики образованы парами ионов, причем каждая пара составляет нейтральную частицу. Ионы располагаются вузлах кристаллической решетки.

Полярные диэлектрики (например, поливинилхлорид) состоят из полярных молекул – диполей. Электрические диполи представляют собой пары зарядов противоположных знаков, которые взаимно уравновешиваются и находятсяна некотором расстоянии друг от друга.

Магнитные свойства

Магнитное состояние веществ определяет магнетизм.

Магнетизм – особая форма взаимодействия, осуществляемого магнитнымполем, между движущимися электрически заряженными частицами (телами)или частицами (телами) с магнитным моментом.

Магнитный момент М – векторная величина, характеризующая веществакак источник магнитного поля. Полный магнитный момент свободного атомаравен геометрической сумме орбитальных и спиновых моментов всех его электронов. Упорядоченно ориентированные магнитные моменты атомов веществасоздают макроскопический магнитный момент.

Характеристикой магнитного состояния вещества является намагниченность J, которая определяется как отношение магнитного момента М веществак его объему V.При этом достижение максимально возможного для данноговещества значения намагниченности J_∞называется магнитным насыщением.

Совокупность атомов с упорядоченно ориентированными магнитными

моментами может образовать самостоятельный элемент структуры вещества –домен.

Домен – элемент субструктуры химически однородного вещества, характеризующийся спонтанной (самопроизвольной) намагниченностью. Обычнодомены имеют размеры 10^-5...10^-2 см и доступны непосредственному наблюдению.

Вещества в соответствии со схемами ориентации магнитных моментов ихатомов классифицируются по магнитному состоянию на парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики (рис. 1.2).

1.2. Схемы ориентации магнитных моментов атомов

для парамагнетиков (а), ферромагнетиков (б), антиферромагнетиков (в)

У парамагнетиков магнитные моменты атомов внутри каждого доменаориентированы хаотично и взаимно компенсируют друг друга, поэтому материал в целом не намагничен. Парамагнетиками являются все переходные металлыс недостроенными f- и d-электронными оболочками; щелочные и щелочноземельные металлы, ряд солей Fe, Co, Ni и редкоземельных элементов; водныерастворы солей, содержащих ионы переходных элементов; из газов – кислородО2.

У ферромагнетиков внутри каждого домена магнитные моменты атомоврасположены параллельно друг другу в одном направлении, и поэтому каждыйдомен спонтанно намагничен до величины магнитного насыщения. Вектора намагниченности доменов ферромагнетиков в отсутствие внешнего магнитногополя ориентированы таким образом, что результирующая намагниченность образца в целом, как правило, равна нулю.

Ферромагнетизм проявляется в кристаллах Fe, Co, Ni, ряде редкоземельных металлов (Gd, Dy, Er и др.), в сплавах и соединениях с участием этихэлементов, а также в сплавах Сr, Мn и в соединениях U. Особую группу ферромагнетиков образуют сильно разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов (например, Fe или Со) в диамагнитной матрице Pd. Ферромагнитныесвойства обнаружены также в металлических стеклах и аморфных полупроводниках.

У некоторых веществ более выгодным является антипараллельное упорядочение магнитных моментов в доменах. В этом случае домен состоит из двухподрешеток с противоположной ориентацией магнитных моментов атомов. Если магнитные моменты двух подрешеток скомпенсированы, то такие веществаназывают антиферромагнетиками, а если не скомпенсированы, то возникаетрезультирующий магнитный момент, и такие тела называют ферримагнетиками. Антиферромагнитные материалы относятся к группе парамагнетиков, аферримагнитные – к группе ферромагнетиков.

К антиферромагнетикам относятся ряд элементов (твердый кислород, Сr,

α -марганец и др.) и порядка тысячи известных химических соединений метал

лов (NiF2, FeО и др.). Значительная часть ферримагнетиков – это диэлектрические или полупроводниковые ионные кристаллы, содержащие магнитные ионыразличных элементов или одного элемента, но находящиеся в разных кристаллографических позициях (в неэквивалентных узлах кристаллической решетки).

К ферримагнетикам относятся также ряд упорядоченных металлических спла

вов, интерметаллиды и, главным образом, различные оксиды, в том числе ферриты.

Вещества даже одного и того же химического состава в зависимости от

кристаллического строения и фазового состава могут находиться в различныхмагнитных состояниях. Например, Fe, Co и Ni с кристаллическим строениемниже определенной температуры (точка Кюри) обладают ферромагнитнымисвойствами, а выше этой температуры они парамагнитны. Переход из парамагнитного состояния в антиферромагнитное переходит при понижении температуры.

Все материалы по величинам магнитных восприимчивости и проницаемости делятся на ферромагнитные(μ ≥ 1, κ > 0); парамагнитные(μ > 1, κ > 0) и

диамагнитные(μ < 1, κ < 0).

Величина магнитной восприимчивости капа для пара- и диамагнитных материалов очень мала (10-4...10-6); для ферромагнитных материалов (металлов

переходных групп) – от нескольких десятков до тысяч единиц, причем она

сильно и сложным образом зависит от напряженности намагничивающего поля.

По величине магнитной проницаемости существует деление электротехнических материалов нанемагнитные и магнитные.

Немагнитныематериалы – пара-, диа- и слабоферромагнитные материа-

лы с магнитной проницаемостью менее 1, 5. К немагнитным материалам отно

сятся большинство металлов и сплавов (в том числе некоторые стали), полимеры, дерево, стекло и т. д.

Магнитныематериалы классифицируют по их физической природе и ве-

личине коэрцитивной силы.

По физической природе магнитные материалы делят (отраслевое деление)

на три группы: металлическиематериалы, неметаллическиематериалы и маг-

нитодиэлектрики.

К неметаллическим магнитным материалам относятся ферриты – ферри-

магнитные материалы, получаемые из порошкообразной смеси оксидов некото-

рых переходных металлов и оксида железа путем прессования с последующим

спеканием. По магнитным свойствам ферриты аналогичны ферромагнетикам.

Магнитодиэлектрики – композиционные материалы, состоящие из

70...80 % порошкообразного магнитного материала (ферро- или ферримагнетика) и 30...20 % диэлектрического материала (например, полистирола, резины идр.). Магнитодиэлектрики применяются в приборостроении (постоянные магниты, эластичные герметизаторы для разъемных соединений и др.).

Технологическиесвойства

Технологические свойства материалов определяют возможность изготов-

ления продукции при использовании данного материала (сырья). При этом ма-

териал должен удовлетворять требованиям минимальной трудоемкости при из-

готовлении.

К технологическим свойствам материалов относят свойства, определяю-

щие возможности их литья, обрабатываемости давлением и резанием, свари-

ваемости, упрочняемости, восприимчивости к закалке и др.

Рассмотрим наиболее распространенные технологические свойства.

Литейныесвойства определяются совокупностью показателей, вклю-

чающей в себя: температуры плавления, кипения, заливки и кристаллизации;

плотность и жидкотекучесть расплава; литейную усадку и др. Литейная усадка

– это типичное технологическое свойство.

Обрабатываемостьдавлением в горячем и холодном состояниях оцени-

вают: различными технологическими пробами (на осадку, изгиб, вытяжку сфе-

рической лунки и др.); характеристиками пластичности, твердости и упрочне-

ния материала при температуре обработки. Среди характеристик обрабатывае-

мости давлением используют, например, ковкость.

Ковкость – способность металлов и сплавов подвергаться ковке и другим

видам обработки давлением (прокатке, волочению, прессованию, штамповке).

Характеризуется пластичностью и сопротивлением деформации.

Обрабатываемостьрезанием металлов и сплавов оценивается скоростью

затупления резца при точении на заданных режимах резания с обеспечением

необходимых параметров шероховатости поверхности и выражается в процен-

тах от обрабатываемости стандартного материала. На основании данных об об-

рабатываемости различных материалов составляются нормативы режимов ре-

зания или рекомендации по выбору режимов резания для конкретных условий

обработки.

Обрабатываемостькамня оценивается их податливостью ме-

ханическому, термическому, электрическому и другим воздействиям для при-

дания им необходимой формы, размеров и фактуры. В качестве показателя об-

рабатываемости камня используют коэффициент обрабатываемости, представ-

ляющий собой отношение трудозатрат при обработке единицы продукции из

данного вида камня к аналогичному показателю, соответствующему эталонно-

му материалу. В зависимости от вида воздействия выделяют конкретные харак-

теристики обрабатываемости: пилимость, полируемость, истираемость, шли-

фуемость и др. Общепринятого метода оценки обрабатываемости камня не су-

ществует.

Свариваемость – способность материала образовывать неразъемные со-

единения с требуемыми механическими характеристиками. Ее оценивают срав-

нением свойств основного материала со свойствами сварных соединений, коли-

чеством способов сварки, диапазоном допускаемых режимов сварки и др. Для

технологической оценки свариваемости определяют структуру, механические

свойства и склонность к образованию трещин материала шва и околошовной

зоны.

Надежностьсварногосоединения – это свойство сварных участков вы-

держивать в течение длительного времени комплексное нагружение, которое

обычно воздействует на соответствующую деталь или сварную конструкцию.

Испытания проводят на специальных образцах, а наиболее жесткие условия ис-

пытаний создаются путем выбора соответствующей формы образца и типа на-

гружения.

Испытания технологических свойств (технологические испытания) отно-

сятся к самым старым видам испытаний материалов. Отличительной их чертой

является определение возможности применения материала в данном способе

производства или для специальных целей использования. При этом, в отличие

от других методов испытания, определяются не отдельные значения свойств с

минимальной погрешностью измерения, а оценивается общее состояние мате-

риала.

С повышением степени стандартизации для методов технологических ис-

пытаний в настоящее время установлены строго определенные нормы, которые

связаны с той или иной технологией производства. Информацию о методе тех-

нологического испытания для конкретного материала можно получить в еже-

годном Указателе государственных стандартов.

Потребительскиесвойства

Потребительские свойства материалов определяют возможность их ис-

пользования при максимальной работоспособности в условиях эксплуатации

или потребления.

Перечень и величина потребительских свойств в обязательном порядке ус-

танавливаются в государственных стандартах, что создает законодательные ос-

новы гарантии качества и безопасности используемых веществ и материалов.

Для каждого материала перечень потребительских свойств, называемый Но-

менклатурой показателей качества, устанавливается в стандартах государст-

венной системы «Система показателей качества».

Показателями качества могут быть как показатели физических свойств, ве-

личина которых определена в стандартных условиях, так и специфические по-

казатели, определяющие возможность максимальной работоспособности мате-

риала в условиях эксплуатации или потребления.

Показатели качества в Номенклатуре показателей качества распределены

по следующим группам: назначение, надежность, эргономичностъ и эстетич-

ность, технологичность, унификация, стандартизация, патентно-правовые

показатели, экологическиепоказатели, безопасность, транспортабельность.

Группой показателей качества, имеющей социальное и технико-

экономическое значение, является надежность.

Надежность – свойство объекта сохранять во времени и в установленных

пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять

требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического

обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

В группу показателей надежности входят такие характеристики, как долго-

вечность, сохраняемость, безотказность, ремонтопригодностьи др. На материалы распространяются в основном такие показатели надежности, как долго-

вечностьи сохраняемость.

Долговечность – свойство материала сохранять работоспособность до

предельного состояния, которое определяется степенью разрушения, требова-

ниями безопасности или экономическими соображениями.

Потребительские свойства материалов, используемые для оценки их дол-

говечности, можно разделить по области применения на две группы:

1) свойства, позволяющие оценить прочность, твердость или изменение

формы изделия при воздействии окружающей среды (потоков масс и излуче-

ний, агрессивности среды и т.п.);

2) свойства, использующиеся для оценки последствий механических воз-

действий на прочностные показатели материалов, в том числе при различных

параметрах окружающей среды.

Для свойств первой группы в их наименовании традиционно используется

слово «стойкость». Так, для оценки прочности при воздействии окружающей

среды используются термины атмосферосвета-, химическая, радиационная,

водо-, огне-, жаро-, термо-, морозо-, хладо- и др., а для оценки твердости –

красностойкость. Для оценки способности сохранять форму при воздействии

окружающей среды используют термины огнеупорностьи теплостойкость.

Атмосферостойкость – способность материала сопротивляться раз-

рушающему действию солнечных лучей, дождя, мороза, снега, ветра и других

атмосферных факторов, например газов и пыли, загрязняющих нижние слои

атмосферы.

Светостойкость – способность материала сохранять свои физико-

химические свойства под действием световых лучей.

Химическаястойкость – способность материала сопротивляться воз-

действию кислот, щелочей, газов и растворов солей.

Не способны сопротивляться действию даже слабых кислот карбонатные

природные каменные материалы – известняк, мрамор, доломит; не стоек к дей-

ствию концентрированных щелочей битум. Наиболее стойкими материалами по

отношению к действию кислот и щелочей являются керамические материалы и

изделия, а также многие изделия на основе пластмасс.

Радиационнаястойкость – свойство материала сохранять свои структуру

и свойства после воздействия ионизирующих излучений.

Водостойкость W – способность материалов сохранять необходимые

прочностные свойства при действии воды. Водостойкость материала ха-

рактеризуется коэффициентом размягчения.

Коэффициентразмягчения Кр– отношение прочности материала, на-

сыщенного водой, к прочности сухого материала.

Материалы, у которых коэффициент размягчения больше 0, 75, называются

водостойкими.

Огнестойкость – способность материалов сохранять необходимые экс-

плуатационные свойства при действии высоких температур, пламени и воды в

условиях пожара в течение определенного времени. Она зависит от сгораемо-

сти материала, то есть от его способности воспламеняться и гореть.

Огнестойкость выражается произведением потерь массы  m (мг) на пути

распространения пламени s (мм), которое определяет степень сгорания от 0

(полностью сгораемые материалы) до 5 (негорючие материалы). Для измерения

этой характеристики образец прикладывают к раскаленному стержню

(Т = 1223 К) на установленное время, а затем, загасив сухим способом пламя,

определяют потерю массы  m. Путь пламени s определяют как разность между

исходной длиной образца и длиной его части, на которой не обнаружено обуг-

ливания, оплавления или разложения.

По огнестойкости материалы классифицируются нанесгораемые, трудно-

сгораемыеи сгораемыематериалы.

Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не

горят и не обугливаются (сталь, бетон, кирпич и др.). Однако необходимо учи-

тывать, что некоторые материалы при пожаре растрескиваются (гранит) или

сильно деформируются (металлы) при температуре, начиная с 600 °С, поэтому

конструкции из подобных материалов приходится защищать более огнестойки-

ми материалами. Трудно сгораемые материалы (асфальтобетон, фибролит, не-

которые пенопласты и др.) под воздействием огня или высокой температуры

тлеют, но после прекращения действия огня их горение и тление прекращают-

ся. Сгораемые (как правило, органические) материалы горят открытымпламе-

нем и продолжают гореть после удаления источника огня.

Жаростойкость: 1) для металлических материалов то же, что жаро-

упорность, окалиностойкость, – способность противостоять химическому раз-

рушению поверхности под действием воздуха или другой окислительной газо-

вой среды при высоких температурах; 2) для других конструкционных мате-

риалов (например, бетона) – способность сохранять или лишь незначительно

изменять механические свойства при высоких температурах.

Для чугунов, стекол и керамических изделий (главным образом, огне-

⇐ Предыдущая 12