Что такое структура материала

Определение структуры материала. Двухкомпонентные структуры и типы микроструктур

Структура – это строение материала, характеризующееся качественным и количественным соотношением составляющих, взаимным расположением и связями между ними.

Структура материалов чрезвычайно сложна, поэтому для ее изучения используют разнообразные способы. По способам изучения различают макроструктуру – строение, видимое невооруженным глазом; микроструктуру – строение материала, видимое в микроскоп, ультраструктуру – внутреннее строение вещества, составляющего материал, изучаемого методами электронной микроскопии и рентгено-структурного анализа.

На уровне ультрамикроструктуры материала изучено главным образом строение вещества, состоящего из одного или нескольких элементов, между которыми устанавливаются устойчивые связи.

Среди этих связей выделяют ионную, ковалентную, металлическую. Существуют и другие формы связи: водородная, характерная для воды, льда, донорно-акцепторная (некоторые полимеры) и др.

Свойства веществ зависят от химического строения молекул (кристаллов или других обособленных групп атомов), в которых атомы располагаются таким образом, чтобы потенциальная энергия системы была минимальной.

Идеальный кристалл имеет пространственную решетку, расположение атомов, ионов, молекул в узлах которой периодично и характерно для данного вещества. Это расположение определяется энергетической выгодностью узлов и расстояний между частицами, образующими пространственную решетку.

Строение реальных кристаллических и аморфных веществ материалов существенно отличается от идеального, что зависит от степени отклонения от совершенной кристалличности или аморфности. Такие отклонения обуславливают дефекты и дислокации в строении веществ. Наиболее характерными дефектами являются микропоры и дислокации. Дислокации –это линейные дефекты кристаллов, вызывающие местные искривления кристаллической решетки.

Например, металлическая болванка на поверхности остывает интенсивнее, чем внутри. Вследствие этого образование кристаллов происходит неодинаково:

— на поверхности – мелкокристаллическая,

— внутри – более крупнокристаллическая, что и приводит к дислокациям.

На практике фактическая прочность строительных материалов составляет 1-2 % от теоретически рассчитанной.

Макроструктуру материалов различают конгломератную (бетоны), волокнистую (древесина), мелкозернистую, ячеистую, слоистую (текстолиты), рыхлозернистую (песок, щебень).

Влияние многокомпонентных структур на свойства материалов затруднено, поэтому условно можно выделить двухкомпонентные структуры. Среди двухкомпонентных структур материалов различают структуры с базальной, поровой и контактной цементации.

По характеру связей между компонентами выделяют три типа микроструктур: коагуляционную, конденсационную и кристаллизационную.

Источник

Структура материалов

Структура (строение, расположение, порядок) – совокупность устойчивых связей тела (объекта), обеспечивающих его целостность.

2.1 Макроструктура –это видимая невооруженным глазом или при небольшом увеличении внутренняя или поверхностная часть материала. Макроструктура в целом характеризуется фазовым составом, т.е. наличием элементов структуры в виде твердого тела, жидкости и газовой среды.

При визуальном осмотре изделия выявляют зоны и участки, различающиеся пористостью, окраской, зерновым составом и другими особенностями, а также различные дефекты структуры в виде трещин, каверн и пр.

В процессе структурообразования в определенный промежуток времени, как правило, имеют место только две фазы: жидкая (расплав или раствор) и твердая (кристалл или стекло). При стабилизации структуры возможно наличие третьей (газовой фазы).

2.2 Микроструктура – строение вещества, материала различимое с помощью оптических приборов (под микроскопом). Классически выделяют три типа микроструктур: кристаллическую, аморфную, смешанную.

Кристаллическая структура – упорядоченная, наиболее устойчивая форма агрегатного состояния вещества. Кристаллическая структура формируется из термодинамически неустойчивых диспергированных систем, обладающих огромным запасом свободной энергии. Кристаллизация, как правило, самопроизвольный процесс с выделением тепла (энергии). Образующиеся кристаллы определяют физические, механические, термические, электрические, оптические и другие свойства структуры. Схема изменения состояния тела на рис 1.

Переход кристаллического тела в аморфное состояние связан с сообщением механической, химической или тепловой энергии.

Аморфная структура – промежуточное состояние между двумя периодами существования кристаллической структуры: до полной кристаллизации (левая часть схемы) и в стадии активного распада (правая часть схемы).

Кристаллическое состояние твердого тела (устойчивое)

Кристаллизация Аморфизация

Стеклообразное Жидкость, расплавы,

состояние твердого тела растворы, дисперсии

(малоустойчивое) Стеклообразное (неустойчивое состояние)

Рис.1 Схема изменения состояния (структуры) тела

Смешанная аморфно-кристаллическая структура, точнее стеклокристаллическая – сложная структура. Соотношение между кристаллической и аморфной фазами оказывает огромное влияние на свойства материала. Схема образования аморфно-кристаллической структуры на рис. 2. Вершины треугольника символизируют структуры (состояние вещества или материала): вершина «А» – кристаллическая структура, «В» – аморфная структура, «С» – стеклообразное состояние твердых тел.

Кристаллическая структура (устойчивая)

Стеклокристаллическая структура Стеклокристаллическая структура

(ситалловая) образованная из стекла образованная из кристаллов

Аморфно-кристал лическая структура

(созидательный процесс) (разрушительный процесс)

С В

Аморфная структура (неустойчивая)

Рис. 2 Схема образования аморфно-кристаллической структуры

Зона, расположенная выше линии, проходящей через точку «А», предполагает наличие в ней элементов ярко выраженной кристаллической или поликристаллической структуры. Ярко выраженную кристаллическую структуру имеют минералы образующие горные породы, такие горные породы, как гранит, диорит и др., клинкерные минералы цемента. Зона ниже линии «СВ» – включает природные и искусственные материалы и соединения, имеющие аморфную структуру: вулканическое стекло, стекло и изделия из него, сажа, аморфный кремнезем. Между двумя горизонтальными линиями расположена зона элементов смешанной аморфно-кристаллической структуры. Большинство строительных материалов имеют именно эту структуру: строительная керамика, бетоны, растворы и др.

Классификация материалов по структуре представлена в табл. 4.

2.3 Внутреннее строениевещества определяет его механическую прочность, твердость, теплопроводность и др. свойства, зависит от его агрегатного состояния и устойчивости и может иметь строго упорядоченное строение (т.е. кристаллическую решетку) или беспорядочное (хаотическое расположение молекул и атомов).

Природа частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки, и химические связи определяют тип кристаллической решетки: атомный, молекулярный, ионный, металлический.

Вещества с атомными решетками характеризуются высокой твердостью и тугоплавкостью, они практически не растворимы ни в каких растворителях. Таких веществ сравнительно мало, например алмаз, кремний. Молекулярную решетку имеют почти все вещества неметаллы, кроме углерода и кремния, они имеют невысокую твердость, легкоплавкие, летучие. К соединениям с ионной кристаллической решеткой относят большинство солей и некоторые оксиды. По прочности ионные решетки уступают атомным решеткам, но превосходят молекулярные, и имеют высокие температуры плавления. Металлы отличаются от других соединений атомов наличием свободных электронов, отсюда высокие электро- и теплопроводность.

Решетки разных веществ отличаются друг от друга природой образующих их частиц и расположением частиц в пространстве, образуя элементарные ячейки, которые придают веществу только ему свойственные особенности.

Дата добавления: 2015-12-01 ; просмотров: 1012 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Структура строительных материалов

Под структурой или строением материалов как физических тел понимают пространственное расположение частиц разной степени дисперсности и других структурных элементов с совокупностью устойчивых взаимных связей и порядком сцепления их между собой. Кроме того, в понятие структуры входит расположение пор, капилляров, поверхностей раздела фаз, микротрещин и других элементов. В зависимости от уровня изучения структуры выделяют макро- и микроструктуру, а также внутреннее строение вещества, составляющее материал на молекулярном уровне.

Макроструктура материала – строение, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении. Различают следующие типы макроструктуры.

Плотную однородную структуру имеют металлы, стекло и т.п.

Конгломератное строение характерно для большинства природных и искусственных каменных материалов (различных видов бетона, растворов, силикатного кирпича, некоторых видов керамических материалов), когда отдельные зерна заполнителя прочно соединены между собой прослойками вяжущего вещества. При этом в зависимости от относительного содержания этих основных элементов твердой фазы материала различают порфировый, контактный и законтактный типы структур. Порфировой принято называть структуру, в которой зерна заполнителя разделены толстыми прослойками вяжущего, и для них характерно «плавающее» расположение в материале. Если зерна или частицы контактируют через тонкие прослойки вяжущего при сохранении ее непрерывности и сплошности, то такую структуру называют контактной. При непосредственном контакте дискретных элементов, когда вяжущего вещества недостаточно для сохранения своей непрерывности и сплошности, говорят о законтактной структуре.

Большинство строительных материалов имеют в своей структуре поры. Мелкопористая структура характерна для керамических фаянсовых материалов, пеностекла, а также некоторых бетонов с поризованным цементным камнем.

Ячеистая структура характеризуется наличием макропор в материале, свойственна газо- и пенобетонам, ячеистым пластмассам.

Волокнистую и слоистую структуры имеют материалы, у которых волокна (слои) расположены параллельно одно другому. Такая структура присуща древесине, изделиям из минеральной ваты.

Рыхлозернистую структуру образуют отдельные, не связанные одно с другим зерна (песок, гравий, порошкообразные материалы).

Микроструктура материала – строение, видимое в оптический микроскоп. На микроуровне твердая фаза материала может быть кристаллической и аморфной. Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различие в их свойствах. Аморфные обладают нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические того же состава (аморфные формы кремнезема – пемза, туфы, трепелы, диатомиты). Теплопроводность аморфных материалов ниже, чем кристаллических. Неодинаковые свойства могут наблюдаться у кристаллических материалов одного и того же состава, если они формируются в разных кристаллических формах, называемых модификациями. Изменением свойств материала путем преобразования кристаллической решетки пользуются при термической обработке металлов.

Внутреннее строение веществ изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т. д. Под внутренним строением вещества подразумеваются расположение, взаимоотношение и взаимосвязь различных по размеру атомов, ионов и молекул, из совокупности которых слагаются различные вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях. Атомно-молекулярное строение определяет микроскопические особенности материала.

Структура материала не остается неизменной, «застывшей». В пространстве и во времени она непрерывно претерпевает изменения. Этому, в частности, способствуют постоянное движение элементарных частиц, атомов, молекул, взаимодействие материала с окружающей средой. Почти все строительные материалы и их сырьевые смеси, по крайней мере на микроуровне, представляют собой дисперсные системы, т.е. микрогетерогенные системы, состоящие из двух или более фаз. Интервал размеров частиц дисперсной фазы обычно составляет от нескольких нанометров до

100 мкм. Характер структуры материала как дисперсной системы во многом определяется характером и величиной связей или сил сцепления между структурными элементами. В зависимости от характера этих связей в дисперсных системах выделяют прочные фазовые контакты в конденсационных (сращивание за счет химических взаимодействий аморфных частиц)или кристаллизационных (сращивание за счет химических взаимодействий частиц в виде кристаллов) структурах дисперсных материалов, непосредственные атомные контакты в сухих порошках и сравнительно слабые силы молекулярного взаимодействия (Ван-дер-Ваальсовые), действующие между частицами через прослойки жидкой фазы, в коагуляционных структурах. Особенность структур второго и третьего видов – полная их обратимость по прочности. Конденсационные и особенно кристаллизационные структуры придают веществу повышенную прочность, хрупкость. Во многих случаях возможно сосуществование всех указанных видов структур. Например, при затворении цемента водой атомные (непосредственные) контакты переходят в коагуляционные, затем в фазовые. Этому переходу соответствует непрерывное изменение вязкости, модуля упругости и, главное, прочности дисперсных структур.

Помимо рассмотренных выше видов взаимодействий и соответствующих структур необходимо выделить такие важные взаимодействия, как капиллярные, проявляющиеся в трехфазных (твердое – жидкость – газ) дисперсных системах, к которым относятся подавляющее большинство сырьевых (бетонных, растворных, силикатных и т.п.) смесей для изготовления строительных материалов. На рис.1 показано искривление жидкости в зазоре между двумя частицами шарообразной формы, а также между шарообразной частицей и плоскостью, приводящее к их стягиванию в результате растяжения жидкости и появления в ней отрицательного капиллярного давления (основная составляющая силы капиллярного сцепления). Преобладание капиллярных сил над другими составляющими межчастичного взаимодействия особенно заметно для частиц размером более 10 мкм и вплоть до 1-2 мм. Именно действием сил капиллярного сцепления объясняются экстремальные зависимости насыпного объема, уплотняемости сырьевых смесей, а также прочности свежесформованных изделий. Капиллярное сцепление проявляется также в капиллярно-пористых телах, структурные элементы которых в основном соединены другими связями некапиллярного характера. В этих телах силы капиллярного сцепления создают внутренние напряжения, вызывающие усадочные деформации, а также влияют на прочность материала.

Подобно тому, как образуются конденсационные или коагуляционные структуры, под действием сил капиллярного сцепления возникают капиллярные структуры в сырьевых смесях (рис.2), которые затем накладывают свой отпечаток на строение и свойства материалов, полученных из этих смесей.

В полидисперсных трехфазных системах появление капиллярных менисков и возникновение сил капиллярного сцепления между тонкодисперсными и грубодисперсными частицами приводит к прилипанию тонкодисперсных частиц к грубодисперсным с образованием агрегатов-глобул. В сырьевых смесях в результате процессов капиллярного структурообразования и наиболее важного из них – глобулирования, концентрация вяжущего у поверхности заполнителей и в контактных зонах между ними выше средней концентрации в смеси. В этом одна из причин увеличения прочности и плотности материалов в указанных зонах. Более полное использование гидратационной и связующей активности вяжущего в прессованных строительных композитах (силикатный и бетонный кирпич полусухого прессования и т.п.) достигается на стадии приготовления сырьевых смесей при влажности, соответствующей их максимальному глобулированию. В этом случае жидкая фаза играет роль усиливающего компонента, упрочняя материал за счет перевода матричного цементирующего вещества из объемного состояния в пленочное с более высокими прочностью и структурированностью.

Рис.2. Капиллярные структуры в дисперсных системах: а – трехфазная гранула; б – трехфазная глобула; в – ячеисто-глобулярная структура; г – двухфазная гранула

Если для дисперсных систем и материалов определяющими являются контактные взаимодействия, характер и величина которых обусловливают соответствующий тип структуры (эффект поверхностей), то для грубозернистых заполнителей наибольшее значение имеют закономерности укладки в зависимости от размеров и формы зерен (эффект масс). Заполнители подбирают из условия обеспечения наименьшего объема межзерновых пустот, что позволяет экономить на расходе вяжущего вещества. С этой целью заполнители предварительно разделяют на фракции по размерам с тем, чтобы затем пробным подбором или расчетом найти содержание каждой фракции для получения их плотной смеси.

Свойства материалов связаны с особенностями их строения и свойствами тех веществ, из которых данный материал построен. В свою очередь строение материала зависит: для природных материалов – от их происхождения и условий образования, для искусственных – от технологии производства и обработки материала.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Глава 1. Материаловедение. Структура материалов.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮТЖЕТНОЕ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

О.В. Андреев, А.А. Вакулин, К.В. Дячук

Тюменского государственного университета

Андреев О.В., Вакулин А.А., Дячук К.В. Материаловедение: учебное пособие. Тюмень: Издательство ФГБОУ ВПО «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ», 2013. 461 с.

В учебном пособии представлены данные по составу, структуре, свойствам, областям применения основных видов материалов: сталям, чугунам, цветным и редким металлам и сплавам, сплавам с особыми физическими свойствами, полимерам, керамике, стеклу, композиционным материалам, древесным материалам, строительным материалам и наноматериалам. Учебно-методическая информация, содержащаяся в пособии, позволяет студентам самостоятельно изучать курс материаловедения.

Учебное пособие предназначено для студентов, магистров, аспирантов. Может быть использовано как краткий справочник.

Учебное пособие рекомендовано к печати учебно-методической комиссией ИМЕНИТ ФГБОУ ВПО «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ», а также учебно-методической комиссией филиала ФГБОУ ВПО «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» в г. Сургуте.

В.М. Матюнин, доктор технических наук, профессор кафедры технологии металлов МЭИ(ТУ), г. Москва.

И.М. Ковенский, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой материаловедения и технологии конструкционных материалов ТГНГУ.

А.Г. Ивашко доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой информационных систем ТюмГУ.

© ФГБОУ ВПО «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ», 2013

© О.В. Андреев, А.А. Вакулин, К.В.Дячук, 2013

Теоретические материалы. 12

Глава 1. Материаловедение. Структура материалов. 12

1.1. Материаловедение, основные понятия. 12

1.2. Количество материалов. 13

1.3. Классификация материалов по назначению. 14

1.4. Агрегатные состояния вещества. 16

1.5. Кристаллическая структура веществ. 17

1.6. Дефекты в кристаллической структуре веществ. 23

1.7. Уровни структуры материалов. 27

1.8. Физико-химический анализ. Диаграммы состояния. 28

1.9. Сплавы, твёрдые растворы. 35

1.10. Химические соединения. 38

1.11. Зёренная структура поликристаллических материалов. 40

1.12. Основные механические свойства материалов. 43

Вопросы для самопроверки. 51

2.1. Полиморфизм и свойства железа. 54

2.2. Диаграмма состояния системы Fe – Fe₃C. 56

2.3. Сравнение основных свойств сталей и чугунов. 59

2.4. Превращения сталей в твёрдом состоянии. 61

2.5. Стали. Классификация сталей. 65

2.6. Термическая обработка и фазовые превращения в сталях. 67

2.7. Превращения в стали при равновесном нагреве и охлаждении. 68

2.8. Диаграмма изотермических превращений аустенита. Мартенситное превращение. 71

2.9. Основные виды термической обработки стали. 77

2.9.2. Нормализация. 79

2.9.4. Отпуск стали. 82

2.10. Углеродистые стали. 85

2.11. Влияние постоянных примесей на углеродистые стали. 88

2.12. Легирующие элементы. Легированные стали, их маркировка. 90

2.13. Жаропрочные и жаростойкие стали. 100

2.14. Коррозионно стойкие стали. 105

Вопросы для самопроверки. 108

Глава 3. Чугуны. 110

3.1. Чугуны, химические и фазовые составы. 110

3.2. Преимущества чугунов. 113

3.3. Виды чугунов доменного производства. 114

3.4. Классификация и маркировка чугунов. 114

3.5. Модифицирование чугунов. 116

3.6. Белый чугун. 120

3.7. Серый чугун. 121

3.8. Высокопрочный чугун. 123

3.9. Ковкий чугун. 125

3.10. Легированные чугуны. 126

3.11. Другие виды чугунов. 131

Вопросы для самопроверки. 134

Глава 4. Цветные и редкие металлы и сплавы. 136

4.1. Классификация цветных и редких металлов. 136

4.2. Лёгкие металлы. 138

4.3. Магний и его сплавы. 138

4.4. Применение магния и магниевых сплавов. 141

4.5. Алюминий и его сплавы. 142

4.6. Маркировка алюминиевых сплавов. 144

4.7. Классификация алюминиевых сплавов. 146

4.8. Области применения алюминиевых сплавов. 161

4.10. Области применения титана. 161

4.11. Медь и медные сплавы. 163

4.14. Марки и области применения бронз. 170

4.15. Сплавы меди мельхиор, нейзильбер, куниаль. 171

4.16. Свинец и цинк. 174

4.17. Никель и кобальт. 175

Вопросы для самопроверки. 179

Глава 5. Сплавы с особыми физическими свойствами. 180

5.1. Металлические проводниковые материалы. 180

5.2. Электромеханические свойства меди и алюминия. 182

5.3. Перспективы развития проводниковых материалов. 184

5.4. Полупроводниковые материалы. 186

5.5. Магнитные материалы. 189

5.6. Тугоплавкие металлы и сплавы. 190

5.7. Сверхпроводящие материалы. 193

5.8. Сплавы с эффектом памяти формы. 197

Вопросы для самопроверки. 198

Глава 6. Полимеры. 200

6.1. Общие сведения. 200

6.2. Классификация полимеров. 201

6.2.1. Классификация по происхождению. 202

6.2.2. Классификация по структурным признакам. 202

6.3. Общие свойства полимеров. 203

6.3.1. Физические свойства. 204

6.3.2. Механические свойства. 204

6.3.3. Теплофизические свойства. 205

6.3.4. Химические свойства. 205

6.3.5. Электрические свойства. 206

6.3.6. Технологические свойства. 207

6.3.7. Старение полимеров. 208

6.3.8. Радиационная стойкость полимеров. Абляция. 208

6.4. Пластические массы. 209

6.5. Виды пластических масс. 210

6.5.1. Полиэтилен. 210

6.5.2. Полипропилен. 212

6.5.3. Поливинилхлорид. 212

6.5.4. Полистирол. 213

6.5.5. Фторопласты. 214

6.5.7. Полиакрилаты. 217

6.5.8. Фенолформальдегидные смолы (ФФС). 217

6.5.9. Эпоксидные смолы. 219

6.5.10. Поликарбонатые полимеры. 220

6.6. Каучук, природный каучук. 223

6.7. Синтетические каучуки. 225

6.9. Синтетические эмали, лаки, компаунды. 230

6.10. Полимерные клеи. 231

6.11. Полимеры в медицине. 233

6.12. Биологически разлагаемые пластики на основе природных полимеров. 234

Вопросы для самоконтроля. 240

Глава 7. Керамика. 242

7.1. Понятие керамики. 242

7.2. Керамика как альтернативный материал. 243

7.3. Состав керамики. 244

7.3.1. Глинистые породы. 244

7.3.2. Свойства глин. 246

7.3.3. Керамика на основе технических оксидов. 248

7.3.4. Керамика на основе бескислородного технического сырья. 249

7.4. Структура керамики. 250

7.5. Свойства керамики. 250

7.6. Керамика на основе глинистого сырья. 252

7.6.4.Огнеупорная керамика на основе глин. 255

7.7. Виды технической керамики. 256

7.7.1. Масштабы производства высокотехнологичной керамики. 256

7.7.2. Керамические, пьезокерамические материалы. 256

7.7.3. Керамические материалы с химическими функциями.. 257

7.7.4. Керамические материалы для ядерной энергетики. 257

7.7.5. Конструкционная керамика. 258

7.8. Характеристики некоторых керамик. 259

7.8.1. Высокоглиноземистая керамика. 259

7.8.2. Керамика из нитрида и карбида кремния. 260

7.8.3. Другие виды технической керамики. 261

Вопросы для самопроверки. 262

Глава 8. Стекло. 264

8.1. История стекла. 264

8.2. Отличительные особенности стекла как материала. 266

8.3. Структура веществ в стеклообразном состоянии. 267

8.3.1. Кристаллическое и стеклообразное состояния. 267

8.3.2. Кристаллохимическое описание строения стекол. 268

8.3.3. Кварцевое стекло. 269

8.3.4. Бинарные щелочно-силикатные стекла. 270

8.3.5. Фосфатные стекла. 271

8.3.6. Микронеоднородное строение стекол. 271

8.4. Классификация стекол по составу. 272

8.5. Свойства стекол. 273

8.6. Виды стёкол. 281

Вопросы для самопроверки. 293

Глава 9. Композиционные материалы. 295

9.1. Строение и признаки композиционных материалов. 295

9.2. Классификация. 297

9.3. Физико-химические основы создания композиционных материалов. 299

9.4. Области применения композиционных материалов. 300

9.5. Виды композиционных материалов. 301

9.5.1. Композиционные материалы с металлической матрицей. 301

9.5.2. Волокнистые композиционные материалы. 301

9.5.3. Дисперсионно-упрочненные композиционные материалы. 302

9.5.4. Композиционные материалы с неметаллической матрицей. 301

9.5.5. Углепласты. 305

9.5.6. Бороволокниты. 309

9.5.7. Органоволокниты. 310

9.6. Получение композиционных материалов на металлической основе, армированных волокнами. 311

9.7. Основные методы получения композиционных материалов. 313

Вопросы для самопроверки. 314

Глава 10. Древесные материалы. 315

10.1. Древесина как материал. 315

10.2. Лиственные и хвойные породы. 316

10.3. Части дерева. 316

10.4. Макроскопическое строение дерева. 318

10.5. Химический состав древесины и её микроскопическое строение. 320

10.6. Физические свойства. 322

10.7. Механические свойства. 325

10.8. Пороки древесины. 328

10.9. Виды хвойных пород. 333

10.10. Виды лиственных пород. 335

10.11. Пиломатериалы и продукты переработки древесины. 339

10.12. Виды изделий из дерева. 341

10.13. Модифицированная древесина. 343

10.14. Термически обработанная древесина (термодревесина). 344

10.15. Области применения древесины. 346

Вопросы для самоконтроля. 351

Глава 11. Строительные материалы. 354

11.1. Виды строительных материалов. 354

11.2. Цемент, портландцемент. 356

11.3. Цементные растворы. 358

11.4. Бетон. Классификация бетонов. 359

11.5. Компоненты бетона. 361

11.6. Марка, класс и прочность бетона. 363

11.7. Лёгкие бетоны. 364

11.8. Тяжелые бетоны. 367

11.9. Кирпич строительный. 368

11.9.1. Размеры кирпича. 369

11.9.2. Пустотность кирпича. 369

11.9.3. Марка кирпича. 370

11.9.4. Морозостойкость кирпича. 371

11.9.5. Строительные кирпичи. 371

11.10. Добавки наноразмерных частиц в бетоны. 374

Вопросы для самопроверки. 376

Глава 12. Наноматериалы. 378

12.1. Терминология наноразмерных объектов 379

12.2. Физические причины специфики наноматериалов 380

12.3. Классификация наноматериалов 383

12.4. Фуллерены, фуллериты 389

12.5.Углеродные нанотрубки. 391

12.7. Размерность процессоров. 400

12.8. Фториды редкоземельных элементов 404

Вопросы для самопроверки. 410

Тесты для самоконтроля. 414

Глава 1. Материаловедение. Структура материалов. 414

Глава 3. Чугуны. 419

Глава 4. Цветные и редкие металлы и сплавы. 421

Глава 5. Сплавы с особыми физическими свойствами. 424

Глава 6. Полимерные материалы. 427

Глава 7. Керамика. 429

Глава 8. Стекло. 430

Глава 9. Композиционные материалы. 432

Глава 10. Древесные материалы. 433

Глава 11. Строительные материалы. 435

Глава 12. Наноструктурированные материалы. 436

Ключи к тестам для самоконтроля. 437

Задания для курсовой работы. 438

Вопросы для подготовки к экзамену. 441

Список источников информации. 459

Предисловие.

Дисциплина «Материаловедение и технология конструкционных материалов» входит в учебные планы подготовки инженеров и нескольких естественнонаучных направлений бакалавриата. Изучение этой дисциплины направлено на систематизацию уже имеющихся у студентов знаний и приобретение ими новых знаний. Необходимость в написании данного учебного пособия возникла в связи с вводом в действие ФГОС ВПО третьего поколения и соответствующими изменениями в учебных планах, а также развитием дистанционных методов обучения. Его содержание опирается на ранее опубликованные нами учебные пособия: «Материаловедение и технология конструкционных материалов. Ч. 1. Металловедение» [1], «Материаловедение и технология конструкционных материалов. Ч. 2. Неметаллические материалы» [2], «Материаловедение» [3]. Одной из задач авторов было создание книги, полезной как студентам очной формы обучения, так и для студентов, обучающихся дистанционно (или заочно). Эта задача обусловила структуру пособия, состоящего из глав с однотипным построением. В разных вузах, с учетом отраслевой направленности и объема часов, выделенных на освоение дисциплины, может варьироваться количество глав, а также объем изучаемого материала. Особенностью данной книги является большое количество имеющегося в ней справочного материала, поэтому его можно использовать и как справочник. При этом для каждого из видов материалов представлены как общепринятые данные, так и современная информация о материалах.

Представляемое учебное пособие состоит из двенадцати глав. В первой главе рассматривается кристаллическая структура веществ, в последующих одиннадцати главах – материалы: стали, чугуны, цветные металлы, металлы и сплавы с особыми физическими свойствами, полимеры, керамика, стекло, композиционные материалы, древесина, строительные материалы, наноматериалы.

Книга написана на основе многолетнего опыта преподавания авторов на физическом, химическом и экономическом факультетах, а также в Институте математики, естественных наук и информационных технологий и Институте дистанционного обучения Тюменского государственного университета.

Авторы выражают глубокую благодарность рецензентам:

В.М. Матюнину доктору технических наук, профессору кафедры технологии металлов МЭИ(ТУ), г. Москва;

И.М. Ковенский, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой материаловедения и технологии конструкционных материалов ТГНГУ;

А.Г. Ивашко доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой информационных систем ТюмГУ;

за внимательное прочтение рукописи и сделанные ценные замечания.

Мы также будем благодарны читателям за указание возможных неточностей и высказанные пожелания, которые просим направлять по электронной почте: Vakulin@sibtel.ru и andreev@utmn.ru.

Книга подготовлена к изданию при финансовой поддерки НИР 7-12 (3.3763.2011).

Теоретические материалы.

Глава 1. Материаловедение. Структура материалов.

Уровень материалов определяет уровень развития цивилизации

В материаловедение свойства материалов рассматриваются в последовательности «состав – структура – свойство».

Цель:

Сформировать представление о материаловедении как о науке, изучающей строение и свойства материалов.

Задачи:

— прочитать и понять определения данные в разделе;

— привести свои примеры различных видов материалов.

— представить, как устроена кристаллическая структура, и какие виды элементарных ячеек в ней выделяют;

— понять основные определения кристаллохимии;

— ознакомиться с основными видами элементарных ячеек металлов и понять, как им присваиваются краткие обозначения;

— уяснить в чём различия между точечными и линейными дефектами в реальной структуре веществ;

— узнать, как строится диаграмма состояния;

— выяснить, какими механическими свойствами характеризуются материалы и как данные свойства измеряются.

Дата добавления: 2019-02-22 ; просмотров: 1709 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник