Наука и технологии

 Материалы будущего

Издательство «Химия» 1985 г.

Перспективы силикатных материалов в народном хозяйстве

В предыдущих разделах читатель познакомился с силикатными материалами, их свойствами, способами получения и многосторонним применением в народном хозяйстве. Обобщая сказанное, попробуем оценить, какое развитие претерпят силикатные материалы в будущем и как возрастет их народнохозяйственное значение. Природные камни сохраняют свое значение в строительстве. Они в большом количестве используются в дорожном строительстве и в виде добавок в бетон. С ними поэтому тесно связан прогресс в деле создания новых видов бетона. Примерный прогноз говорит о том, что к 2000 году 90% всех строительных материалов будут состоять из песка и гравия.

Однако для того чтобы удовлетворить будущую нужду в добавках к бетонам, понадобится вдвое больше гравийного песка, чем его содержится в месторождениях на территории ГДР. (К тому же его использование осложнено большим количеством мелкого песка, залегающего там же.) Это обстоятельство, а также то, что каменные залежи расположены в основном на юге страны, а значит, и относительно высокая стоимость добычи гравия и щебня составляют серьезную народнохозяйственную проблему. Поэтому понятно, почему такое значение придается сейчас широкому использованию силикатных бетонов и разработке как новых силикатных материалов на основе песка и глины, так и рентабельных, энергетически выгодных керамических . Так, в северных районах ГДР можно существенно снизить транспортные расходы путем комплексного использования для производства силикатного бетона и других строительных материалов месторождений наносного мергеля и расположенного под ним гравийного песка. Необычайно важную задачу представляет собой и комплексное использование гравийного песка и глины из горных покровов месторождений бурого угля. Ее необходимо решить в ближайшие годы.

Другая проблема состоит в том, что в ГДР практически отсутствуют легкие вулканические породы, которые можно использовать в качестве наполнителей бетона. Для этой цели в настоящее время применяются дорогие, энергоемкие продукты из песка и глины. Встает поэтому необходимость исследовать порфин и другие вулканические породы с целью выплавления их стекловидных компонентов и дальнейшего получения на этой основе наполнителей для легких бетонов.

Дальнейшее развитие конструкций из бетона, железобетона и напряженного бетона в ГДР определяется в основном необходимостью сделать процесс строительства легким и экономичным. Параллельно широкому применению легких конструкционных бетонов идет разработка высокопродуктивных способов производства силикатных бетонов и широкого ассортимента пористых и плотных изделий из них. Это будет в решающей степени содействовать уменьшению массы и стоимости конструкций. Прогресса можно ожидать и от разработки способа безавтоклавного обжига таких бетонов.

Существенного улучшения свойств в будущем можно ожидать прежде всего от комбинации бетонов с искусственными смолами. Впрочем, из экономических соображений их применение еще долгое время будет ограничено объектами, для которых прочности и устойчивости обычных бетонов недостаточно. Во многих странах работают над проблемой замены стальной арматуры другими материалами, особенно стекловолокном. Предотвращая образование микротрещин, стекловолокно улучшает свойства обычно хрупких цементов. Кроме того, при этом повышаются огнеупорные и ударопрочные свойства изделий на основе цемента.

Уникальные свойства керамических материалов и большое число изготовляемых из них изделий обеспечило керамической промышленности важное место в народном хозяйстве. В условиях индустриализации строительства различные керамические строительные материалы очень важны для покрытия потребностей. Постоянно растет значение огнеупоров, поскольку от них зависит развитие промышленности строительных материалов, энергетики и металлургии. То же самое можно сказать и о кислотоупорном кирпиче, незаменимом материале для химической и пищевой промышленности. Основная задача тонкокерамической промышленности ГДР состоит в обеспечении населения фарфоровыми и фаянсовыми изделиями и санитарной керамикой. Сюда относится и обширный экспорт.

Правда, на первый взгляд, будущее керамики кажется под угрозой из-за внедрения в некоторые отрасли новых материалов. Индустриализация строительства с широким применением бетона привела к значительному сокращению производства кирпича. Было бы, однако, неверно делать вывод о такой тенденции для всей отрасли в целом. Так, фаянс еще долго будет незаменим в быту. Ничем пока не вытеснены столовый и электроизоляционный фарфор. Постоянно растет роль электрокерамики. Области ее применения простираются от силикатной, изоляционной керамики до несиликатной, керамики полупроводников и диэлектриков. Широту диапазона внедрения керамики в специальных отраслях промышленности иллюстрируют искусственные зубы из силикатной керамики и керамические резцы для обработки чугуна и стали. (Для изготовления последних используются особые оксидные материалы.) Другим примером применения специальных материалов, полученных при обжиге оксида алюминия, являются бобины в производстве проволоки и скользящие кольца в осевых подшипниках насосов для агрессивных сред.

Усилия керамической промышленности, базирующейся почти исключительно на отечественном сырье, должны быть в будущем направлены на разработку и производство таких изделий, в которых будут оптимально использоваться все преимущества керамических материалов. Таким образом, керамическая промышленность и в будущем будет в большой мере способствовать решению задач, стоящих перед строительством, энергетикой, химической промышленностью и др.

В производстве стекла долгое время не было заметно почти никакого прогресса. В последнее время в первую очередь в строительстве и автомобилестроении выросла потребность в листовом стекле, которое сочетало бы легкость с высокой прочностью. Преимущества, которые несет уменьшение массы тары, стали очевидны благодаря пластмассовым упаковкам. Таким образом, дальнейший прогресс в области стекла определяется новыми требованиями к комбинациям свойств, которые оно может обеспечить. Нас удовлетворяют его прозрачность, устойчивость формы, термостабильность, твердость, но хотелось бы устранить его типичные недостатки, прежде всего хрупкость и низкие значения пределов прочности на растяжение и изгиб. Современные исследования уже указали пути для разработки таких высокоэластичных  и высокопрочных  стекол.

Так как относительно малая эффективная прочность стекол связана с дефектами структуры, то есть с появлением во всем объеме и особенно на поверхности многочисленных микротрещин, то к теоретическому пределу прочности стекол (порядка 10 000 МПа) можно приблизиться только путем ликвидации структурных дефектов. Пока ограничиваются защитой поверхности стекол физическими и химическими методами. Простейшим способом является нанесение покрытий из пластмассы или стекловолокнита. Обычные стеклянные трубопроводы применяются для давлений до 0,4 МПа. При покрытии стекловолокнитом получают ударопрочные трубы, выдерживающие давления до 0,75 МПа. Благодаря высокой химической стойкости они очень ценятся в химической промышленности.

Дальнейший прогресс в упрочнении стекла нацелен на получение структуры, при которой дефекты в определенной степени вытесняются из решетки. Подходящий для этого метод основывается на создании на поверхности стекла предварительных сжимающих напряжений, с чем мы уже встречались, говоря о ветровых стеклах для грузовиков. Гораздо большего увеличения прочности можно достигнуть химическими методами, когда в поверхностный слой стекла вводятся крупные ионы. В комбинации с пластмассами такие химически упрочненные стекла образуют материалы, которые по прочности почти не уступают стали.

Другой способ характеризуется тем, что меняется не только структура поверхности, но и вся структура в целом. В этом случае, при получении так называемой стеклокерамики (ситаллов), сознательно идут по совершенно отличному от классических способов пути - стекло подвергают направленной кристаллизации. Стеклокерамические материалы могут быть прозрачны или непрозрачны, они не обнаруживают никакого объемного расширения в интервале температур от — 200 до + 800 °С и обладают пределом прочности на изгиб до 1000 МПа. Новейшим достижением в этой области является поддающаяся механической обработке стеклокерамика.

Прогресс в области упрочнения стекла еще только начинается. Но уже сегодня можно предвидеть, что издавно известное стекло претерпит в будущем удивительные превращения и рамки его применения раздвинутся.

Большая роль стекольной и керамической промышленности в стабильных поставках материалов и полуфабрикатов и в снабжении населения товарами широкого потребления-основа того, что валовой промышленный продукт этой отрасли должен быть увеличен. Центр тяжести при этом падает на производство термостойких стекол, санитарной керамики, керамической плитки для облицовки стен и полов, стекловолокна для строительства, огнеупорных изделий для металлургии и индустриальных печей, стеклянных деталей для научного приборостроения, электротехники и электроники.