Предмет материаловедения. Влияние типа связи на структуру и свойства кристаллов.

Главным фундаментальным понятием материаловедения, как науки является понятие материал.

Предмет материаловедения – установление связи между составом и природой взаимодействия элементов, составляющих материал (или типом связи) с его структурой и свойствами:

Состав структура свойства

Тип связи

Практической целью материаловедения является оптимизация состава, структуры, свойств материалов и методов их переработки с целью получения конкретных изделий с заданными эксплуатационными свойствами. То есть, другими словами, как изменить состав и структуру материала, чтобы получить необходимые (заданные) свойства полученных изделий.

Основные задачи:

поиск альтернативных источников сырья, совершенствование традиционных материалов, создание принципиально новых материалов из доступного исходного сырья с комплексом необходимых свойств.

Структура химического соединения (вещества) определяется типом связи между образующими его элементами. Различают химические и физические связи. Химические связи классифицируют по характеру распределения электронной плотности между атомами. Основные виды химической связи: ковалентная, ионная, металлическая.

Ковалентная связь – осуществляется парой электронов, находящихся в общем владении двух ядер, образующих связь. Ковалентная связь лежит в основе существования простых газов (водород, хлор, и др.), различных соединений (вода, аммиак), а так же атомных кристаллов.

Ионная связь – основана на электростатическом взаимодействии между противоположно заряженными ионами. Она характерна для соединений металлов с неметаллами, а так же для ионных кристаллов. Наиболее яркими представителя­ми соединений с преимущественно ионной связью являются галогениды щелочных ме­таллов.

Металлическая связь встречается в соединениях металлов. При взаимодействии друг с другом валентные энергетические зоны атомов перекрываются, образуя общую зону со свободными подуровнями.

Молекулярная (физическая) связь – взаимодействие нейтральных молекул (или атомов) на основе слабых электростатических сил (ван-дер-ваальсовое взаимодействие). Эта связь менее прочная, чем химическая.

Свойства кристаллов зависят от электронного строения атомов и характера взаимодействия их в кристалле; от пространственного расположения элементарных частиц; химического состава, размера и формы кристаллов. Все эти детали строения кристаллов описывает понятие «структура». В зависимости от размеров структурных составляющих и применяемых методов их выявления используют следующие понятия: тон-кая структура, микро- и макроструктура.

Металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. Все пространство кристал-ла можно разбить на элементарные ячейки (многократно повторяющиеся эле-менты решетки). Повторяя в пространстве элементарную ячейку, можно описать весь кристалл. Простейшей кристаллической ячейкой является куб, по вершинам которого располагаются атомы. Основные типы кристаллических решеток металлов:

простая кубическая (ПК)

о бъемно-центрированная кубическая (О.Ц.К.)

гранецентрированная кубическая (Г.Ц.К.)

гексагональная плотноупакованная (Г.П.У)