Какие виды металлических конструкций относятся к первой группе: 2 Элементы металлических конструкций — Элементы металлических конструкций

Содержание

Подготовка поверхности металла под покраску | Химическая подготовка металлической поверхности под окраску 

Что включает процесс подготовки поверхности под покраску?

Подготовка поверхности под окраску — включает в себя ряд операций, как правило, это многостадийный процесс.

По сути, подготовка поверхности под покраску решает две задачи.

Первая и необходимая — это очистить поверхность, так чтобы на нее ровным слоем лег лакокрасочный материал. С поверхности нужно удалить консервационные масла, СОЖ, продукты коррозии, остатки старого лакокрасочного материала, грязь, металлическую пыль и т.п.

Эта задача решается с использованием таких стадий подготовки металлической поверхности под окраску, как обезжиривание и травление.

Очистку можно проводить с использованием механических методов подготовки поверхности под покраску.

Вторая задача состоит в существенном улучшении физико-механических и защитных свойств Пк.

Лакокрасочные покрытия в определенной степени влагопроницаемы, т.е. действуют практически как полупроницаемые мембраны. При эксплуатации, особенно в жестких климатических условиях (тропический, морской климат, перепады температуры), за счет осмотического давления влага попадает на поверхность изделия через поры лакокрасочного покрытия и инициирует коррозионные процессы на подложке, прежде всего металлической. Продукты коррозии разрушают адгезионную связь лакокрасочного покрытия и подложки, в результате чего покрытие начинает отслаиваться.

При использовании специальных химических средств подготовки поверхности под покраску на подложке формируются конверсионные покрытия, которые значительно улучшают физико-механические и защитные свойства последующего слоя лакокрасочного покрытия, увеличивая срок службы окрашенных металлических поверхностей.

Полный технологический процесс подготовки поверхности под покраску состоит из стадий очистки и формирования защитных конверсионных покрытий.


Что представляют собой конверсионные покрытия?

Это неорганические соединения, образующиеся на поверхности металлов под воздействием химических средств подготовки поверхности. В зависимости от химического состава, с помощью которого выполняется подготовка поверхности металла под покраску, формируются фосфатные, хроматные и оксидные соединения.

Конверсионные покрытия имеют разветвленную поверхность благодаря микро-кристаллической структуре и поэтому образуются прочные адгезионные связи с лакокрасочным покрытием.

Конверсионные покрытия находятся в стабильном состоянии и ингибируют подпленочную коррозию, а в случае повреждения лакокрасочного покрытия (царапина, скол) препятствуют распространению коррозии от места повреждения.


Как влияет тип окрашиваемой поверхности на ее подготовку под покраску?

Подготовка металлической поверхности под покраску зависит как от типа этой поверхности, так и от ее исходного состояния.

Первой и обязательной операцией подготовки поверхности является очистка.

Если на изделии присутствуют только загрязнения (смазка, пыль и т.д), то достаточно обезжиривания. Обезжиривание может проводиться с использованием растворителей и щелочных водных моющих средств.

Можно так же использовать различные методы механической обработки.

Но если на поверхности присутствуют продукты коррозии, окалина или остатки старой краски, то окрашивать такой металл нельзя. Эти загрязнения удаляют с помощью как химического метода (травление), так и различных механических методов подготовки металла под покраску.

При использовании операции травления, ее проводят после обезжиривания или совмещают с ней.

Тип металла также влияет на подготовку поверхности под покраску. Если говорить о полной подготовке поверхности с получением конверсионных покрытий, то тип конверсионного покрытия зависит от типа металла.

Черные металлы (сталь, чугун) фосфатируют. Алюминий, магний и их сплавы хроматируют. Эффективной обработкой для цинка и кадмия, а также оцинкованной стали и цинковых сплавов может быть как фосфатирование, так и хроматирование.

При совместной обработке цветных металлов со сталью предпочтение отдают фосфатированию. Пассивирование, как заключительная обработка, применяется для всех металлов.


Какие существуют методы механической подготовки поверхности под покраску?

Механическая обработка поверхности под покраску может проводиться ручным и механизированным инструментом и различными абразивными материалами с использованием механических установок. Механическая обработка поверхности позволяет удалить окалину, ржавчину, окислы, старое лакокрасочное покрытие, грубые загрязнения, продукты обугливания, остатки песка и шлака, а также получить необходимую шероховатость поверхности, способствующую увеличению адгезии лакокрасочного покрытия.

Перед механической очисткой замасленные изделия предварительно обезжиривают уайт-спиритом, растворителем Р-4 или щелочным водным раствором. Толстые органические слои загрязнений при толщине металла не менее 6 мм перед механической обработкой иногда удаляют газопламенной очисткой кислородно-ацетиленовой горелкой.

Ручные инструменты (проволочные щетки, шпатели, скребки) применяют при небольшом объеме работ. Для больших объемов используют механизированный инструмент (щетки, шарошки, абразивные круги, бесконечную абразивную ленту, игольчатые пистолеты).

При галтовке или виброабразивной обработке применяют абразивные насыпные материалы.

Галтовка — обработка мелких деталей во вращающихся барабанах. Она может быть сухой только с применением абразива или мокрой с использованием специальных жидких средств и абразива. В результате галтовки происходит очистка изделий, с поверхности снимаются окалина, заусенцы, неровности, уменьшается шероховатость изделий.

Виброабразивная обработка представляет собой механический или химико-механический процесс удаления мельчайших частиц металла и его оксидов с обрабатываемой поверхности, а также сглаживания микронеровностей в результате нанесения абразивом большого количества микроударов.

Среди различных методов механической подготовки поверхности под покраску широкое распространение получила струйная очистка с применением абразивных материалов. К ним относятся сухая абразивная очистка, водная абразивная очистка, водная струйная очистка. Эти виды обработки проводят с применением специального оборудования. В качестве абразивов чаще всего используют металлические песок или дробь, стеклянные шарики, шлаки.

Струйную абразивную обработку изделий проводят при толщине металла не менее 3 мм, обработка тонкостенных изделий допускается лишь в том случае, если при этом не нарушается их геометрическая форма. После сухой абразивной обработки изделия следует обеспылить и при необходимости обезжирить.

Нужно отметить, что обработанный механическими методами металл очень активен и во избежание появления вторичной коррозии должен быть немедленно окрашен или загрунтован. По этой же причине рекомендуется проводить механическую обработку при относительной влажности ниже 85%, при этом температура металла должна быть выше точки росы не менее чем на 3 ºС.

К несомненным достоинствам механических методов подготовки поверхности под покраску следует отнести возможность обработки изделий любых размеров, особенно крупногабаритных, как из черных, так и из цветных металлов, непосредственно на рабочих местах.

Недостатки механической обработки — значительная стоимость, высокая трудоемкость, невозможность обработки тонкостенных изделий сложной конфигурации.

Механическая подготовка поверхности под покраску решает задачу улучшения адгезии лакокрасочного покрытия за счет создание оптимальной шероховатости поверхности, но не придает поверхности антикоррозионных свойств. Одновременно эти задачи можно решить только с помощью подготовки поверхности под покраску химическими способами.


Какие материалы и технологии применяют для химической подготовки поверхности?

Технологический процесс химической подготовки поверхности под покраску проводится с использованием водных растворов специальных составов и состоит из ряда стадий.

Число этих стадий зависят от таких факторов, как тип металла, состояние поверхности, условия эксплуатации окрашенных изделий.

Обычно процесс химической подготовки поверхности состоит из следующих стадий.
    1. Обезжиривание и очистка.
    2. Удаление продуктов коррозии или окислов.
    3. Активация.
    4. Конверсионная обработка.
    5. Финальная обработка (пассивация, промывка обессоленной водой).
    6. Сушка. 

Между всеми стадиями подготовки поверхности под покраску проводится промывка водой, лучше в два этапа.

Для жестких условий эксплуатации покрытий (открытая атмосфера), необходимо применять полный технологический процесс подготовки поверхности под покраску с нанесением защитных конверсионных покрытий. Если окрашенные металлические изделия эксплуатируются внутри помещения при нормальной влажности, то можно ограничиться только обезжириванием.

В нашем институте разработан широкий ассортимент слабо- и средне щелочных составов марки КМ для обезжиривания, состоящих из смеси солей (фосфаты, бораты, кальцинированная сода, силикаты) и ПАВ. Они могут применяться в ваннах окунания или в установках распыления.

Для обезжиривания стали рекомендуются составы: КМ-1, КМ-19, КМ-17, КМ-22; для цветных металлов — КМ-25, КМ-18М. Для обезжиривания и межоперационного хранения стальных и чугунных деталей — КМ-27, ХОС-3.

Если для подготовки поверхности черных металлов под покраску используется только обезжиривание, то для предотвращения вторичной коррозии при сушке необходимо проводить пассивацию. Хороший результат дает применение растворов на основе хрома (трех или шестивалентного).

Отметим, что недопустимо применять для пассивации перед окраской металла растворы нитрита натрия, три- и моноэтаноламина.

Перечень всех стадий процесса подготовки поверхности под покраску, включая конверсионную обработку, зависит от типа металла.


Какая конверсионная обработка применяется для черных металлов?

Стальные изделия перед окраской фосфатируют. В процессе фосфатирования на металлической поверхности образуется неорганическое покрытие из трудно-растворимых фосфорнокислых солей тяжелых металлов.

Фосфатные покрытия по своему составу делятся на кристаллические (цинкфосфатные) и аморфные (железофосфатные). Цинкфосфатные Пк превосходят железофосфатные покрытия по коррозионной стойкости, поэтому рекомендуются для подготовки поверхности изделий под покраску, эксплуатируемых в жестких климатических условиях.

Цинкфосфатирование применяется для подготовки поверхности кузовов автомобилей, сельхозтехники, строительных конструкций; железофосфатирование — для металлической мебели, бытовых приборов, светильников и т.п.

Полный технологический процесс фосфатирования состоит как минимум из 5 — 6 стадий и может осуществляться методами погружения и распыления.

Операцию железофосфатирования можно совмещать с обезжириванием, тогда количество стадий обработки сокращается до трех-четырех.

Промышленностью выпускаются разработанные нашим институтом современные фосфатирующие составы для подготовки поверхности перед всеми видами окраски.

Создание новых фосфатирующих составов идет по пути улучшения потребительских свойств формируемых фосфатных покрытий и экологических характеристик процесса фосфатирования. Это достигается за счет введения в рецептуры дополнительно катионов никеля и марганца и снижения концентрации цинка.

В автомобильной промышленности успешно применяются составы для кристаллического фосфатирования КФ-12, КФ-14, КФ-15, КФ-16, созданные взамен КФ-1, КФ-3.

Для одновременного обезжиривания и аморфного фосфатирования разработан новый состав КФА-10, формирующий утолщенные железофосфатные слои повышенной коррозионной стойкости взамен КФА-8.


Особенность подготовки поверхности под окраску металлов, относящихся к группе цветных

Из цветных металлов чаще всего окрашивают оцинкованную сталь и алюминий, а также их сплавы.

Если условия эксплуатации изделий позволяют ограничить подготовку поверхности под покраску процессом обезжиривания, то необходимо учитывать особую нестойкость этих металлов к воздействию щелочных моющих средств.

При обработке в сильно щелочных водных составах они травятся и темнеют, поэтому для их обезжиривания рекомендуется использовать специальные моющие композиции.

Если необходимо провести полный технологический процесс подготовки поверхности алюминия с нанесением конверсионного (хроматного или бесхроматного) покрытия, то с поверхности алюминия под покраску необходимо травлением в сильнощелочных или в кислых растворах удалить оксидную пленку.

При небольшой зажиренности изделий процесс травления можно совмещать с обезжириванием.

У отечественных производителей изделий из окрашенного алюминия и оцинкованной стали бытует ошибочное мнение, что эти металлы не требуют полной подготовки поверхности под покраску с нанесением конверсионных покрытий.

Практика эксплуатации изделий из этих металлов во влажных условиях показала, что в отсутствие конверсионной обработки (хроматирования, пассивации, фосфатирования) под слоем лакокрасочного покрытия образуется легкая белая коррозия, вызывающая потерю адгезии вплоть до отслаивания покрытия.

На сегодняшний день наиболее эффективным методом подготовки поверхности металла под окраску является хроматирование. 

На практике используются процессы желтого хроматирования (Алькон-1, Экомет А-001) и зеленого хроматирования (Алькон-4). Однако применение хроматирования ограничено из-за высокой токсичности соединений хрома. В нашем институте разработан и внедрен процесс беспромывочной экологически безопасной хроматной обработки в составе Формихром для обработки рулонного металла.

Ведущие европейские фирмы начинают внедрять бесхроматную обработку цветных металлов. Для этих целей используются химические средства на основе комплексных фторидных соединений циркония, титана или обработка с получением покрытий из сложных окислов никеля, кобальта, оксисиланов.

Для обработки цинка и оцинкованной стали вместо хроматирования с успехом может применяться фосфатирование, особенно если одновременно обрабатывается сталь.


Какие технологии применяют при подготовке поверхности неметаллических поверхностей: полимеров, древесины, бетона, шифера, асбоцемента?

Наша лаборатория занимается разработкой технологии и составов для химической подготовки поверхности металлов под покраску.

На практике мы сталкивались с подготовкой поверхности изделий из пластмасс, и хорошие результаты были получены при использовании кислого обезжиривающего состава КИМОС-5.

Однако выбор состава и технологии подготовки поверхности под покраску должен проводиться конкретно для каждого типа полимеров.


Какими методами контролируют качество подготовки поверхности под покраску?

Поскольку процесс подготовки поверхности под покраску многостадийный, то контроль его качества должен проводиться после каждой стадии обработки. На практике используется, прежде всего, визуальный контроль поверхности.

Качество обезжиривания оценивается протиркой поверхности белой ветошью или по смачиваемости поверхности водой при последующей промывке. Степень очистки от ржавчины и продуктов коррозии определяется осмотром поверхности при пятикратном увеличении.

Если используется конверсионная обработка, то контроль качества фосфатных и хроматных покрытий проводится на образцах-свидетелях: определяются масса покрытия на единицу поверхности, размер кристаллов.

Самый главный показатель эффективной подготовки поверхности под покраску — хорошие характеристики лакокрасочного покрытия: коррозионная стойкость и физико-механические свойства.


Как влияет подготовка поверхности на свойства лакокрасочных покрытий?

Определенная сложность состоит в том, что влияние качества подготовки поверхности на свойства комплексного лакокрасочного покрытия проявляется не всегда сразу после окраски. И часто за нарушения, связанные с подготовкой поверхности под подготовку, расплачивается потребитель.

Например, на плохо обезжиренную поверхность плохо наносится ЛКМ, остатки масла могут быть причиной кратерообразования. При плохом качестве обезжиривания покрытие имеет плохую адгезию.

Некачественная окончательная промывка или использование жесткой воды вызывают осмотическое вспучивание, особенно порошковых полиэфирных покрытий при эксплуатации во влажных условиях.

Причиной осмотического вспучивания лакокрасочных покрытий, образования пузырей, нарушения адгезии является ручная подготовка поверхности под покраску с использованием водорастворимых обезжиривающих средств без промывки и горячей сушки.

Долговечность лакокрасочного покрытия, защита от нитевидной и подпленочной коррозии напрямую связаны с такими стадиями подготовки поверхности, как фосфатирование, хроматирование и пассивация.

Плохо проведенная подготовка поверхности под покраску или неправильный выбор ее стадий обязательно проявятся в разрушении лакокрасочного покрытия тем быстрее, чем жестче условия его эксплуатации.


Как правильно выбрать материалы и технологию подготовки конкретных окрашиваемых поверхностей?

Выбор технологии подготовки поверхности под покраску зависит от трех основных факторов: условий эксплуатации окрашенных изделий, типа металла и состояния исходной поверхности. Гост 9.402-2004 «ЕСЗКС». Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей к окрашиванию предусматривает десятки различных схем подготовки поверхности для разных металлов и условий эксплуатации.

Именно условия эксплуатации определяют, будет ли процесс подготовки поверхности под покраску полным с включением конверсионной обработки или достаточно ограничиться только очисткой.

Тип металла определяет вид конверсионной обработки (фосфатирование, хроматирование, пассивация). Состояние исходной поверхности (наличие ржавчины, окалины, оксидных слоев) диктует необходимость использования операций травления или механической очистки.

Кроме того, необходимо учитывать тип применяемого ЛКМ, габариты изделия, производственные площади, имеющееся оборудование, финансовые возможности.

Способы нанесения и тип ЛКМ предъявляют требования к качеству конверсионных покрытий, особенно при использовании электроосаждения или нанесения порошковых ЛКМ.

Габариты изделия, программа производства обусловливают способ нанесения составов:

  • погружение в ванны или распыление в камерах;
  • циклический или непрерывный конвейер. 


К сожалению, из-за отсутствия финансовых возможностей часто отказываются от оптимальной технологии в ущерб качеству окраски.

Материалы для подготовки поверхности выбирают, когда известны технологии и оборудование для подготовки поверхности под покраску.

Сейчас на рынке представлен широкий ассортимент отечественных и зарубежных составов, при выборе которых нужно обязательно быть уверенным, что эти материалы обеспечат необходимое качество подготовки поверхности под покраску, а их цена соответствует качеству.

В заключение хочется отметить, что выбор технологии подготовки поверхности и используемых материалов под покраску является ответственным этапом и должен производиться индивидуально для каждого конкретного случая с привлечением квалифицированных специалистов. Обращайтесь к нам — всегда поможем.

Вернуться в список

Классификация зданий по назначению, по материалам, этажность, капитальность объектов

При проектировании зданий, выборе строительных технологий и материалов для их возведения, к каждому объекту применяются различные нормативы и стандарты. Это зависит от их классификации: назначения, срока эксплуатации, этажности и других характеристик.

В этой статье мы собрали наиболее распространенные классификации, позволяющие разобраться в разнообразии существующих построек и их ключевых особенностях:

Определение зданий и требования к ним

Дадим определение термину «здание». Согласно строительной документации, зданиями называют наземные постройки с помещениями для различной деятельности: труда, обучения, работы, отдыха. К ним относят как жилые дома, так и промышленные цехи, торговые и административные центры, кинотеатры и библиотеки.

Основные требования к любым зданиям, вне зависимости от их классификации, можно разделить на следующие группы:

  • Функциональные — определяют, в какой степени объект (его планировка, этажность) соответствует своему назначению.
  • Технические — отражают, насколько готовая конструкция способна противостоять воздействию окружающей среды и разнообразным нагрузкам.
  • Архитектурные — предусматривают увязку назначения здания с его внешним обликом, гармоничное взаимодействие с окружающими постройками и ландшафтом.
  • Экономические — направлены на рационализацию строительства и уменьшение финансовых и временных затрат.

В зависимости от классификации зданий, требования меняются. Например, при возведении частного коттеджа заказчик особое внимание уделяет архитектуре объекта, тогда как при строительстве промышленного комплекса, внешний вид цеха не так важен.

Классификация по назначению

Основные требования к постройке зависят от ее назначения. В настоящее время выделяют следующие виды зданий:

Назначение Описание
Гражданские

Дополнительно делятся на:

  • Жилые — предназначены для длительного пребывания людей, их отдыха (дачи, коттеджи, многоэтажные дома, гостиничные комплексы).
  • Общественные — используются для временного пребывания, связанного с выполнением определенного действия: работы, приема пищи, обучения (офисные и торговые центры, кафе и рестораны, учебные заведения и так далее).
Промышленные здания

Служат для проведения в них различных производственных процессов и дополнительно делятся на:

  • Производственные (сами цеха).
  • Подсобные (кладовые).
  • Энергетические (трансформаторные).
  • Складские.
Сельскохозяйственные Применяются для проведения различных сельскохозяйственных работ: хранения сельхозпродукции, ее обработки, размещения животных и птиц.

Назначение здания во много определяет его архитектуру, планировку, этажность, выбор наиболее подходящих строительных материалов и технологий.

Этажность зданий

Еще одна классификация касается этажности объектов. Этажность — это общее количество надземных этажей, и согласно Градостроительному кодексу РФ, оно не равно понятию «количество этажей». Например, в понятие «этажности» не входит подполье или междуэтажное пространство менее 1,8 м. Тогда как при расчете количества для подготовки проектной и технической документации учитывается и подполье, и цокольные помещения.

Здания могут быть:

  • Одноэтажными.
  • Малоэтажными: 2-3 этажа.
  • Многоэтажными: до 9 этажей.
  • Повышенной этажности: до 20.
  • Высотными: от 20 и более.

Дополнительно классифицируются и сами этажи:

  • Наземные — закладываются на уровне грунта.
  • Подземные — минимум половина этажа находится ниже уровня грунта.
  • Технические — предназначенные для размещения крупного инженерного оборудования, вне зависимости от их расположения относительно грунта.
  • Мансардные — чердачные помещения.

Согласно СНиП правила определения этажности жилых, общественных и производственных зданий различны. Данные понятия в основном необходимы для подготовки проектной документации и технического паспорта объекта.

Классификация по материалам и видам используемых изделий

С каждым годом растет количество выпускаемых стеновых материалов, пригодных для возведения жилых и производственных зданий. По используемым стройматериалам объекты делятся на:

  • Деревянные – из оцилиндрованного бревна, профилированного и клееного бруса.
  • Каменные – из натурального камня, кирпича различных видов.
  • Железобетонные – из железобетонных плит и перекрытий, а также монолитных ЖБИ.
  • Из легких металлических конструкций и пластмасс.

Отличаются и способы возведения: они могут быть сборными (как, например, при строительстве дома из кирпича или бревен), сборно-монолитными (сборные стены на монолитном фундаменте) и монолитными.

Каждый материал и строительная технология имеет свои преимущества и особенности. Например, при строительстве многоэтажных построек древесина не используется для возведения стен, поскольку она не сможет выдержать необходимую несущую нагрузку. Именно поэтому стройматериалы подбираются уже после того, как определено назначение объекта и планируемое количество этажей.

Капитальность объекта

В строительных нормативах есть еще одно важное понятие: капитальность здания. Оно подразумевает долговечность постройки, зависящую от срока службы основных конструктивных элементах в конкретной климатической зоне и их огнестойкости. Согласно СНиП выделяют следующие классы капитальности:

Класс капитальности Описание Пример
1 класс Большие общественные здания и объекты повышенной этажности в крупных населенных пунктах Музеи, театры, высотки, дома культуры, уникальные промышленные здания
2 класс Общественные здания массовой застройки и основные производственные цеха Торговые и офисные центры, многоэтажные жилые дома (не более 20 этажей), спортивные залы и бассейны
3 класс Малоэтажные дома и объекты общего хозяйственного назначения Коттеджи, дачи, небольшие магазины, торговые павильоны
4 класс Временные объекты Времянки и другие постройки, возводимые на время строительства

Подобная классификация необходима для выявления оптимальных планировочных и конструктивных решений. Чем выше класс капитальности, тем более прочные и огнестойкие материалы должны использоваться для возведения стен и перегородок.

Капитальность также связана с долговечностью сооружения. По этой характеристике объекты делятся на три степени:

  • Первая – срок службы более 100 лет.
  • Вторая – от 50 до 100 лет.
  • Третья – от 20 до 50 лет.

Если постройка служит менее 20 лет, ее считают временной. Долговечность зависит не только от использованных стройматериалов, но и от условий эксплуатации объекта, качества выполнения монтажных работ, своевременного обслуживания постройки и ее регулярного ремонта.

Существуют и другие классификации зданий, созданные для упрощения выполнения планировочных работ и установления контроля над основными техническими параметрами конструкций. Узнать больше о строительстве производственных и жилых зданий вы можете у специалистов компании «Лидинг». Мы занимаемся строительством производственных, административных, офисных помещений, жилых помещений по всему Поволжью.

Современные методы протезирования зубов — виды и сравнение

Дата публикации: 29.12.2020

Существующие методы протезирования направлены на восстановление эстетики и здоровья ротовой полости. Дентальные протезы устанавливают при отсутствии одного или нескольких единиц зубного ряда, их частичном повреждении в результате травмы. Специалисты по ортопедической стоматологии предлагают эффективные методы реставрации людям с полной адентией. Она заключается в отсутствии всех зубов у пациента.  

В данном случае протезирование необходимо в первую очередь для восстановления жевательных функций челюстного аппарата, предотвращения деформации и атрофических процессов костной ткани. 

Дентальные протезы классифицируются по множеству пунктов:

  • В зависимости от срока службы существуют временные и постоянные конструкции. 
  • По способу эксплуатации различают съемные, несъемные и условно-съемные протезы. 
  • Фиксация изделий может выполняться к поверхности десен, на опорные зубы или заглубленный в челюсть искусственный корень.
  • Для производства протезов применяют разные материалы: сплавы благородных металлов, керамику, пластмассу, композиты.
  • Установка конструкций может выполняться в один или несколько этапов.

Протезирование зубов используют после хирургического удаления и при частичном повреждении. Для устранения небольших дефектов применяют вкладки и виниры. Данные изделия относятся к категории микропротезов. Их установка в минимальной степени повреждает натуральные ткани, не создает нагрузку на десны. Конструкции абсолютно незаметны, поэтому их можно устанавливать на линии улыбки. Они направлены на восстановление формы зуба и естественного цвета эмали при наличии сколов, неровностей или пятен.

Показания к лечению

Разные виды протезирования показаны пациентам в следующих случаях:

  • После хирургического удаления одного или нескольких зубов, которые невозможно восстановить при помощи ортодонтического лечения;
  • При спортивных или бытовых травмах челюсти;
  • В случае полной адентии, вызванной пародонтитом или другими заболеваниями;
  • Из-за врожденных дефектов;
  • В случае повышенной истираемости костной ткани;
  • При деформационных изменениях челюсти, серьезных нарушениях прикуса и других патологиях. 

Протезирование зубов может выполняться без их удаления. При частичном повреждении тканей врач производит обтачивание и устанавливает коронки, которые надеваются на верхушку. Изделие плотно прилегает к десне и визуально имитирует зубную эмаль.

Противопоказания

Существует множество методик, направленных на восстановление эстетических и жевательных функций зубочелюстного аппарата. При выборе решения врач учитывает состояние организма пациента.

У съемных протезов отсутствуют противопоказания. Такие приспособления рекомендуются людям, которым из-за системных заболеваний или нежелания ухаживать за зубами невозможно установить импланты либо коронки.  

Все способы несъемного зубопротезирования имеют определенные ограничения к применению. Условно они различаются на временные и постоянные. К первой группе относят:

  • Период беременности, реабилитации после тяжелого хирургического вмешательства;
  • Обострение хронических заболеваний, расстройств психики, ОРВИ;
  • Плохую гигиену полости рта; 
  • Прием цитостатиков и препаратов, снижающих свертываемость крови;
  • Сильное истощение организма в результате болезни или голодания.

Зубопротезирование не выполняют при аллергии на анестетики, наличии онкологических заболеваний, в период лучевой терапии. Определенные ограничения имеются для людей, страдающих сахарным диабетом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, алкогольной и наркотической зависимостью.

Сравнение методов

Все без исключения виды зубных протезов имеют плюсы и минусы:

  • Самыми простыми в установке являются съемные и условно-съемные модели. К их разряду относятся бюгельные, телескопические и пластиночные протезы. Они обладают невысокой ценой и подходят людям разного возраста. Среди недостатков — возможное раздражение слизистой, атрофия костной ткани из-за отсутствия нагрузки. Необходимость регулярно вынимать и надевать приспособление создает неудобство в использовании.
  • Мостовидные конструкции представляют собой несколько керамических или металлических коронок, которые соединены между собой. Их используют для замещения двух и более элементов, расположенных рядом. Достоинством технологии является прочность, длительная служба. К недостаткам относят необходимость обтачивания, возможный риск осложнений, противопоказания.
  • Имплантация является самым дорогим и современным способом реставрации. Установку имплантов можно производить сразу после удаления или после заживления лунки. Достоинства заключаются в натуральном виде, надежности, возможности устранения любого рода дефектов. Недостатками методики являются высокая стоимость и немалое количество ограничений по применению.

Что делать при полной адентии?

При наличии такой патологии человеку предлагается имплантирование искусственных корней или применение ортопедических конструкций съемного типа. Изделия представляют собой основу из нейлона или акрила, на которую крепят зубопротезы. В отличие от имплантов приспособление необходимо ежедневно снимать для очистки и во время сна. Способ реставрации выбирается лечащим врачом исходя из состояния организма и финансовых возможностей клиента. 

Как поступить, если отсутствует несколько зубов? 

Для замещения одной или нескольких единиц ряда могут использоваться технологии имплантирования, установка коронок или мостов. Затраты на устранение дефектов определяются объемом работ и материалом для изготовления зубопротезов. Самыми долговечными являются мосты на имплантах, которые служат до 20 лет. Изделия помогают заместить несколько элементов жевательного аппарата, расположенных рядом на одной челюсти. Если удаление ведется на разных участках, оптимальным вариантом является вживление штифта и последующее крепление зубопротезов.

При сохранении здоровых корней убирают поврежденные верхушки, устанавливают металлические или безметалловые коронки. Модели первой группы изготовлены из металлокерамики: на основу из металла наносят керамический материал, имитирующий цвет эмали. Безметалловые изделия производят из диоксида циркония или оксида алюминия.

Варианты зубопротезирования

Лечение может выполняться в один или несколько визитов к врачу. При экспресс-методиках хирург-стоматолог сразу после удаления установит штифт в лунку и наденет коронку. Многоэтапные технологии применяют, если после ампутации или травмы прошло несколько недель, месяцев. Перед вживлением искусственных корней пациенту проводят синус-лифтинг — наращивание объема кости для устранения атрофии. При наличии кариозных поражений и болезней десен выполняется санация, чтобы предотвратить риск инфицирования после заглубления штифта.

Традиционное коронковое зубопротезирование требует предварительной подготовки опор. Она заключается в их обтачивании.

Какой метод зубопротезирования выбрать — рекомендации врачей

Во время первого посещения проводится стоматологическая диагностика. Она позволит подобрать действенный и безопасный способ реставрации. Универсальных техник, которые подходят всем без исключения, не существует. Стоматолог будет ориентироваться на индивидуальную клиническую картину. Врач подробно расспросит о состоянии вашего здоровья, чтобы исключить возможные ограничения к использованию разных технологий. С клиентом обсуждаются сроки и последовательность проведения лечебных процедур.

Вопросы и ответы

В один из фронтальных зубов я поставила имплант. На остальные три зуба поставлена цельная коронка. Формы и цвет, конечно, оставляют желать лучшего, имплант беспокоит. Я хочу поставить себе на все эти четыре зуба базальные импланты с циркониевыми коронками

В один из фронтальных зубов я поставила имплант. На остальные три зуба поставлена цельная коронка. Формы и цвет, конечно, оставляют желать лучшего, имплант беспокоит. Я хочу поставить себе на все эти четыре зуба базальные импланты с циркониевыми коронками

Здравствуйте! При отсутствии нескольких зубов подряд возможно применение метода базальной имплантации. На третий день после имплантации устанавливается металлопластмассовый протез. Через год после имплантации протез можно будет заменить на любой другой, в том цисле на диоксиде циркония. В рамках действующей в настоящий момент акции стоимость базальной имплантации 1 зуба с металлопластмассовой коронкой составляет 35000р.Что касается импланта, установленного ранее, для того чтобы определить причины симптомов, о которых вы сообщили, необходимо провести осмотр полости рта и снимка.Более подробную информацию вы можете получить по телефону + 7 (495) 789-42-02 или на бесплатной консультации у наших специалистов. С уважением,Центр поддержки пациентов SIMPLADENT+ 7 (495) 789-42-02+ 7 (495) 789-35-828 800 333-53-41

3 дня назад поставила металло-керам. мост из 3-х коронок, 2 крайние на вкладки, под средней нет зуба совсем. Но она нависает над десной свободно, под нее залезает зубочистка. Десны еще не зажили, и видна темная тонкая полоска между коронками и десной.

3 дня назад поставила металло-керам. мост из 3-х коронок, 2 крайние на вкладки, под средней нет зуба совсем. Но она нависает над десной свободно, под нее залезает зубочистка. Десны еще не зажили, и видна темная тонкая полоска между коронками и десной.

Здравствуйте! Дистанционно ответить на вопрос, правильно ли проведено протезирование зубов, невозможно. Приходите к нам на бесплатную консультацию, ортопед осмотрит область протезирования, после чего проконсультирует вас, даст необходимые рекомендации. С уважением,Центр поддержки пациентов SIMPLADENT+ 7 (495) 789-42-02+ 7 (495) 789-35-828 800 333-53-41

Задайте вопрос Другие вопросы Другие работы

Примеры работ «До» и «После»

Случай: разрушение коронковой части передних зубов.

Обзор дефектов и контроль качества сварных соединений

Дефекты и контроль качества сварных соединений

Общие сведения и организация контроля

По ГОСТ 15467-79 качество продукции есть совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетво­рять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Качество сварных изделий зависит от соответствия материала тех­ническим условиям, состояния оборудования и оснастки, правиль­ности и уровня отработки технологической документации, соблюдения технологической дисциплины, а также квалификации работающих. Обеспечить высокие технические и эксплуатацион­ные свойства изделий можно только при условии точного выпол­нения технологических процессов и их стабильности. Особую роль здесь играют различные способы объективного контроля как про­изводственных процессов, так и готовых изделий. При правильной организации технологического процесса контроль должен быть его неотъемлемой частью. Обнаружение дефектов служит сигналом не только к отбраковке продукции, но и оперативной корректировке технологии.

Сварные конструкции контролируют на всех этапах их изготов­ления. Кроме того, систематически проверяют приспособления и оборудование. При предварительном контроле подвергаются про­верке основные и вспомогательные материалы, устанавливается их соответствие чертежу и техническим условиям.

После заготовительных работ детали подвергают чаще всего наружному осмотру, т.е. проверяют внешний вид детали, качество поверхности, наличие заусенцев, трещин, забоин и т.п., а также измеряют универсальными и специальными инструментами, шаб­лонами, с помощью контрольных приспособлений. Особенно тща­тельно контролируют участки, подвергающиеся сварке. Профиль кромок, подготовленных под сварку плавлением, проверяют спе­циальными шаблонами, а качество подготовки поверхности — с помощью оптических приборов или специальными микрометрами.

Во время сборки и прихватки проверяют расположение деталей друг относительно друга, величину зазоров, расположение и размер прихваток, отсутствие трещин, прожогов и других дефектов в местах прихваток и т.д. Качество сборки и прихватки определяют главным образом наружным осмотром и обмером.

Наиболее ответственным моментом является текущий контроль выполнения сварки. Организация контроля сварочных работ может производиться в двух направлениях: контролируют сами процессы сварки либо полученные изделия.

Контроль процессов позволяет предотвратить появление систе­матических дефектов и особенно эффективен при автоматизиро­ванной сварке (автоматическая и механизированная дуговая, электрошлаковая и др.). Существуют следующие способы контроля сварочных процессов.

Контроль по образцам технологических проб. В этом случае периодически изготовляют образцы соединений из материала той же марки и толщины, что и свариваемое изделие, и подвергают их всесторонней проверке: внешнему осмотру, испытаниям на проч­ность соединений, просвечиванию рентгеновскими лучами, метал­лографическому исследованию и т.д. К недостаткам такого способа контроля следует отнести некоторое различие между образцом и изделием, а также возможность изменения сварочных условий с момента изготовления одного образца до момента изготовления следующего.

Контроль с использованием обобщающих параметров, имеющих прямую связь с качеством сварки, например использование дила­тометрического эффекта в условиях точечной контактной сварки. Однако в большинстве случаев сварки плавлением трудно или не всегда удается выявить наличие обобщающего параметра, позволя­ющего достаточно надежно контролировать качество соединений.

Контроль параметров режима сварки. Так как в большинстве случаев определенных обобщающих параметров для процессов сварки плавлением нет, то на практике контролируют параметры, непосредственно определяющие режим сварки. При дуговой сварке такими параметрами в первую очередь являются сила тока, дуговое напряжение, скорость сварки, скорость подачи проволоки и др. Недостаток такого подхода заключается в необходимости контро­лирования многих параметров, каждый из которых в отдельности не может характеризовать непосредственно уровень качества полу­чаемых соединений.

Контроль изделий производят пооперационно или после окон­чания изготовления. Последним способом обычно контролируют несложные изделия. Качество выполнения сварки на изделии оце­нивают по наличию наружных или внутренних дефектов. Развитие физики открыло большие возможности для создания высокоэффек­тивных методов дефектоскопии с высокой разрешающей способ­ностью, позволяющих проверять без разрушения качество сварных соединений в ответственных конструкциях.

В зависимости от того, нарушается или не нарушается це­лостность сварного соединения при контроле, различают неразрушающие и разрушающие методы контроля.

Дефекты сварных соединений и причины их возникновения

В процессе образования сварных соединений в металле шва и зоне термического влияния могут возникать различные отклонения от установленных норм и технических требований, приводящие к ухудшению работоспособности сварных конструкций, снижению их эксплуатационной надежности, ухудшению внешнего вида из­делия. Такие отклонения называют дефектами. Дефекты сварных соединений различают по причинам возникновения и месту их расположения (наружные и внутренние). В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы. К первой   группе относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения (горячие и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния).

Ко второй группе дефектов, которые называют дефектами фор­мирования швов, относят дефекты, происхождение которых связано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготов­кой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, недостаточной квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствия швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаваренные кратеры и др. Виды дефектов приведены на рис. 1. Дефектами формы и размеров сварных швов являются их неполномерность, неравномерные ши­рина и высота, бугристость, седловины, перетяжки и т.п.

Рисунок 1 — Виды дефектов сварных швов:

а — ослабление шва. б — неравномерность ширины, в — наплыв, г — подрез, с — непровар, с — трещины и поры, ж — внутренние трещины и поры, з — внутренний непровар, и — шлаковые включения

Эти дефекты снижают прочность и ухудшают внешний вид шва. При­чины их возникновения при механизированных способах сварки — колебания напряжения в сети, проскальзывание проволоки в пода­ющих роликах, неравномерная скорость сварки из-за люфтов в механизме перемещения сварочного автомата, неправильный угол наклона электрода, протекание жидкого металла в зазоры, их неравномерность по длине стыка и т.п. Дефекты формы и размеров швов косвенно указывают на возможность образования внутренних дефектов в шве.

Наплывы образуются в результате натекания жидкого металла на поверхность холодного основного металла без сплавления с ним. Они могут быть местными — в виде отдельных застывших капель, а также иметь значительную протяженность вдоль шва. Чаще всего наплывы образуются при выполнении горизонтальных сварных швов на вертикальной плоскости. Причины образования наплы­вов — большой сварочный ток, слишком длинная дуга, неправиль­ный наклон электрода, большой угол наклона изделия при сварке на спуск. При выполнении кольцевых швов наплывы образуют­ся при недостаточном или излишнем смещении электрода с зенита. В местах наплывов часто могут выявляться непровары, трещины и др.

Подрезы представляют собой продолговатые углубления (канав­ки), образовавшиеся в основном металле вдоль края шва. Они возникают в результате большого сварочного тока и длинной дуги. Основной причиной подрезов при выполнении угловых швов яв­ляется смещение электрода в сторону вертикальной стенки. Это вызывает значительный разогрев металла вертикальной стенки и его стекание при оплавлении на горизонтальную стенку. Подрезы приводят к ослаблению сечения сварного соединения и концент­рации в нем напряжений, что может явиться причиной разрушения.

Прожоги — это сквозные отверстия в шве, образованные в результате вытекания части металла ванны. Причинами их образо­вания могут быть большой зазор между свариваемыми кромками, недостаточное притупление кромок, чрезмерный сварочный ток, недостаточная скорость сварки. Наиболее часто прожоги образуют­ся при сварке тонкого металла и выполнении первого прохода многослойного шва. Прожоги могут также образовываться в резуль­тате недостаточно плотного поджатая сварочной подкладки или флюсовой подушки.

Непроваром называют местное несплавление кромок основного металла или несплавление между собой отдельных валиков при многослойной сварке. Непровары уменьшают сечение шва и вызы­вают концентрацию напряжений в соединении, что может резко снизить прочность конструкции. Причины образования непроваров — плохая зачистка металла от окалины, ржавчины и загрязне­ний, малый зазор при сборке, большое притупление, малый угол скоса кромок, недостаточный сварочный ток, большая скорость сварки, смещение электрода от центра стыка. Непровары выше допустимой величины подлежат удалению и последующей заварке.

Трещины, также как и непровары, являются наиболее опасными дефектами сварных швов. Они могут возникать как в самом шве, так и в околошовной зоне и располагаться вдоль или поперек шва. По своим размерам трещины могут быть макро- и микроскопиче­скими. На образование трещин влияет повышенное содержание углерода, а также примеси серы и фосфора.

Шлаковые включения, представляющие собой вкрапления шла­ка в шве, образуются в результате плохой зачистки кромок деталей и поверхности сварочной проволоки от оксидов и загрязнений. Они возникают при сварке длинной дугой, недостаточном сварочном токе и чрезмерно большой скорости сварки, а при многослойной сварке — недостаточной зачистке шлаков с предыдущих слоев. Шлаковые включения ослабляют сечение шва и его прочность.

Газовые поры появляются в сварных швах при недостаточной полноте удаления газов при кристаллизации металла шва. Причины пор — повышенное содержание углерода при сварке сталей, загряз­нения на кромках, использование влажных флюсов, защитных газов, высокая скорость сварки, неправильный выбор присадочной проволоки. Поры могут располагаться в шве отдельными группами, в виде цепочек или единичных пустот. Иногда они выходят на поверхность шва в виде воронкообразных углублений, образуя так называемые свищи. Поры также ослабляют сечение шва и его прочность, сквозные поры приводят к нарушению герметичности соединений.

Микроструктура шва и зоны термического влияния в значитель­ной степени определяет свойства сварных соединений и характе­ризует их качество.

К дефектам микроструктуры относят следующие: повышенное содержание оксидов и различных неметаллических включений, микропоры и   микротрещины, крупнозернистость, перегрев, пе­режог металла и др. Перегрев характеризуется чрезмерным укрупнением зерна и огрублением структуры металла. Более опасен пережог — наличие в структуре металла зерен с окисленными границами. Такой металл имеет повышенную хрупкость и не поддаетсяисправлению. Причиной пережога является плохая защита сварочной ванны при сварке, а также сварка на чрезмерно большой силе тока.

Методы неразрушающего контроля сварных соединений

К неразрушающим методам контроля качества сварных сое­динений относят внешний осмотр, контроль на непроницаемость (или герметичность) конструкций, контроль для обнаружения де­фектов, выходящих на поверхность, контроль скрытых и внутренних дефектов.

Внешний осмотр и обмеры сварных швов — наиболее простые и широко распространенные способы контроля их качества. Они являются первыми контрольными операциями по приемке готового сварного узла или изделия. Этим видам контроля подвергают все сварные швы независимо от того, как они будут испытаны в дальнейшем.

Внешним осмотром сварных швов выявляют наружные дефек­ты: непровары, наплывы, подрезы, наружные трещины и поры, смещение свариваемых кромок деталей и т.п. Визуальный осмотр производят как невооруженным глазом, так и с применением лупы с увеличением до 10 раз.

Обмеры сварных швов позволяют судить о качестве сварного соединения: недостаточное сечение шва уменьшает его прочность, слишком большое — увеличивает внутренние напряжения и дефор­мации. Размеры сечения готового шва проверяют по его параметрам в зависимости от типа соединения. У стыкового шва проверяют его ширину, высоту, размер выпуклости со стороны корня шва, в угловом — измеряют катет. Замеренные параметры должны соот­ветствовать ТУ или ГОСТам. Размеры сварных швов контролируют обычно измерительными инструментами или специальными шаб­лонами.

Внешний осмотр и обмеры сварных швов не дают возможности окончательно судить о качестве сварки. Они устанавливают только внешние дефекты шва и позволяют определить их сомнительные участки, которые могут быть проверены более точными способами.

Контроль непроницаемости сварных швов и соединений. Сварные швы и соединения ряда изделий и сооружений должны отвечать требованиям непроницаемости (герметичности) для различных жидкостей и газов. Учитывая это, во многих сварных конструкциях (емкости, трубопроводы, химическая аппаратура и» т.д.) сварные швы подвергают контролю на непроницаемость. Этот вид контроля производится после окончания монтажа или изготовления конст­рукции. Дефекты, выявленные внешним осмотром, устраняются до начала испытаний. Непроницаемость сварных швов контролируют следующими методами: капиллярным (керосином), химическим (аммиаком), пузырьковым (воздушным или гидравлическим давле­нием), вакуумированием или газоэлектрическими течеискателями.

Контроль керосином основан на физическом явлении капиллярности, которое заключается в способности керосина подниматься по капиллярным ходам — сквозным порам и трещинам. В процессе испытания сварные швы покрываются водным раство­ром мела с той стороны, которая более доступна для осмотра и выявления дефектов. После высушивания окрашенной поверхности с обратной стороны шов обильно смачивают керосином. Неплот­ности швов выявляют по наличию на меловом покрытии следов проникшего керосина. Появление отдельных пятен указывает на поры и свищи, полос — сквозных трещин и непроваров в шве. Благодаря высокой проникающей способности керосина обнару­живаются дефекты с поперечным размером 0,1 мм и менее.

Контроль аммиаком основан на изменении окраски некоторых индикаторов (раствор фенолфталеина, азотнокислой ртути) под воздействием щелочей. В качестве контролирующего реагента применяется газ аммиак. При испытании на одну сторону шва укладывают бумажную ленту, смоченную 5%-ным раствором индикатора, а с другой стороны шов обрабатывают смесью аммиака с воздухом. Аммиак, проникая через неплотности сварного шва, окрашивает индикатор в местах залегания дефектов.

Контроль воздушным давлением (сжатым воз­духом или другими газами) подвергают сосуды и трубопроводы, работающие под давлением, а также резервуары, цистерны и т.п. Это испытание проводят с целью проверки общей герметичности сварного изделия. Малогабаритные изделия полностью погружают в ванну с водой, после чего в него подают сжатый воздух под давлением, на 10 — 20% превышающим рабочее. Крупногабаритные конструкции после подачи внутреннего давления по сварным швам покрывают пенным индикатором (обычно раствор мыла). О нали­чии неплотностей в швах судят по появлению пузырьков воздуха. При испытании сжатым воздухом (газами) следует соблюдать пра­вила безопасности.

Контроль гидравлическим давлением при­меняют при проверке прочности и плотности различных сосудов, котлов, паро-, водо- и газопроводов и других сварных конструкций, работающих под избыточным давлением. Перед испытанием свар­ное изделие полностью герметизируют водонепроницаемыми за­глушками. Сварные швы с наружной поверхности тщательно просушивают обдувом воздухом. Затем изделие заполняют водой под избыточным давлением, в 1,5 — 2 раза превышающим рабочее, и выдерживают в течение заданного времени. Дефектные места определяют по проявлению течи, капель или увлажнению поверх­ности швов.

Вакуумному контролю подвергают сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой и доступ к которым возможен только с одной стороны. Его широко применяют при проверке сварных швов днищ резерву­аров, газгольдеров и других листовых конструкций. Сущ­ность метода заключается в создании вакуума на одной стороне контролируемого участка сварного шва и реги­страции на этой же стороне шва проникновения воздуха через имеющиеся неплотно­сти. Контроль ведется с по­мощью переносной вакуум-камеры, которую устанавли­вают на наиболее доступную сторону сварного соедине­ния , предварительно смо­ченную мыльным раствором (рис. 2).

Рисунок 2 — Вакуумный контроль шва: 1 – вакуумметр, 2 — резиновое уплотнение, 3 — мыльный раствор, 4 — камера.

В зависимости от формы контролируемого изделия и типа соединения могут приме­няться плоские, угловые и сферические вакуум-камеры. Для созда­ния вакуума в них применяют специальные вакуум-насосы.

Люминесцентный контроль и контроль методом красок, называемый также капиллярной дефек­тоскопией, проводят с помощью специальных жидкостей, которые наносят на контролируемую поверхность изделия. Эти жидкости, обладающие большой смачивающей способностью, проникают в мельчайшие поверхностные дефекты — трещины, поры, непровары. Люминесцентный контроль основан на свойстве некоторых веществ светиться под действием ультрафиолетового облучения. Перед контролем поверхности шва и околошовной зоны очищают от шлака и загрязнений, на них наносят слой проникающей жид­кости, которая затем удаляется, а изделие просушивается. Для обнаружения дефектов поверхность облучают ультрафиолетовым излучением — в местах дефектов следы жидкости обнаруживаются по свечению.

Контроль методом красок заключается в том, что на очищенную поверхность сварного соединения наносится смачи­вающая жидкость, которая под действием капиллярных сил прони­кает в полость дефектов. После ее удаления на поверхность шва наносится белая краска. Выступающие следы жидкости обозначают места расположения дефектов.

Контроль газоэлектрическими течеискателям и применяют для испытания ответственных сварных конструкций, так как такие течеискатели достаточно сложны и дорогостоящи. В качестве газа-индикатора в них используется гелий. Обладая высокой проникающей способностью, он способен про­ходить через мельчайшие несплошности в металле и регистрируется течеискателем. В процессе контроля сварной шов обдувают или внутренний объем изделия заполняют смесью газа-индикатора с воздухом. Проникающий через неплотности газ улавливается щу­пом и анализируется в течеискателе.

Для обнаружения скрытых внутренних дефектов применяют следующие методы контроля.

Магнитные методы контроля основаны на об­наружении полей магнитного рассеяния, образующихся в местах дефектов при намагничивании контролируемых изделий. Изделие намагничивают, замыкая им сердечник электромагнита или поме­щая внутрь соленоида. Требуемый магнитный поток можно создать и пропусканием тока по виткам (3 — 6 витков) сварочного провода, наматываемого на контролируемую деталь. В зависимости от спо­соба обнаружения потоков рассеяния различают следующие методы магнитного контроля: метод магнитного порошка, индукционный и магнитографический. При методе магнитного порошка на повер­хность намагниченного соединения наносят магнитный порошок (окалина, железные опилки) в сухом виде (сухой способ) или суспензию магнитного порошка в жидкости (керосин, мыльный раствор, вода — мокрый способ). Над местом расположения дефек­та создадутся скопления порошка в виде правильно ориентирован­ного магнитного спектра. Для облегчения подвижности порошка изделие слегка обстукивают. С помощью магнитного порошка выявляют трещины, невидимые невооруженным глазом, внутрен­ние трещины на глубине не более 15 мм, расслоение металла, а также крупные поры, раковины и шлаковые включения на глубине не более 3 — 5 мм. При индукционном методе маг­нитный поток в изделии наводят электромагнитом переменного то­ка. Дефекты обнаруживают с по­мощью искателя, в катушке кото­рого под воздействием поля рассе­яния индуцируется ЭДС, вызы­вающая оптический или звуковой сигнал на индикаторе. При магнитографическом мето­де (рис. 3) поле рассеяния фик­сируется на эластичной магнитной ленте, плотно прижатой к поверх­ности соединения. Запись воспроизводится на магнитографическом дефектоскопе. В результате срав­нения контролируемого соединения с эталоном делается вывод о качестве соединения.

Рисунок 3 — Магнитная запись дефек­тов на ленту: 1 — подвижный электромагнит, 2 — де­фект шва, 3 — магнитная лента.

Радиационные методы контроля являются на­дежным и широко распространенными методами контроля, осно­ванными на способности рентгеновского и гамма-излучения про­никать через металл. Выявление дефектов при радиационных ме­тодах основано на разном поглощении рентгеновского или гамма-излучения участками металла с дефектами и без них. Сварные соединения просвечивают специальными аппаратами. С одной стороны шва на некотором расстоянии от него помещают источник излучения, с противоположной стороны плотно прижимают кассету с чувствительной фотопленкой (рис. 4). При просвечивании лучи проходят через сварное соединение и облучают пленку. В местах, где имеются поры, шлаковые включения, непровары, крупные трещины, на пленке образуются темные пятна. Вид и размеры дефектов определяют сравнением пленки с эталонными снимками. Источниками рентгеновского излучения служат специальные аппа­раты (РУП-150-1, РУП-120-5-1 и др.).


Рисунок 4 — Схема радиационного просвечивания швов: а — рентгеновское, б — гамма-излучением:   1 — источник излу­чения, 2 — изделие, 3 — чувствительная пленка

Рентгенопросвечиванием целесообразно выявлять дефекты в деталях толщиной до 60 мм. Наряду с рентгенографированием (экспозицией на пленку) приме­няют и рентгеноскопию, т.е. получение сигнала о дефектах при просвечивании металла на экран с флуоресцирующим покрытием. Имеющиеся дефекты в этом случае рассматривают на экране. Такой способ можно сочетать с телеви­зионными устройствами и конт­роль вести на расстоянии.

При просвечивании сварных соединений гамма-излучением источником излучения служат ра­диоактивные изотопы: кобальт-60, тулий-170, иридий-192 и др. Ам­пула с радиоактивным изотопом помещается в свинцовый контей­нер. Технология выполнения просвечивания подобна рентгеновско­му просвечиванию. Гамма-излучение отличается от рентгеновского большей жесткостью и меньшей длиной волны, поэтому оно может проникать в металл на большую глубину. Оно позволяет просвечи­вать металл толщиной до 300 мм. Недостатками просвечивания гамма-излучением по сравнению с рентгеновским являются мень­шая чувствительность при просвечивании тонкого металла (менее 50 мм), невозможность регулирования интенсивности излучения, большая опасность гамма-излучения при неосторожном обращении с гамма-аппаратами.

Ультразвуковой контроль основан на способно­сти ультразвуковых волн проникать в металл на большую глубину и отражаться от находящихся в нем дефектных участков. В процессе контроля пучок ультразвуковых колебаний от вибрирующей пла­стинки-щупа (пьезокристалла) вводится в контролируемый шов. При встрече с дефектным участком ультразвуковая волна отража­ется от него и улавливается другой пластинкой-щупом, которая преобразует ультразвуковые колебания в электрический сигнал (рис. 5).

Рисунок 5 — Ультразвуковой контроль швов: 1 — генератор УЗК, 2 — щуп, 3 — усилитель, 4 — экран.

Эти колебания после их усиления подаются на экран электронно-лучевой трубки дефектоскопа, которые свидетельству­ют о наличии дефектов. По характеру импульсов судят о протяжен­ности дефектов и глубине их залегания. Ультразвуковой контроль можно проводить при одностороннем доступе к сварному шву без снятия усиления и предварительной обработки поверхности шва.

Ультразвуковой контроль имеет следующие преимущества: высокая чувствительность (1 — 2%), позволяющая обнаруживать, измерять и определять местонахождение дефектов площадью 1 — 2 мм2; большая проникающая способность ультразвуковых волн, позволяющая контролировать детали большой толщины; возможность контроля сварных соединений с односторонним под­ходом; высокая производительность и отсутствие громоздкого обо­рудования. Существенным недостатком ультразвукового контроля является сложность установления вида дефекта. Этот метод приме­няют и как основной вид контроля, и как предварительный с последующим просвечиванием сварных соединений рентгеновским или гамма-излучением.

Методы контроля с разрушением сварных соединений

К этим методам контроля качества сварных соединений отно­сятся механические испытания, металлографические исследования, специальные испытания с целью получения характеристик сварных соединений. Эти испытания проводят на сварных образцах, выре­заемых из изделия или из специально сваренных контрольных соединений — технологических проб, выполненных в соответствии с требованиями и технологией на сварку изделия в условиях, соответствующих сварке изделия.

Целью испытаний является: оценка прочности и надежности сварных соединений и конструкций; оценка качества основного и присадочного металла; оценка правильности выбранной техноло­гии; оценка квалификации сварщиков.

Свойства сварного соединения сопоставляют со свойствами основного металла. Результаты считаются неудовлетворительными, если они не соответствуют заданному уровню.

Механические испытания проводятся по ГОСТ 6996-66, предус­матривающему следующие виды испытаний сварных соединений и металла шва: испытание сварного соединения в целом и металла разных его участков (наплавленного металла, зоны термического влияния, основного металла) на статическое растяжение, статисти­ческий изгиб, ударный изгиб, стойкость против старения, измере­ние твердости.

Контрольные образцы для механических испытаний выполняют определенных размеров и формы.

Испытаниями на статическое .растяжение определяют проч­ность сварных соединений. Испытаниями на статический изгиб определяют пластичность соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне. Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и попереч­ными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом. Испытаниями на ударный изгиб, а также разрыв опре­деляют ударную вязкость сварного соединения. По результатам определения твердости судят о структурных изменениях и степени подкалки металла при охлаждении после сварки.

Основной задачей металлографических исследований являются установление структуры металла и качества сварного соединения, выявление наличия и характера дефектов. Металлографические исследования включают в себя макро- и микроструктурный методы анализа металлов.

При макроструктурном методе изучают макрошли­фы и изломы металла невооруженным глазом или с помощью лупы. Макроисследование позволяет определить характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений.

При микроструктурном анализе исследуется струк­тура металла при увеличении в 50 — 2000 раз с помощью оптических микроскопов. Микроисследование позволяет установить качество металла, в том числе обнаружить пережог металла, наличие оксидов, засоренность металла шва неметаллическими включениями, вели­чину зерен металла, изменение состава его, микроскопические трещины, поры и некоторые другие дефекты структуры. Методикаизготовления шлифов для металлографических исследований за­ключается в вырезке образцов из сварных соединений, шлифовке, полировке и травлении поверхности металла специальными травителями. Металлографические исследования дополняются измере­нием твердости и при необходимости химическим анализом металла сварных соединений. Специальные испытания проводят с целью получения характеристик сварных соединений, учитывающих усло­вия эксплуатации сварных конструкций: определение коррозион­ной стойкости для конструкций, работающих в различных агрес­сивных средах; усталостной прочности при циклических нагружениях; ползучести при эксплуатации в условиях повышенных температур и др.

Применяют также и методы контроля с разрушением изделия. В ходе таких испытаний устанавливают способность конструкций выдерживать заданные расчетные нагрузки и определяют разруша­ющие нагружения, т.е. фактический запас прочности. При испыта­ниях изделий с разрушением схема нагружения их должна соответ­ствовать условиям работы изделия при эксплуатации. Число изде­лий, подвергающихся испытаниям с разрушением, устанавливается техническими условиями и зависит от степени их ответственности, системы организации производства и технологической отработан­ности конструкции.

Другие статьи:

Основные методы борьбы с коррозией

Все методы противокоррозионной защиты можно условно разделить на три группы по принципу их влияния на изменение хода коррозионного процесса:

  1. Изменение свойств металла.
  2. Изменение свойств среды.
  3. Изменение характера взаимодействия металла и среды на границе раздела.

К первой группе относятся следующие методы:

  • легирование металла,
  • термообработка,
  • поверхностная обработка (поверхностное легирование, ионная имплантация, аморфизация, и др.).

Ко второй группе относятся:

  • ингибирование среды,
  • обескислороживание водной среды,
  • осушение воздуха,
  • удаление агрессивных реагентов среды (соли, кислоты и т.п.).

К третьей группе относятся:

  • нанесение защитных покрытий изолирующих металл от агрессивной среды (лакокрасочные, металлические, оксидные, фосфатные, масла, смазки и т.п.),
  • катодная поляризация (катодная защита, нанесение анодных покрытий),
  • устранение анодной поляризации (защита от контактной коррозии, электродренаж, устранение блуждающих токов и пр.),
  • рациональное проектирование (устранение зазоров, правильный выбор металла для данной среды, устранение контактов разнородных металлов, устранение застойных зон и т.п.).

Основным средством защиты металлоконструкций от коррозии, а также основным средством декоративной отделки являются лакокрасочные покрытия.

Часто для эффективной защиты от коррозии используют комбинированные методы, сочетающие в себе несколько методов или способов защиты. Так-, для защиты подводной части судов целесообразно использовать лакокрасочные покрытия в сочетании с катод ной защитой. В этом случае повышается сохранность покрытия за счет исключения или уменьшения вспучивания пленки продуктами коррозии металла, и облегчается катодная поляризация корпуса вследствие увеличения поляризуемости окрашенного металла. Такие составы как холодное цинкование — так же объединяют в себе несколько типов защиты, которые увеличивают стойкость черных металлов к коррозии.

В случае защиты таких конструкций, как направляющие насадки гребных винтов, используются, как правило, четыре способа защиты: катодная защита, лакокрасочные покрытия, коррозионно-стойкие стали в зоне вращения винта, электрическое разъединение разнородных материалов.

10.6 Решетчатые структуры в кристаллических твердых телах – Химия

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Описывать расположение атомов и ионов в кристаллических структурах
  • Вычисление ионных радиусов с использованием размеров элементарной ячейки
  • Объяснить использование рентгеновской дифракции для определения кристаллических структур

Более 90% природных и искусственных твердых тел являются кристаллическими.Большинство твердых тел образуются с регулярным расположением их частиц, потому что общее притяжение между частицами максимизируется, а общая межмолекулярная энергия минимизируется, когда частицы упаковываются наиболее эффективно. Регулярное расположение на атомном уровне часто отражается на макроскопическом уровне. В этом модуле мы рассмотрим некоторые детали структуры металлических и ионных кристаллических твердых тел и узнаем, как эти структуры определяются экспериментально.

Мы начнем обсуждение кристаллических твердых тел с рассмотрения элементарных металлов, которые относительно просты, поскольку каждый из них содержит только один тип атома. Чистый металл представляет собой кристаллическое твердое вещество, в котором атомы металла плотно упакованы в повторяющуюся структуру. Некоторые свойства металлов в целом, такие как их ковкость и пластичность, в значительной степени обусловлены наличием одинаковых атомов, расположенных в регулярном порядке. Различные свойства одного металла по сравнению с другим частично зависят от размеров их атомов и особенностей их пространственного расположения.В следующих разделах мы рассмотрим сходства и различия четырех наиболее распространенных геометрических форм кристаллов металлов.

Структуру кристаллического твердого тела, будь то металл или нет, лучше всего описать, рассматривая его простейшую повторяющуюся единицу, которая называется его элементарной ячейкой . Элементарная ячейка состоит из точек решетки, которые представляют собой расположение атомов или ионов. Таким образом, вся структура состоит из этой элементарной ячейки, повторяющейся в трех измерениях, как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Элементарная ячейка показывает расположение точек решетки, повторяющихся во всех направлениях.

Давайте начнем наше исследование структуры кристаллической решетки и элементарных ячеек с самой простой структуры и самой простой элементарной ячейки. Чтобы визуализировать это, представьте, что вы берете большое количество одинаковых сфер, таких как теннисные мячи, и равномерно размещаете их в контейнере. Простейший способ сделать это — создать слои, в которых сферы одного слоя находятся непосредственно над сферами нижнего слоя, как показано на рисунке 2.Эта компоновка называется простой кубической структурой , а элементарная ячейка называется простой кубической элементарной ячейкой или примитивной кубической элементарной ячейкой.

Рисунок 2. Когда атомы металла расположены в виде сфер в одном слое непосредственно над или под сферами в другом слое, структура решетки называется простой кубической. Обратите внимание, что сферы соприкасаются.

В простой кубической структуре сферы не упакованы так плотно, как могли бы быть, и они «заполняют» только около 52% объема контейнера.Это относительно неэффективная схема, и только один металл (полоний, Po) кристаллизуется в простой кубической структуре. Как показано на рис. 3, твердое тело с таким типом расположения состоит из плоскостей (или слоев), в которых каждый атом контактирует только с четырьмя ближайшими соседями в своем слое; один атом непосредственно над ним в слое выше; и один атом непосредственно под ним в слое ниже. Количество других частиц, с которыми контактирует каждая частица в кристаллическом твердом теле, известно как ее координационное число .Таким образом, для атома полония в простой кубической матрице координационное число равно шести.

Рисунок 3. Атом в простой кубической решетке контактирует с шестью другими атомами, поэтому его координационное число равно шести.

В простой кубической решетке элементарная ячейка, которая повторяется во всех направлениях, представляет собой куб, определяемый центрами восьми атомов, как показано на рисунке 4. Атомы в соседних углах этой элементарной ячейки контактируют друг с другом, поэтому длина ребра этой ячейка равна двум атомным радиусам или одному атомному диаметру.Кубическая элементарная ячейка содержит только те части этих атомов, которые находятся внутри нее. Поскольку атом в углу простой кубической элементарной ячейки содержится всего в восьми элементарных ячейках, только одна восьмая часть этого атома находится внутри конкретной элементарной ячейки. А поскольку каждая простая кубическая элементарная ячейка имеет по одному атому в каждом из своих восьми «углов», в одном простом кубическом элементе содержится [латекс]8\;\times\;\frac{1}{8} = 1[/латекс] атом. ячейка.

Рис. 4. Элементарная ячейка простой кубической решетки содержит одну восьмую атома в каждом из ее восьми углов, поэтому всего она содержит один атом.

Пример 1

Расчет атомного радиуса и плотности металлов, часть 1
Длина ребра элементарной ячейки альфа-полония составляет 336 пм.

а) Определите радиус атома полония.

(b) Определите плотность альфа-полония.

Раствор
Альфа-полоний кристаллизуется в простой кубической элементарной ячейке:

(а) Два соседних атома Ро контактируют друг с другом, поэтому длина ребра этой ячейки равна двум радиусам атомов Ро: l = 2 r .Следовательно, радиус Po равен [латекс]r = \frac{\text{l}}{2} = \frac{336\;\text{pm}}{2} = 168\;\text{pm}[ /латекс].

(b) Плотность определяется как [латекс]\текст{плотность} = \фракция{\текст{масса}}{\текст{объем}}[/латекс]. Плотность полония можно найти, определив плотность его элементарной ячейки (масса, содержащаяся в элементарной ячейке, деленная на объем элементарной ячейки). Поскольку элементарная ячейка Po содержит одну восьмую атома Po в каждом из восьми углов, элементарная ячейка содержит один атом Po.

Массу элементарной ячейки Po можно найти по формуле:

[латекс]1\;\text{Po\;единица\;ячейка}\;\times\;\frac{1\;\text{Po\;атом}}{1\;\text{Po\;единица \;cell}}\;\times\;\frac{1\;\text{mol\;Po}}{6.3[/латекс]

Поскольку реальная плотность Ni не близка к этой, Ni не образует простой кубической структуры.

Большинство металлических кристаллов являются одним из четырех основных типов элементарных ячеек. Сейчас мы сосредоточимся на трех кубических элементарных ячейках: простой кубической (которую мы уже видели), объемно-центрированной кубической элементарной ячейке и гранецентрированной кубической элементарной ячейке — все они показаны на рисунке 5. (Обратите внимание, что на самом деле существует семь различных систем решеток, некоторые из которых имеют более одного типа решетки, всего 14 различных типов элементарных ячеек.Мы оставляем более сложную геометрию на потом в этом модуле.)

Рис. 5. Элементарные кубические ячейки металлов показывают (на верхних рисунках) расположение узлов решетки и (на нижних рисунках) атомов металла, находящихся в элементарной ячейке.

Некоторые металлы кристаллизуются в виде кубической элементарной ячейки с атомами во всех углах и атомом в центре, как показано на рисунке 6. Это называется объемно-центрированным кубическим (ОЦК) телом . Атомы в углах элементарной ячейки ОЦК не контактируют друг с другом, а контактируют с атомом в центре.Элементарная ячейка ОЦК содержит два атома: одну восьмую атома в каждом из восьми углов ([латекс]8\;\times\;\frac{1}{8} = 1[/латекс] атом из углов) плюс один атом от центра. Любой атом в этой структуре касается четырех атомов в слое над ним и четырех атомов в слое под ним. Таким образом, атом в ОЦК-структуре имеет координационное число восемь.

Рис. 6. В объемно-центрированной кубической структуре атомы в определенном слое не соприкасаются друг с другом. Каждый атом касается четырех атомов в слое над ним и четырех атомов в слое под ним.

Атомы в ОЦК-структурах гораздо более эффективно упакованы, чем в простой кубической структуре, занимая около 68% всего объема. Изоморфные металлы со структурой ОЦК включают K, Ba, Cr, Mo, W и Fe при комнатной температуре. (Элементы или соединения, кристаллизующиеся с одинаковой структурой, называются изоморфными .)

Многие другие металлы, такие как алюминий, медь и свинец, кристаллизуются в виде кубической элементарной ячейки с атомами во всех углах и в центре каждой грани, как показано на рисунке 7.Такое расположение называется гранецентрированным кубическим (ГЦК) телом . Элементарная ячейка FCC содержит четыре атома: одна восьмая атома в каждом из восьми углов ([латекс]8\;\times\;\frac{1}{8} = 1[/латекс] атом из углов) и по половине атома на каждой из шести граней ([латекс]6\;\times\;\frac{1}{2} = 3[/латекс] атома с граней). Атомы в углах касаются атомов в центрах соседних граней по диагоналям граней куба. Поскольку атомы находятся в одинаковых точках решетки, они имеют одинаковое окружение.

Рис. 7. Гранецентрированное кубическое твердое тело имеет атомы в углах и, как следует из названия, в центрах граней его элементарных ячеек.

Атомы в FCC-конфигурации упакованы как можно плотнее, при этом атомы занимают 74% объема. Эта структура также называется кубической плотнейшей упаковкой (CCP) . В CCP есть три повторяющихся слоя шестиугольно расположенных атомов. Каждый атом контактирует с шестью атомами в своем слое, с тремя в верхнем слое и с тремя в нижнем слое.В этом расположении каждый атом касается 12 ближайших соседей и, следовательно, имеет координационное число 12. Тот факт, что расположения FCC и CCP эквивалентны, может быть не сразу очевиден, но почему они на самом деле имеют одну и ту же структуру, показано на рисунке 8.

Рисунок 8. Расположение CCP состоит из трех повторяющихся слоев (ABCABC…) шестиугольно расположенных атомов. Атомы в структуре CCP имеют координационное число 12, потому что они контактируют с шестью атомами в своем слое, плюс три атома в слое выше и три атома в слое ниже.Повернув нашу перспективу, мы можем увидеть, что структура CCP имеет элементарную ячейку с гранью, содержащей атом из слоя A в одном углу, атомы из слоя B по диагонали (в двух углах и в середине грани) и атом из слоя C в оставшемся углу. Это то же самое, что и гранецентрированная кубическая компоновка.

Поскольку более плотная упаковка максимизирует общее притяжение между атомами и минимизирует общую межмолекулярную энергию, атомы в большинстве металлов упаковываются таким образом. Мы обнаруживаем два типа плотнейшей упаковки в простых металлических кристаллических структурах: CCP, с которой мы уже сталкивались, и гексагональная плотнейшая упаковка (HCP) , показанная на рисунке 9.Оба состоят из повторяющихся слоев шестиугольно расположенных атомов. В обоих типах второй слой (В) помещается на первый слой (А), так что каждый атом во втором слое находится в контакте с тремя атомами в первом слое. Третий слой расположен одним из двух способов. В ГПУ атомы в третьем слое находятся непосредственно над атомами в первом слое (т. е. третий слой также относится к типу А), а укладка состоит из чередующихся плотноупакованных слоев типа А и типа В (т. е. ABABAB⋯). В CCP атомы в третьем слое не выше атомов ни в одном из первых двух слоев (т.т. е. третий слой — тип C), а стекинг состоит из чередующихся плотноупакованных слоев типа A, типа B и типа C (т. е. ABCABCABC⋯). Около двух третей всех металлов кристаллизуются в плотноупакованных массивах с координационными числами 12. Металлы, которые кристаллизуются в ГПУ-структуре, включают Cd, Co, Li, Mg, Na и Zn, а металлы, которые кристаллизуются в ГПУ-структуре, включают Ag. , Al, Ca, Cu, Ni, Pb и Pt.

Рис. 9. В обоих типах плотнейшей упаковки атомы упакованы максимально компактно.Гексагональная плотнейшая упаковка состоит из двух чередующихся слоев (ABABAB…). Кубическая плотнейшая упаковка состоит из трех чередующихся слоев (ABCABCABC…).

Пример 2

Расчет атомного радиуса и плотности металлов, часть 2
Кальций кристаллизуется в гранецентрированной кубической структуре. Длина ребра его элементарной ячейки составляет 558,8 пм.

(а) Каков атомный радиус Са в этой структуре?

(b) Рассчитайте плотность Ca.

Раствор

(а) В ГЦК-структуре атомы Са контактируют друг с другом по диагонали грани, поэтому длина диагонали равна четырем атомным радиусам Са (d = 4 r ).2}{16}} = 197,6\;\text{pmg\;для\;a\;Ca\;радиуса}[/latex].

(b) Плотность определяется как [латекс]\текст{плотность} = \фракция{\текст{масса}}{\текст{объем}}[/латекс]. Плотность кальция можно найти, определив плотность его элементарной ячейки: например, массу, содержащуюся внутри элементарной ячейки, деленную на объем элементарной ячейки. Элементарная гранецентрированная ячейка Ca имеет одну восьмую атома в каждом из восьми углов ([латекс]8\;\times\;\frac{1}{8} = 1[/латекс] атом) и один- половина атома на каждой из шести граней [латекс]6\;\times\;\frac{1}{2} = 3[/латекс]), всего четыре атома в элементарной ячейке.3[/латекс]

Проверьте свои знания
Серебро кристаллизуется в структуре FCC. Длина ребра его элементарной ячейки составляет 409 пм.

(а) Каков атомный радиус Ag в этой структуре?

(b) Рассчитайте плотность Ag.

Ответ:

(а) 144 часа; (б) 10,5 г/см 3

В общем, элементарная ячейка определяется длинами трех осей ( a , b и c ) и углами ( α , β и γ ) между ними, как показано на рисунке 10.Оси определяются как длины между точками пространственной решетки. Следовательно, оси элементарных ячеек соединяют точки с одинаковыми средами.

Рис. 10. Элементарная ячейка определяется длинами трех ее осей ( a , b и c ) и углами ( α , β , β и γ ) оси.

Существует семь различных систем решеток, некоторые из которых имеют более одного типа решетки, всего четырнадцать различных элементарных ячеек, форма которых показана на рисунке 11.

Рисунок 11. Существует семь различных систем решетки и 14 различных элементарных ячеек.

Ионные кристаллы состоят из двух или более различных видов ионов, которые обычно имеют разные размеры. Упаковка этих ионов в кристаллическую структуру более сложна, чем упаковка атомов металлов того же размера.

Большинство одноатомных ионов ведут себя как заряженные сферы, и их притяжение к ионам противоположного заряда одинаково во всех направлениях. Следовательно, стабильные структуры для ионных соединений возникают (1) когда ионы одного заряда окружены как можно большим количеством ионов противоположного заряда и (2) когда катионы и анионы контактируют друг с другом.Структуры определяются двумя основными факторами: относительными размерами ионов и соотношением числа положительных и отрицательных ионов в соединении.

В простых ионных структурах мы обычно обнаруживаем, что анионы, которые обычно крупнее катионов, расположены в наиболее плотно упакованном массиве. (Как было замечено ранее, дополнительные электроны, притянутые к одному и тому же ядру, делают анионы больше, а меньшее количество электронов, притянутых к тому же ядру, делают катионы меньше по сравнению с атомами, из которых они образованы.) Меньшие катионы обычно занимают один из двух типов отверстий (или промежутков), остающихся между анионами. Меньшее из отверстий находится между тремя анионами в одной плоскости и одним анионом в соседней плоскости. Четыре аниона, окружающие это отверстие, расположены в углах тетраэдра, поэтому отверстие называется тетраэдрическим отверстием . Дырка большего типа находится в центре шести анионов (три в одном слое и три в соседнем слое), расположенных в углах октаэдра; это называется октаэдрическим отверстием .На рис. 12 показаны отверстия обоих типов.

Рисунок 12. Катионы могут занимать два типа отверстий между анионами: октаэдрические отверстия или тетраэдрические отверстия.

В зависимости от относительных размеров катионов и анионов катионы ионного соединения могут занимать тетраэдрические или октаэдрические отверстия, как показано на рисунке 13. Относительно небольшие катионы занимают тетраэдрические отверстия, а более крупные катионы занимают октаэдрические отверстия. Если катионы слишком велики, чтобы поместиться в октаэдрические отверстия, анионы могут принять более открытую структуру, такую ​​как простая кубическая матрица.Тогда более крупные катионы могут занимать более крупные кубические отверстия, что стало возможным благодаря более открытому промежутку.

Рисунок 13. Размер катиона и форма отверстия, занятого соединением, напрямую связаны.

Для каждого аниона в массиве анионов HCP или CCP имеется две тетраэдрические дырки. Соединение, которое кристаллизуется в наиболее плотно упакованном массиве анионов с катионами в тетраэдрических отверстиях, может иметь максимальное соотношение катион: анион 2: 1; все тетраэдрические отверстия заполнены в этом соотношении.Примеры включают Li 2 O, Na 2 O, Li 2 S и Na 2 S. Соединения с соотношением менее 2:1 также могут кристаллизоваться в плотно упакованном массиве анионов с катионами. в тетраэдрических дырках, если подходят ионные размеры. Однако в этих соединениях часть тетраэдрических отверстий остается вакантной.

Пример 3

Заполнение тетраэдрических отверстий
Сульфид цинка является важным промышленным источником цинка, а также используется в качестве белого пигмента в красках.Сульфид цинка кристаллизуется с ионами цинка, занимающими половину тетраэдрических отверстий в плотно упакованном массиве сульфидных ионов. Какова формула сульфида цинка?

Решение
Поскольку на анион (сульфид-ион) приходится две тетраэдрические дырки, и половина этих дырок занята ионами цинка, должно быть [латекс]\frac{1}{2}\;\times\; 2[/латекс] или 1, ион цинка на ион сульфида. Таким образом, формула ZnS.

Check Your Learning
Селенид лития можно описать как плотно упакованный массив ионов селенида с ионами лития во всех тетраэдрических отверстиях.Какова формула селенида лития?

Отношение октаэдрических дырок к анионам в структуре HCP или CCP составляет 1:1. Таким образом, соединения с катионами в октаэдрических отверстиях в наиболее плотно упакованном массиве анионов могут иметь максимальное соотношение катион: анион 1: 1. Например, в NiO, MnS, NaCl и KH все октаэдрические отверстия заполнены. Соотношения менее 1:1 наблюдаются, когда некоторые октаэдрические отверстия остаются пустыми.

Пример 4

Стехиометрия ионных соединений
Сапфир представляет собой оксид алюминия.Оксид алюминия кристаллизуется с ионами алюминия в двух третях октаэдрических отверстий в плотно упакованном массиве оксидных ионов. Какова формула оксида алюминия?

Раствор
Поскольку на анион (ион оксида) приходится одна октаэдрическая дырка, и только две трети этих дырок заняты, отношение алюминия к кислороду должно быть [латекс]\frac{2}{3}:1[ /latex], что даст [latex]\text{Al}_{2/3}\text{O}[/latex]. Простейшее соотношение целых чисел — 2:3, поэтому формула Al 2 O 3 .

Проверьте свои знания
Белый пигмент оксида титана кристаллизуется с ионами титана в половине октаэдрических отверстий в плотно упакованном массиве оксидных ионов. Какова формула оксида титана?

В простом кубическом массиве анионов имеется одно кубическое отверстие, которое может быть занято катионом для каждого аниона в массиве. В CsCl и других соединениях с такой же структурой все кубические отверстия заняты. Половина кубических отверстий занята в SrH 2 , UO 2 , SrCl 2 и CaF 2 .

Различные типы ионных соединений часто кристаллизуются в одну и ту же структуру, когда относительные размеры их ионов и их стехиометрия (две основные характеристики, определяющие структуру) схожи.

Многие ионные соединения кристаллизуются с кубическими элементарными ячейками, и мы будем использовать эти соединения для описания общих черт ионных структур.

Когда ионное соединение состоит из катионов и анионов одинакового размера в соотношении 1:1, оно обычно образует простую кубическую структуру.Примером этого является хлорид цезия, CsCl (показан на рисунке 14), где Cs + и Cl имеют радиусы 174 пм и 181 пм соответственно. Мы можем представить себе это как ионы хлорида, образующие простую кубическую элементарную ячейку с ионом цезия в центре; или как ионы цезия, образующие элементарную ячейку с ионом хлорида в центре; или как простые кубические элементарные ячейки, образованные ионами Cs + , перекрывающимися элементарными ячейками, образованными ионами Cl . Ионы цезия и ионы хлора соприкасаются по диагоналям тел элементарных ячеек.На элементарную ячейку приходится один ион цезия и один ион хлорида, что дает стехиометрию 1:1, требуемую формулой для хлорида цезия. Обратите внимание, что в центре ячейки нет точки решетки, а CsCl не является ОЦК-структурой, поскольку ион цезия не идентичен иону хлорида.

Рисунок 14. Ионные соединения с катионами и анионами одинакового размера, такие как CsCl, обычно образуют простую кубическую структуру. Их можно описать элементарными ячейками либо с катионами по углам, либо с анионами по углам.

Мы сказали, что расположение узлов решетки произвольно. Это иллюстрируется альтернативным описанием структуры CsCl, в которой узлы решетки расположены в центрах ионов цезия. В этом описании ионы цезия расположены в узлах решетки по углам ячейки, а ион хлора — в центре ячейки. Две элементарные ячейки различны, но они описывают идентичные структуры.

Когда ионное соединение состоит из катионов и анионов в соотношении 1:1, которые значительно различаются по размеру, оно обычно кристаллизуется с элементарной ячейкой FCC, как показано на рисунке 15.Примером этого является хлорид натрия, NaCl, с Na + и Cl , имеющими радиусы 102 пм и 181 пм соответственно. Мы можем представить это как ионы хлорида, образующие ячейку FCC, с ионами натрия, расположенными в октаэдрических отверстиях в середине краев ячейки и в центре ячейки. Ионы натрия и хлора соприкасаются друг с другом по краям клетки. Элементарная ячейка содержит четыре иона натрия и четыре иона хлорида, что дает стехиометрию 1:1, требуемую формулой NaCl.

Рисунок 15. Ионные соединения с анионами, которые намного больше, чем катионы, такие как NaCl, обычно образуют структуру ГЦК. Они могут быть описаны элементарными ячейками ГЦК с катионами в октаэдрических отверстиях.

Кубическая форма сульфида цинка, цинковая обманка, также кристаллизуется в элементарной ячейке ГЦК, как показано на рисунке 16. Эта структура содержит ионы сульфида в узлах решетки ГЦК решетки. (Расположение сульфид-ионов идентично расположению хлорид-ионов в хлориде натрия.) Радиус иона цинка составляет всего около 40% от радиуса сульфид-иона, поэтому эти мелкие ионы Zn 2+ располагаются в чередующихся тетраэдрических отверстиях, то есть в одной половине тетраэдрических отверстий. В элементарной ячейке четыре иона цинка и четыре сульфидных иона, что дает эмпирическую формулу ZnS.

Рис. 16. ZnS, сульфид цинка (или цинковая обманка) образует элементарную ячейку ГЦК с ионами сульфида в узлах решетки и гораздо меньшими ионами цинка, занимающими половину тетраэдрических отверстий в структуре.

Элементарная ячейка фторида кальция, подобная показанной на рис. 17, также является элементарной ячейкой FCC, но в этом случае катионы расположены в узлах решетки; эквивалентные ионы кальция расположены в узлах решетки ГЦК решетки. Все тетраэдрические позиции в массиве ГЦК ионов кальция заняты ионами фтора. В элементарной ячейке содержится четыре иона кальция и восемь ионов фтора, что дает соотношение кальция и фтора 1:2, как того требует химическая формула CaF 2 . Внимательное изучение рисунка 17 выявит простой кубический массив ионов фтора с ионами кальция в одной половине кубических отверстий.Структура не может быть описана в терминах пространственной решетки точек ионов фтора, потому что ионы фтора не все имеют одинаковое окружение. Ориентация четырех ионов кальция относительно ионов фтора различается.

Рисунок 17. Фторид кальция, CaF 2 , образует элементарную ячейку FCC с ионами кальция (зеленый) в узлах решетки и ионами фторида (красный), занимающими все тетраэдрические позиции между ними.

Если мы знаем длину ребра элементарной ячейки ионного соединения и положение ионов в ячейке, мы можем рассчитать ионные радиусы для ионов в соединении, если мы сделаем предположения об индивидуальных формах ионов и контактах.

Пример 5

Расчет ионных радиусов
Длина ребра элементарной ячейки LiCl (NaCl-подобная структура, FCC) составляет 0,514 нм или 5,14 Å. Предполагая, что ион лития достаточно мал, чтобы ионы хлорида находились в контакте, как показано на рисунке 15, рассчитайте ионный радиус для иона хлорида.

Примечание. Единица длины ангстрем, Å, часто используется для представления размеров в атомном масштабе и эквивалентна 10 −10 м.

Раствор
На поверхности элементарной ячейки LiCl ионы хлорида контактируют друг с другом по диагонали грани:

Нарисовав на грани элементарной ячейки прямоугольный треугольник, мы увидим, что длина диагонали равна четырем радиусам хлорида (по одному радиусу от каждого угла хлорида и одному диаметру, равному двум радиусам, от иона хлорида в центре лица), поэтому d = 4 r .{-}\;\text{радиус}[/латекс].

Проверьте свои знания
Длина ребра элементарной ячейки KCl (NaCl-подобная структура, FCC) составляет 6,28 Å. Предполагая анион-катионный контакт вдоль края клетки, рассчитайте радиус иона калия. Радиус иона хлорида составляет 1,82 Å.

Ответ:

Радиус иона калия составляет 1,33 Å.

Важно понимать, что значения ионных радиусов, рассчитанные по длинам ребер элементарных ячеек, зависят от многочисленных предположений, таких как идеальная сферическая форма ионов, которые в лучшем случае являются приблизительными.Следовательно, такие расчетные значения сами по себе являются приблизительными, и сравнения не могут быть слишком далекими. Тем не менее, этот метод оказался полезным для расчета ионных радиусов на основе экспериментальных измерений, таких как рентгеноструктурные определения.

Размер элементарной ячейки и расположение атомов в кристалле можно определить из измерений дифракции рентгеновских лучей на кристалле, называемой рентгеновской кристаллографией . Дифракция — это изменение направления движения электромагнитной волны, когда она встречает физический барьер, размеры которого сравнимы с размерами длины волны света.Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение с длиной волны, равной расстоянию между соседними атомами в кристаллах (порядка нескольких Å).

Когда пучок монохроматического рентгеновского излучения падает на кристалл, его лучи рассеиваются во всех направлениях атомами внутри кристалла. Когда рассеянные волны, распространяющиеся в одном и том же направлении, сталкиваются друг с другом, они подвергаются интерференции , процессу, при котором волны объединяются, что приводит либо к увеличению, либо к уменьшению амплитуды (интенсивности) в зависимости от степени, в которой максимумы объединяющихся волн совпадают. разделены (см. рис. 18).

Рисунок 18. Световые волны, занимающие одно и то же пространство, испытывают интерференцию, объединяясь в волны большей (а) или меньшей (б) интенсивности, в зависимости от разделения их максимумов и минимумов.

Когда рентгеновские лучи с определенной длиной волны, λ , рассеиваются атомами в соседних плоскостях кристалла, разделенных расстоянием d , они могут подвергаться конструктивной интерференции, когда разница между расстояниями, пройденными двумя волнами до их комбинация представляет собой целочисленный множитель длины волны n .Это условие выполняется, когда угол дифрагированного луча θ связан с длиной волны и межатомным расстоянием уравнением:

[латекс] n {\ lambda} = 2d \; \ text {sin} \; {\ theta} [/ латекс]

Это соотношение известно как уравнение Брэгга в честь У. Х. Брэгга , английского физика, впервые объяснившего это явление. На рисунке 19 показаны два примера дифрагированных волн от одних и тех же двух плоскостей кристалла. На рисунке слева изображены волны, дифрагированные под углом Брэгга, что приводит к конструктивной интерференции, а на рисунке справа — дифракция и другой угол, не удовлетворяющий условию Брэгга, что приводит к деструктивной интерференции.

Рис. 19. Дифракция рентгеновских лучей, рассеянных атомами внутри кристалла, позволяет определить расстояние между атомами. Верхнее изображение изображает конструктивную интерференцию между двумя рассеянными волнами и результирующей дифрагированной волной высокой интенсивности. На нижнем изображении показаны деструктивная интерференция и дифрагированная волна низкой интенсивности.

Посетите этот сайт для получения более подробной информации об уравнении Брэгга и симуляторе, позволяющем исследовать влияние каждой переменной на интенсивность дифрагированной волны.

Рентгеновский дифрактометр, такой как показанный на рис. 20, может использоваться для измерения углов, под которыми дифрагируют рентгеновские лучи при взаимодействии с кристаллом, как описано ранее. На основе таких измерений можно использовать уравнение Брэгга для вычисления расстояний между атомами, как показано в следующем примере упражнения.

Рисунок 20. (a) В дифрактометре пучок рентгеновских лучей падает на кристаллический материал, создавая (b) картину дифракции рентгеновских лучей, которую можно анализировать для определения кристаллической структуры.

Пример 6

Использование уравнения Брэгга
В дифрактометре рентгеновские лучи с длиной волны 0,1315 нм использовались для получения дифракционной картины меди. Дифракция первого порядка ( n = 1) происходила под углом θ = 25,25°. Определить расстояние между дифракционными плоскостями в меди.

Решение
Расстояние между плоскостями находится путем решения уравнения Брэгга, = 2 d sin θ , для d .{\circ})} = 0,154\;\text{нм}[/латекс]

Проверьте свои знания
Кристалл с расстоянием между плоскостями, равным 0,394 нм, дифрагирует рентгеновские лучи с длиной волны 0,147 нм. Каков угол дифракции первого порядка?

Рентгеновский кристаллограф Розалинда Франклин

Открытие структуры ДНК в 1953 году Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном является одним из величайших достижений в истории науки. Они были удостоены Нобелевской премии 1962 года по физиологии и медицине вместе с Морисом Уилкинсом , который предоставил экспериментальное доказательство структуры ДНК.Британский химик Розалинд Франклин внесла неоценимый вклад в это монументальное достижение благодаря своей работе по измерению рентгеновских дифракционных изображений ДНК. В начале своей карьеры исследования Франклин о структуре углей оказались полезными для британских военных действий. Переключив свое внимание на биологические системы в начале 1950-х годов, Франклин и докторант Рэймонд Гослинг обнаружили, что ДНК состоит из двух форм: длинное тонкое волокно, образующееся во влажном состоянии (тип «В»), и короткое широкое волокно, образующееся при сушке (тип «В»). введите»).Ее рентгеновские дифракционные изображения ДНК (рис. 21) предоставили важную информацию, которая позволила Уотсон и Крику подтвердить, что ДНК образует двойную спираль, и определить детали ее размера и структуры. Франклин также провел новаторское исследование вирусов и РНК, содержащей их генетическую информацию, обнаружив новую информацию, которая радикально изменила совокупность знаний в этой области. После развития рака яичников Франклин продолжала работать до своей смерти в 1958 году в возрасте 37 лет. Среди многих посмертных признаний ее работы Чикагская медицинская школа Университета медицинских наук Финча изменила свое название на Университет медицины и науки Розалинды Франклин в 2004 году. , и принял изображение ее знаменитого рентгеновского дифракционного изображения ДНК в качестве официального логотипа университета.

Рисунок 21. На этой иллюстрации показано рентгеновское дифракционное изображение, похожее на то, которое Франклин нашла в своем исследовании. (кредит: Национальные институты здравоохранения)

Структуры кристаллических металлов и простых ионных соединений можно описать в терминах упаковки сфер. Атомы металлов могут упаковываться в гексагональные структуры с плотнейшей упаковкой, кубические структуры с плотнейшей упаковкой, объемно-центрированные структуры и простые кубические структуры. Анионы в простых ионных структурах обычно принимают одну из этих структур, а катионы занимают пространство, остающееся между анионами.Небольшие катионы обычно занимают тетраэдрические отверстия в наиболее плотно упакованном массиве анионов. Более крупные катионы обычно занимают октаэдрические пустоты. Катионы еще большего размера могут занимать кубические отверстия в простом кубическом массиве анионов. Структуру твердого тела можно описать, указав размер и форму элементарной ячейки и содержимое ячейки. Тип структуры и размеры элементарной ячейки можно определить с помощью рентгенодифракционных измерений.

  • [латекс]n{\lambda} = 2d\;\text{sin}\;{\theta}[/latex]

Химия Упражнения в конце главы

  1. Опишите кристаллическую структуру железа, которое кристаллизуется с двумя эквивалентными атомами металла в элементарной кубической ячейке.
  2. Опишите кристаллическую структуру платины, которая кристаллизуется с четырьмя эквивалентными атомами металла в элементарной кубической ячейке.
  3. Какое координационное число атома хрома в объемно-центрированной кубической структуре хрома?
  4. Какое координационное число атома алюминия в гранецентрированной кубической структуре алюминия?
  5. Металлический кобальт кристаллизуется в гексагональной плотноупакованной структуре. Какое координационное число у атома кобальта?
  6. Металлический никель кристаллизуется в кубической плотноупакованной структуре.Какое координационное число у атома никеля?
  7. Вольфрам кристаллизуется в объемно-центрированной кубической элементарной ячейке с длиной ребра 3,165 Å.

    (а) Каков атомный радиус вольфрама в этой структуре?

    (b) Рассчитайте плотность вольфрама.

  8. Платина
  9. (атомный радиус = 1,38 Å) кристаллизуется в кубической плотноупакованной структуре. Вычислите длину ребра гранецентрированной кубической элементарной ячейки и плотность платины.
  10. Барий кристаллизуется в объемно-центрированной кубической элементарной ячейке с длиной ребра 5.025 Å

    а) Каков атомный радиус бария в этой структуре?

    (b) Рассчитайте плотность бария.

  11. Алюминий
  12. (атомный радиус = 1,43 Å) кристаллизуется в кубической плотноупакованной структуре. Вычислите длину ребра гранецентрированной кубической элементарной ячейки и плотность алюминия.
  13. Плотность алюминия 2,7 г/см 3 ; у кремния 2,3 г/см 3 . Объясните, почему Si имеет более низкую плотность, хотя в нем более тяжелые атомы.
  14. Свободное пространство в металле можно найти, вычитая объем атомов в элементарной ячейке из объема ячейки. Вычислите процент свободного пространства в каждой из трех кубических решеток, если все атомы в каждой из них имеют одинаковый размер и касаются своих ближайших соседей. Какая из этих структур представляет собой наиболее эффективную упаковку? То есть, что упаковывается с наименьшим количеством неиспользуемого пространства?
  15. Сульфид кадмия, иногда используемый художниками в качестве желтого пигмента, кристаллизуется с кадмием, занимая половину тетраэдрических отверстий в плотно упакованном массиве сульфидных ионов.Какова формула сульфида кадмия? Поясните свой ответ.
  16. Соединение кадмия, олова и фосфора используется в производстве некоторых полупроводников. Он кристаллизуется с кадмием, занимающим одну четверть тетраэдрических отверстий, и оловом, занимающим одну четверть тетраэдрических отверстий в плотно упакованном массиве фосфид-ионов. Какова формула соединения? Поясните свой ответ.
  17. Какова формула магнитного оксида кобальта, используемого в записывающих лентах, который кристаллизуется с атомами кобальта, занимающими одну восьмую тетраэдрических отверстий и половину октаэдрических отверстий в плотно упакованном массиве оксидных ионов?
  18. Соединение, содержащее цинк, алюминий и серу, кристаллизуется с наиболее плотно упакованным массивом сульфид-ионов.Ионы цинка находятся в одной восьмой части тетраэдрических отверстий, а ионы алюминия — в половине октаэдрических отверстий. Какова эмпирическая формула соединения?
  19. Соединение таллия и йода кристаллизуется в виде простого кубического массива ионов йодида с ионами таллия во всех кубических отверстиях. Какова формула этого йодида? Поясните свой ответ.
  20. Какой из следующих элементов реагирует с серой с образованием твердого тела, в котором атомы серы образуют плотно упакованный массив со всеми занятыми октаэдрическими отверстиями: Li, Na, Be, Ca или Al?
  21. Какова массовая доля титана в рутиле, минерале, содержащем титан и кислород, если структуру можно описать как плотно упакованный массив оксидных ионов с ионами титана в половине октаэдрических отверстий? Какая степень окисления у титана?
  22. Объясните, почему химически сходные хлориды щелочных металлов NaCl и CsCl имеют различное строение, а химически разные NaCl и MnS имеют одинаковое строение.
  23. Поскольку минералы формировались из расплавленной магмы, разные ионы занимали одни и те же места в кристаллах. Вместе с магнием в минералах часто встречается литий, несмотря на различие зарядов их ионов. Предложите объяснение.
  24. Иодид рубидия кристаллизуется с кубической элементарной ячейкой, которая содержит ионы йодида по углам и ион рубидия в центре. Какова формула соединения?
  25. Один из различных оксидов марганца кристаллизуется с кубической элементарной ячейкой, которая содержит ионы марганца по углам и в центре.Оксид-ионы расположены в центре каждого края элементарной ячейки. Какова формула соединения?
  26. NaH кристаллизуется с той же кристаллической структурой, что и NaCl. Длина ребра кубической элементарной ячейки NaH составляет 4,880 Å.

    (a) Рассчитайте ионный радиус H . (Ионный радиус Li + равен 0,0,95 Å.)

    (b) Рассчитайте плотность NaH.

  27. Иодид таллия (I) кристаллизуется с той же структурой, что и CsCl. Длина ребра элементарной ячейки TlI равна 4.20 Å. Рассчитайте ионный радиус TI + . (Ионный радиус I равен 2,16 Å.)
  28. Кубическая элементарная ячейка содержит ионы марганца в углах и ионы фтора в центре каждого края.

    а) Какова эмпирическая формула этого соединения? Поясните свой ответ.

    б) Какое координационное число имеет ион Mn 3+ ?

    (в) Рассчитайте длину ребра элементарной ячейки, если радиус иона Mn 3+ равен 0,65 А.

    (d) Рассчитайте плотность соединения.

  29. Какое расстояние между плоскостями кристалла, преломляющими рентгеновские лучи с длиной волны 1,541 нм под углом θ 15,55° (отражение первого порядка)?
  30. Дифрактометр, использующий рентгеновские лучи с длиной волны 0,2287 нм, дал дифракционный пик первого порядка для кристаллического угла θ = 16,21°. Определите расстояние между дифрагирующими плоскостями в этом кристалле.
  31. Металл с расстоянием между плоскостями, равным 0,4164 нм, дифрагирует рентгеновские лучи с длиной волны 0.2879 нм. Какой угол дифракции соответствует дифракционному пику первого порядка?
  32. Золото кристаллизуется в элементарной гранецентрированной кубической ячейке. Отражение второго порядка (n = 2) рентгеновских лучей для плоскостей, составляющих верх и низ элементарных ячеек, составляет θ = 22,20°. Длина волны рентгеновского излучения составляет 1,54 Å. Какова плотность металлического золота?
  33. Когда электрон в возбужденном атоме молибдена падает с L на K-оболочку, испускается рентгеновское излучение. Эти рентгеновские лучи преломляются под углом 7.75° плоскостями с расстоянием 2,64 Å. Какова разница в энергии между K-оболочкой и L-оболочкой в ​​молибдене, если предположить дифракцию первого порядка?

Глоссарий

объемно-центрированная кубическая (BCC) сплошная
кристаллическая структура, имеющая кубическую элементарную ячейку с точками решетки по углам и в центре ячейки
элементарная объемно-центрированная кубическая ячейка
простейшее повторяющееся звено объемно-центрированного кубического кристалла; это куб, содержащий точки решетки в каждом углу и в центре куба 90 593
Уравнение Брэгга
уравнение, связывающее углы, под которыми рентгеновские лучи дифрагируют на атомах внутри кристалла
координационный номер
число атомов, ближайших к любому данному атому в кристалле или к центральному атому металла в комплексе
плотнейшая кубическая упаковка (CCP)
кристаллическая структура, в которой плоскости плотно упакованных атомов или ионов уложены друг на друга в виде серии из трех чередующихся слоев с различными относительными ориентациями (ABC)
дифракция
перенаправление электромагнитного излучения, возникающее при встрече с физическим барьером соответствующих размеров
гранецентрированная кубическая (FCC) сплошная
кристаллическая структура, состоящая из элементарной кубической ячейки с точками решетки по углам и в центре каждой грани
элементарная гранецентрированная кубическая ячейка
простейшее повторяющееся звено гранецентрированного кубического кристалла; это куб, содержащий точки решетки в каждом углу и в центре каждой грани 90 593
шестигранная ближайшая упаковка (HCP)
кристаллическая структура, в которой плотно упакованные слои атомов или ионов уложены друг на друга в виде серии из двух чередующихся слоев с различной относительной ориентацией (AB)
отверстие
(также междоузлие) пространство между атомами внутри кристалла
изоморфный
, обладающий такой же кристаллической структурой, как
восьмигранное отверстие
открытое пространство в кристалле в центре шести частиц, расположенных по углам октаэдра
простая кубическая элементарная ячейка
(также примитивная кубическая элементарная ячейка) элементарная ячейка в простой кубической структуре
простая кубическая структура
кристаллическая структура с кубической элементарной ячейкой с точками решетки только по углам
пространственная решетка
все точки внутри кристалла с одинаковым окружением
четырехгранное отверстие
тетраэдрическое пространство, образованное четырьмя атомами или ионами в кристалле
элементарная ячейка
наименьшая часть пространственной решетки, которая повторяется в трех измерениях, образуя всю решетку
Рентгеновская кристаллография
экспериментальная методика определения расстояний между атомами в кристалле путем измерения углов, под которыми дифрагируют рентгеновские лучи при прохождении через кристалл

Решения

Ответы на упражнения по химии в конце главы

1.Структура этой низкотемпературной формы железа (ниже 910 ° C) является объемно-центрированной кубической. В каждом из восьми углов куба находится по одной восьмой атома и по одному атому в центре куба.

3. восемь

5. 12

7. (а) 1,370 Å; (б) 19,26 г/см

9. (а) 2,176 Å; (б) 3,595 г/см 3

11. Кристаллическая структура Si показывает, что он менее плотно упакован (координационное число 4) в твердом теле, чем Al (координационное число 12).

13.В плотно упакованном массиве для каждого аниона существует две тетраэдрические дырки. Если занята только половина тетраэдрических отверстий, числа анионов и катионов равны. Формула сульфида кадмия — CdS.

15. Со 3 О 4

17. В простой кубической матрице только одна кубическая дырка может быть занята катионом для каждого аниона в матрице. Соотношение таллия и йодида должно быть 1:1; следовательно, формула таллия — TlI.

19,59,95%; Степень окисления титана +4.

21. Оба иона близки по размерам: Mg 0,65; Ли, 0,60. Это сходство позволяет им довольно легко обмениваться местами. Разница в заряде обычно компенсируется заменой Si 4+ на Al 3+ .

23. Мн 2 О 3

25. 1,48 Å

27. 2,874 Å

29. 20,2°

31. 1.74 × 10 4 эВ

Chem4Kids.com: Элементы и периодическая таблица: Периодическая таблица


Периодическая таблица организована как большая сетка.Каждый элемент размещается в определенном месте из-за его атомарной структуры. Как и в любой сетке, в периодической таблице есть строки (слева направо) и столбцы (сверху и снизу). Каждая строка и столбец имеют определенные характеристики. Например, магний (Mg) и кальций (Mg) находятся во втором столбце и имеют определенное сходство, в то время как калий (K) и кальций (Ca) в четвертом ряду имеют разные характеристики. Магний и натрий (Na) также имеют общие свойства, потому что находятся в одном и том же периоде (сходные электронные конфигурации).Несмотря на то, что они пропускают некоторые квадраты между ними, все строки читаются слева направо. Когда вы смотрите на периодическую таблицу, каждая строка называется периодом (Понятно? Как таблица PERIODic). Все элементы периода имеют одинаковое число атомных орбиталей. Например, каждый элемент в верхнем ряду (первый период) имеет одну орбиталь для своих электронов. Все элементы во втором ряду (второй период) имеют две орбитали для своих электронов. По мере продвижения вниз по таблице каждая строка добавляет орбиталь.В это время существует максимум семь электронных орбиталей. Теперь вы знаете о периодах, идущих слева направо. Периодическая таблица также имеет специальное название для своих вертикальных столбцов. Каждый столбец называется группой . Элементы в каждой группе имеют одинаковое количество электронов на внешней орбите . Эти внешние электроны также называются валентными электронами . Это электроны, участвующие в химических связях с другими элементами.

Каждый элемент в первом столбце (первая группа) имеет один электрон на внешней оболочке.Каждый элемент во втором столбце (вторая группа) имеет два электрона на внешней оболочке. Продолжая считать столбцы, вы узнаете, сколько электронов находится во внешней оболочке. Есть исключения из порядка, когда вы смотрите на переходные элементы, но вы понимаете общую идею. Переходные элементы добавляют электроны на предпоследнюю орбиталь.

Например, азот (N) имеет атомный номер семь. Атомный номер говорит вам, что в нейтральном атоме азота семь электронов.Сколько электронов находится на его внешней орбитали? Азот находится в пятнадцатой колонке с надписью «Группа VA». «V» — это римская цифра пять, обозначающая количество электронов на внешней орбите. Вся эта информация говорит вам о том, что на первой орбитали два электрона и пять на второй (2-5).

Фосфор (P) также находится в группе VA, что означает, что он также имеет пять электронов на своей внешней орбите. Однако, поскольку атомный номер фосфора равен пятнадцати, электронная конфигурация равна 2-8-5.

Водород (H) и гелий (He) являются особыми элементами. Водород в своей нейтральной форме не имеет нейтрона. Есть только один электрон и один протон. Вы, вероятно, не найдете атомарные атомы водорода, плавающие сами по себе. Атомарный водород хочет соединиться с другими элементами, чтобы заполнить свою внешнюю оболочку. В вашей работе по химии, скорее всего, будет использоваться молекулярный водород (H 2 ) или ионы водорода (H + , протоны).

Гелий (He) отличается от всех остальных элементов.Он очень стабилен только с двумя электронами на его внешней орбитали (валентной оболочке). Несмотря на то, что у него всего два электрона, он все же сгруппирован с благородными газами, у которых восемь электронов на их самых удаленных орбиталях. Все благородные газы и гелий «счастливы», потому что их валентная оболочка заполнена.

ChemCam Rock Laser для MSL (видео в Лос-Аламосе, штат Невада)


Алюминий — информация об элементе, свойства и применение

Стенограмма:

Химия в ее стихии: алюминий

(Промо)

Вы слушаете Химию в ее стихии, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Крис Смит

На этой неделе химическая причина трансатлантических языковых трений. Это um или ium в конце? Оказывается, у нас, британцев, могут быть яйца на лицах, а также поверхностное представление о том, что мы называем алюминием.

Кира Дж. Вайсман

«Я чувствую себя запертым в жестяной коробке на высоте 39000 футов». Это обычный рефрен летающих фобов, но, возможно, они найдут утешение, зная, что коробка на самом деле сделана из алюминия — более 66000 кг, если они сидят в гигантском самолете.Хотя сожаление о том, что вы находитесь в «алюминиевой коробке», не имеет такого же кольца, есть несколько веских причин, чтобы оценить этот выбор материала. Чистый алюминий мягкий. Однако сплав его с такими элементами, как медь, магний и цинк, значительно повышает его прочность, оставляя его легким, что, очевидно, является преимуществом в борьбе с гравитацией. Полученные сплавы, иногда более податливые, чем сам алюминий, могут быть отлиты в различные формы, включая аэродинамическую дугу крыльев самолета или его трубчатый фюзеляж.И в то время как железо ржавеет под воздействием элементов, алюминий образует микроскопически тонкий оксидный слой, защищающий его поверхность от дальнейшей коррозии. С таким большим CV неудивительно, что алюминий используется во многих других транспортных средствах, включая корабли, автомобили, грузовики, поезда и велосипеды.

К счастью для транспортной отрасли, природа наградила нас огромным количеством алюминия. Самый распространенный металл в земной коре, он буквально повсюду. Тем не менее, алюминий оставался неоткрытым до 1808 года, так как он связан с кислородом и кремнием в сотни различных минералов, никогда не появляясь в природе в своей металлической форме.Сэр Хамфри Дэви, химик из Корнуолла, открывший этот металл, назвал его «алюминием» в честь одного из исходных соединений — квасцов. Однако вскоре после этого вмешался Международный союз теоретической и прикладной химии (или IUPAC), стандартизировавший суффикс до более традиционного «ium». Еще одним поворотом в истории номенклатуры стало то, что Американское химическое общество воскресило первоначальное написание в 1925 году, и по иронии судьбы именно американцы, а не британцы произносят название элемента так, как задумал Дэви.

В 1825 году честь впервые выделить алюминий выпала датскому ученому Гансу Кристиану Эрстеду. Сообщается, что он сказал о своем призе: «Он образует кусок металла, напоминающий олово по цвету и блеску» — не слишком лестное описание, но, возможно, объяснение нынешнего замешательства авиапассажиров. Трудность отделения алюминия от его оксидов — для все ранние процессы давали в лучшем случае только килограммовые количества, что обеспечило его временный статус драгоценного металла, более ценного даже, чем золото.Фактически, алюминиевый бар занимал почетное место рядом с драгоценностями короны на парижской выставке 1855 года, в то время как Наполеон, как говорят, зарезервировал алюминиевую посуду только для своих самых почетных гостей.

Только в 1886 году Чарльз Мартин Холл, необычайно упорный 22-летний ученый-любитель, разработал первые экономичные способы извлечения алюминия. Работая в дровяном сарае со своей старшей сестрой в качестве помощника, он растворил оксид алюминия в ванне с расплавленным гексафторалюминатом натрия (более известным как «криолит»), а затем разделил алюминий и кислород, используя сильный электрический ток.Примечательно, что другой 22-летний француз, Поль Луи Туссен-Эру, почти в то же время открыл точно такой же электролитический метод, спровоцировав трансатлантическую патентную гонку. Их наследие, закрепленное как процесс Холла-Эру, остается основным методом производства алюминия в промышленных масштабах — в настоящее время миллионы тонн ежегодно из наиболее богатой алюминиевой руды, боксита.

Не только транспортная отрасль воспользовалась преимуществами алюминия.К началу 1900-х годов алюминий уже вытеснил медь в линиях электропередач, его гибкость, легкий вес и низкая стоимость более чем компенсировали его более низкую проводимость. Алюминиевые сплавы являются фаворитом в строительстве, они находят применение в облицовке, окнах, водосточных желобах, дверных рамах и кровле, но с такой же вероятностью могут найтись и внутри дома: в бытовой технике, кастрюлях и сковородках, посуде, телевизионных антеннах и мебели. В виде тонкой фольги алюминий представляет собой упаковочный материал по преимуществу , гибкий и прочный, непроницаемый для воды и устойчивый к химическому воздействию — короче говоря, он идеально подходит для защиты жизненно важных лекарств или вашего любимого шоколадного батончика.Но, возможно, самым узнаваемым воплощением алюминия являются алюминиевые банки для напитков, которые ежегодно производятся сотнями миллиардов штук. Естественно глянцевая поверхность каждой банки служит привлекательным фоном для названия продукта, и хотя ее тонкие стенки могут выдерживать давление до 90 фунтов на квадратный дюйм (в три раза больше, чем у типичной автомобильной шины), доступ к содержимому можно легко получить с помощью просто потяните за язычок. И хотя переработка алюминия поглощает большую часть мировой электроэнергии, алюминиевые банки можно экономично и многократно перерабатывать, каждый раз экономя почти 95% энергии, необходимой для выплавки металла.

Однако у этого блестящего металла есть и темная сторона. Несмотря на его изобилие в природе, известно, что алюминий не служит какой-либо полезной цели для живых клеток. Однако в растворимой форме +3 алюминий токсичен для растений. Высвобождение Al 3+ из его минералов ускоряется в кислых почвах, которые составляют почти половину пахотных земель на планете, что делает алюминий основным виновником снижения урожайности. Людям не нужен алюминий, и тем не менее он попадает в наши тела каждый день — в воздухе, которым мы дышим, в воде, которую мы пьем, и в пище, которую мы едим.Хотя небольшое количество алюминия обычно присутствует в пищевых продуктах, мы несем ответственность за основные источники пищевого алюминия: пищевые добавки, такие как разрыхлители, эмульгаторы и красители. Проглатывание безрецептурных антацидов может повысить уровень потребления в несколько тысяч раз. И многие из нас каждый день наносят дезодоранты, содержащие алюминий, прямо на кожу. Что беспокоит во всем этом, так это то, что несколько исследований выявили, что алюминий является фактором риска как для рака молочной железы, так и для болезни Альцгеймера.В то время как большинство экспертов по-прежнему не убеждены в доказательствах, алюминий в высоких концентрациях является доказанным нейротоксином, в первую очередь влияющим на кости и мозг. Так что, пока не будет проведено больше исследований, присяжные останутся в стороне. Теперь, возможно, это то, что беспокоит вас во время вашего следующего дальнего перелета.

Крис Смит

Исследователь Кира Вайсман из Саарландского университета в Саарбрюкене, Германия, с историей об алюминии и почему я не сказал это так, как намеревался Хамфри Дэвид.На следующей неделе поговорим о том, как звучат элементы, а как насчет этого.

Брайан Клегг

Не так много элементов с именами, которые являются звукоподражательными. Скажем кислород или йод, и в звучании слова нет никакой подсказки к природе элемента, а цинк другой — цинк, цинк, цинк, почти слышно, как набор монет падает в старомодную ванну. Просто это должен быть твердый металл. При использовании цинк часто скрыт, почти скрыт. Он останавливает ржавчину железа, успокаивает солнечные ожоги, защищает от перхоти, соединяется с медью, образуя очень знакомый сплав золотого цвета, и сохраняет нам жизнь, но мы почти не замечаем этого.

Крис Смит

И вы можете догнать звон цинка с Брайаном Клеггом на следующей неделе Химия в своей стихии. Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.

(Акция)

(Конец акции)

Типы процессов изготовления металла

Изготовление металла — это широкий термин, относящийся к любому процессу, который разрезает, формирует или отливает металлический материал в конечный продукт.Вместо того, чтобы собирать конечный продукт из готовых компонентов, производство создает конечный продукт из сырья или полуфабрикатов. Существует множество различных производственных процессов изготовления. Изготовление металла используется как для нестандартных, так и для стандартных изделий.

Большинство металлических изделий, изготовленных на заказ, изготавливаются из ряда широко используемых металлов и их сплавов. Производители металла часто начинают с стандартных металлических компонентов, таких как листовой металл, металлические стержни, металлические заготовки и металлические стержни, для создания нового продукта.

—> Заинтересованы в изготовлении листового металла на заказ? Попробуйте Xometry Instant Quoting Engine℠, чтобы воплотить свой проект в жизнь. Бесплатная доставка по США.

Специализированные производители металлоконструкций называются производственными мастерскими. Подрядчики, производители оборудования и торговые посредники заставляют производителей металла работать над различными проектами. Многие производители металлоконструкций участвуют в торгах, отправляя чертежи, и, если они получают контракт, строят проект. После присуждения контракта производители металла приступают к этапам планирования, заказывая нужные материалы и заставляя инженера программировать станки с ЧПУ для проекта.

Производственные цеха могут использовать несколько процессов для создания конечного продукта. Они также могут предоставлять услуги по отделке, такие как удаление заусенцев, полировка, покрытие и покраска продукта. Финишная обработка отличается от изготовления металла тем, что финишная обработка является вторичным процессом для обработки внешней поверхности продукта, а не для его придания формы или создания нового продукта.

В этой статье дается обзор некоторых наиболее распространенных методов изготовления металлоконструкций и соображений по выбору подходящего цеха для выполнения работ по изготовлению металлоконструкций.

Чугунное литье в песчаную форму.

Изображение предоставлено: Mr. 1/Shutterstock.com

Типы металлических изделий

Выбор метода изготовления металла, подходящего для данного проекта, зависит от геометрии детали, предполагаемого назначения изделия и материалов, используемых при его изготовлении. Общие процессы изготовления металла следующие:

Кастинг

Литье — это когда расплавленный металл заливают в форму или форму и дают ему остыть и затвердеть, приняв желаемую форму.Процесс изготовления металла идеально подходит для массового производства деталей с повторным использованием одной и той же пресс-формы для создания идентичных продуктов. Существует несколько различных видов литья. Литье под давлением — это когда жидкий металл нагнетается в форму, а не в форму, и там приложенное давление удерживает его на месте, пока он не затвердеет. Этот процесс известен высокоскоростными приложениями, которые он поддерживает. Литье в постоянную форму включает заливку расплавленного металла в форму.

Существует множество типов процессов литья.В некоторых случаях в этом процессе также используется вакуум. Литье в постоянную форму может создавать более прочные отливки, чем литье под давлением, но их может быть трудно удалить из конечного продукта. По этой причине также доступны полупостоянные отливки в формы. Эти формы имеют одноразовые сердечники, что делает их более управляемыми и менее затратными для удаления. Завершающим процессом литья является литье в песчаные формы. При литье в песчаные формы отливки изготавливаются путем вдавливания модели в мелкую смесь песка. Это формирует форму для заливки расплавленного металла.Этот процесс медленный, но, как правило, более экономичный, чем другие формы литья. Его также хорошо использовать, когда необходимы сложные конструкции или для изготовления крупных металлических изделий.

Вы можете использовать сайт Thomasnet.com, чтобы найти ближайшие к вам компании по кастингу.

Резка

Этот очень распространенный тип изготовления металла представляет собой резку заготовки, чтобы разделить ее на более мелкие части. В то время как распиловка является старейшим методом резки, современные методы включают лазерную резку, гидроабразивную резку, силовые ножницы и плазменно-дуговую резку.Существует множество различных методов резки, от ручных и электроинструментов до станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Резка может быть первым этапом более длительного производственного процесса или единственным используемым процессом.

Высечка — это еще один процесс резки, в котором используется штамп для нарезки металла. Ротационная высечка использует вращающуюся цилиндрическую матрицу для резки материала, подаваемого через пресс. Планшетная высечка используется для более толстых металлических материалов и использует штампы на прессе для вырезания фигур, когда штамп штампует металл.

Вы можете использовать платформу Thomas’s Supplier Discover Platform, чтобы найти ближайшие к вам компании по высечке.

Чертеж

Чертеж использует силу растяжения для втягивания металла в коническую матрицу и через нее. Матрица растягивает металл в более тонкую форму. Обычно волочение производится при комнатной температуре и называется холодным волочением, но металлическую заготовку можно нагреть, чтобы уменьшить необходимое усилие.

Этот процесс считается глубокой вытяжкой, когда глубина конечного продукта равна или превышает его радиус.Обычно он используется при изготовлении листового металла для превращения листов в полые цилиндрические или коробчатые сосуды.

Вы можете использовать платформу Thomas’s Supplier Discover Platform, чтобы найти компании глубокой вытяжки.

Складной

Этот процесс изготовления металла заключается в том, что металл изгибается под углом. Наиболее распространенным средством является тормозной пресс, который создает складки на металле, зажимая его. Заготовка удерживается между пуансоном и матрицей и сгибается под давлением пуансона.Этот процесс обычно используется для формирования листового металла. Складывание также можно выполнить, забивая заготовку молотком, пока она не согнется, или с помощью фальцевальной машины, также известной как папка. Станок имеет плоскую поверхность, на которую помещается плоский листовой металл, прижимную планку, которая удерживает заготовку на месте, и переднюю панель, которая поднимается вверх и заставляет изгибаться натянутый на нее металл.

Изготовление ножей методом ковки.

Изображение предоставлено Франческо де Марко/Shutterstock.com

Ковка

Ковка использует силу сжатия для придания формы металлу.Молоток или плашка ударяют по заготовке до тех пор, пока не будет сформирована желаемая форма. Этот производственный процесс может выполняться с металлом при комнатной температуре и называется холодной ковкой. Ковка также может выполняться с нагревом металла до температуры от выше комнатной до температуры ниже температуры рекристаллизации, и тогда это называется горячей ковкой. Когда металл нагревают до температуры рекристаллизации, которая зависит от металла, процесс называется горячей ковкой. Ковка — один из древнейших видов изготовления металла, кузнецы использовали ковку много веков назад.

Примеры поковок из нержавеющей стали

Изображение предоставлено: Cornell Forge

Экструзия

В процессе экструзионного производства заготовка проталкивается через открытую или закрытую головку или вокруг нее. При продавливании через открытую или закрытую матрицу диаметр заготовки уменьшается до поперечного сечения матрицы. При прессовании вокруг штампа внутри заготовки образуется полость. В обоих этих процессах обычно используется металлический стержень или цилиндр (заготовка) в качестве заготовки и плунжер для выполнения операции удара.Полученный продукт цилиндрической формы часто представляет собой электропроводку или трубопровод. Поперечное сечение штампа может иметь различную форму для изготовления деталей различной формы. Экструзия может быть непрерывной для создания очень длинных деталей или полунепрерывной для создания множества более коротких деталей.

Ударная экструзия, также называемая холодной экструзией, выполняется при комнатной температуре и повышает прочность детали, делая ее прочнее исходного материала. Когда к соответствующему металлу прикладывается достаточное усилие, он начинает течь в доступную форму, подобно движению вязкой жидкости.Холодное прессование обычно используется для изготовления стальных металлов.

Горячее прессование выполняется при повышенной температуре, чтобы предотвратить затвердевание металла и облегчить его проталкивание через матрицу. Обычно он используется для изготовления меди, а также для создания нестандартных алюминиевых деталей.

Обработка

Метод изготовления металла, называемый механической обработкой, относится к процессу придания металлу формы путем удаления из него ненужного материала. Этот процесс может выполняться различными способами.Существует множество различных процессов обработки, включая сверление, точение и фрезерование.

При сверлении используется вращающийся режущий инструмент, сверло, для вырезания отверстия в материале. Сверло давит на металл, вращаясь очень быстро, чтобы создать круглое отверстие.

Токарная обработка использует токарный станок для вращения металла, в то время как режущий инструмент движется линейно, удаляя металл по диаметру, создавая цилиндрическую форму. Режущий инструмент можно наклонять под разными углами для создания различных форм.Это можно сделать вручную или на токарном станке с ЧПУ. Обработка с ЧПУ обычно используется, когда размеры детали должны быть чрезвычайно точными.

При фрезеровании используются вращающиеся многогранные режущие инструменты для постепенного удаления материала с заготовки до тех пор, пока не будет достигнута желаемая форма. Металл медленно подается во вращающийся режущий инструмент, или инструмент перемещается по неподвижному металлу, или заготовка и инструмент перемещаются относительно друг друга. Этот процесс можно выполнять вручную или на фрезерном станке с ЧПУ.Фрезерование часто является вторичным или чистовым процессом, но его можно использовать и как единственный метод изготовления металла от начала до конца. Различные типы фрезерования включают торцевое фрезерование, плоское фрезерование, угловое фрезерование, попутное фрезерование и фасонное фрезерование.

Пробивной станок с ЧПУ изготавливает отверстия в листовом металле.

Изображение предоставлено: BigBlueStudio/Shutterstock.com

Штамповка

Турели уникальной формы на штамповочном прессе ударяют по металлу через матрицу или в матрицу, создавая отверстия.Конечным продуктом может быть либо кусок металла с отверстиями для крепления, либо это могут быть уже удаленные и фигурные металлические детали, называемые заготовкой. Большинство штамповочных прессов являются механическими, но меньшие и более простые штампы могут быть с ручным приводом. Пробивные прессы с ЧПУ также теперь широко распространены и используются как для тяжелых, так и для легких металлов при производстве металлов.

Стрижка

При этом типе обработки металла один длинный прямой разрез достигается за счет объединения двух инструментов, один из которых расположен над металлом, а другой расположен ниже для приложения давления.Верхнее лезвие прижимает металл к неподвижному нижнему лезвию и разрушает его. Затем перелом распространяется внутрь для полного разделения. Срезанные края обычно заусенцы. Он идеально подходит для резки материалов меньшей длины и материалов различной формы, поскольку лезвия могут быть установлены под углом для уменьшения требуемой силы.

Штамповка

Этот процесс изготовления металла похож на штамповку, за исключением того, что пресс создает в металле не отверстие, а углубление. Револьвер не проталкивает металл полностью через матрицу, а только поднимает ее.Штамповка используется для формирования фигур, букв или изображений на металлической панели или листе. Механический и гидравлический — это два типа штамповочных прессов. Металлоштамповочные машины отливают, штампуют, вырезают и формируют металлические листы. Листы толщиной до 1/4 дюйма формуются в заданные формы и размеры. Прессы, используемые для штамповки металла, могут создавать широкий ассортимент продукции, и они могут выполнять ряд операций, включая вырубку, чеканку металла и формование четырех слайдов. Чеканка монет (как следует из названия) может быть использована для создания монет, но у нее есть и другие применения, например, детали для электроники.Четырехшаговая формовка включает в себя различные процессы штамповки и формовки для создания более сложных изделий, и она особенно эффективна для небольших деталей.

TIG-сварка.

Изображение предоставлено: Aumm graphixphoto/Shutterstock.com

Сварка

При сварке два или более куска металла соединяются вместе за счет сочетания тепла и давления. Это популярный процесс, потому что куски металла могут быть любой формы и размера. Четыре популярных типа сварочных процедур — это электродуговая сварка, сварка MIG, сварка TIG и дуговая сварка порошковой проволокой.

Сварка стержнем, также известная как дуговая сварка защищенным металлом (SMAW), использует электродный стержень, который производит электрический ток, образующий электрическую дугу при контакте с металлом. Высокая температура дуги сваривает металл.

Сварка металла в среде инертного газа (MIG) или газовая дуговая сварка металлическим электродом (GMAW) использует подаваемый извне газ вместе со сплошным электродом из сплошной проволоки, чтобы защитить металл от реакции на факторы окружающей среды, чтобы сварка была более быстрой и непрерывной. Защитный газ также создает меньше сварочного дыма.

Сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG), также называемая дуговой сваркой вольфрамовым электродом, использует стержень вольфрамового электрода, который создает короткую дугу для сварки более тяжелых металлов при изготовлении тяжелых изделий. Этот метод требует высокой квалификации сварщика, так как процесс более сложный, но его можно использовать для большинства металлических изделий и для сложных проектов.

Дуговая сварка флюсовой проволокой (FCAW) имеет тот же процесс и оборудование, что и MIG. Используемый проволочный электрод содержит сердечник, который производит защитный газ, поэтому дополнительный источник газа не требуется.Этот метод более портативный, чем сварка MIG или Stick, но его нельзя использовать для более тонких металлов.

Выбор производителей металла

Выбор мастерской по изготовлению металлоконструкций на заказ или производителя металлоконструкций на заказ, который наилучшим образом удовлетворит потребности проекта, является важным решением, которое может повлиять на скорость производства, качество продукции и экономическую эффективность данного проекта. Чтобы помочь в процессе выбора, вот несколько соображений: 

Опыт : Механические мастерские, которые работают в течение длительного времени или имеют хорошо зарекомендовавший себя опыт предоставления хорошего обслуживания, могут представлять очевидные причины для выбора магазина.

Отрасли, обслуживаемые : может быть полезно отметить, какие отрасли обычно обслуживает магазин, а также виды продуктов или процессов, на которых он конкретно фокусируется, поскольку они лучше подходят для выполнения конкретных отраслевых требований. Также важно узнать об опыте производителя с типом металла, необходимого для проекта. Некоторые мастерские специализируются на одном или двух видах металлообработки. Если вы уже знаете, что лучшим материалом для проекта является алюминий, найдите специализированного производителя алюминия.

Ресурсы : Станки с ЧПУ могут быть лучшим вариантом для мелкодетализированного проекта, но ручные станки могут лучше подойти для проекта с ограниченным бюджетом. Размер оборудования имеет значение, если конечный продукт имеет большие размеры. Инструментальные возможности производителя металла могут иметь большое влияние на его возможности и качество его металлических изделий. Требуется ли точное изготовление? Прецизионное изготовление листового металла в значительной степени зависит от быстро развивающихся компьютерных технологий.

Многие компании, специализирующиеся на прецизионном производстве, используют программное обеспечение CAD/CAM для проектирования и компоновки изготавливаемых изделий. Компьютеры с ЧПУ запрограммированы для выполнения конкретных задач и достижения невероятно точных спецификаций, необходимых для производства множества металлических изделий, изготовленных по индивидуальному заказу.

Тип производства : Размер производственного цикла, будь то краткосрочный или долгосрочный, мелкосерийный или крупносерийный, должен быть одним из центральных соображений при выборе адекватной службы индивидуального изготовления.

Складские материалы : Наконец, важно убедиться, что производитель металла либо уже имеет, либо может сформировать конкретный металл, который будет использоваться для продукта. Если у них есть конкретный поставщик металла, которого они используют, также стоит изучить репутацию поставщика. Специализированный цех по производству нержавеющей стали может работать с одним и тем же поставщиком стали в течение длительного периода времени.

—> Заинтересованы в изготовлении листового металла на заказ? Попробуйте Xometry Instant Quoting Engine℠, чтобы воплотить свой проект в жизнь.Бесплатная доставка по США.

Изготовление металлоконструкций на заказ — сводка

В этом руководстве представлены основные сведения о производстве металла, различных методах и соображениях по выбору производителя. Для получения дополнительной информации о сопутствующих услугах обратитесь к другим нашим руководствам по продуктам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники или просмотреть сведения о конкретных продуктах.

Источники:
  1. https://www.plasmacnc.co.uk/blog/understanding-fabrication-and-types-of-fabrication/
  2. https://www.thefabricator.com/article/bending/листовой металл-складной-эволюция
  3. https://www.themanufacturer.com/articles/different-types-of-welding-and-what-they-are-used-for/
  4. http://www.engineeringarticles.org/machining-operation-and-types-of-machining-tools/
  5. https://www.reinkeandschomann.com/blog/custom-metal-fabrication/
  6. https://www.cornellforge.com/forging-forged-parts-guide/
  7. http://www.pdf-inc.com/types-metal-fabrication-processes/
  8. https://alliedsinterings.ком/продукты/
  9. https://www.ampflame.com/custom-metal-fabrication.html
  10. https://www.technoxmachine.com/metal-fabrication-services/

Другие изделия из металла

Изображение предоставлено: Изображение предоставлено: Aumm graphixphoto/Shutterstock.com

Больше из Изготовление и изготовление на заказ

15 важных вещей, которые нужно знать об Эйфелевой башне

Где отвечаем на 15 самых популярных и увлекательных вопросов об Эйфелевой башне.

Кто построил Эйфелеву башню?

Эйфелева башня была построена с 1887 по 1889 год французским инженером Гюставом Эйфелем, чья компания специализировалась на строительстве металлических каркасов и конструкций. Гюстав Эйфель стоит у истоков многих металлических работ в Европе, включая виадук Порто (Португалия), виадук дю Гарабит (Франция) и железнодорожный вокзал Будапешта (Венгрия).

Компания Гюстава Эйфеля, расположенная в Леваллуа-Перре, недалеко от Парижа, Франция, также построила металлический каркас для другого всемирно известного памятника: Статуи Свободы (Нью-Йорк, США), спроектированной Огюстом Бартольди и подаренной Соединенные Штаты в подарок от Франции к празднованию 100-летия американской Декларации независимости в 1886 году.

Из какого металла сделана Эйфелева башня?

Эйфелева башня сделана из железа, а не из стали. Металлическая лужа, из которой состоит конструкция Эйфелевой башни, была добыта в кузницах Помпея (восток Франции). Железные пластины и балки, произведенные в процессе пудинга, были затем предварительно собраны на фабриках Eiffel в Левалуа-Перре с использованием заклепок.

Наконец, эти детали были доставлены на строительную площадку Эйфелевой башни для монтажа. Сборная система — это то, что позволило им построить Эйфелеву башню в рекордно короткие сроки — 2 года, 2 месяца и 5 дней.

Структура Эйфелевой башни, © SETE_AlexandreNestora

Что такое чугунная лужа?

Железо, использованное для строительства Эйфелевой башни, прошло процесс рафинирования, называемый пудлингом, в ходе которого удалялся лишний углерод при плавлении руды. Следуя этому процессу, вы получаете почти чистое железо, которое, по словам Гюстава Эйфеля, в то время было лучшим и самым прочным материалом.

Для защиты от коррозии утюг покрыт толстым слоем краски, которую необходимо обновлять каждые 7 лет.Этот график перекраски был рекомендован самим Гюставом Эйфелем и до сих пор соблюдается.

Для чего была построена Эйфелева башня?

Эйфелева башня была построена, чтобы стать одной из главных достопримечательностей Всемирной выставки в Париже в 1889 году. В том году Всемирная выставка охватила все Марсово поле в Париже, и ее внимание было сосредоточено на огромных конструкциях из железа и стали, которые были великим промышленным центром. продвижение того времени.

Первоначально названная 300-метровой башней, она вскоре получила имя человека, построившего ее, Гюстава Эйфеля.Башня открылась для публики в тот же день, что и Всемирная выставка, 15 мая 1889 года.

Споры вокруг Башни бушевали в мире искусства до и во время ее строительства, но благодаря дерзости ее архитектуры и дизайна посетители и парижане сразу же попали под ее очарование, и за первый год ее посетили более 2 миллионов человек.

Общий вид Всемирной выставки в Париже, 1889 г.

Является ли Эйфелева башня символом Франции?

Благодаря своей высоте и уникальному силуэту, парящему над парижским пейзажем, Эйфелева башня быстро превратилась в одну из самых популярных достопримечательностей Парижа.Судьба Башни тесно связана с судьбой города Парижа, столицы Франции и владельца Эйфелевой башни.

С самого начала Эйфелева башня привлекала внимание и служила ареной для многочисленных событий в жизни Парижа и Франции: грандиозного фейерверка 14 июля («День взятия Бастилии»), мероприятий национального уровня и масштабных спортивных мероприятий.

Башню видно из многих и разных точек Парижа и его пригородов. Его фотографируют, рисуют, снимают на видео и воспроизводят во всевозможных обстоятельствах.Это памятник, который фотографируют все гости Парижа. Он естественным образом стал символом Франции в коллективном воображении, в кино и графике, а также в литературе и поэзии.

Что Эйфелева башня представляет для французов?

В течение 130 лет Эйфелева башня была мощным и отличительным символом города Парижа и, соответственно, всей Франции. Сначала, когда он был построен для Всемирной выставки 1889 года, он поразил весь мир своей высотой и смелым дизайном и символизировал французское ноу-хау и промышленный гений.

Памятник, известный во всем мире и уникальная туристическая достопримечательность, Эйфелева башня верно сопровождает жителей Парижа и его пригородов в их повседневной жизни. Поднимаясь на высоту 324 метра, его можно увидеть со всего Парижа и за его пределами днем ​​и ночью до часа ночи благодаря его освещению, мерцающему освещению в определенное время и маяку, который простирается на 80 км на 360 градусов. .

Эйфелева башня была свидетелем, а иногда и участником важных событий, как роскошных, так и трагических, в истории Франции.В первые годы Эйфелева башня была продуктивной лабораторией для научных экспериментов, в частности для беспроводной телеграфии, что спасло ее от разрушения по истечении первоначально запланированного периода в 20 лет.

Судьба

Tower также тесно связана с техническими достижениями в области радио и телевидения. Установки и передатчики TDF на его вершине транслируют все цифровые наземные теле- и радиоканалы для 12 миллионов жителей Иль-де-Франс.

Сегодня ночью на Эйфелевой башне выключают огни в память о жертвах драматических событий по всему миру.Даже больше, чем символ, он стал средством выражения для города Парижа и всей Франции.

Почему Эйфелева башня имеет такую ​​форму?

Сначала мы должны вернуть Эйфелеву башню в ее исторический контекст. Два инженера, работавшие в компании Гюстава Эйфеля, в 1884 году задумали построить металлическую башню высотой 300 метров для Всемирной выставки 1889 года в Париже.

Эти инженеры были специалистами по крупным металлическим конструкциям, таким как мосты, железнодорожные станции, виадуки и т. д.Вполне естественно, что на первом эскизе 300-метровой Башни, полученном на основе расчетов этих двух инженеров, изображен пилон с 4 опорами, каждая из которых состоит из 4 прочных балок, соединенных между собой открытыми перемычками, поднимающимися по диагонали к встретиться на вершине.

Все эти формы и изгибы просто напоминают самые большие виадуки, построенные Эйфелем примерно в то же время!

Мост Мария Пиа в Порту — Открытка

За сколько дней построили Эйфелеву башню?

Эйфелеву башню построили в рекордно короткие сроки: 2 года, 2 месяца и 5 дней.С конца января 1887 года по 31 марта 1889 года. Помимо технического и архитектурного мастерства, быстрое строительство Башни также представляло собой беспрецедентное достижение того времени.

Законно ли фотографировать Эйфелеву башню ночью?

Нет ничего, что запрещало бы фотографировать Эйфелеву башню ночью. Частные лица могут свободно фотографировать Эйфелеву башню ночью для личного использования или, например, для публикации в социальных сетях.

Для профессионалов дело обстоит иначе: различная иллюминация Эйфелевой башни (золотая, блестки, маяк, иллюминация для торжественных мероприятий) защищена авторским правом.Таким образом, любые ночные фотографии Эйфелевой башни, используемые профессионалами в профессиональных целях, требуют предварительного разрешения SETE (Société d’Exploitation de la tour Eiffel — управляющей фирмы Эйфелевой башни) и, в конечном итоге, оплаты прав на использование.

Эйфелева башня — произведение искусства?

Вначале никто не считал Башню произведением искусства, потому что это была работа архитекторов и инженеров! Идея 300-метровой башни возникла в то время в рамках подготовки к Всемирной выставке 1889 года.

К Ярмарке 1886 года был объявлен конкурс на «изучение возможности возведения железной башни с квадратным основанием со стороной 125 метров и высотой 300 метров». Среди 107 других проектов был выбран проект Гюстава Эйфеля, разработанный инженерами Морисом Кохлином и Эмилем Нугье и архитектором Стивеном Совестром.

© E.Livinec-SETE

Сколько людей погибло при строительстве Эйфелевой башни?

При строительстве Эйфелевой башни серьезных травм и погибших не было.

Что означает Эйфелева башня?

Эйфелева башня получила имя своего создателя, Гюстава Эйфеля, французского предпринимателя и инженера XIX века, который специализировался на строительстве крупных металлических конструкций (мосты, вокзалы, виадуки).

Сколько людей ежегодно посещают Эйфелеву башню?

Каждый, кто посещает Париж, обязательно должен увидеть эту достопримечательность. Каждый год чуть более 6 миллионов человек поднимаются на Эйфелеву башню. Эйфелева башня открыта каждый день и даже ночью с 9:30 до 23:45, а летом с 9:00 до 00:45.

Сколько этажей у Эйфелевой башни?

Башня состоит из трех этажей, открытых для публики: 1-й этаж, 2-й этаж и вершина. 2-й этаж имеет 2 уровня, как и вершина (закрытый нижний уровень и верхний уровень под открытым небом). Наши посетители могут подняться на первые два этажа либо по лестнице, либо на лифте. Подъем со 2 этажа на вершину возможен только на лифте.

Каков вес Эйфелевой башни в тоннах?

Эйфелева башня весит примерно 10 100 тонн.Один только металлический каркас весит 7300 тонн, а краска, защищающая конструкцию, весит «всего» 60 тонн!
 

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

видов материалов | Поговорим о науке

Все, что мы делаем, состоит из одного или нескольких материалов. Разные материалы имеют разные свойства . Из-за этих различных свойств их можно использовать для создания многих видов объектов.Материалы могут быть мягкими или жесткими. Они могут быть гибкими или жесткими. Они могут быть тонкими или очень сильными. Рассмотрим несколько примеров различных материалов.

Дерево

Древесина может быть классифицирована либо как твердая древесина , либо как мягкая древесина .

Твердая древесина происходит от лиственных деревьев . Это деревья, которые осенью сбрасывают листву. Твердая древесина обычно используется для изготовления мебели и в строительных проектах, которые должны служить долго.Примерами лиственных пород являются дуб, клен и орех.

Мягкая древесина получается из хвойных деревьев. Хвойные, или вечнозеленые, деревья сохраняют свою хвою круглый год. Большая часть древесины или древесины, подготовленной для строительства, производится из хвойных пород деревьев. Хвойная древесина обычно используется в частях зданий, таких как окна и двери. Он также используется в некоторых видах мебели. Примерами хвойных пород являются сосна, пихта и ель.

Предупреждение о неправильном представлении

Термины «лиственная древесина» и «хвойная древесина» не относятся к твердости древесины дерева.Эти термины относятся к тому, как дерево воспроизводится. Хвойные (хвойные) деревья размножаются семенами в шишках. Лиственные (лиственные) деревья размножаются семенами, полученными из плодов или цветов.

Разные виды деревьев производят древесину с разными свойствами. Но все виды древесины имеют некоторые общие физические характеристики. Во-первых, древесина прочная. Его сила зависит от его зерна . Зерно – это естественное направление роста волокон в древесине. Древесина очень устойчива к сжатию при приложении силы в направлении волокон.Но он может легко сломаться, если к волокну приложить силу.

Древесина также имеет интересные отношения с водой. Это очень плавучий материал . Это означает, что он может плавать. Вот почему древесина часто используется для изготовления кораблей и лодок. Но дерево также гигроскопично . Это означает, что он может поглощать воду. Некоторые виды древесины могут поглощать и удерживать много воды. Эту характеристику важно учитывать при выборе древесины для проекта. Если древесина содержит слишком много воды, она может в конце концов сгнить .Когда древесина гниет, она ломается.

Знаете ли вы?

Пробковая древесина — одна из самых легких и наименее плотных пород дерева, но технически она считается твердой древесиной, потому что деревья, которые ее производят, создают семена!

Древесные волокна из разных пород дерева (Источник: Anonimski через Wikimedia Commons).

 

Металлы

 

Металлы являются одними из наиболее важных материалов, используемых в производстве и строительстве. Некоторыми примерами металлов являются железо, алюминий, медь, цинк, олово и свинец.Многие металлы, которые мы используем сегодня, представляют собой сплавы . Сплавы получают путем соединения двух или более металлов. Они также могут сочетать металл с неметаллическим материалом. Сплавы изготавливаются для придания металлу новых характеристик. Такие вещи, как повышенная твердость или прочность. Например, сталь представляет собой сплав железа, содержащий небольшое количество углерода.

Все металлы имеют три основных характеристики: 

  • Блеск : они блестят при разрезании или царапании 
  • Пластичность : хотя они и прочные, их можно согнуть или придать им форму с помощью нужного количества тепла и силы
  • Электропроводность : они проводят тепло и электричество

Но отдельные металлы имеют разные свойства.Металлы и металлические сплавы обычно выбирают для объектов, исходя из их свойств. В предметах домашнего обихода используются многие виды металлов, от меди до стали и даже золота!

По часовой стрелке сверху слева: стальной молоток, гаечный ключ, винты, ключ и замок, серебряные столовые приборы, железная сковорода, алюминиевая банка для напитков, оловянная лейка, латунный кран, золотое кольцо, медный чайник

(Поговорим о науке с использованием изображений Джоанны Паккала). через Pixabay, Pashminu Mansukhani через Pixabay, Momentmal через Pixabay и через Pixabay, Lebazele через iStockphoto, danielsbfoto через iStockphoto, Stable007 через iStockphoto и GaryTalton через iStockphoto).

Многие металлы подвержены коррозии. Коррозия — это химическая реакция, при которой металл взаимодействует с кислородом. Иногда это хорошо, потому что укрепляет металл. Но когда железо или сталь реагируют с кислородом, образуется ржавчина . Коррозия может в конечном итоге полностью превратить металл в ржавчину.

Керамика

Керамика часто определяется тем, чем она не является. Это неметаллические и неорганические твердые вещества . Это означает, что они не сделаны из металла, дерева, пластика или резины.Их изготавливают путем обжига глины, песка и других природных материалов при очень высоких температурах.

Несколько примеров керамики: кирпич, плитка и бетон. Керамические материалы используются для изготовления всего: от домов, в которых мы живем, до кастрюль, в которых мы готовим пищу, и зубных имплантатов для наших зубов. Его даже используют для изготовления изоляционных плит на космических кораблях! Стекло (см. ниже) также является керамикой. Итак, вы окружены керамикой и можете об этом не знать!

Основные свойства керамики:

  • Обычно твердые
  • Термостойкие: имеют высокую температуру плавления
  • Устойчив к химической коррозии
  • Они не проводят тепло или электричество: это означает, что они являются хорошими изоляторами

Некоторые виды керамики, такие как стекло и фарфор, также могут быть хрупкими (их легко разбить).Тем не менее они могут прослужить очень долго.

Слева направо: фарфоровые горшки с крышками, куклы с фарфоровыми головами и фарфоровыми зубами (Let’s Talk Science с использованием изображений Loamaresort [CC BY-SA] через Wikimedia Commons, JohnGollop через iStockphoto и seb_ra через iStockphoto).

 

Стекло

Стекло — один из самых универсальных материалов, созданных человеком. Стекло состоит в основном из песка, который состоит из диоксида кремния . Когда песок нагревается до очень высокой температуры (около 1700°C), он становится жидкостью.Когда он снова остывает, он подвергается полной трансформации и становится прозрачным твердым телом.

Стекло, с которым мы больше всего знакомы сегодня, называется натриево-известково-кремнеземное стекло . Он состоит в основном из песка, но также и из некоторых других ингредиентов. Кальцинированная сода, состоящая из карбоната натрия, снижает температуру плавления песка. Это означает, что его не нужно нагревать до такой высокой температуры, прежде чем он превратится в жидкость. Но кальцинированная сода также делает стекло водорастворимым . Это означает, что он может растворяться в воде! Чтобы этого не произошло, добавляют известняк или карбонат кальция.

Когда смесь жидкого стекла немного остынет, ее можно использовать по-разному. Его можно залить в форму для создания таких вещей, как бутылки или лампочки. Его также можно «плавать», чтобы создать идеально ровные листы, которые станут окнами или зеркалами. Затем смеси дают остыть и стать твердой.

Основные свойства стекла:

  • прозрачность: сквозь нее видно
  • теплостойкость: трудно плавится
  • твердость: неразрушимость

Вы можете не думать, что стекло очень прочное.Но предметы, с которыми вы знакомы, такие как лампочки и стаканы для воды, сделаны из очень тонких кусочков стекла. Если бы у вас был очень толстый кусок стекла (подумайте о кирпиче из стекла), он был бы очень прочным!

Когда люди изготавливают стеклянные предметы, они могут добавлять различные ингредиенты, чтобы придать стеклу новые свойства. Например, жаростойкое стекло, такое как Pyrex, содержит оксид бора. Стекло, используемое для изготовления декоративных хрустальных предметов, таких как вазы и статуэтки, содержит оксид свинца. Это позволяет легче его резать.Витражное или цветное стекло имеет разные цвета, потому что металлы добавляются, когда оно находится в жидкой форме!

По часовой стрелке сверху слева: мерный стакан из пирекса, шарики, колба Эрленмейера, стеклянная лошадь, увеличительное стекло, очки, лампочка и витраж

(Let’s Talk Science с использованием изображений: NoDerog через iStockphoto, Ekely через iStockphoto, ThomasVogel через iStockphoto, Laurenty через iStockphoto, AnthiaCumming через iStockphoto, Olga_sweet через iStockphoto, KenDrysdale через iStockphoto и Eugenesergeev через iStockphoto).

Пластик

Пластмассы бывают разных форм. Их используют для изготовления самых разных продуктов. Молекулы пластика состоят из длинных цепочек. Эти молекулы называются полимерами .

Знаете ли вы?

Слово «пластик» происходит от греческого «plastikos», что означает «способный принимать форму».

Большинство пластмасс являются либо термопластами, либо термореактивными пластмассами. Термопласты нагревают, а затем формуют.Позже их можно разогреть и изменить форму. Большинство пластиковых бутылок термопластичны. Термореактивные пластмассы можно нагревать и формовать только один раз. Термореактивные пластмассы используются для изготовления таких вещей, как электрическая изоляция, обеденные тарелки и автомобильные детали.

Пластмассы обладают многими полезными свойствами. Они:

  • Обычно просты и недороги в производстве
  • Прочный и долговечный 
  • Устойчивость к электричеству и воде
  • Стойкий ко многим видам химической коррозии

Но эта долговечность и устойчивость к повреждениям также могут быть проблемой.Пластик может очень долго разлагаться. Пластиковые бутылки разлагаются примерно 450 лет. Пластиковые пакеты для покупок могут храниться до 10 000 лет! Вот почему так важно перерабатывать пластик . Термопласты подлежат вторичной переработке, а термореактивные пластмассы — нет. Когда это возможно, лучше выбирать термопласты, а не термореактивные пластмассы, чтобы пластику можно было дать новую жизнь после использования.

Ассортимент пластиковых предметов, включая миску, бутылку с водой, чашку, упаковочный материал, сумку, столовые приборы, шприц, компакт-диск (CD), калькулятор, ленту, прищепку и кухонный таймер (Источник: Cjp24 [общественное достояние] на Викискладе).

Текстиль

Слово «текстиль» первоначально относилось к тканым тканям. Теперь это обычно относится ко всем волокнам, пряже и тканям. Текстиль может быть изготовлен из натуральных материалов, таких как шерсть и хлопок, или из синтетических материалов, таких как полиэстер. Текстиль используется для изготовления одежды, ковров и многих других изделий.

Знаете ли вы?

Самые ранние текстильные изделия восходят к 5000 г. до н.э. Некоторые из старейших форм текстильного производства включают изготовление сетей и плетение корзин.

Текстиль состоит из множества крошечных частей, называемых волокнами . Текстильные волокна должны обладать особыми свойствами, чтобы их можно было прясть в пряжу или превращать непосредственно в ткани. Они должны быть прочными, гибкими, эластичными и долговечными. Волокна с этими свойствами могут быть превращены в пряжу и ткани с аналогичными свойствами.

Но не все волокна обладают одинаковыми свойствами. Одни теплее, другие прочнее, третьи мягче и комфортнее. Иногда для достижения желаемых свойств готового текстильного изделия требуется смесь волокон!

Разнообразие тканей, включая хлопок слева и шелк и вискоза справа (Источник: oonal через iStockphoto).

Кожа

Традиционная кожа изготавливается из шкур животных. Производится синтетическая или искусственная кожа. Кожа используется для изготовления всего: от автомобильных сидений до мебели, футбольных мячей и сумок. Он прочный и имеет естественную отделку. Эти свойства трудно воссоздать с помощью синтетических материалов.

Знаете ли вы?

Около 65% кожи производится коровами. Остальные 35% поступают в основном от овец, свиней и коз.

Воловья кожа часто используется для изготовления традиционной кожи.Он толстый и прочный, из него часто делают куртки, пальто и мебель. Овчина обычно дубленая с мягкой шерстью, все еще прикрепленной к коже. Из него делают куртки, пледы и тапочки. Из свиной кожи делают удобную и водостойкую кожу. Из него изготавливают обувь, перчатки и некоторые виды спортивного инвентаря. Козья кожа очень мягкая и податливая . Его часто используют для изготовления сумок, перчаток и ковриков. Шкуры других животных, таких как змеи, аллигаторы, крокодилы, страусы и даже рыбы, также могут быть использованы для изготовления кожи.

Искусственная кожа обычно изготавливается из смеси натуральных и синтетических волокон, покрытых пластичным полимером. Этот материал имитирует свойства натуральной кожи. Как и натуральная кожа, искусственная кожа мягкая на ощупь и водостойкая. Хотя искусственная кожа не так прочна, как традиционная кожа, ее трудно разрезать или порвать. Поэтому его часто используют для изготовления мебели.

Существуют этические опасения по поводу традиционной кожи, потому что это продукт животного происхождения.Но поскольку традиционная кожа изготавливается из натурального материала, она может биоразлагаться, или разрушаться естественным путем. Искусственная кожа больше похожа на пластик и очень долго разлагается.

По часовой стрелке сверху слева: книги в кожаных переплетах, пальто из кожи и овчины, сумки и ремни из кожи аллигатора, сапоги из кожи и змеиной кожи (Let’s Talk Science с использованием изображений Ника Макфи [CC BY-SA 2.0] через Wikimedia Commons, Sekmous [CC BY -SA 3.0] через Wikimedia Commons, Сергейрыжов через iStockphoto и Photovideostock через iStockphoto).

Бумага и картон

Бумага — важный материал, который многие люди используют каждый день. От чтения газет до рисования картин и упаковки подарков вы, вероятно, не понимаете, как часто вы используете бумагу. Бумагу также можно использовать для изготовления других материалов, таких как картон .

Бумага изготовлена ​​из материала, называемого целлюлозой . Пульпа производится из древесных волокон, смешанных с водой. Эти волокна обычно получают из хвойных пород деревьев, таких как ель и сосна. Чтобы сделать бумагу, деревья режут и удаляют кору.Затем древесину измельчают на мелкие кусочки и смешивают с водой для получения целлюлозы. Пульпа подвергается химической обработке, затем прессуется и высушивается.

Эта фабрика производит бумагу и картон из переработанной бумаги с помощью машины Fourdrinier (Источник: orenosoppelsa через iStockphoto).]

 

Картон состоит из нескольких слоев бумаги. Гофрированный картон состоит из двух листов плоской бумаги, между которыми третий лист бумаги гофрирован или согнут в форме волны.Конечный продукт получается жестким, прочным и очень легким. Этот картон можно сложить и склеить для создания коробок или других упаковочных материалов.

Резина

Существует два основных типа каучука: натуральный каучук и синтетический каучук. Натуральный каучук производится из латекса , который производится растениями. Синтетический каучук производится с использованием смеси химических веществ. Синтетический каучук во многом похож на натуральный каучук. Его можно использовать в шинах, шлангах, ремнях, напольных покрытиях и многом другом.

По часовой стрелке сверху слева: автомобильные шины, надувные мячики, ластик, клубок резинок, хирургические перчатки, воздушные шары, ботинки.

(Источники: urfinguss через iStockphoto, wolv через iStockphoto, Floortje через iStockphoto, subjug через iStockphoto, kgfoto через iStockphoto, Liliboas через iStockphoto и APCortizasJr через iStockphoto).

Знаете ли вы?

Если вы когда-нибудь собирали одуванчик, вы, возможно, видели молочно-белую жидкость на внутренней стороне стебля. Это латекс!

Почти 99% натурального каучука в мире производится из латекса растения под названием Hevea brasiliensis .Это растение широко известно как каучуковое дерево. Латекс подвергается ряду различных процессов, чтобы превратиться в универсальный упругий материал, который мы называем «резиной». Сначала его «пережевывают», затем в него добавляют химические вещества. Затем его сжимают и растягивают, а затем готовят при температуре около 140°C, чтобы он сохранял свою форму. Конечный продукт прочный, эластичный, эластичный, долговечный и водонепроницаемый. Его можно использовать для изготовления самых разных товаров, от ластиков для карандашей до кроссовок и гидрокостюмов!

 

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.