4 сем БТС Рубцов и Карпов / Лекции / Слайды лекция 1

Материаловедение – научная дисциплина, изучающая закономерности образования различных материалов в равновесных и неравновесных условиях, а также взаимосвязь химического, фазового составов и внутреннего строения со свойствами материалов.

Материаловедение изучает основные физические процессы, протекающие в материалах при воздействии на них механических напряжений, теплового, магнитного и электрического полей, а также зависимость различных свойств материалов от химического состава и строения.

Особенности атомно-кристаллического строения металлов.

1.Металлы, особенности атомно-кристаллического строения

2.Понятие об изотропии и анизотропии

3.Аллотропия или полиморфные превращения.

4.Магнитные превращения

Две группы: черные и цветные металлы.

Цветные металлы:

–легкие металлы Mg, Be, Al, Ti с плотностью до 5 г/см3 ;

–тяжелые металлы Pb, Mo, Ag, Аu, Pt, W, Та, Ir, Os с плотностью, превышающей 10 г/см3 ;

–легкоплавкие металлы Sn, Pb, Zn с температурой плавления, соответственно, 232, 327, 410 °С;

–тугоплавкие металлы W, Мо, Та, Nb с температурой плавления существенно выше, чем у железа (>1536 °С);

–благородные металлы Аu, Ag, Pt с высокой устойчивостью против коррозии;

–урановые металлы или актиниды, используемые в атомной технике;

–редкоземельные металлы (РЗМ) – лантаниды, применяемые, в том числе, для модифицирования стали;

–щелочные и щелочно-земельные металлы Na, К, Li, Ca;

Кристаллические вещества: периодичность в расположении атомов

Кристаллическая решетка - это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.

Частицы: атомы, ионы, группы атомов, молекулы. (Мотивные единицы).

– элемент объема из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.

Основными параметрами кристалла являются:

·размеры ребер элементарной ячейки. a, b, c – периоды решетки – расстояния между центрами ближайших атомов. В одном направлении выдерживаются строго определенными.

·углы между осями

·координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке.

·кратность решетки - количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки.

· плотность упаковки атомов в кристаллической решетке – отношение объема, занятого атомами к объему ячейки.

Решетки Браве – четырнадцать видов решеток, разбитых на четыре типа:

·примитивный – узлы решетки совпадают с вершинами элементарных ячеек;

·базоцентрированный – атомы занимают вершины ячеек и два места в противоположных гранях;

·объемно-центрированный – атомы занимают вершины ячеек и ее центр;

·гранецентрированный – атомы занимают вершины ячейки и центры всех

шести граней;

Основные типы кристаллических решеток:

Объемно - центрированная кубическая (ОЦК)

(Mo, V, W, Fe )

Гексагональная плотноупакованная (ГПУ). (Mg, Zn, Cd)

Углы между осями = = 90 , = 120

Анизотропия – зависимость свойств от направления. Аморфные тела изотропны.

•Плоскость, проходящая через узлы кристаллической решетки, называется

кристаллографической плоскостью.

•Прямая, проходящая через узлы кристаллической решетки, называется

кристаллографическим направлением.

Для обозначения кристаллографических плоскостей и направлений пользуются индексами Миллера. Чтобы установить индексы Миллера, элементарную ячейку вписывают в пространственную систему координат (оси X,Y, Z – кристаллографические оси). За единицу измерения принимается период решетки.

Определение индексов плоскости:

· установить координаты точек

пересечения плоскости с осями

координат в единицах периода решетки; · взять обратные значения этих величин;

· привести к наименьшему целому кратному каждое из полученных чисел.

Определение индексов направления:

·одну точку направления совместить с началом координат;

·установить координаты любой другой точки прямой в единицах периода решетки

·привести отношение этих координат к отношению трех наименьших целых чисел.

Аллотропия или полиморфные превращения.

Полиморфизм – способность веществ существовать в твердом состоянии в различных кристаллических структурах с различными свойствами при одном и том же химическом составе в зависимости от внешних условий (давление, температура). Аллотропия – полиморфизм простых веществ + некристаллические превращения.

–ГЦК -

–ОЦК - ; (высокотемпературное )

Магнитные превращения

Ферромагнетизм – способность намагничиваться под действием магнитного поля, обладание остаточным магнетизмом.

Ферромагнетики: железо, кобальт, никель

При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определѐнной температуре (точка Кюри) исчезают (точка Кюри для железа – 768ºС). Выше этой температуры металлы становятся парамагнетиками.

Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения

1.Точечные дефекты

2.Линейные дефекты:

3.Простейшие виды дислокаций – краевые и винтовые.

Монокристаллы и поликристаллические тела.

Дефекты кристаллического строения

•точечные – малые во всех трех измерениях;

•линейные – малые в двух измерениях и сколь угодно протяженные в третьем;

•поверхностные – малые в одном измерении.

Точечные дефекты

Дислокации – это дефекты кристаллического строения, представляющие собой линии, вдоль и вблизи которых нарушено характерное для кристалла правильное расположение атомных плоскостей.

Краевая дислокация - линия, вдоль которой обрывается внутри кристалла

край “лишней“ полуплоскости

Неполная плоскость называется экстраплоскостью.

Бюргерс: винтовая дислокация