Значення хімії в створенні нових матеріалів

Ви вже знаєте, що в промисловості широко використаються різні матеріали.

Речовина, що йде на виготовлення якого-небудь фізичного тіла, називається матеріалом.

Щоб здійснити будь-який хіміко-технологічний процес, потрібна апаратури, виготовлена з таких матеріалів, які здатні протистояти різноманітним агресивним впливам, у тому числі хімічним, механічним, термічним, електричним, а в ряді випадків також радіаційним і біологічним.

Хімія вносить істотний вклад у створення різних матеріалів: металевих і неметалічних. Серед металевих матеріалів найчастіше використаються сплави на основі заліза - чавун і сталь (мал. 19), на основі міді - латунь і бронза (мал. 20), на основі алюмінію, магнію, нікелю, ніобію, титану, танталу, цирконію й інших металів. З металевих сплавів виготовляють теплообмінники, ємності, мішалки, трубопроводи, контактні апарати, колони й інші апарати.

Для поліпшення якості металевих матеріалів використають порошкову металургію. Вона включає процеси виробництва металевих порошків і виробів з них. Сучасна порошкова металургія займається, по-перше, створенням матеріалів і виробів з такими характеристиками

(сполука, структура, властивості), яких у цей час неможливо досягти відомими методами плавки, по-друге, виготовленням традиційних матеріалів і виробів, але при більше вигідних техніко-економічних показниках виробництва.

У розробці теоретичних основ найважливіших процесів порошкової металургії провідне місце займає Інститут проблем матеріалознавства НАН України. Перший в Україні (і в колишньому СРСР) завод порошкової металургії вступив у лад у м. Бровари (під Києвом) в 1965 р.

Серед неметалічних матеріалів важливе значення надається полімерам на основі фенолформальдегидных смол, по-ливинилхлорида, полиэтилена й фторопластів (мал. 21). Ці матеріали, на відміну від металевих, мають високу стійкість в агресивних середовищах, низьку щільність, високу стійкість до стирання, гарні діелектричні й теплоізоляційні властивості. Крім того, важливе значення мають каучуки й різні матеріали на їхній основі - бутилкаучук, фторкаучук, силіконові каучуки й ін. (мал. 22).

До групи неметалічних матеріалів ставляться й такі традиційні матеріали, як кераміка, порцеляна, фаянс, скло, цемент, бетон, графіт, які знаходять все нове й нове застосування.

Останнім часом вимоги до матеріалів неухильно підвищуються. Це пояснюється тим, що значно ширше застосовуються тепер екстремальні впливи - надвисокі й наднизькі тиски й температури, ударні й вибухові хвилі, що іонізують випромінювання, ферменти. Тому підвищується роль хімії в створенні нових матеріалів, здатних протистояти цим впливам.

Особливе місце серед нових матеріалів займають композити.

Серед композитів виділяють кермети (керамико-метал-лические матеріали), норпласты (наповнені органічні полімери) і піни (газонаполненные матеріали).

Як основу (матриці) використають метали й сплави, полімери, кераміку. Застосовувані наповнювачі, особливо для композитів на основі пластмас, значно різноманітніше. Від них залежить міцність і твердість композитів

В Україні запропоновані принципово нові методи одержання композитів, наприклад на основі боридов металів (відновлення оксидів металів бором у вакуумі й карбідом бору). Освоєно метод прямого синтезу силіцидів з металу й кремнію, а також безпосереднє відновлення оксидів металу кремнієм і багато чого іншого. По багатьом властивостям - міцності, ударній в'язкості, усталостной міцності й ін.-композити значно перевершують традиційні матеріали, тому потреби суспільства в них і взагалі в нових матеріалах безупинно ростуть. Але поки ще вони дуже дорогі. Цим пояснюється той факт, що основними потре-

бителями композитів поки є авіаційна й космічна промисловості.

Завдання для самоконтролю

98. Назвіть відомі вам традиційні матеріали. Де вони

використаються?

99. Поясните, що загального між поняттями «речовина» і

«матеріал» і чим вони розрізняються.

100. Розкрийте значення матеріалів у промисловості.

101. Які неметалічні матеріали ви знаєте? Яке їх

значення?

102. Які нові матеріали ви знаєте? Що вам відомо про їх

властивостях і застосуванні?

103*. Хлоропреновий каучук є матеріалом, що характеризується високою стійкістю проти світла, теплоти й розчинників. Складіть рівняння реакції одержання цього каучуку полімеризацією хлоропрену СН2=СС1-СН=СН2.