Мгупи Кафедра мт-6 «Физико-химического материаловедения и композиционных материалов»

Курс лекций

Москва, 2013

ВВЕДЕНИЕ

Материаловедение - это область знаний о материалах, способах их получения, испытания и рационального использования. Современные достижения техники неразрывно связаны с разработкой и освоением новых материалов. Именно материалы и технология стали ключевым звеном, определяющим успех многих инженерных задач в машино- и приборостроении.

Практика постоянно предъявляет все более жесткие и разнообразные требования к свойствам и сочетанию свойств у материалов. В настоящее время число наименований материалов, применяемых в различных областях техники, составляет несколько тысяч. Отсюда ясно, что для целенаправленного выбора и использования того или иного материала необходимо знать закономерности поведения его в различных условиях эксплуатации.

Перед специалистами нередко возникают задачи и более сложные: не просто подобрать материал с соответствующим комплексом свойств, но и синтезировать его с заранее заданными параметрами. Для решения подобных задач требуется высокая квалификация в области материаловедения и смежных наук.

1. Технические параметры материалов

Т

Рис.1.1. Схема двухфазной системы

1-дисперсионная среда

2-дисперсная фаза

ехнические параметры характеризуют поведение материалов в различных условиях и могут быть универсальными, т.е. применимыми ко всем телам, и специальными, применимыми к отдельным группам материалов. Существует множество отдельных групп материалов, в основу классификации которых положен определенный критерий. Например, по агрегатному состоянию выделяют твердые, жидкие и газообразные материалы. По фазовому составу-гомогенные и гетерогенные, кристаллические, полукристаллические и аморфные. По поведению в электрических полях-проводники, полупроводники и диэлектрики. По поведению в магнитных полях-магнитоактивные (магнетики) и магнитонеактивные. По происхождению-природные и синтетические, органические и неорганические.

1.Объемно-структурные параметры.

1.1.Плотность-d.Универсальный параметр.d = m/Vкг/м³где m - масса; V – объем тела.

Поскольку объем материала зависит от температуры, то и плотность является функцией температуры. Чаще всего плотность измеряют при комнатной температуре, т.е. при 25⁰С или 298К. Если же она измерена при другой температуре, то это указывается так: d³⁵⁰. 350 –температура в Кельвинах

1.2. Компонентный состав.Универсальный параметр

Компонентный состав определяет количество различных химических элементов и соединений, содержащихся в материале.

химические элементы: Al, Fe, Cu, Si, Ge и др.

химические соединения: SiC, Fe₃C, Al₂O₃и др.

растворы: Ga_xIn_1-xAs, GaSb_yAs_1-yи др.

1.3. Фазовый состав.Специальный параметр для гетерогенных материалов.

Ф

Рис.1.2. Диаграмма фазового состояния.

азой называется однородная часть вещества , отделенная от других поверхностью раздела, при переходе через которую скачкообразно изменяются свойства материала.Примеры фаз: твердая, жидкая, газообразная, кристаллическая, аморфная, полиморфная и др. Непрерывная фаза называетсядисперсионной средой илиматрицей, а дискретная (распределенная) фаза, называетсядисперсной фазой (см.рис.1.1). Материал, состоящий из нескольких фаз, называется гетерогеннымили композиционным, из одной - гомогенным. Количество дисперсной фазы выражается через ее объемную долю в материале:=V_д/V, где V_д -объем дисперсной фазы, V - общий объем материала.

может изменяться в следующих пределах: 0 1 или 0100

Фазовый состав в зависимости от химического состава и температуры может быть представлен графически диаграммой фазового равновесия. В качестве примера на рисунке 1.2. показана диаграмма фазового состояния системы, компоненты А и В которой полностью растворимы друг в друге ( здесь Т-температура, L-область жидкого состояния, S-область твердого состояния). По диаграммам можно определять состав фаз, находящихся в равновесии, и их относительное количество при разных соотношениях компонентов и температурах. Используя фазовые диаграммы разрабатывают составы материалов с заданными свойствами.

1.4.Постоянная решетки–а [нм]. Специальный параметр для кристаллических материалов.

Этот параметр определяет период идентичности (повторяемости) кристаллической решетки.

2

Рис.1.4. Кривая прочности при растяжении

. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.Для твердых материалов.

П

Рис. 1.3. Виды нагружения материалов

ри механических испытаниях используют такие вида нагружения материала как 1) одноосное растяжение, 2) всестороннее сжатие, 3) кручение, 4) изгиб, 5) сдвиг. Стрелками показаны направления действия сил. Механическое воздействие может быть длительным, кратковременным и мгновенным (удар). Кроме того, механическое нагружение может быть статическим, когда сила, действующая на материал не изменяется во времени (F=const) и динамическим при нарастающем усилии (F=f(t)). Все эти схемы нагружения используются при испытаниях твердых материалов.