Виды материалов и их свойства
Содержание страницы
В широком смысле: материал — это любая форма материи (поле и вещество) или уровень организации (вид) материи, который может быть использован или используется природой и человеком для получения других ее видов и форм в эволюционных процессах, при выполнении определенной практической задачи и т.д.
Материальное тело — это конкретная область с определенной субстанцией, которая может включать в себя множество элементов. Продукт человеческой деятельности, такой как исследование или технологический процесс — это конечный результат, который может быть в виде сырья, конструкции или другого предмета. Структурная композиция предполагает установку элементов для создания объекта с определенным назначением и областью применения. Понятие материала более узкое, чем понятие вещества, поскольку оно учитывает физические характеристики и поля, такие как электромагнитное, чтобы сделать их функциональными материалами — например, магнитами — для использования в различных приложениях.
В зависимости от состава и типа связи элементов микроструктуры вещества, специфической многоуровневой организации их структуры в целом, их свойств и областей применения выделяют следующие основные группы материалов: металлические, органические, неорганические и металлоорганические полимерные, керамические и композиционные (смешанные на основе трех вышеуказанных групп).
Типы и классификация материалов
Твердые материалы в целом делятся на три основные группы. Это металлы, керамика и полимеры. Это деление основано, прежде всего, на свойствах химического строения и атомной структуры вещества. Большинство материалов можно достаточно четко отнести к той или иной группе, хотя возможны и промежуточные оценки. Кроме того, следует отметить, что существуют композиты, в которых сочетаются материалы, принадлежащие к двум или трем из вышеперечисленных групп. Ниже приводится краткое описание различных типов материалов и их сравнительные характеристики.
Металлы
Элементы, принадлежащие к группе металлов, обладают рядом отличительных характеристик, таких как тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, ковкость, металлический блеск и пластичность. Обычно они встречаются в природе в виде руды или соединения. Чтобы использовать металлы по назначению, их необходимо извлечь из природных ресурсов и переработать в более чистые формы. В зависимости от желаемой цели они могут быть сплавлены или обработаны соответствующим образом.
Керамика
Керамика создается из комбинации неорганических материалов, таких как глина, и других минеральных добавок, которые нагреваются до очень высоких температур, а затем охлаждаются. В более конкретном смысле, говоря о керамике, мы обычно подразумеваем обожженную глину. Эти изделия стали незаменимыми во многих сферах жизни — от нашей повседневной жизни (вспомните посуду) до строительства (например, кирпичи, черепица и трубопроводы), транспорта (железные дороги, водный или воздушный транспорт), скульптуры и декоративного искусства.
Композитные материалы
Композитные материалы— это изготовленная неоднородная смесь двух или более компонентов с заметной границей раздела между ними. За исключением слоистых композитов, компоненты можно разделить на матрицу и содержащиеся в ней армирующие элементы. Структурные композиты в значительной степени зависят от армирующих элементов для достижения желаемых механических характеристик, таких как прочность и жесткость, в то время как матрица служит для связывания этих элементов на месте и защиты их от повреждений, вызванных механическими травмами или агрессивной химической средой.
Полимерные материалы
Полимерные материалы в широком смысле классифицируются как искусственные, природные, аморфные или кристаллические вещества, состоящие из ковалентных олиго- и макромолекул. Эти молекулы удерживаются вместе межмолекулярными ван-дер-ваальсовыми и/или водородными связями в твердой или жидкой (расплав или раствор) форме с уникальным набором свойств. Кроме того, лестничные и сетевые макромолекулярные структуры, образованные путем сшивания линейных олиго- и макромолекул, также представляют собой важный класс полимерных материалов.
Нанотехнологические материалы
До недавнего времени в химии и физике материалов было принято сначала изучать очень крупные и сложные структуры, а затем переходить к анализу более мелких основных строительных блоков, из которых эти структуры состоят.