книги из ГПНТБ / Рудой, Б. Л. Композиты

541

P 83 Гос.публичная

научно - техническая библиотека СССР

ЭКЗЕМПЛЯР ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

9-7£'-5У<Ж

Б~"?е

Рудой Б. Л.

Р 83 Композиты. М., «Моек, рабочий», 1976.

144с.

Вкниге в популярной форме, на конкретных примерах рас­ сказано о композиционных материалах, которые могут быть полу­

чены в результате соединения разнородных компонентов с конт­ растными физическими, механическими и другими свойствами. Использование этих материалов позволяет снизить вес машин, аппаратов и приборов, повысить их прочность, надежность и долговечность,

Книга рассчитана на широкий круг читателей, интересующих­

© Издательство «Московский рабочий», 1976 г.

Посвящаю дорогим родителям

Чем более читаете, не размыш­ ляя, тем более уверяетесь, что много знаете, а чем более раз­ мышляете, читая, тем яснее ви­ дите, что знаете еще очень мало.

Ф. Вольтер

В технике, как и в литературе и искусстве, зачастую пользуются модными терминами. Таким модным тер­ мином до недавнего времени считалось выражение «композиционный материал». (Сегодня оно ни у кого не вызывает удивления.

Один из основателей ¡современной науки о компо­ зиционных материалах, профессор А. Дитц (США) очень метко заметил, что «выражение «композицион­ ные материалы» ^одержит в новой форме очень ста­ рую и простую мысль о том, что совместная работа разнородных материалов дает эффект, равносильный созданию нового материала, свойства которого и ко­ личественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих».

Композиционные материалы не являются продук­ том высокой цивилизации. Еще первобытный человек делал ¡слоистые луки и при изготовлении (Строитель­ ных материалов примешивал к глине солому. Инки вводили платину в золото и серебро.

3

Почти любой современный ¿материал представля­ ет собой композицию. Задача этой небольшой кни­ ги— показать читателю мир композиционных мате­ риалов, в котором он встретит немало любопытного.

Без новых материалов невозможен прогресс в нау­ ке и технике. В Директивах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства

СССР на 1971—1975 годы сказано о необходимости предусмотреть «создание и освоение новых, наиболее экономичных материалов, р том числе полимерных и особо чистых; развитие и внедрение в производство новейших методов упрочнения металлов и других про­ мышленных материалов; расширение сортамента вы­ пускаемых материалов».

Вопросы качества, прочности, надежности мате­ риалов— это вопросы надежности и долговечности машин, механизмов, приборов и аппаратов, вопросы улучшения благосостояния советского народа. «Пер­ вая задача,— сказано в докладе Председателя Сове­ та Министров СССР А. Н. Косыгина на XXIV съезде КПСС,— создавать качественно новые орудия труда, новые материалы и более совершенную технологию. Не повторяя известные решения, необходимо ориенти­ роваться на уровень, превышающий лучшие мировые образцы. Только так можно создать технику, отве­ чающую требованиям строительства материальнотехнической базы коммунизма...» Эта задача оста­ ется столь же актуальной и в десятой пятилетке — пятилетке качества.

Следует заметить, что ¡жанр популярной книги потребовал от автора сознательного упрощения мно­ гих существенных фактов и сведений теоретических разделов науки: физики твердого тела, теории дисло­ каций, физики металлов, кристаллохимии, физической химии силикатов и др.

4

КАМЕННЫЙ, БРОНЗОВЫЙ,

ЖЕЛЕЗНЫЙ...

Первым оружьем людей были ру­ ки, ногти и зубы, Камни, а также лесных деревьев обломки и сучья...

Силы железа потом и меди были открыты, - Но применение меди скорей, чем

железа, узнали.

Тит Лукреций Кар

ыло время, когда камень слу­ жил человеку единственным орудием производства и материалом для изготовле­

ния многих предметов. Этот длившийся тысячелетия период называют каменным веком.

Переход к веку металлов вызвал столь значитель­ ные культурные и социальные сдвиги в истории чело­ вечества, что жизнь обрела совершенно иные формы. Сначала бронзовый, а затем железный век сооб­ щили мощный толчок развитию общества, безмерно расширив власть человека над природой.

Железный топор и соха с железным лемехом уве­ личили площадь обрабатываемых земель. Ускорилось развитие ремесел, в особенности кузнечного и ору­ жейного. Улучшилась обработка дерева. Стали более

вытеснить каменные. Причина заключалась в повсе­ местном распространении камня, в то время как ис-

5

точники сырья для бронзы были сравнительно редки

(речь идет прежде всего об олове).

В противоположность медным и оловянным же­ лезные руды широко распространены. Достаточно сказать, что на долю железа в земной коре прихо­

для добычи, по некоторым оценкам, составляют при­ мерно 20 000 000 миллиардов тонн. Железо химиче­ ски активно и поэтому не встречается в виде само­ родков, как золото. К главным рудным минералам железа относятся магнетит FeO-F^Cb, красный же­ лезняк РегОз, который называют гематитом (от гре­ ческого «гема» — кровь; любопытно, что слово «руда» родственно слову «рдеть» и украинскому слову «ру­ дый»—рыжий), и, наконец, бурые железняки Ре20з- •Fe(OH)3, из которых в древности в основном и до­

бывали железо.

Добыть железо из руд гораздо труднее, чем медь. Плавление было недоступно древним металлургам — они не умели получать температуру, превышающую полторы тысячи градусов. Пользовались сыродутным процессом — железную руду помещали в печь с рас­ каленным древесным углем. Кузнечными мехами в печь вдували воздух. Комок пористого тестообраз­ ного железа, который образовывался на дне,— кри­ цу подвергали ковке. Кричное железо было мягким. Уже в глубокой древности был открыт способ закал­ ки железных изделий. Высокие механические каче­ ства железа, его дешевизна привели к тому, что оно начало вытеснять камень и бронзу.

Нехватку железа ощущали уже в Древней Греции. Грозный Древний Рим видел свою мощь в железе. И поныне железо важнейший материал для изготов­ ления орудий труда. Оно служит основой машино­

6

АТОМЫ, ЭЛЕМЕНТЫ КРИСТАЛЛЫ

Мы хорошо знаем, что такое эле­ мент, а наша периодическая сис­ тема элементов совсем не похожа

шинство тайн, на разгадку кото­ рых алхимики тратили свои жиз­ ни.

Г.-Т. Сиборг, Э.-Г. Вэленс

онимание структурных прин­ ципов элементов сооружения помогает архитектору создать проект, соответствую­

щий своему назначению. Миллионы людей побывали возле пирамиды Хеопса, чтобы встретиться с веч­ ностью, воплощенной в камне. Высота и величие, строгие линии на фоне голубого неба. Более 2 мил­ лионов отлично подогнанных каменных блоков весом от 2 до 30 тонн!

Кристаллы строят себя сами. Их архитектура гар­ монична. По меткому выражению русского кристал­ лографа Е. С. Федорова, они «блещут своей симмет­ рией». Блоками для построения кристаллов служат атомы. Вследствие стремления к равновесию они за­ нимают наиболее устойчивое положение, которое с течением времени не изменяется.

Представление о том, что вещества состоят из ато­ мов, родилось в Древней Греции больше 2 тысяч лет назад.

Благодаря накопленным к тому времени знаниям о различных материалах древнегреческий философ

8

Демокрит разработал атомистическую модель мира. С тех пор греческое слово «атомос», что значит «не­ делимый», начало жить в веках.

Для оценки свойств материалов Аристотель пред­

состояние вещества: твердое, жидкое или газообраз­

В 1661 году вышла в свет книга знаменитого анг­ лийского химика, физика и философа Р. Бойля «Хи­ мик-скептик», в которой впервые дано научное опре­ деление химического элемента, отличного от таинст­ венного невещественного элемента алхимиков.

Развивая атомные представления, английский хи­ мик Д. Дальтон через 100 с лишним лет приблизился к нынешнему пониманию природы элементов. Однако он игнорировал структуру и форму атомов. Все ато­ мы для него были идентичными мельчайшими шари­ ками без индивидуальной структуры, которые обра­ зуют соединения в результате сочетания двух или нескольких элементов.

А.-Л. Лавуазье в своем «Элементарном курсе хи­ мии», опубликованном в 1789 г., перечислил 33 эле­ ментарных вещества (элемента), среди которых около десяти еще не были выделены, а были известны по своим окислам. (Забегая вперед, скажем, что после открытия электрона и атомного ядра определение элементарного вещества и элемента было пересмот­ рено. Элементом начали называть вещество, состоя­ щее из атомов, имеющих ядра с одинаковым элек­ трическим зарядом.)

9