Потребителями технической керамики являются все приоритетные направления науки и техники, обеспечивающие прогресс современного общества (см. второй форзац). Техническая керамика создается на основе таких распространенных в природе элементов, как азот, кислород, углерод, кремний, алюминий, титан и др. Обладая высокой жаропрочностью по сравнению с металлами, техническая керамика обеспечивает возможность изготовления деталей двигателей, работающих при температуре 1200—1370° С. Значительно снижается масса такого двигателя, что существенно влияет на уменьшение расхода топлива и повышение коэффициента полезного действия. Режущие пластины инструментов, выполненные из керамики, заменяют на 100% дорогостоящие и дефицитные твердосплавные детали на основе вольфрама. Это позволяет увеличить скорость резания в 2—4 раза. Для химической промышленности из технической керамики производятся коррозионно-стойкие узлы каталитической и теплообменной аппаратуры, огнеупоры, а для металлургии — высокотемпературные фильтрующие материалы. Разработаны специальные способы получения керамики: горячего и изостатического прессования, холодного формования и т. д.
Успехи химии и медицины в создании композиционных материалов позволяют решить вопрос о замене поврежденных тканей и органов человека на искусственные. В мире несколько миллионов людей имеют искусственные суставы (эндопротезы), сращенные специальным костным цементом кости, заменители хрящей, клапаны сердца и пр. Исследования химиков показывают, что возможно получение материала с любыми свойствами (прочностью, упругостью, плотностью, биологической совместимостью и др.). Композиты имеют Различное назначение, поэтому число их модификации постоянно растет. Такие органические материалы, как полиметилметакрилат, эпоксидные смолы.
Продолжаются работы по созданию материалов, максимальная прочность которых сочетается с высоким показателем упругости и небольшой плотностью. Для усиления органических матриц используют нитевидные монокристаллы из корунда, карбидов бора, кремния и нитридов, а также традиционные алюминиевые, медные, железные сплавы или чистые металлы. Эти и другие материалы нашли применение в областях, о которых несколько лет назад только мечтали. Так, для заменителей хрящей применяют композит из полиэтилена с очень большой относительной молекулярной массой, армированный угольным волокном. А вот для создания искусственного сердца, впервые пересаженного человеку в 1982 г. в США, ученые применили целый набор всевозможных материалов. Корпус был изготовлен из алифатического полиуретанового термоэластопласта, кольца, удерживающие клапаны сердца, выполнены из поликарбоната, а сами клапаны — из титана. Все детали были покрыты полиуретаном, на который «привили» гепарин — вещество, предотвращающее образование тромбов в крови, омывающей поверхности искусственных заменителей.
Сегодня химики, пользуясь обширными данными о характеристиках материалов, органических наполнителей, металлов и их сплавов, способны подобрать для определенной области самый целесообразный материал. На основе атомных структурных моделей и знаний о составе веществ, использования компьютерной техники можно прогнозировать материалы с требующимися свойствами.
|