Содержание
Введение…………………………………………..……………………………….3
1. Развитие
материаловедения……………………………………………….4
2. Машиностроение…………………………………………………………..5
3. Металлургический
комплекс……………………………………………...7
4. Пластмассы…………………………………………………………………9
Заключение……………………………………………………………………….13
Список
литературы………………………………………………………………14
Введение
Наше время характеризуется коренной
«перестройкой отношений» между человеком и материалами. Экономические
последствия этого процесса, вероятно, будут очень глубокими. Разработка новых
материалов, создание сложных композитов, наряду с достижениями в технологии изготовления деталей, будет
играть ключевую роль в развитии ведущих отраслей науки и техники будущего.
Актуальность данной темы
заключается в том, что в основных направлениях экономического и социального
развития страны подчеркнута необходимость обеспечения дальнейшего ускорения
научно-технического прогресса благодаря созданию и внедрению в производство
принципиально новой техники, материалов и прогрессивных технологических
процессов.
Цель моей работы – подробно изучить
задачи материаловедения на современном этапе развития.
Задачи моей работы – рассмотреть
развитие материаловедения в нашей стране, изучить важнейшие задачи различных
отраслей материаловедения (машиностроения, металлургического комплекса,
пластических масс).
1. Развитие материаловедения
Большой вклад в развитие науки о
материалах внесли русские и советские ученые. Д.К.Чернов (1839-1921) является
основоположником научного материаловедения. Работы Н.С.Курнакова (1860-1941) и
его учеников имели большое значение для развития методов физико-химического
исследования металлических сплавов. С именами С.С.Штейнберга (1872-1940),
Н.А.Минкевича (1883-1942) и Н.Т.Гудцова (1885-1957) связана разработка теории и
технологии термической обработки стали. Крупные советские ученые
С.Т.Конобеевский, Г.В.Курдюмов, В.Д.Садовский, А.А.Бочвар, С.Т.Кишкин,
Н.В.Агеев и ряд других исследовали превращения в металлических сплавах.
Крупнейший химик А.М.Бутлеров
(1828-1886) создал теорию химического строения органических соединений и
научную основу для разработки синтетических полимерных материалов. Впервые в
мире на основе работ С.В.Лебедева было создано промышленное производство
синтетического каучука.
2. Машиностроение
Современное машиностроение является
основным потребителем производимых в нашей стране металлов.
Машиностроение объединяет
специализированные отрасли, сходные по технологии и используемому сырью.
Металлообработка включает промышленность металлических конструкций и изделий, а
также ремонт машин и оборудования.
Машиностроение является ведущей
отраслью тяжелой индустрии страны. Создавая наиболее активную часть основных
производственных фондов – орудия труда, машиностроение в значительной степени оказывает влияние
на темпы и направления научно-технического прогресса в различных отраслях
хозяйственного комплекса, на рост производительности труда и другие
экономические показатели.
На долю машиностроения приходится
около 1/5 объема выпускаемой продукции промышленности страны, почти 1/4
основных промышленно-производственных фондов и 1/3
промышленно-производственного персонала.
В структуре машиностроения
насчитывается 19 крупных комплексных отраслей, более 100 специализированных
подотраслей и производств.
В 1997 году валовый выпуск
продукции машиностроения сократился почти в 3 раза по сравнению с 1991г., а
доля машиностроения в структуре промышленного производства за этот же период
сократилась с 19,7 до 16,1%.[1]
Структурные изменения в выпуске
продукции машиностроения отражают сдвиги в экономике в целом и ее отраслях
(табл.1).[2]
Таблица 1.
Структура
производства продукции
машиностроительного
комплекса, %
|
Показатель
|
1991
|
1999
|
|
Машиностроительный комплекс - всего
|
100
|
100
|
|
В том числе:
машиностроение
|
87,8
|
81,0
|
|
Промышленность металлических
конструкций и изделий
|
3,7
|
5,0
|
|
Ремонт машин и оборудования
|
8,5
|
14,0
|
|
Машиностроение - всего
|
100
|
100
|
|
В том числе:
Наукоемкое машиностроение
|
43,5
|
27,6
|
|
Структурообразующие отрасли
|
12,8
|
13,3
|
|
Машиностроение для
агропромышленного комплекса
|
9,8
|
7,6
|
|
Машиностроение для строительного
комплекса
|
3,9
|
4,2
|
|
Машиностроение для топливно-сырьевых
отраслей
|
7,8
|
10,6
|
|
Машиностроение для инфраструктуры
|
20,4
|
36,7
|
|
Из него:
Автомобильная и подшипниковая
промышленность
|
16,8
|
31,8
|
Одной из главных задач развития
машиностроительного комплекса является коренная реконструкция и опережающий
рост таких отраслей, как станкостроение, приборостроение, электротехническая и
электронная промышленность, производство вычислительной техники. Необходимы
также разработка и внедрение новых базовых технологий, обеспечивающих выпуск
конкурентоспособной продукции, оживления инвестиционной активности и
государственная поддержка производства с высокими технологиями.
3. Металлургический комплекс
Используемые в технике металлы
принято подразделять на две основные группы – черные и цветные.
Черная металлургия – базовая отрасль
тяжелой промышленности, которая включает добычу железной руды, выплавку чугуна
и стали, производство проката различного профиля и сплавов железа с другими
металлами (ферросплавы).
Продукция черной металлургии
является основой для развития машиностроения и металлообработки, строительства
и других отраслей народного хозяйства. В местах размещения крупных предприятий
металлургии сосредотачиваются предприятия ряда других отраслей промышленности –
энергетики, коксохимической, химической, машиностроения, производства
строительных материалов и др. Создание предприятий тяжелой индустрии вызывает в
свою очередь интенсивное транспортное строительство, ведет к возникновению
крупных городов и промышленных центров.
Производство черных металлов в
России сосредоточено в основном на предприятиях трех важнейших металлургических
баз: Уральской, Центральной и Сибирской.
Из ресурсов черной металлургии
Россия испытывает дефицит в марганцевых рудах. Однако в последние годы открыто
новое довольно крупное месторождение марганца на дне Балтийского моря на
глубине до 60 м вблизи Санкт-Петербурга, что открывает перед Россией
перспективы собственного обеспечения марганцевой рудой.
Цветная металлургия России
производит разнообразные по физическим и химическим свойствам конструкционные
материалы. В состав этой отрасли тяжелой промышленности входят медная,
свинцово-цинковая, никеле-кобальтовая, алюминиевая, свинцово-цинковая,
титано-магниевая, вольфрано-молибденовая промышленность, а также производство
благородных и редких металлов.
Руды тяжелых цветных металлов
отличаются от руд легких низким содержанием металла. Так промышленными
считаются руды, содержащие медь, никель, свинец – около 1%, олова – менее 1%,
Для получения 1 т меди требуется 100 т руды, 1 т олова – 300т.
Другая особенность руд цветных
металлов – их комплексность. В медных, оловянных, свинцово-цинковых рудах
присутствуют десятки других металлов и сера. Поэтому большое значение имеет
комплексное производство сырья. Так, на Норильском медно-никелевом комбинате,
кроме никеля, меди и кобальта, получают еще более десяти видов продукции.
В условиях рынка создаются
межгосударственные компании в разных подотраслях металлургического комплекса –
в черной металлургии, в алюминиевой, титановой, редкоземельной, марганцевой
промышленности и т.д. Формирование межгосударственных компаний даст возможность
решить проблему экономической интеграции предприятий и будет способствовать
выводу отрасли из состояния кризиса.
Стоит задача ввода в строй новых
мощностей по добыче ряда руд цветных металлов.
Важнейшей задачей является решение
проблемы рационального использования и охраны окружающей среды во всех отраслях
металлургического комплекса, что требует огромных финансовых затрат. Решение
этой задачи – в переходе к малоотходной и безотходной технологии,
совершенствовании способов утилизации вредных веществ, комплексном
использовании сырья.
4. Пластмассы
Особое развитие за последние 30 лет
получило производство синтетических материалов – пластмасс.
Пластические массы получают
переработкой синтетических или природных высокомолекулярных соединений.
Полученные материалы легко перерабатываются в изделия, обладают достаточно
высокой прочностью, химической стойкостью; для их производства имеется
значительная сырьевая база и поэтому они успешно заменяют металлы, дерево и др.
Полиэтилен используется
для изготовления посуды, санитарно-технических изделий, игрушек, изоляции
проводов, пленок и др. Внешним отличительным признаком изделий из полиэтилена
является сходство с парафином. Вырабатывается полиэтилен высокого, среднего и
низкого давления.
Полипропилен по внешнему
виду и основным свойствам сходен с полиэтиленом, но имеет повышенную жесткость.
Из полипропилена вырабатываются химические волокна и нити, посуда и различные
изделия хозяйственного назначения (фляги, бутылки).
Поливинилхлорид
отличается высокой стойкостью к действию воды, жиров, слабых кислот и щелочей,
однако недостаточно теплостоек, при отрицательных температурах (ниже -15о
С) становится хрупким.
Выпускается
непластифицированный поливинилхлорид (винипласт), который отличается
жесткостью, прочностью и пластифицированный (пластикат) – гибкий и относительно
мягкий материал. Пластикат широко применяется при производстве линолеума, труб,
пленок, обуви, изоляции
Полиметилметакрилат
используется для получения органического стекла. Внешним отличительным
признаком этого полимера является деревянный звук при постукивании изделием о
поверхность. Химически стоек, прочен, но имеет недостаточную поверхностную
твердость (легко царапается) и низкую теплостойкость. Из оргстекла
вырабатывается посуда, галантерейные изделия, оно используется для остекления
автомобилей, самолетов и др.
Полистирол представляет
собой прозрачный материал, отличающийся жесткостью, химической стойкостью,
однако имеет низкую теплостойкость.
Сополимеры стирола с
синтетическим каучуком, с акрилонитрилом и с каучуком и с акрилонитрилом
обладают повышенной теплостойкостью, упругостью и прочностью. Используется
полистирол и сополимеры стирола для изготовления посуды, игрушек, осветительной
арматуры, облицовочных плиток, в производстве холодильников, радио- и
телеаппаратуры.
К поликонденсационным
пластмассам относят двух- или многокомпонентные системы – фенопласты,
аминопласты, полиамиды, полиуретан, поликарбонаты, эпоксидные,
кремнийорганические и алкидные
смолы, полиэтилентерефталат и др.
Фенопласты получают на
основе фенолоформальдегидных смол. Изделия из этих материалов устойчивы к воде,
органическим растворителям, не разрушаются под воздействием плесени, но имеют
низкую светостойкость и выделяют неприятный запах. В зависимости от различают пресс-переработки
(карболит), которые используются для производства электроустойчивой арматуры
(выключатели, патроны), и волокнистые, слоистые и газонаполнительные пластики,
характеризующиеся высокой механической прочностью.
Аминопласты представляют
собой продукт поликонденсации мочевины или меламина с формальдегидом.
Отличаются высокой теплостойкостью, влагостойкостью, не горят не разрушаются на
свету и поэтому изделия из них выпускаются светлых и ярких тонов.
Полиамиды – продукт
взаимодействия алифатических двухосновных кислот и диаминов, которые связаны
между собой амидной связью. Полиамиды и изделия из них устойчивы к действию
воды, прочны, износостойки, не горят, но под действием кислорода теряют
прочность и меняют цвет. Из полиамидов вырабатываются текстильные волокна
(капрон, анид), каблуки и набойки обуви, пленки, рыболовные сети, леска,
приспособления для развешивания одежды и белья.
Полиуретаны получают на
основе диизоциантов и многоатомных спиртов. Полиуританы устойчивы к истиранию,
прочны не меняют свои свойства в широком интервале температур. Используются для
получения высокоэластичного волокна (спандекс), пенопластов (поролон), в
производстве синтетических кож, а также лаков и клеев.
Поликорбанаты образуются
при взаимодействии остатков различных ароматических соединений, связанных между
собой карбонатной связью. Используются для получения упаковочных пленок, посуды
для горячей пищи, смотровых стекол, корпусов счетных машин и др.
Эпоксидные смолы получают
из веществ, содержащих в своих молекулах эпоксидную группу. Особенность
полученных полимеров состоит в высокой реакционной способности, что
используется при склеивании различных материалов.
Кремнийорганические смолы
содержат атомы кремния и поэтому обладают свойствами как смолы, так и
силикатов. Используются в технике, работающей при высокой температуре, для
водоотталкивающих смазок и др.
Алкидные смолы – продукт
взаимодействия фталевой кислоты с многоатомными спиртами. Используется в
качестве лаков и красок, в том числе для лакирования консервных банок, а также
при производстве линолеума и др.
Полиэтилентерефталат
(лавсан) получают на основе терефталевой кислоты и этиленгликоля. Полимер
теплостоек, не растворяется в обычных органических растворителях, стоек к воде
и жирам, прочен, имеет шерстоподобный вид и используется для получения
износостойкого волокна, пленок, посуды.
Пластические массы на
основе Эфиров целлюлозы – продукт переработки целлюлозы, получаемой из коротких
хлопковых волокон, древесины, соломы, камыша и т.д. при обработке целлюлозы
азотной кислотой получают нитроцеллюлозу, которая является основой для
выработки целлюлойда.
Целлюлойд – продукт
смешивания нитроцеллюлозы с камфарой. Используется целлюлойд для галантерейных
изделий, планшетов, угольников, деталей к приборам.
Обработкой нитроцеллюлозы
уксусной кислотой получают ацетилцеллюлозу и на ее основе пластические
массы этрол и целлон.
Этрол применяется в
радиотехнике; целлон – для изготовления кино- и фотопленки, упаковочной пленки,
стекол для часов, оправ для очков и др.
Битумные пластмассы
получают на основе природных и искусственных битумов и лаков. При производстве
пластических масс они наполняются хлопковыми волокнами, асбестом, известняком и
формируются листы, которые используются для деталей электро- и радиоаппаратуры.
Пластмассы и другие неметаллические
материалы используют в конструкциях машин и механизмов взамен металлов и
сплавов. Такие материалы позволяют повысить сроки службы ряда деталей и узлов
машин и установок, снизить массу конструкций, экономить дефицитные цветные
металлы и сплавы, снизить стоимость и трудоемк5ость обработки.
Заключение
XXI век — век новых материалов и технологий, век создания
композиций с прогнозируемыми свойствами, что в значительной степени связано с
использованием новых физико-химических приёмов формирования поверхности
заданного химического состава и строение с атомно-молекулярной точностью
(«атомная сборка»). Необходимость
дальнейшего прогресса в этой области заставляет исследователей «погружаться» в
самые глубокие проблемы квантовой механики и физики твёрдого тела.
Надёжность микро- и нанокомпозитов
должна быть очень высокой на всех стадиях технологического процесса. Поэтому
получение принципиально новых характеристик искусственных композиционных
структур, основанных на квантовых эффектах,
явлении самоорганизации, невозможны без создания новых прецизионных
синтетических процессов и разработки новых подходов к их анализу.
В заключение можно сделать вывод,
что основными задачами материаловедения являются увеличение выпуска продукции
машиностроения и металлообработки и производительности труда. Достижение
намеченных задач возможно за счет улучшения качества и ассортимента
металлопродукции; увеличения металлопроизводства новых конструкционных
материалов, покрытий и изделий на основе металлических порошков; развития
производства новых полимерных и композиционных материалов с комплексом
требуемых свойств; широкого применения малоотходных технологических процессов;
использования высокоэффективных методов обработки металлов и материалов,
обеспечивающих существенное улучшение их свойств, и осуществления других
мероприятий.
Список литературы
1. Козлов Ю.С. Материаловедение. – М.:
Высшая школа 1993.
2.
Мозберг Р.К. Материаловедение. М.: Наука, 1991.
3.
Научный вестник. Под ред. Востриков А. В.,
№1,2,3,4.НГТУ, 2001.
4. Родионова И.А. Экономическая
география России. М., 1998.
5. Российский статистический ежегодник.
М.: Госкомстат России, 2000.
[1] Родионова И.А.
Экономическая география России.- М., 1998. С 18.
[2] Российский статистический
ежегодник. М.: Госкомстат России, 2000. С.383.