Открытый урок в группе СПО "слесарь по ремонту строительных машин", предмет материаловедение.

Федеральная служба исполнения наказаний России

Федеральное казенное профессиональное образовательное учреждение №57

Рассмотрено на заседании

методической комиссии

Протокол № _2_

от «_01_» _октября__ 2021_г.

План-конспект урока

По предмету ОП.02 «Материаловедение»

Профессия: 23.01.08 Слесарь по ремонту строительных машин

Тема 4.2. «Стекло и керамические материалы»

Преподаватель: Тарапунов В.В.

г. Калуга – 2021 г.

План урока №_27-28_

Дата проведения открытого урока: 19 октября 2021 года

Группа: № 1-3Ф

Дисциплина: Материаловедение

Тема урока: «Стекло и керамические материалы»

Тип урока: Комбинированный

Цель урока:

Образовательная:

- изучить строение, свойства и назначение стекла и керамических материалов, технологические характеристики изделий из стекла и керамических материалов.

- выработать у учащихся навыки и умения применять теоретические знания, полученные на уроках МДК02.01 «Конструкция, эксплуатация и техническое обслуживание автомобилей»

Развивающая:

- развивать у обучающихся умение четко излагать свои мысли, анализировать полученную информацию, выделять главное и аргументировано доказывать свою точку зрения по данному вопросу

Воспитательная:

- привить интерес к будущей специальности;

- воспитать у учащихся умение работать в команде, культуре дискуссий, умению слушать и быть услышанным.

Междисциплинарные связи: дисциплина МДК02.01 «Конструкция, эксплуатация и техническое обслуживание автомобилей» по теме № 1.21: «Приборы освещения и контроля»

Оснащение урока:

1. Овчинников В.В. Основы материаловедения для сварщиков Учебник. - М. «Издательский центр «Академия»,2017;

2. Заплатин В.Н. Основы материаловедения (металлообработка): Учебное пособие. – М. «Издательский центр «Академия»,2017;

3. Рабочая программа, КТП, доска, конспект;

4. Раздаточный материал; карточки-задания; карточки тестовых заданий;

5. Мультимедийный комплекс (ТВ, образовательные видеоматериалы).

Ход урока:

Приложение №1.

Мини-тест по теме занятия

1. Как называют процесс получения резины из каучука?

   1. Деформация;

   2. Вулканизация;

   3. Пластификация;

   4. Регенерация.

2. Какие материалы относятся к пластмассам?

   1. Полиэтилен;

   2. Органическое стекло;

   3. Пенопласт;

   4. Эбонит.

3. Пластификаторами в составе резины могут быть:

   1. Парафин;

   2. Вазелин;

   3. Мазут;

   4. Сажа;

   5. Тальк.

4. В состав пластмасс входят:

   1. Наполнители;

   2. Отвердители;

   3. Регенераты.

5. По поведению при нагреве все пластмассы подразделяют на:

   1. Термостабильные;

   2. Термопластичные;

   3. Термореактивные.

Эталон ответов:

1. Б

2. А, Б, В

3. А, Б, В

4. А, Б

5. Б, В

Критерий оценок:

Оценка «5» - допускается 1 ошибка (95-100%)

Оценка «4» - допускается 2-3 ошибки (75-95%)

Оценка «3» - допускается 4-5 ошибок (50-75%)

Оценка «2» - 6 и более ошибок (менее 50%)

Приложение №2.

Конспект лекции по дисциплине «Материаловедение»

по теме 4.2. «Стекло и керамические материалы»

Стеклом называется твердый аморфный термопластичный материал, получаемый переохлаждением расплава различных оксидов. В состав стекла входит стеклообразующие кислотные оксиды (SiO, А12O3, В2O3 и др.), а также основные оксиды (ΚΟ, CaO, Na2O и др.), придающие ему специальные свойства и окраску. Оксид кремния Si02 является основой практически всех стекол и входит в их состав в количестве 50 — 100%.

По назначению стекла подразделяются на строительные (оконные, витринные и др.), бытовые (стеклотара, посуда, зеркала и др.) и технические (оптические, свето- и электротехнические, химико-лабораторные, приборные и др.).

Важными свойствами стекла являются оптические. Обычное стекло пропускает около 90%, отражает — 8% и поглощает — 1 % видимого света.

Механические свойства стекла характеризуются высоким сопротивлением сжатию и низким — растяжению. Термостойкость стекла определяется разностью температур, которую оно может выдержать без разрушения при резком охлаждении в воде. Для большинства стекол термостойкость колеблется от 90 до 170°С, а для кварцевого стекла, состоящего из чистого SiO2 — 1000°С. Основной недостаток стекла — высокая хрупкость.

150 лет назад стекло варили только в огнеупорных горшках. В них засыпали вру­чную шихту, состоящую из кварцевого песка, соды, мела, доломита и других материалов. Шихта при высокой температуре превращалась в прозрачную массу. Из жидкой стекло­массы стеклодувы выдували различные сосу­ды, бутылки, посуду, цилиндры, из которых затем получали листы стекла. Это был тяже­лейший труд. В 30-х гг. прошлого столе­тия в России появились первые ванные печи для промышленного производства стек­ла. Потребность в нем росла очень быстро. Один за другим возводились стеклоделатель­ные заводы. И на каждом — одна или несколь­ко ванных печей, выпускающих за сутки не­сколько тонн стекла.

Современные ванные печи — большие соору­жения. Длина печи для производства оконного стекла — несколько десятков метров. Шихту в печь загружают непрерывно по 10—15 тонн в час с помощью механических устройств. Печь вмещает более 2500 тонн стекломассы и дает в сут­ки 350 тонн стекла и больше.

Даже при высокой температуре стекломасса обладает очень большой вязкостью, в десятки тысяч раз большей, чем вода. Поэтому в ней надолго задерживаются пузырьки газов, выде­ляемых содой, мелом и другими компонентами шихты. Кроме того, сотни тонн вязкой стекло­массы трудно перемешать и сделать одно­родной. Все эти процессы требуют много времени.

Чем больше ванная печь и чем выше темпера­тура варки стекла, тем производительнее ра­ботает печь. Повысить температуру варки стек­ла можно, если не только обогревать печь газом или жидким топливом, но и использовать еще и электротермический эффект в самой стекломассе. Ведь расплав стекла при высокой темпера­туре проводит электрический ток. Сейчас темпе­ратуру ванных печей повышают до 1580— 1600° С и широко применяют электрообогрев.

Каждый год производят сотни миллионов квадратных метров оконного стекла. Мало того, из стекла научились делать прочные трубы, стекловолокно, стеклопластик, бронестекло, пустотелые строительные блоки, сложную, тер­мостойкую лабораторную посуду. Стекло ус­пешно конкурирует с металлом.

Огромно значение стекла в быту — это различная посуда, вазы, зеркала, окна и пр.; и в производстве – прочные трубы, изоляторы, строительные блоки, витражи и т.п.

Стекло – это очень пер­спективный материал в самых различных отраслях народного хозяйства.

Керамика — это неорганический минеральный материал, получаемый из отформованного минерального сырья путем спекания при высоких температурах(1200-2500°С). Структура керамики состоит из кристаллической, стекловидной(аморфной) и газовой фазы.

Кристаллическая фаза является основой керамики, ее количество составляет до 100%. Она представляет собой различные химические соединения и твердые растворы.

Стекловидная фаза находится в керамике в виде прослоек стекла. Ее количество составляет до 40%. Она снижает качество керамики.

Газовая фаза представляет собой газы, находящиеся в порах керамики.

По назначению керамика может быть разделена на строительную, бытовую и художественно-декоративную, техническую.

Строительная (например, кирпич) и бытовая (например, посуда) чаще всего имеет в структуре газонаполненные поры и изготовляется из глины.

Техническая керамика имеет почти однофазную кристаллическую структуру и изготовляется из чистых оксидов (реже карбидов, боридов или нитридов). Основные оксиды, используемые для производства керамики — А1₂0₃, ZnO₂, MgO, CaO, ВеО.

Техническая керамика используется в качестве огнеупорного, конструкционного и инструментального материала. Она обладает высокой прочностью при сжатии и низкой при растяжении. Главный недостаток керамики, как и стекла — высокая хрупкость.

Керамика — это и фарфор, и фаянс, и майоли­ка, и многие другие материалы и изделия из них. Что же такое керамика? Что же объеди­няет все эти материалы и изделия? В современ­ном понимании керамика — изделия и мате­риалы, получаемые спеканием до камневидного состояния природные глин и их смесей с мине­ральными добавками, а также оксидов и дру­гих неорганических соединений (слово «керамика» происходит от греческого «керамикос»— «глиняный», «гончарный»).

Пластичность глины была известна челове­ку еще на заре его существования. Обжиг, который придает глиняной массе твердость, водостойкость, жаропрочность, начал приме­няться человеком около 7 тыс. лет тому назад.

Широкому распространению керамики спо­собствовала относительная простота ее произ­водства: глины, которые имеются почти повсю­ду, обжигают на огне. Первоначально керамику использовали в основном для изготовления посуды и делали ее вручную. Около 6 тыс. лет назад в Шумере появился гончарный круг, что облегчило процесс формования посуды. Около 5 тыс. лет назад в Египте, Вавилонии и странах Ближнего Востока керамику научи­лись покрывать глазурью (тонкий слой специальных составов, которые при обжиге приобретают вид стекла и защищают керамику от размокания, делают изделия более кра­сочными). В это же время и там же научились делать кирпич.

В зависимости от требований к будущему изделию в состав глинистой массы вводят кварц, оксиды алюминия, титана и других металлов. Наибольшее распространение в керамической промышленности получил метод пластического формования. Заключается он в следующем – глину дробят и перемешива­ют с добавками (если в них есть необходи­мость), добавляют воду и «проминают» полу­ченную массу до получения однородного пластичного теста требуемой густоты. Затем либо формуют изделия на специальных прессах (ковка, штамповка, прессование), либо раз­ливают тесто в гипсовые формы. Далее массу обрабатывают в вакууме для удаления из нее воздуха, что улучшает пластические свойства массы и качество получаемой керамики. После этого массу сушат и обжигают.

В процессе обжига из массы удаляется вода и происходит разложение глинистого вещества с образованием стекловидного расплава, кото­рый при остывании связывает частицы более тугоплавких составных частей в прочное камневидное тело. В зависимости от того, какие исходные материалы используются и какое изделие требуется получить, обжиг ведется при температуре от 900° С (например, для изготов­ления строительного кирпича) до 2000° С (при производстве огнеупорных изделий). Про­должительность обжига составляет от 2—3 ч для мелких изделий до нескольких суток для крупных.

«Обычная», не имеющая специального наз­вания керамика — это и обычный кирпич, и кирпич огнеупорный, и покрытые химически стойкими глазурями канализационные трубы, и плитка для полов, в том числе так называемая метлахская плитка, и электрические изоляторы, и многое другое. Свойства, исход­ный состав, режимы обжига «обычной» кера­мики очень разнообразны. Неглазурованная, пористая керамика, так называемая терракота, используется в основном для отделки зданий и изготовления художественных изде­лий; покрытая особыми прозрачными или непрозрачными (глухими) глазурями майо­лика используется для декоративной отделки.

Из других разновидностей керамики наибо­льшей известностью пользуется фарфор — изделия из керамики, имеющие непроницаемый для воды, белый, звонкий, просвечивающий в тонком слое черепок без пор.

Фарфор впервые появился в Китае в VI—VII вв. Объясняется это скорее всего тем, что составной частью фарфора является као­лин — глинистый материал, впервые найден­ный в местности Китая Каолин.

В Европе долгое время не могли разгадать секрета фарфора. Только в конце XVI в. в Италии был получен «мягкий» фарфор (без каолина), и лишь в начале XVIII в. был создан твердый фарфор.

В России еще Петр I положил начало дли­тельным поискам секрета фарфора. Над загад­кой фарфора работал М.В. Ломоносов, но лишь в 1744 г. Д.И. Виноградову удалось определить состав фарфора и научно обосно­вать его технологию.

По составу и условиям обжига различают 2 вида фарфора: твердый и мягкий (отметим, что слова «мягкий» и «твердый» характеризуют не твердость фарфора — мягкий может быть тверже — а температуру обжига). Наиболее ценен твердый. В его состав входят лишь глинистые вещества (беложгущиеся глины и каолин), кварц и полевой шпат и в виде исклю­чения оксид кальция. Обжигается он при тем­пературе до 1450° С. Мягкий фарфор более разнообразен по составу, а температура его обжига ниже — 1300° С. Технология подго­товки массы обычная для керамики, но для получения фарфора высокого качества массу перед формованием выдерживают в темном сыром помещении. Раньше эта выдержка дли­лась годами, внедрение вакуумной обработки массы позволило сократить этот срок до двух недель. Как и любая керамика, фарфор бывает глазурованный и неглазурованный (в этом случае его называют бисквитом).

Многие из нас любовались в музеях посудой и художественными изделиями из фарфора. Но кроме этого, фарфор, облада­ющий химической стойкостью, твердостью, хо­рошими диэлектрическими свойствами, исполь­зуется во многих областях науки и техники — в химии, электротехнике, электронике и др.

Близкий родственник фарфора — фаянс. Он отличается от фарфора в основном пористо­стью, из-за чего его выпускают лишь глазу­рованным. История возникновения фаянса относится к Древнему Египту. Фаянс исполь­зуется для изготовления столовой и чайной посуды, а в строительстве — для изготовления облицовочных плиток, умывальников и другого санитарно-технического оборудования.

Трудно найти область человеческой жизни и деятельности, где керамика не используется. В быту и ракетостроении, радиотехнике и ме­таллообработке, медицине, химии, физике — наверное, всюду. Изделия из керамики укра­шают наш быт — приятно пить чай из легкой, почти прозрачной фарфоровой чашки, а кера­мические резцы успешно конкурируют и часто превосходят резцы, изготовленные из самых жаропрочных и твердых сплавов. Керамика позволяет укротить высокие температуры и не боится самых агрессивных химических веществ.

Ситаллы представляют собой материалы, полученные путем кристаллизации стекол. Ситаллы изготовляют путем плавления стекольного

материала с добавкой катализаторов кристаллизации. Далее расплав охлаждается до пластического состояния и из него формуются изделия. Кристаллизация обычно происходит при повторном нагревании изделий.

По структуре ситаллы занимают промежуточное место между стеклом и

керамикой. Их структура состоит из зерен кристаллической фазы, скрепленных стекловидной прослойкой. Содержание кристаллической фазы составляет 30-95%. Пористость отсутствует.

Ситаллы характеризуются исключительной мелкозернистостью. По внешнему виду могут быть прозрачными и непрозрачными. Структура ситаллов определяет их свойства. Ситаллы имеют высокую твердость, высокую прочность при сжатии и низкую при растяжении, обладают жаропрочностью до 900-1200°С, жаростойкостью, износостойкостью. Они характеризуются высокой химической стойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами.

Ситаллы отличаются хрупкостью, однако меньшей, чем стекло. Применяются ситаллы для деталей, работающих при высоких температурах и в агрессивных средах, деталей радиоэлектроники, инструментов.