Системы с твердой дисперсионной средой

Системы с твердой дисперсионной средой обладают твердостью и другими свойствами, о которых пойдет речь ниже. К ним неприменимо понятие агрегативной устойчивости.

Дисперсные системы (Г/Т) – твердые пены широко применяются в строительстве (пенобетон, керамзит, пеностекло, пенопласты, пористая резина и др.).

Дисперсные системы (Ж/Т) – твердые эмульсии встречаются довольно редко.

Наиболее широко используются дисперсные системы (Т/Т). К ним относятся металлы и сплавы, керамические и бетонные изделия, пластмассы, композиционные материалы (железобетон, эбонит, резина, ситаллы и др.).

Металлы и сплавы имеют кристаллическое строение (рис. 44).

Рис. 44. Строение затвердевшего стального слитка: 1) мелкие кристаллы; 2) столбчатые кристаллы; 3) крупные кристаллы

Расплав при охлаждении переходит из жидкого в твердое состояние. Кристаллизация металла происходит на зародышах – отдельных участках поверхности, которая охлаждается быстрее внутренней части. Процесс твердения продвигается внутрь и завершается в центре металлического слитка. Образуется дисперсная система разнообразных по форме и ориентации кристаллов.

В сплавах формируется микрогетерогенная система, кристаллы которой отличаются физическими и химическими свойствами.

Бетон получают твердением цементного теста, смешанного с различными минеральными наполнителями (крупный речной песок, гравий, щебень). В результате твердения образуется монолитная дисперсная система в виде блоков, плит и других конструкционных материалов.

Керамические материалы получают спеканием глин или смеси порошков неорганических веществ, содержащих разнообразные оксиды металлов и неметаллов (Al₂O₃, MgO, SiO₂, CaO). При изготовлении керамики к глине добавляют воды, размалывают до состояния теста, формуют изделие, сушат, а затем подвергают обжигу. После обжига изделие готово к использованию.

Композиционные материалы – многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной, металлической, углеродной основы (матрицы), армированной (содержащей внутренний каркас) наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, тонкодисперсных частиц.

Среди композиционных материалов наибольшее применение нашли полимерные материалы (феноло-формальдегидные смолы, эпоксидные, полиамидные и полиэфирные высокомолекулярные соединения), армированные стеклянными, углеродными, борными волокнами, а также стальной, молибденовой и вольфрамовой проволокой. Например, углепластики используются в качестве конструкционных материалов в авиакосмической технике, автомобилестроении, судостроении, изготовлении спортивных товаров. Углерод-углеродные композиты используются в качестве теплозащитных материалов. В инертной среде они работают при температуре до 2500 ⁰С.

Введение высокодисперсного углерода (дисперсная фаза) в натуральный или синтетический каучук (дисперсионная среда) придает резине (полученной при вулканизации каучука) сочетание свойств твердого тела (упругость, стабильность формы), жидкости (высокая деформируемость при малом объемном сжатии) и газа (повышение упругости вулканизационных сеток с ростом температуры). Благодаря этим качествам автомобильные покрышки выдерживают высокие нагрузки в течение нескольких лет эксплуатации.