Урок 11. конструкционные материалы и их использование — Технология — 5 класс

Урок

Конспект

Дополнительные материалы

Конструкционные материалы

Заполните пропуски в тексте, выбрав правильные варианты ответа из выпадающего меню.

К

неметаллическим

металлическим

композиционным

конструкционным материалам относятся чёрные и цветные металлы.

Благородные

Чёрные

Цветные

металлы – это сплавы на основе

железа

никеля

золота

. Такими сплавами являются чугуны и стали.

Благородные

Чёрные

Цветные

металлы – это сплавы на основе алюминия, магния, титана, меди, свинца, олова, никеля.

Композиционные материалы

Выделите цветом композиционные материалы.  

• Стеклопластик
• Чугун
• Бронза
• Резина
• Стекло
• Углепластик
• Металлокерамика
• Керамика

Неметаллические конструкционные материалы

Выделите цветом материалы, относящиеся к неметаллическим конструкционным материалам.

• Древесина
• Чугун
• Бронза
• Резина
• Стекло
• Металлокерамика
• Керамика

Металлические конструкционные материалы

Решите кроссворд.

Металлические конструкционные материалы

Разделите сплавы по соответствующим категориям.

Подсказка

Сталь и чугун – сплавы железа и углерода. Латунь – сплав меди и цинка. Бронза – сплав меди и олова.

Сталь

Чугун

Латунь

Бронза

Неметаллические конструкционные материалы

Решите кроссворд.

Неметаллические конструкционные материалы

Заполните пропуски в тексте, выбрав правильные варианты ответа из выпадающего меню.

Дерево

Пластмасса

Древесина

как конструкционный материал – один из самых древних материалов, используемых человеком. Следует понимать различие между понятиями дерево и древесина.

Дерево

Древесина

– это живое растение, а

дерево

древесина

это уже материал, являющийся сырьём для производства множества изделий. 

Неметаллические конструкционные материалы

Подчеркните неметаллические конструкционные материалы.

• Гранит
• Бетон
• Стеклопластик
• Стекло
• Пластмасса
• Углепластик
• Латунь

Конструкционные материалы

Распределите материалы по соответствующим группам.

Стеклопластик

Углепластик

Металлокерамика

Пенопласт

Органическое стекло

Полиэтилен

Металлические конструкционные материалы

Выберите изделия, которые делают из чугуна.

Металлические конструкционные материалы

Подберите термины к определениям, чтобы увидеть рисунок. В качестве ответа укажите номер правильного ответа из списка.

• Чёрные и цветные металлы.
• Сплавы на основе железа.

Сплавы на основе алюминия, магния, титана, меди, свинца, олова, никеля.

Конструкционные материалы

Установите соответствие между конструкционным материалом и его типом.

Металлокерамика

Неметаллический

Металлический

Композиционный

Конструкционные материалы

Заполните пропуски в тексте, выбрав правильные варианты ответа из выпадающего меню.

Неметаллическими

Металлическими

конструкционными материалами являются древесина, пластмасса, резина, стекло, керамика, бетон и другие материалы. Древесные материалы, стекло и бетон обязательны при

строительстве

машиностроении

. В настоящее время на смену металлам часто приходят

пластмассы

камни

.

Неметаллические конструкционные материалы

Разделите неметаллические конструкционные материалы на соответствующие группы.

Подсказка

Мрамор и гранит – горные породы.

Гранит

Древесина

Мрамор

Керамика

Пластмасса

Стекло

Строительные материалы будущего — Будущее

Технология материалов и проектирование зданий и сооружений могут не звучать также интересно, как, скажем, квантовая физика или палеонтология, но они влияют на нашу повседневную жизнь гораздо больше, чем любая другая наука

От пластического инвентаря до теплоизоляции дома — они буквально строят мир вокруг нас. За последние несколько лет исследователи этого направления разработали самовосстанавливающиеся материалы, революционные системы охлаждения и отопления зданий, а также технологии, которые позволяют зданиям, как живым растениям, очищать воздух от скопившегося смога.

3D-напечатанные кирпичи

Кирпичи Cool Bricks не просто круто выглядят, они еще и выполняют одну очень важную функцию. Эти необычные 3D-напечатанные бокситовые кирпичи обладают особой структурой, которая позволяет им охлаждать помещения всего лишь благодаря воде и весьма давно известной технике испарительного охлаждения. Созданы эти кирпичи дизайнерской компанией Emerging Objects, которая всеми силами старается продвинуть технологии 3D-печатного строительства зданий. Еще одной особенностью Cool Bricks является то, что они модульные: сложив достаточное количество таких кирпичей вместе, можно создать отличную систему охлаждения комнаты или даже целого дома.

Жидкий гранит

По словам создателей этого строительного сырья, оно может полностью заменить цемент в бетоне. Жидкий гранит — материал легкий и имеет такую же грузоподъемность, что и цемент, однако, он сделан из переработанных веществ.Жидкий гранит не имеет никакого влияния на экологию, как, например, цемент или бетон. Он состоит от 30 до 70 процентов из переработанного материала и на одну треть из цемента. За счет этого снижается объем выбросов углерода в атмосферу.Наконец, жидкий гранит удивительно огнеустойчив. Он может выдержать температуру до 1100 градусов Цельсия, сохраняя при этом свои структурные свойства. Это отличает его от бетона, который взрывается при высоких температурах.

Здания-смогопожиратели

Здания, которые очищают окружающую среду от загрязнений, — звучит фантастично, правда? Однако технология уже создана. Кому-то может показаться, что в угоду технологии такие здания теряют свой эстетический вид, однако я бы не сказал, что здание на картинке выше выглядит уродливо. Футуристично? Да. Но не уродливо. Такой внешний вид зданию придает белый «экзоскелет» из биодинамического бетона, который поглощает частицы смога, превращает их в инертные соли и тем самым очищает окружающий воздух. Это удивительное здание является павильоном Всемирной выставки «Экспо-2015».

Энергия водорослей

Немецкий город Гамбург является домом первого в мире здания, питание для которого обеспечивают водоросли. Строение используется в качестве экспериментального испытательного центра для новых разработок городского энергообеспечения. Фасад здания BIQ House состоит из «биогенераторов», заполненных живыми водорослями, которые очень быстро растут под прямыми солнечными лучами и создают естественную тень. Водоросли также производят биомассу (пищу) и электричество, которое используется для питания здания. В общем и целом водоросли представляют собой еще одну дополнительную альтернативу естественным источникам возобновляемой энергии.

Чувствительный кафель

Представьте, что идя по кухне, чтобы добраться до холодильника, по траектории вашего пути пол мерцает, освещая вам дорогу. Такое возможно благодаря SenseTile или, другими словами, чувствительным плиткам. Плитка производится таким образом, что среди пластов прессованы волоконно-оптические каналыпередачи, которые распространяют свет от одной точки к другой, создавая при движении по ним мерцающий эффект.Материал доступен в качестве напольных покрытий также и в ванных комнатах и даже на потолках. Мерцающие огни могут следовать за вами по всему дому.

Самовосстанавливающийся бетон

Один из самых сложных вопросов, с которыми приходится сталкиваться при строительстве, — долговечность конструкции. Никто не хочет тратить огромные деньги и кучу времени на восстановление зданий. Голландские исследователи разработали новый тип цемента, который самостоятельно восстанавливает сам себя, используя определенный тип живых бактерий и лактат кальция. Бактерия, содержащаяся в цементе, поглощает этот лактат кальция и производит известняк, который заполняет трещины и практически до изначального состояния восстанавливает целостность бетона. Этот удивительный концепт «живого бетона» может сэкономить массу времени и материалов для ремонта, так как все необходимые материалы будут заложены в него изначально.

Гибкий бетон

Традиционный бетон очень хрупкий сам по себе: он трескается при любом изгибе. Новый тип материала изармированных волокон может положить конец этой проблеме. Этот тип бетона в 500 раз устойчивее к трещинам, чем обычный бетон. Все это благодаря крошечным волокнам, на долю которых приходится два процента его состава. При сгибе они предотвращают поломку.Заслуга в гибкости, впрочем, не только волокон, но также и других материалов. Благодаря этому, срок годности бетона удлиняется.

Гибкие соты

Название Flexicоmb говорит само за себя. Разработанный в лабораториях Дэна Готтлиба (Dan Gottleib)этот материал представляет собой гибкую форму медовых сот, которые могут быть использованы для создания светильников, мебели и даже скульптур.Материал состоит из тысячи плотно упакованных полипропиленовых труб, согнутых таким образом, что выпуклая часть остается снаружи, а жесткая — изнутри. Flexicоmb настолько универсален, что его можно будет использовать практически для любых целей. Не говоря уже о том, что выглядит он удивительно.

Стеклянная черепица для крыши

Шведская компания SolTech разработала красивую стеклянную черепицу для крыши домов, которая может использоваться в качестве системы обогрева. Выполненная в стиле испанской терракотовой плитки, разработка шведских изобретателей пропускает солнечный свет, который может использоваться для нагрева воды в стационарных системах подогрева, экономя при этом солидный счет за электричество.

Углеродное волокно

Углеродное волокно является очень прочным и в то же время легким материалом. Оно в пять раз прочнее и два раза жестче стали, а весит при этом на две трети меньше.Материал создается из углеродных нитей, которые тоньше человеческого волоса. Пряди сплетаются вместе, как ткань, и их можно формировать под любую модель. Помимо того, что волокно прочное, оно еще и гибкое, так что это идеальный материал для строительства в районах, подвергаемых воздействию ураганов и других природных катаклизмов.

«Умные» окна

Чтобы не стать заложником постоянного или неприятного вида из окна, производители электроники искушают будущих пользователей возможностью наслаждаться ландшафтом мечты, который может меняться в зависимости от их вкусов. К этому разряду следует отнести устройство, названное производителем «Eye+» (Глаз +), которое является 46-дюймовым LED экраном, отображающим выбранные клиентом видеофильмы с живописными видами. Технология позволяет изменять перспективу в соответствии с тем, под каким углом падает взгляд человек на «Eye+».

Корейская компания Samsung на выставке CES два года назад продемонстрировала «Transparent Smart Window» — окно будущего, которое ещё десяток лет назад могло появиться только в научно-фантастических фильмах.

Устройство представляет собой 46-дюймовый экран и свободно переходит от функции обычного пластикового окна до роли дисплея, на котором можно запустить любое приложение. «Умное» окно также выполняет функцию термометра, часов и жалюзи.

Дом из грибов

Одним из продуктов, которым нас наградила мать-природа, являются грибы. А вы знали, что грибы — это еще и отличный строительный материал? Компания Ecovative, например, придумала способ использования мицелия (вегетативной части тела грибов) и построила из грибов первый в мире дом. Компактное жилище размером 3,6 x 2,1 метра легко уместить в перевозной трейлер. Грибы рассматриваются компанией как устойчивый и более экологически чистый материал, так как этот материал растет сам, а не производится. Кроме того, грибы обладают естественной огнеустойчивой защитой, что делает их гораздо безопаснее, например, в качестве утеплителя и шумоизоляции, по сравнению с обычными изоляционными материалами.

Источник: жж-блог «Прошлое и будущее»

Похожее

Э_Г_Бабенко конструкционные материалы

Д.И. Менделеева 86 (более 78 %) относятся к металлам и подобрать при таком многообразии абсолютно точное определение – задача почти безнадежная. Поэтому на сегодняшний день важнейшим признаком металла является последнее свойство – отрицательный температурный коэффициент электрической проводимости, т. е. понижение электропроводимости

сростом температуры и наоборот.

Вобщем случае металлы делятся на две большие группы: черные (железо и сплавы на основе железа) и цветные (алюминий, магний, цинк, никель, медь, титан и др.). Помимо черных и цветных металлов и сплавов различают: легкие (магний, бериллий, алюминий, титан), благородные (серебро, золото, платина, палладий, родий, осмий, рутений), редкоземельные (лантаноиды), щелочноземельные (натрий, калий, цинк), тугоплавкие (вольфрам, молибден, тантал, ниобий), легкоплавкие (цинк, ртуть, олово, свинец, висмут, сурьма, галлий, германий), урановые (актиноиды). Часть элементов Периодической системы Д.И. Менделеева (кремний, теллур, селен, германий) являются промежуточными между металлами и неметаллами.

1.2. Строение металлов

Известно, что атом любого элемента состоит из положительно заряженного ядра и отрицательных электронов. Внешние (валентные) электроны металлов (в отличие от неметаллов) с ядром связаны слабо. Поэтому атомы металлов легко теряют валентные электроны, которые свободно перемещаются в межатомном пространстве, образуя так называемый электронный газ. Атомы, потерявшие валентные электроны, превращаются в ионы. Так как электроны электронного газа в одинаковой степени принадлежат всем ионам металла и не связаны с отдельными атомами, то металлическая межатомная связь не имеет направленного характера.

Наличие таких коллективизированных электронов формирует характерные свойства металлов. Высокая пластичность предопределяется тем, что ионы как бы плавают в облаке электронного газа. При смещении отдельных объемов металла связь между ионами не нарушается и разрушение не происходит.

Наличием электронного газа объясняются высокие электро- и теплопроводимость металлов. С увеличением температуры колебания ионов усиливаются, что затрудняет перенос зарядов электронами. И, наоборот, при понижении температуры электропроводимость растет, что в ряде случаев вызывает явление сверхпроводимости.

Характерный металлический блеск является результатом взаимодействия свободных электронов с электромагнитными световыми волнами.

Разработка урока «Понятие конструкционного материала. Металл, древесина, ткань как конструкционный материал» — К уроку — Технология

Паринова И.В. — учитель технологии  
МБОУ СОШ №91 г. Воронеж

РАЗРАБОТКА
УРОКА ТЕХНОЛОГИИ

Вводная
часть:

1 Класс
5

2 Тема урока
— Понятие конструкционного материала.
Металл, древесина, ткань — как конструкционный
материал.

3 Тип урока
— Урок изучения нового материала с
использованием мультимедийной
презентации.

4 Программа
— Модифицированная программа по курсу
технология для неделимых 5-8 классов
составленная на основе федерального
компонента государственного стандарта
основного общего образования.

5 УМК
— Учебники под редакцией В.Д.Симоненко
«Технология» (Обслуживающий и Технический
труд).

6 Соответствие
стандарту образования:
Используемый учебный материал
конкретизирует содержание учебных тем
программы, согласно действующим
образовательным стандартам основного
общего образования.

7 Компетенции,
развивающиеся на этом уроке:

Учебные компетенции:

— Связывать воедино
и использовать отдельные части знаний
в области истории, знаний о природе и
окружающем мире.

Исследовательские
компетенции:

— Получать и
обрабатывать информацию

— Видеть связи
между настоящими и прошлыми событиями
в истории развития человечества.

— Обращаться к
различным источникам знаний и их
использовать в своей образовательной
деятельности.

Коммуникативные
компетенции:

— Выслушивать своих
товарищей и принимать во внимание их
мнение.

— Высказывать своё
мнение и выступать на публике.

8 Место данного
урока в системе уроков по определённому
разделу:
Данная тема урока является вводным
уроком в разделе программы 5 класса —
Материаловедение.

9 Межпредметные
связи:
История Древнего мира 5 класс, География.
Окружающий мир.

План
конспект урока:

Цель урока:
Познакомить учащихся с понятием
конструкционный материал, видами
конструкционных материалов и их
классификацией.

Задачи урока:

Способствовать
формированию новых понятий по разделу
материаловедение.

Обеспечить условия
развития мышления, обогащению словарного
запаса, привития интереса к предмету,
умений анализировать, устанавливать
закономерности, обобщать и делать
выводы.

Способствовать
воспитанию дисциплинированности,
внимательности и уважительного отношения
друг к другу.

Оборудование
урока:
Компьютер, мультимедиапроектор.

Наглядный
материал: Образцы
конструкционных материалов: (стекло,
металл, дерево, бумага, пластик, ткань…)

Ход урока:

1 Организационный
момент.

2 Сообщение темы
и цели урока. (Слайд
2)

3 Сообщение нового
материала.

Вопрос классу:
(Слайд 3)

Что использовал
человек на раннем этапе своего развития
для удовлетворения своих потребностей?

Рассмотрите
картинки и ответьте на поставленный
вопрос. (Слайд 4)

(Шкуры животных,
каменные орудия, деревянные орудия,
красивые камни, ракушки, семена высушенных
растений из которых делались украшения,
кости убитых животных, из которых тоже
делали орудия охоты и труда.)

Иначе говоря
человек использовал всё что давала ему
природа для того чтобы удовлетворить
свои насущные потребности.

Вопрос классу:

Давайте подумаем
и вспомним, какие потребности должен
был удовлетворять человек, чтобы выжить
в таких тяжёлых условиях дикой природы?
(Слайд 5)

(Потребность
в орудиях труда, орудиях охоты, оружие,
жилище, одежда и предметах домашнего
быта)

Вопрос классу:

Какие материалы
использовал человек для своих нужд?(Слайды
6,7)

Всё, что давала
ему природа (Шкуры животных, деревья и
растения, камни, кости убитых животных)

Но человечество
в своём развитии прошло множество
ступеней. Они характеризовались уровнем
развития цивилизации: — развитием науки,
(т.е. суммой знаний, которым овладевало
человечество), соответственно развитием
техники и технологий и уровнем культуры.
Давайте рассмотрим, как развивались
технологии и материалы, которые
использовал человек на различных
исторических этапах своего развития.

Краткие комментарии
при показе слайдов 8,9,10,11,12,13.

На разных этапах
исторического развития человечества
мы видим, что одни материалы применялись
с древнейших времён до наших дней, другие
материалы начинали использоваться
человеком по мере их открытия и
приобретения навыков их обработки и
использования в своих целях. Таким
образом, мы видим с ростом уровня развития
науки и технологий, и растёт количество
применяемых человеком материалов. Так
что такое же такое конструкционный
материал.

Конструкционный
материал
это материал, из которого изготавливают
детали конструкций машин, сооружений
и множество других изделий. Это материалы
способные воспринимать силовую нагрузку.
Определяющим параметром этих материалов
является механические свойства, что и
отличает их от других материалов.

Давайте теперь
рассмотрим, какие конструкционные
материалы бывают. Конструкционные
материалы подразделяются по природе
материалов на металлические, неметаллические
и композиционные. (Слайд 15)

Металлические
конструкционные материалы
(Слайд 16) это различные сплавы, компонующееся
из различных металлов, которые выпускает
наша металлургическая промышленность.
Но в природе металлов в чистом виде
существует очень мало (самородки золота,
серебра, железа…) Поэтому сырьём для
получения металлов служат всевозможные
геологические руды (полезные ископаемые,
залегающие в недрах земли)

Из добываемой руды
по определённым технологиям и плавят
различные металлы и получают различные
сплавы.

(Слайд 17) Таким
образом, металл, как конструкционный
материал это сплавы на основе различных
металлов:

Сталь и чугун это
сплавы на основе железа из него выпускают
основную массу металлических заготовок
и конструкций для машиностроительной
промышленности, строительных материалов
и мн. др.

Алюминиевые сплавы
— служат для изготовления корпусов
самолётов, вертолётов, ракет, морских
судов и различных строительных
конструкций, пищевую фольгу и фантики
для конфет.

Никелевые сплавы,
титановые сплавы и кобальтовые сплавы
применяют в авиационных и ракетных
двигателях, паровых турбинах.

Магниевые сплавы
применяются преимущественно в виде
литья в конструкциях летательных
аппаратов, в автомобилестроении, в
текстильной и полиграфической
промышленности.

Вопрос классу:

Приведите
конкретные примеры использования
металлических конструкционных материалов,
с которыми вы сталкиваетесь в повседневной
жизни?

Неметаллические
конструкционные материалы.
(Слайд 18)

Включают в себя
множество материалов. (Пластики, полимеры,
керамика, стекло, резины, древесина,
ткань, бумага и др.)

Древесина,
как конструкционный материал один из
самых древних материалов используемых
человеком. Следует понимать различие
между понятиями дерево и древесина.
(Слайд 19) Дерево это живое растение, а
древесина это уже материал, являющийся
сырьём для производства множества
изделий. Это натуральный и экологичный
материал не утратил своей актуальности
и сегодня. Но область его применения
значительно сузилась, в основном оно
используется в строительстве и
производстве мебели.

Ткань,
как конструкционный материал, в настоящее
время используется

очень широко.
(Слайд 20) Её применяют в быту, в качестве
отделочных материалов стен помещений,
как текстиль для дизайна комнат. Из неё
изготавливают спортивную обувь и одежду,
для изготовления парусов и различного
туристического снаряжения, специальной
защитной одежды и мн. др. А что же является
сырьём для производства тканей, из чего
её изготавливают?

(Слайд 21) Посмотрите,
на слайде вы видите виды животных и
растений, являющихся изначально сырьём
для производства тканей человеком. В
настоящее время, с развитием химической
отрасли к ним добавились и отходы
нефтехимической и газовоперерабатывающих
отраслей промышленности. Они поставляют
сырьё для производства тканей из
химических волокон.

Вопрос классу:

Приведите
конкретные примеры использования
неметаллических конструкционных
материалов, которые окружают вас?

Композиционные
конструкционные материалы.
(Слайд 22)

Это огромное
множество материалов, достижение наших
современных технологий. Человек научился
компоновать различные виды материалов
между собой. Таким образом, получались
материалы способные сочетать положительные
свойства обеих используемых материалов.
Стекло научились компоновать с пластиком,
тканью и волокнами, получая такие
материалы, как стеклоткань, стеклопластик,
стекловолокно — эти материалы широко
используются в производстве строительных
материалов, судостроении, производстве
спортивного инвентаря. Углепластик —
это очень дорогой в производстве материал
поэтому его используют при производстве
высокотемпиратурных узлов деталей
ракетных двигателей и сверхзвуковых
самолётов. Широко известны сегодня и
такие материалы, как металлопластики
и металлокерамика. Они используются в
машиностроении, при производстве
деталей сопла ракет и реакторов атомных
станций и при производстве множества
строительных материалов.

Закрепление
пройденного материала

Мы сегодня с вами
ознакомились с множеством материалов,
которые используются человеком, новыми
понятиями. Давайте ещё раз вспомним их.

Вопрос классу:

Что называют
конструкционным материалом?
(Слайд 23)

Задание классу:

Разгадайте
кроссворд
(Слайд 24)

1.Первый материал,
который использовал человек для
производства орудий труда.

2. Очень пластичный
материал, основа для изделий в технике
«Оригами»

3. Конструкционный
материал, производимый на основе железа,
сырьё для машиностроения.

4. Неметаллический
конструкционный материал, прозрачный,
пропускающий дневной свет.

5. Неметаллический
конструкционный материал, один из первых
использовался в строительстве, очень
горюч.

6. Неметаллический
конструкционный материал, из которых
делают «обувь» для машин.

7. Растение,
кустарник, являющийся сырьем для
производства хлопчатобумажных тканей.

8. Конструкционный
материал, относящийся к разряду ценных
металлов.

9. Что добывают
геологи в недрах земли и что является
сырьём для производства

различных металлов
и их сплавов?

Подведение итогов
урока:

Вопрос классу:
(Слайд 25) Что
узнали на уроке?

Опираясь
на схемы, которые выведены на слайде,
дети делают вывод о том, с чем
познакомились
на уроке, какие новые понятия узнали.

Уборка кабинета.

Список литературы
для составления конспекта урока:

Характеристика
композиционных материалов: интернет
источники —

http://www.coolreferat.com

http://slovari.yandex.ru/

http://slovari.yandex.ru/книги
/БСЭ/Конструкционные материалы

В, Д. Симоненко
Технология. Базовый уровень: 10-11 классы
Учебник для общеобразовательных школ.-
М. : Вентана-Графф. 2009г.

Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам

Содержание:

Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам

• Общие требования к конструкционным материалам Конструкционные материалы — это материалы, предназначенные для изготовления юридических машин, устройств и инженерных сооружений, подверженных механическим воздействиям. Детали станка и устройства характеризуются разнообразием форм, размеров и режимов работы conditions. It работает при статических, циклических и ударных нагрузках, при низких и высоких температурах, при контакте с различными средами.

Эти факторы определяют требования к конструкционным материалам. Основные из них-эксплуатационные, технические и экономические. Есть эксплуатационные требования! Самый important. To обеспечение работоспособности определенных машин и устройств, конструкционных материалов является обязательным!- Высокая прочность сцепления. Прочность конструкции —.

это совокупность механических свойств, обеспечивающих надежную длительную эксплуатацию материала в условиях эксплуатации
Людмила Фирмаль

Механические свойства, определяющие выбор прочности конструкции и конструкционных материалов, описаны ниже (см. раздел 7.2).Свойства, необходимые для механических свойств материала конкретного изделия, зависят не только от силовых факторов, но и от влияния рабочей среды и температуры. Среда-это жидкое, газообразное, ионизированное излучение, в котором функционирует материал, оказывающее существенное и преимущественно негативное влияние на его механические свойства.

Снижает производительность parts. In в частности, рабочая среда может вызывать поверхностные повреждения вследствие коррозионного растрескивания, окисления и образования накипи, изменения химического состава поверхностного слоя в результате насыщения нежелательными элементами (например, водородсодержащее охрупчивание). кроме того, расширение и локальное разрушение материала в результате ионизации и радиационного облучения является possible.

• To выдерживая рабочую среду, материал должен обладать не только механическими свойствами, но и определенными физико-химическими свойствами: электрохимической коррозионной стойкостью, термостойкостью(окалина-стойкость к химической коррозии), радиационной стойкостью, влагостойкостью, способностью работать в вакууме и др. Температурный диапазон современных материалов очень широк: — 269-1000°с, иногда до 2500°С. C. 

To для обеспечения работоспособности при высоких температурах материалу необходима термостойкость, а при низких температурах-холодостойкость. В некоторых случаях также важно требовать определенных магнитных свойств, электрических свойств, тепловых свойств, высокой размерной стабильности деталей (особенно высокоточных деталей устройства). Технические требования(технологичность материалов)

направлены на минимизацию трудоемкости изготавливаемых деталей и конструкций.

Людмила Фирмаль

Технологичность материала характеризуется возможными способами обработки. Его оценивают по обрабатываемости, давлению, свариваемости, литейности и линеаризуемости при термообработке, склонности к деформации и деформации при резании. Техническая природа материала важна, так как производительность и качество деталей зависят от материала. Экономические требования сводятся к тому, что материал является недорогим и доступным. По возможности сталь и сплавы должны содержать минимум легирующих элементов.

Использование материалов, содержащих вспомогательные элементы, должно быть обосновано улучшением эксплуатационных характеристик деталей. Экономические требования, как и технические требования, также приобретают особое значение в крупномасштабном производстве. Поэтому качественные конструкционные материалы должны соответствовать комплексу требований.

Смотрите также:

Решение задач по материаловедению

Группы обрабатываемых резанием материалов / Workpiece material groups





Каталоги металлорежущего инструмента, оснастки и приспособлений для станков / Cutting tools and tooling system catalogs
					Подборка ссылок из каталогов инструмента для словаря по машиностроению
104 Конструкционные материалы по обрабатываемости Соответствие марок сталей и сплавов по ГОСТ группам ISO PMKNSH и классификации СМС Часть 1	105 Группы конструкционных материалов по обрабатываемости Соотношение марок сталей и сплавов ГОСТ классификации СМС и группам ISO PMKNSH Часть 2	106 Группы обрабатываемости материалов резанием Соотношение марок сталей и сплавов ГОСТ (Россия) классификации СМС и группам ISO PMKNSH Часть 3	767 Обрабатываемость материалов резанием определяет способность материала заготовки быть обработанным, виды износа и характер стружкообразования	1889 Группы конструкционных материалов по обрабатываемости резанием Классификация DIN Сталь Нержавейка Чугун Цветные металлы Жаропрочные сплавы Закаленные	800 Классификация разных материалов по обрабатываемости Группы ISO P M K N S H Величины предела прочности Сила резания Мягкая сталь с низким содержанием у
503 Группы конструкционных материалов по обрабатываемости с примерами марок сталей по национальному немецкому стандарту DIN Описание Содержание углерода	866 Для удобства выбора металлорежущего инструмнета обрабатываемые материалы подразделяются на шесть основных групп, или на 24 подгруппы, которые объединяются	279 Международный стандарт ISO разбивает обрабатываемые материалы на шесть различных групп Каждая группа учитывает структуру материала и его уникальн	280 Основные факторы определяющие обрабатываемость материала при резании Классификация обрабатываемого материала с точки зрения металлургических / ме	283 Материал обрабатываемой заготовки Основные группы Сталь Нержавеющая сталь Чугун Алюминий Жаропрочные сплавы Материалы высокой твердости Различия	284 Механическая обработка материалов резанием Обрабатываемые материалы Выдержка из Coromant Material Classification (CMC) Нижеприведенная таблица по
См. также / See also :
Виды и формы стружки / Shapes and types of chips			Удельная сила резания / Specific cutting force
Обработка нержавеющей стали / Machining stainless steel			Механическая обработка алюминия / Machining of aluminium
Механическая обработка чугуна / Machining cast iron			Обработка закаленных материалов / Machining of hard materials
Аналоги сталей / Workpiece material conversion table			Соотношение твердостей Таблица / Hardness equivalent table
					Примеры страниц из каталогов инструмента для металлообработки
1889 Каталог KENNAMETAL 2018 Инструмент для обработки отверстий Метчики Фрезы Стр. Y191
Группы конструкционных материалов по обрабатываемости резанием Классификация DIN Сталь Нержавейка Чугун Цветные металлы Жаропрочные сплавы Закаленные Группы конструкционных материалов по обрабатываемости резанием Классификация DIN Сталь Нержавейка Чугун Цветные металлы Жаропрочные сплавы Закаленные _ C Композиты CFRP K Чугун обрабаты- ваемый материал группа описание состав предел прочности RM (МПа) твердость (HB) твердость (HRC твердость по Роквеллу, шкала С) обрабатываемый материал по каталогу ANSI P0 Низкоуглеродистые стали, сливная стружка C 0,25% >530 0,25% 600-850 0,25% 850-1400 340-450 35-48 100Cr6,30CrNiMo8, 42CrMo4, C70W2, S6525, X120Mn12 P5 Ферритные, мартенситные и дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали — 600-900 600 180-350 12,2% — G-ALSi12, G-AlSi17Cu4, G-AISi21CuNiMg N4 Сплавы на основе меди, латуни, цинка с обрабатываемостью материала в диапазоне 70-100 CuZn40, Ms60, G-CuSn5ZnPb, CuZn37, CuSi3Mn N5 Нейлон, пластик, резина, смолы и фенольные смолы, стекловолокно Lexan , Hostalen , полистирол, Makrolon N6 Углеродные, графитовые композиты, полимеры, армированные углеродным волокном (CFRP) хлорофторуглерод (ХФУ/CFK), полимер, армированный стекловолокном (GFK) N7 Композитные материалы, упрочненные металлом (MMC) — S1 Жаропрочные сплавы на основе железа — 500-1200 160-260 25-48 X1NiCrMoCu32 28 7, X12NiCrSi36 16, X5NiCrAITi31 20, X40CoCrNi20 20 S2 Жаропрочные сплавы на основе кобальта — 1000-1450 250-450 25-48 Haynes 188, Stellite 6,21,31 S3 Жаропрочные сплавы на основе никеля — 600-1700 160-450 60 — C1 CFRP, CFRP/CFRP — C2 CFRP/цветные металлы — C3 CFRP/жаропрочные сплавы — C4 CFRP/нержавеющая сталь — C5 CFRP/цветные металлы/жаропрочные сплавы — обрабатываемых материалов P сталь N H закаленная сталь M Нержавеющая сталь S
800 Каталог WALTER 2007 Режущий инструмент и инструментальная оснастка Стр. 797
Классификация разных материалов по обрабатываемости Группы ISO P M K N S H Величины предела прочности Сила резания Мягкая сталь с низким содержанием у Классификация разных материалов по обрабатываемости Группы ISO P M K N S H Величины предела прочности Сила резания Мягкая сталь с низким содержанием углерода. Ферритовая сталь с низкой прочностью. 450 1350 021 Автоматная сталь с низким содержанием углерода 400 700 1500 022 Обычная конструкционная сталь и сталь с низким или средним содержанием углерода ( 05 C) 450 550 1500 025 P Обычная низколегированная сталь и литейная сталь отпущенная сталь углеродистая сталь ( 05 C) ферритовая сталь и сталь мартенситного класса нержавеющая сталь 550 700 1700 024 Обычная инструментальная сталь закаленная отпущенная сталь сталь мартенситного класса нержавеющая сталь 700 900 1900 024 Плохо поддающаяся обработке резанием инструментальная сталь закаленная высоколегированная сталь литейная сталь сталь мартенситного класса нержавеющая сталь 900 1200 2000 024 Высокопрочная сталь плохо поддающаяся обработке резанием закаленная сталь групп 3 -6 сталь мартенситного класса нержавеющая сталь 1200 2900 022 Нержавеющая сталь Нержавеющая сталь легко поддающаяся обработке резанием 1750 022 M Молибденсодержащая нержавеющая сталь аустенит и дуплекс плохо поддающиеся обработке резанием 1900 020 Аустенит и дуплекс плохо поддающиеся обработке резанием 2050 020 Аустенит и дуплекс исключительно плохо поддающиеся обработке резанием 2150 020 Чугун Чугун средней твердости серый чугун 1150 022 K Низколегированный литейный чугун ковкий литейный чугун литейный чугун с шаровидным графитом 1225 025 Легированный литейный чугун средней твердости ковкий литейный чугун чугун GGG средняя обрабатываемость резанием 1350 028 Высоколегированный литейный чугун плохо поддающийся обработке резанием ковкий литейный чугун чугун GGG плохо поддающийся обработке резанием 1470 030 Цветные металлы N Сплав цветных металлов легко поддающийся обработке резанием алюминий с 16 Si латунь цинк магний 700 025 Сплав цветных металлов тяжело поддающийся обработке резанием алюминий с 16 Si бронза медь алюминиевые сплавы (никель медь магний) 700 027 Жаропрочные сплавы и титановые сплавы Никель- кобальт- и железосодержащие жаропрочные сплавы с твердостью 30 HRc инколой 800 и инконель 601 617 и 625 монель металл 400 2600 024 S Никель- кобальт- и железосодержащие жаропрочные сплавы с твердостью 30 HRc инконель 718 и 750-X инколой 925 и монель металл K-5008 3300 024 Титановые сплавы Ti-6Al-4V 1450 023 Значение 1 1. 1 спец. сила резания при переднем угле 0 градусов. При других передних углах значение kc1.1 необходимо увеличить или уменьшить прим. на 1 на градус переднего угла. Значение Rm (предел прочности при растяжении) является дополнительной информацией для заказа правильной группы инструмента если обрабатываемый материал для повышения прочности был прокатан или термообработан. Техническая информация Общая 797 Таблица аналогов марок сталей разных стран мира Группы материалов Сталь Rm (Н/мм2) kc 1.1 (Н/мм2) mc
767 SANDVIK COROMANT 2010 Руководство по металлообработке Точение Фрезерование Сверление Стр.h46
Обрабатываемость материалов резанием определяет способность материала заготовки быть обработанным, виды износа и характер стружкообразования Обрабатываемость материалов резанием определяет способность материала заготовки быть обработанным, виды износа и характер стружкообразования _ Оперируя этими категориями можно сказать что низколегированная углеродистая сталь обрабатывается проще по сравнению с более требовательной аустенитной нержавеющей сталью. Считается что низколегированная сталь обрабатывается лучше чем нержавеющая сталь. Понятие хорошая обрабатываемость обычно означает беспроблемное резание и предсказуемую стойкость инструмента. В большинстве случаев обрабатываемость того или иного материала оценивается в практических испытаниях а результаты фиксируются относительно результатов испытаний других материалов приблизительно в тех же условиях. В этих испытаниях учитываются и другие факторы — микроструктура склонность к наростообразованию состояние станка стабильность условий уровень шума срок службы инструмента и пр. H 36 SANDVIK Обрабатываемость Определение понятия обрабатываемости Поперечное сечение пластины из твёрдого сплава при обработке стали Температура в градусах по Цельсию На обрабатываемость материала влияет три основных фактора. 1. Классификация обрабатываемого материала с точки зрения металлургии механики. 2. Микро- и макро геометрия режущей кромки. 3. Материал режущего инструмента (марка сплава) например твёрдый сплав с покрытием керамика CBN PCD и пр. Сочетание этих параметров будет иметь огромное влияние на обрабатываемость заготовки. К второстепенным факторам относятся параметры резания режущие усилия термическая обработка материала состояние поверхностного слоя включения в материале закрепление инструмента и условия обработки в целом. Обрабатываемость не имеет четкого определения ее нельзя выразить к примеру цифрами. В широком смысле слова она сопровождающие процесс резания
					Подборка ссылок иллюстрированных из промышленных каталогов
285 Основные характеристики обрабатываемых материалов при механической обработке Сталь ISO P Особенности обработки Длинностружечный материал Сравните	286 Механическая обработка нержавейки Обрабатываемые материалы Нержавеющие стали ISO M Основные характеристики Особенности обработки Длинностружечный	287 Механическая обработка чугуна на станках Обрабатываемые резанием материалы Основные характеристики Особенности обработки Материал, образующий кор	288 Основные характеристики обрабатываемых материалов Цветные сплавы ISO N Особенности обработки Длинностружечный материал Относительно простой контр	289 Особенности механической обработки жаропрочных и титановых сплавов Основные характеристики обрабатываемых материалов данной группы обрабатываемос	290 Основные характеристики и особенности мехобработки материалов высокой твёрдости (ISO H) Длинностружечный материал Плохой контроль над стружкообра
747 Группы обрабатываемости материалов в соответствии с международным стандартом ISO Сталь Нржавейка Чугун Алюминий Жаропрочные сплавы Закаленная сталь	2122 Классификация обрабатываемых резанием материалов по американским национальным стандартам ANSI Низкоуглеродистая легкообрабатываемая сталь Короткая стр	2123 Классификация обрабатываемых материалов по стандартам ANSI (США) Продолжение Справочная таблица Характеристики Предел прочности на разрыв RM (МПа) Тве	2124 Группы обрабатываемости и классификация обрабатываемых материалов по немецкому национальному стандарту DIN р Сталь Нержавеющая сталь к Чугун N Цветные	2125 Справочная таблица Классификация и группировка обрабатываемых материалов по стандарту DIN (Германия) Предел прочности на разрыв RM (МПа) Твердость (НВ	600 Обработка конструкционных материалов резанием Группирование сталей и сплавов по ISO и классификация китайского производителя инструмента GESAC
32 Справочная таблица классификации обрабатываемых материалов по группам Garant Hoffmann Конструкционные стали общего назначения до 500 Н/мм2	33 Таблица классификации обрабатываемых материалов по группам Garant Hoffmann Износостойкие конструкционные стали Чугун (с шаровидным графито	4 Конструкционные материалы Основные группы по обрабатываемости резанием Условия и виды механической обработки на станках Черновая и чистовая	16 DORMER разделяет обрабатываемые резанием материалы на 10 основных групп (AMG) Гр Обр Мат Рекомендации по выбору инструмента основаны на этой классификации	17 Группы обрабатываемых материалов (по классификации Dormer) с марками сталей и сплавов по стандартам стран мировых производителей машиностроительной отрасли	18 Группы обрабатываемых материалов (по Dormer) с марками металлов и сталей по стандартам стран мировых производителей машиностроительной отрасли Продолжение
368 Группы обрабатываемости материалов и классификация инструментов по области применения в соответствии с DIN ISO 513 Цветовая маркировка	369 Группы обрабатываемости материалов в соответствии с DIN ISO 513 и цветовая маркировка инструментов по области применения (Продолжение)	689 Классификация обрабатываемых материалов по системе Seco Основой для SMG версии 2 является классификация материалов заготовок на основе их типов а не относительн	690 Классификация обрабатываемых материалов по системе шведской компании Seco SMG v. 2 Уплотненный серый чугун (CGI) Алюминиевые сплавы Медные сплавы Суперсплавы на	691 Труднообрабатываемые и твердые материалы Классификация обрабатываемых материалов по системе фирмы Seco SMG (v. 2) Поверхностно упрочненные стали 58 HRC 62 16 Mn	692 Классификация обрабатываемых материалов Seco SMG (v. 2) Пластики и композиты Описание свойства Термореактивные полимеры Формальдегид TS2 Термореактивные углевол
			Пример иллюстрации инструмента из промышленного каталога (из подборки фото инструментов для металлообработки / Metal cutting tools images)
176 Мастер-каталог KENNAMETAL 2013 Металлорежущий инструмент Стр.B132
Иллюстрация технологического процесса токарной обработки на многофункциональном обрабатывающем центре с ЧПУ Токарная державка Kennametal с режущей сме Иллюстрация технологического процесса токарной обработки на многофункциональном обрабатывающем центре с ЧПУ Токарная державка Kennametal с режущей сменной негативной пластиной Крепление СРП прижимом сверху Сверление Нарезание резьбы Растачивание Фрезерование Каталог 2013 на русском языке Металлорежущий инструмент
Каталоги металлорежущего инструмента, оснастки и приспособлений для станков / Cutting tools and tooling system catalogs

9 интересных материалов, которые могут сформировать будущее

Материалы будущего — это не просто модное слово, это захватывающая область с разработками, которые вполне могут породить великие инновации во всем, от строительных материалов до одежды. В этой статье мы рассмотрим 9 интересных материалов, которые могут стать обычным явлением в нашей жизни. Этот список далеко не исчерпывающий и в произвольном порядке.

Не стесняйтесь добавлять любые предложения, которые вы хотели бы видеть, в разделе комментариев.

Аэрогель

Аэрогель — довольно удивительный материал, и он действительно занесен в Книгу рекордов Гиннеса. Его также иногда называют «замороженным дымом». Этот материал состоит из сверхкритических высушенных жидких гелей оксида алюминия, хрома, оксида олова или углерода. Аэрогель — это 99,8% пустого пространства, что делает его полупрозрачным. Хорошо, я знаю, что большинство вещей на самом деле являются пустым пространством, когда вы переходите на атомарный уровень, но вы понимаете, о чем я! Аэрогель — отличный изолятор, например, можно положить мелки на кусок аэрогеля и нагреть снизу паяльной лампой, угадайте, они не расплавятся!

Этот материал имеет невероятную площадь поверхности внутри своей внутренней фрактальной структуры. Куб из этого материала размером 2,54 см имеет площадь внутренней поверхности, эквивалентную всему футбольному полю. Обладая очень низкой плотностью, аэрогель может быть использован в будущей военной броне благодаря своим изоляционным свойствам. Например, графеновый аэрогель имеет плотность ниже, чем гелий, и всего в два раза больше плотности водорода при 0,16 мг / см ³ .

[Источник изображения: JovanCormac через Wikimedia Commons ]

Искусственный паучий шелк

Паучий шелк — это буквально чудо природы, но оказалось, что его сложно синтезировать.Многие учреждения работали над этой проблемой, но японский стартап под названием Spiber вполне мог ее решить. Им удалось расшифровать ген, ответственный за производство фиброина у пауков. Этот ключевой белок используется для создания сверхпрочных прядей шелка.

После создания ключевого компонента компания приступила к разработке биоинженерных бактерий, которые позволят его массовое производство. Они могут даже создать новый тип шелка за 10 дней, от идеи до конечного продукта. Бактерии скармливаются сахаром, солью и другими питательными микроэлементами, чтобы взамен производить протеин шелка.Похоже на честный обмен. Затем этот белок превращается в тонкий порошок, прядется и обрабатывается для создания волокон, композитов и всего чего угодно. Один грамм фиброина может произвести 9 км шелка!

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки — это длинные углеродные цепочки, скрепленные связями sp2, которые прочнее, чем связи sp3 в алмазах! Эти замечательные сооружения обладают бесчисленным множеством удивительных свойств. К ним относятся перенос баллистических электронов, который отлично подходит для электроники, так как очень высокая прочность на разрыв делает их кандидатом для потенциальных применений, таких как космические лифты.

Углеродные нанотрубки имеют удельную прочность до 48000 кНм / кг , что превышает прочность большинства других известных материалов. Высокоуглеродистая сталь, например, 154 кН.м / кг . Таким образом, нанотрубки примерно в 300 раз прочнее стали! Из такого материала можно построить невероятно высокие башни, возможно, высотой в несколько километров.

Метаматериалы

Эти материалы — это все, что приобретает свои свойства благодаря своей структуре, а не составу.Они использовались для создания микроволновых «плащей-невидимок», 2D-плащей-невидимок и других материалов с необычными оптическими свойствами. Например, перламутр является примером встречающегося в природе метаматериала, который придает ему красивый цвет радуги. Некоторые метаматериалы даже имеют отрицательный показатель преломления. Это могло бы позволить использовать их для создания «суперлинз», которые разрешают детали меньше длины волны света! Нам нравится технология, называемая визуализацией в субволновом диапазоне, простой термин, не требующий пояснений.

Метаматериалы могут быть использованы в оптике с фазированной решеткой, которая будет отображать идеальные голограммы на 2D-дисплее. Довольно аккуратно.

Аморфный металл

Аморфные металлы, или металлические стекла, в основном представляют собой металл с неупорядоченной атомной структурой. Они могут быть в два раза прочнее стали. Благодаря своей структуре они могут очень эффективно рассеивать энергию удара, даже лучше, чем металлический кристалл. Эти материалы образуются путем быстрого охлаждения расплавленного металла до того, как он успеет выровнять свою кристаллическую структуру.

Они могут использоваться в вооруженных силах для следующего поколения брони, но в настоящее время они используются для бронебойных боеприпасов. Они также находят применение в электрических сетях, особенно в трансформаторах из аморфных металлов.

Металлическая пена

Металлическая пена образуется при добавлении пенообразователя и порошкообразного гидрида титана в расплавленный алюминий, который затем вы даете остыть. В результате получается очень прочное вещество, очень легкое, в конце концов, это 75-95% пустое пространство.Благодаря высокому соотношению прочности и веса, металлические пены были предложены в качестве потенциальных строительных материалов для космических колоний. Некоторые из этих металлических пен на самом деле могут плавать в воде, что может означать, что они могут применяться в плавучих городах.

Прозрачный оксид алюминия

Прозрачный оксид алюминия примерно в три раза прочнее стали, к тому же он прозрачен. Это приводит к ряду потенциальных применений этого материала. Им можно было бы обернуть целый небоскреб.В будущем горизонты могут быть больше похожи на серию парящих черных точек (для частных комнат), чем на сегодняшние монолиты. Его высокая прочность может также означать, что оно может применяться в качестве пуленепробиваемого стекла.

Электронный текстиль

Одежда будущего может быть продиктована не только непостоянством моды. Они вполне могли иметь интегрированный электронный текстиль. Зачем носить устройство, если его можно носить? Вы даже можете проецировать видео о выборе «на» свою одежду, напомнив нам о Телепузиках.А как насчет видеозвонка через запястье или ладонь (если вы носите перчатки из текстиля). Возможно, мы сможем интегрировать мысли в речевые интерфейсы с этими тканями. Возможности практически безграничны.

Некоторые из этих материалов могут даже «поглощать» энергию из окружающей среды и от кинетического движения и т. Д. Возможно, они могли бы найти применение в медицинских целях, например, для наблюдения за здоровьем носителя. Довольно аккуратно.

Молекулярный суперклей

Вы когда-нибудь испытывали болезненный, часто разочаровывающий феномен слипания пальцев традиционным суперклеем? Да, это раздражает, но можете ли вы представить себе такую, которая связывается на молекулярном уровне? Исследователям из Оксфордского университета удалось создать именно такой клей.Решение, вдохновленное не менее чем Streptococcus pyogenes , бактериями, питающимися плотью!

Команда исследовала единственный белок бактерии, а именно тот, который она использует для связывания с человеческими клетками. На основе этого они разработали клей, который образует ковалентные связи при контакте с партнерским белком. Связь невероятно прочная, при тестировании оборудование, используемое для измерения ее прочности, фактически сломалось раньше, чем клей! Теперь остается только разработать способ включения белков в другие структуры для создания безумно прочных селективных клеев!

Источники: Lifeboat, Gizmodo

СМОТРИ ТАКЖЕ: Гарвард открывает Святой Грааль физики: металлический водород

строительный материал будущего?

Прозрачная древесина получается путем удаления лигнина из древесины и замены его полимером. Предоставлено: WILEY ‐ VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, под лицензией CC BY-NC-ND 4.0.

Когда Тимоти Бойтоузе изучал архитектуру в Японии, где здания должны выдерживать землетрясения, он понял, что следующим «умным» материалом может быть тот, который люди использовали на протяжении тысяч лет — дерево.

«Во Франции мы строим больше из бетона и камня, чем из дерева», — сказал он. «Когда я познакомился с японской строительной культурой, я понял, как можно строить фантастические конструкции из дерева.Этот материал, который мы считали старым без инноваций, на самом деле был супер умным. Это меня заинтересовало дерево ».

В 2016 году Бойтузе основал в Париже, Франция, материаловедческую компанию Woodoo, которая модернизирует древесину, чтобы придать ей новые свойства. Он сосредоточен на преобразовании строительной отрасли, например, путем замены стали деревом. По словам Бойтузе, в отличие от других строительных материалов, таких как камень или бетон, содержащие песок, древесина является возобновляемым ресурсом, что делает его привлекательным экологически чистым строительным материалом.

Строительство большего количества деревьев также может помочь уменьшить значительный углеродный след строительной отрасли, который ускоряет изменение климата. Согласно недавнему отчету Всемирного совета по экологическому строительству, 11% глобальных выбросов углерода связаны с материалами и строительными процессами на протяжении всего жизненного цикла здания. Поскольку деревья содержат углерод, использование древесины в зданиях — это способ хранения углерода.

Дерево, однако, можно использовать не только для опорных столбов. Путем выборочного извлечения лигнина из древесины — вещества, из которого состоят ее клеточные стенки — и замены его полимером определенного типа, древесина становится новым материалом.«(Эта древесина) водостойкая, более огнестойкая, в три-пять раз прочнее и прозрачна», — сказал Бойтоузе.

Оптические свойства полимера совпадают с оптическими свойствами древесины, поэтому свет не искривляется при движении через усиленную древесину. Вместо этого он проходит. Эта прозрачность открывает широкий спектр возможностей.

Расширенный

На данный момент автомобильные компании проявили наибольший интерес к его дополненной древесине.

В настоящее время в рамках проекта Woodoo Augmented Wood компания работает над интеграцией электроники в свою сенсорную древесину в сотрудничестве с отраслевыми партнерами. Материал, пропускающий свет, станет деревянными панелями для «тактильных приборных панелей» в автомобилях, говорит Бойтоузе.

Интеграция электроники в сенсорную древесину может проложить путь для интерактивных деревянных приборных панелей в автомобилях. Предоставлено: Woodoo.

Woodoo рассматривает автомобильную промышленность как ворота для вывода своей продукции на рынок, предлагая при этом изделия из древесины, которые легче и производят меньше выбросов, чем традиционные панели.

Boitouzet — не единственный, кто восхищается возможностями древесины. Ларс Берглунд, профессор древесины и древесных композитов Королевского технологического института KTH в Швеции, обнаружил, что у прозрачной прочной древесины есть множество применений.

«В этой области сложно быть оригинальным, потому что люди работали с древесной технологией на протяжении сотен лет», — сказал профессор Берглунд, возглавляющий проект WoodNanoTech. В то время как другие исследования в основном были направлены на устранение его недостатков, таких как его чувствительность к воде, он и его команда сосредоточились на других характеристиках древесины.

«Мы смогли освободиться от этого ограничения и посмотреть на новые возможности, которые до сих пор не рассматривались», — сказал он. Они сосредоточены на использовании прозрачной древесины для инженерных решений.

Проф. Берглунд использует древесину в качестве шаблона для нанотехнологий, подобно Бойтоузе, удаляя лигнин, вводя оптически совместимый полимер и добавляя другие технологии для расширения его функциональности.

Приложение, которое больше всего волнует профессора Берглунда, — это встраивание квантовых точек в дерево для создания светодиодов (LED), потому что он подозревает, что это приложение позволит команде прорваться на коммерческий рынок.«Идея состоит в том, чтобы ваш потолок был деревянной панелью, и эта деревянная панель имела бы функцию светодиода, так что вы можете иметь внутреннее освещение прямо с потолка», — сказал он.

В отличие от точечного источника света, свет прозрачного дерева рассеян, что делает его более естественным и приятным для глаз, — говорит профессор Берглунд. Квантовые точки — это набор атомов полупроводника шириной в несколько нанометров, которые флуоресцируют при воздействии УФ-излучения. Эти панели — лишь одно из многих применений, которые WoodNanoTech разработала для своей прозрачной древесины.

Дерево также может служить основой для электрохромных окон. Эти «умные окна», окрашенные тонким слоем полимера, могут блокировать свет, когда через них проходит электричество.

До сих пор команда профессора Берглунда использовала полимер на нефтяной основе для замены лигнина в древесине, но они ищут более экологичную альтернативу. Предоставлено: Королевский технологический институт KTH / Дэвид Каллахан.

Энергия

Проф.Берглунд считает, что этой древесине следующего поколения также есть место в энергетическом секторе. «Мы можем повысить эффективность (солнечных батарей), потому что рассеяние света (внутри дерева) означает, что путь (света) длиннее, поэтому вы можете поглощать больше энергии», — сказал он.

И использование материала с фазовым переходом вместо полимера для замены лигнина превращает древесину в устройство для хранения энергии. В течение дня эта пропитанная древесина может поглощать тепло, но ночью, когда температура понижается, материал с фазовым переходом кристаллизуется, выделяя тепло.

«Мы начинаем с дерева, делаем его несущим, а затем интегрируем (нано) технологию с другими функциями», — сказал профессор Берглунд.

Основной проблемой для новых технологий является масштабируемость, и древесина следующего поколения не является исключением. «Как вы переходите от лабораторной обработки, где вы полностью контролируете свою наноструктуру, к тому, что можно сделать в промышленных масштабах?» — спросил профессор Берглунд, добавив, что они ищут коммерческих партнеров. Это может быть сложно для академических исследовательских проектов.

Для Бойтоузе из Woodoo тот факт, что у их компании уже есть отраслевые партнеры, позволяет им увеличивать производство. В настоящее время они производят 5 000 квадратных метров дополненной древесины в год, что составляет примерно три четверти футбольного поля, и сейчас планируют производить 300 000 квадратных метров в год.

К счастью, древесину для дополненной древесины легко найти.

«Уже есть много мест, где можно приобрести древесину», — говорит Бойтоузе. Woodoo использует, в частности, бук, сосну и тополь, а проф.Исследовательская группа Берглунда модернизирует бальзу и обращает внимание на березу.

Следующий шаг профессора Берглунда — сделать его модифицированную древесину более экологически чистой. Один из способов сделать это — сохранить как можно больше лигнина, а не выбрасывать его. «Если вы удалите его, вы добавите химический этап, который требует затрат энергии и растворителей», — сказал он. Использование большего количества лигнина также означает сохранение большего количества углерода в зданиях.

Прямо сейчас его команда сосредотачивается на использовании более экологичного полимера в материалах.«До сих пор мы использовали полимеры на нефтяной основе для пропитки древесины, но сейчас мы очень интенсивно работаем над использованием полимера на биологической основе», — сказал он. Это обеспечит позиции древесины следующего поколения как строительного материала будущего.

Деревянные окна? Шведы разрабатывают прозрачный древесный материал для зданий и солнечных батарей

Предоставлено
Horizon: журнал исследований и инноваций ЕС

Ссылка :
Прозрачное дерево: строительный материал будущего? (2019, 27 ноября)
получено 28 ноября 2020
с https: // физ. org / news / 2019-11-transparent-wood-material-future.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Инженерные материалы

Инженеры должны знать самые лучшие и экономичные материалы для использования.Инженеры также должны понимать свойства этих материалов и то, как с ними можно работать. В машиностроении используются два вида материалов (1) металлы и неметаллы. Металлы отличаются от неметаллов высокой проводимостью тепла и электричества, металлическим блеском (2) и сопротивлением электрическому току. Их свойства, такие как прочность (3) и твердость (4), можно значительно улучшить на

.

легирование (5) их другими металлами.

Мы можем разделить металлы на черные и цветные (6).Первые содержат железо, а вторые (7) не содержат железа. Чугун (8) и сталь, которые являются сплавами или смесью железа и углерода, являются двумя наиболее важными черными металлами. Есть и другие важные группы металлов и сплавов. Обычные металлы, такие как железо, медь, цинк и т. Д., Производятся в больших количествах. Алюминий, медь и сплавы (бронза и латунь) — обычные цветные металлы. К так называемым драгоценным металлам относятся серебро, золото, платина и палладий. Легкие металлы — это алюминий, бериллий и титан.Они важны в авиастроении и ракетостроении.

Многие элементы классифицируются как полуметаллы (например, висмут), потому что они имеют гораздо более низкую проводимость, чем обычные металлы. Неметаллы (углерод, кремний, сера) в твердом состоянии обычно являются хрупкими материалами без металлического блеска и обычно плохо проводят электричество. Неметаллы демонстрируют большее разнообразие химических свойств, чем обычные металлы. Пластмассы и керамика неметаллы; однако пластмассы можно обрабатывать (9) как металлы.Пластмассы подразделяются на термопласты (10) и реактопласты (11). Термопластам можно придать форму и изменить форму под воздействием тепла и давления, но термореактивным пластикам изменить форму нельзя, поскольку они претерпевают химические изменения по мере затвердевания (12). Инженеры часто используют керамику, когда требуются материалы, способные выдерживать высокие температуры.

Материаловедение и технология — это изучение материалов и способов их изготовления для удовлетворения потребностей (13) современных технологий. Ученые находят новые способы использования металлов, пластмасс и других материалов.Для этого они используют лабораторные методы и знания физики, химии и металлургии.

Неметаллы

Неметаллы — это пластмассы и керамика. Неметаллы в твердом состоянии обычно представляют собой хрупкие (1) материалы без металлического блеска (2) и обычно являются плохими проводниками (3) электричества. Неметаллы демонстрируют большее разнообразие химических свойств, чем обычные металлы. Пластмассы — это большая группа материалов. Они состоят из комбинаций углерода и кислорода, водорода, азота и других органических и неорганических элементов.Пластмассы — это результат синтеза таких природных материалов, как вода, воздух, соль, уголь, нефть и природный газ. Технология простая и дешевая. В готовом состоянии они твердые, а на каком-то этапе производства — жидкие. Вот почему из пластика легко придать различную форму.

Сегодня в коммерческом использовании используется более 40 различных семейств пластмасс, и у каждого могут быть десятки разновидностей. Пластмассы легкие, прочные и устойчивые к коррозии (4). Они получили множество важных применений в промышленности и на транспорте.Инженеры используют пластмассы в электрическом и электронном оборудовании, сельском хозяйстве, товарах народного потребления (5). Сейчас нет индустрии, где бы не использовались пластмассы.

Технология волокна (6) в ее современной форме возникла позже, чем пластмасса. Промышленность волокна можно разделить на натуральные волокна (растительного, животного или минерального происхождения) и синтетические волокна. Многие синтетические волокна заменили натуральные, поскольку они часто ведут себя более предсказуемо (7) и обычно более однородны по размеру.Для инженерных целей наиболее важны стекло, металлические и синтетические волокна органического происхождения.

В настоящее время керамика приобретает все большую популярность в промышленности. Современные (8) керамические материалы обладают настолько интересными свойствами, что инженеры-механики все больше интересуются их использованием в качестве конструктивных элементов (9). Керамический режущий инструмент (10) используется уже некоторое время. Однако только в течение последних двадцати лет в этой области произошло быстрое развитие из-за разработки новой композитной (11) керамики.

Недавно инженеры разработали различные виды композитной керамики, которые должны сочетать повышенную прочность (12) с такой же твердостью (13) и прочностью (14), как у обычной керамики. Таким образом, композитная керамика для режущего инструмента при комнатных и высоких температурах должна обладать следующими свойствами: высокой прочностью, ударной вязкостью, твердостью, высокой термостойкостью (15) и высокой химической инертностью.

Инженеры должны знать лучшие и наиболее экономичные материалы для использования, понимать свойства этих материалов и способы их обработки.

Станки

Металл проходит ряд процессов, прежде чем ему придана необходимая форма: литье (1), прокатка (2), сварка (3), прошивка (4), обрезка (5), прядение (6), гибка (7) , рисование (8) и др. Машины, выполняющие все эти виды работ, называются станками. Станки — это стационарные машины с механическим приводом, используемые для формования твердых материалов, особенно металлов. Станки составляют основу современной промышленности.

Станки можно разделить на три основные категории: обычные станки для производства стружки, прессы и нетрадиционные станки. Обычные инструменты для изготовления стружки формируют заготовку, отрезая нежелательные участки в виде стружки. В прессах используется ряд различных процессов формования, в том числе резка (9), прессование или вытяжка (удлинение).

Нетрадиционные станки используют световую, электрическую, химическую и звуковую энергию; перегретые газы; и пучки частиц высокой энергии для придания формы экзотическим материалам и сплавам, которые были разработаны для удовлетворения потребностей современных технологий.

Огранка — одно из древнейших искусств каменного века, но огранка металлов считалась возможной только в 18 веке, и ее подробное изучение началось около ста лет назад. Современные станки появились примерно в 1775 году, когда английский изобретатель Джон Уилкинсон сконструировал горизонтально-расточной станок для изготовления внутренних цилиндрических поверхностей. Около 1794 года Генри Модслей разработал первый токарный станок для двигателей. Позже Джозеф Уитворт разработал измерительные приборы с точностью до миллионной доли дюйма.Его работа имела большую ценность, потому что точные методы измерения были необходимы для последующего массового производства изделий со сменными (10) деталями.

В течение 19 ^— гг. Такие стандартные станки, как токарные, формовочные (11), строгальные (12), шлифовальные и пильные, а также фрезерные, сверлильные и расточные станки достигли высокой степени точности, и их использование стало широко распространенным в промышленно развивающихся странах.

Сегодня все операции обработки выполняются точнее и быстрее за счет автоматизации всех производственных процессов.Станки с числовым программным управлением (13) (NC) и гибкие производственные системы (14) (FMS) сделали возможным выполнение работы автоматически. Оператор только наблюдает за ними и исправляет их, когда они выходят из строя.

Большинство операций механической обработки выделяют большое количество тепла и используют охлаждающие жидкости (обычно смесь воды и масел) для охлаждения и смазки.