Лекция «Строение и свойства материалов» по Материаловедению (Комарова Л. Ю.)

Кирилл Николоев пн, 28.03.2016 21:01

Лекция 1. Глава 1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ 1.1. Кристаллические и аморфные тела В природе существуют две разновидности твердых тел, различающиеся по своим свойствам, — кристаллические и аморфные.

Кристаллические тела остаются твердыми, т.е. сохраняют приданную им фор-му до вполне определенной температуры, при которой они переходят в жидкое состоя-ние. При охлаждении процесс идет в обратном направлении. Так, у чистых металлов пе-реход из одного состояния в другое протекает (рис. 1.1) при определенной температуре плавления.

Аморфные тела при нагреве размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими, а затем переходят в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратном направлении. Кристаллическое состояние твердого тела более стабильно, чем аморфное.

Аморфные твёрдые тела в отличие от жидкостей имеют пониженную подвижность частиц (вязкость бесконечно велика), это как бы застывшие жидкости. Аморфное состоя-ние можно зафиксировать во многих органических и неорганических веществах уско-ренным охлаждением из жидкого состояния. Однако при повторном нагреве, длительной выдержке 2025°С, а в некоторых случаях при деформации нестабильность аморфного твердого тела проявляется в частичном или полном переходе в кристаллическое состоя-ние.

Примерами такого перехода могут служить помутнение неорганических стекол при нагреве, частичная кристаллизация плавленого янтаря при нагреве, а также резины при растяжении, сопровождающаяся упрочнением.

Рис.1.1 Кривая охлаждения при кристаллизации металлов Кристаллические тела характеризуются упорядоченным расположением в пространстве частиц, из которых они составлены (ионов, атомов, молекул). Свойства кристаллов зависят от электронного строения атомов, молекул или ионов (т.е. частиц, образующих кристаллическую решётку), характера их взаимодействия в кри-сталле, от пространственного расположения частиц. Все эти детали строения кристаллов описывает понятие «структура».

В зависимости от размеров структурных составляющих и применяемых методов их вы-явления используют следующие понятия: тонкая структура, микро- и макроструктура. Тонкая структура описывает расположение частиц в кристалле; изучают её ди-фракционными методами (рентгенография, электронография, нейтронография). Анализи-руя дифракционную картину, получаемую при взаимодействии частиц кристалла с ко-роткими волнами ( = 10-10 10-12 м) рентгеновских лучей (или волн электронов, нейтро-нов), можно получить информацию, позволяющую установить строение кристаллов.

Большинство материалов состоит из мелких кристалликов (зерен). Наблюдать такие мелкие структурные составляющие — микроструктуру можно с помощью оптиче-ского (до 10-7 м) или электронного (до 210-10 м) микроскопа.

Микроскопические методы дают возможность определить размеры и форму кристал-лов, наличие различных по своей природе кристаллов, их распределение и относитель-ные объёмные содержания, форму инородных включений и микропустот, ориентирова-ние кристаллов, наличие специальных кристаллографических признаков (двойникова-ние, линии скольжения и др.). Это далеко не полное перечисление тех сведений, которые можно получить при помощи микроскопа.

Изучая строение кристаллов — макроструктуру — невооруженным глазом или при небольших увеличениях с помощью лупы, можно выявить характер излома, усадоч-ные раковины, поры, размеры и форму крупных кристаллов. Используя специально при-готовленные образцы (шлифованные и травленые), обнаруживают трещины, химическую неоднородность, волокнистость.

Исследование макроструктуры, несмотря на свою простоту, является очень ценным методом изучения материалов. 1.2. ЭЛЕМЕНТЫ КРИСТАЛЛОГРАФИИ 1.2.1. Кристаллическая решетка В кристалле частицы (ионы, атомы, молекулы), из которых он построен, сближены до соприкосновения и закономерным образом располагаются относительно друг друга (рис. 1.2, а). Для упрощения пространственное изображение частиц заменяют схемой (рис. 1.2, б), на которой вместо шаров отмечены точки - центры тяжести частиц.

Рис. 1.2. Расположение частиц в кристалле: а - пространственное изображение; б - схематическое изображение Через эти точки (центры тяжести) проводят три оси х, у, z, не лежащие в одной плоскости, расстояния между точками, расположенными по этим осям, обозначают соответственно а, b и с (в общем случае они неодинаковы) – их называют периоды решётки. Углы между осями обозначают  (между y и z),  (между x и z) и  (между x и y), в общем случае они также неодинаковы. Плоскости, проведённые через центры тяжести, вместе с координат-ными плоскостями (x и y, y и z, x и z) образуют параллелепипед, его называют элемен-тарной ячейкой.

Весь кристалл можно представить состоящим из множества таких вот элементарных ячеек, равных и параллельно ориентированных. Говорят, что пространственную кри-сталлическую решетку можно получить путём последовательного перемещения одной элементарной ячейки во всех направлениях.

Скачать файлы

Похожие документы