- •Глава 1. Материаловедение. Структура материалов. 12
- •Глава 2. Стали. 54
- •Глава 3. Чугуны. 110
- •Глава 4. Цветные и редкие металлы и сплавы. 136
- •Глава 5. Сплавы с особыми физическими свойствами. 181
- •Глава 6. Полимеры. 201
- •Глава 7. Керамика. 243
- •Глава 8. Стекло. 265
- •Глава 9. Композиционные материалы. 296
- •Глава 10. Древесные материалы. 316
- •Глава 11. Строительные материалы. 355
- •Глава 12. Наноматериалы. 379
- •Предисловие.
- •Теоретические материалы. Глава 1. Материаловедение. Структура материалов.
- •1.1. Материаловедение, основные понятия.
- •1.2. Количество материалов.
- •1.3. Классификация материалов по назначению.
- •1.4. Агрегатные состояния вещества.
- •1.5. Кристаллическая структура веществ.
- •1.6. Дефекты в кристаллической структуре веществ.
- •1.7. Уровни структуры материалов.
- •1.8. Физико-химический анализ. Диаграммы состояния.
- •1.9. Сплавы, твёрдые растворы.
- •1.10. Химические соединения.
- •1.11. Зернистая структура поликристаллических материалов.
- •1.12. Основные механические свойства материалов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 2. Стали.
- •2.1. Полиморфизм и свойства железа.
- •2.2. Диаграмма состояния системы Fe – Fe3c.
- •2.3. Сравнение основных свойств сталей и чугунов.
- •2.4. Превращения сталей в твёрдом состоянии.
- •2.5. Стали. Классификация сталей.
- •2.6. Термическая обработка и фазовые превращения в сталях.
- •2.7. Превращения в стали при равновесном нагреве и охлаждении.
- •2.8. Диаграмма изотермических превращений аустенита. Мартенситное превращение.
- •2.9. Основные виды термической обработки стали.
- •2.9.1. Отжиг.
- •2.9.2. Нормализация.
- •2.9.3. Закалка.
- •2.9.4. Отпуск стали.
- •2.10. Углеродистые стали.
- •2.11. Влияние постоянных примесей на углеродистые стали.
- •2.12. Легирующие элементы. Легированные стали, их маркировка.
- •2.13. Жаропрочные и жаростойкие стали.
- •2.14. Коррозионно-стойкие стали.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 3. Чугуны.
- •3.1. Чугуны, химические и фазовые составы.
- •3.2. Преимущества чугунов.
- •3.3. Виды чугунов доменного производства.
- •3.4. Классификация и маркировка чугунов.
- •3.5. Модифицирование чугунов.
- •3.6. Белый чугун.
- •3.7. Серый чугун.
- •3.8. Высокопрочный чугун.
- •3.9. Ковкий чугун.
- •3.10. Легированные чугуны.
- •3.11. Другие виды чугунов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 4. Цветные и редкие металлы и сплавы.
- •4.1. Классификация цветных и редких металлов.
- •4.2. Лёгкие металлы.
- •4.3. Магний и его сплавы.
- •4.4. Применение магния и магниевых сплавов.
- •4.5. Алюминий и его сплавы.
- •4.6. Маркировка алюминиевых сплавов.
- •4.7. Классификация алюминиевых сплавов.
- •4.8. Области применения алюминиевых сплавов.
- •4.9. Титан.
- •4.10. Области применения титана.
- •4.11. Медь и медные сплавы.
- •4.12. Латуни.
- •4.13. Бронзы.
- •4.14. Марки и области применения бронз.
- •4.15. Сплавы меди мельхиор, нейзильбер, куниаль.
- •4.16. Свинец и цинк.
- •4.17. Никель и кобальт.
- •4.18. Олово.
- •4.19. Ртуть.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 5. Сплавы с особыми физическими свойствами.
- •5.1. Металлические проводниковые материалы.
- •5.2. Электромеханические свойства меди и алюминия.
- •5.3. Перспективы развития проводниковых материалов.
- •5.4. Полупроводниковые материалы.
- •5.5. Магнитные материалы.
- •5.6. Тугоплавкие металлы и сплавы.
- •5.7. Сверхпроводящие материалы.
- •5.8. Сплавы с эффектом памяти формы.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 6. Полимеры.
- •6.1. Общие сведения.
- •6.2. Классификация полимеров.
- •6.2.1. Классификация по происхождению.
- •6.2.2. Классификация по структурным признакам.
- •6.3. Общие свойства полимеров.
- •6.3.1. Физические свойства.
- •6.3.2. Механические свойства.
- •6.3.3. Теплофизические свойства.
- •6.3.4. Химические свойства.
- •6.3.5. Электрические свойства.
- •6.3.6. Технологические свойства.
- •6.3.7. Старение полимеров.
- •6.3.8. Радиационная стойкость полимеров. Абляция.
- •6.4. Пластические массы.
- •6.5. Виды пластических масс.
- •6.5.1. Полиэтилен.
- •6.5.2. Полипропилен.
- •6.5.3. Поливинилхлорид.
- •6.5.4. Полистирол.
- •6.5.5. Фторопласты.
- •6.5.6. Полиимид.
- •6.5.7. Полиакрилаты.
- •6.5.8. Фенолформальдегидные смолы (ффс).
- •6.5.9. Эпоксидные смолы.
- •6.5.10. Поликарбонатые полимеры.
- •6.6. Каучук, природный каучук.
- •6.7. Синтетические каучуки.
- •6.8. Резины.
- •6.9. Синтетические эмали, лаки, компаунды.
- •6.10. Полимерные клеи.
- •6.11. Полимеры в медицине.
- •6.12. Биологически разлагаемые пластики на основе природных полимеров.
- •6.13. Неорганический полимер - асбест.
- •Резюме.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Глава 7. Керамика.
- •7.1. Понятие керамики.
- •7.2. Керамика как альтернативный материал.
- •7.3. Состав керамики.
- •7.3.1. Глинистые породы.
- •7.3.2. Свойства глин.
- •7.3.3. Керамика на основе технических оксидов.
- •7.3.4. Керамика на основе бескислородного технического сырья.
- •7.4. Структура керамики.
- •7.5. Свойства керамики.
- •7.6. Керамика на основе глинистого сырья.
- •7.6.1. Фарфор.
- •7.6.2. Фаянс.
- •7.6.3. Гжель.
- •7.6.4.Огнеупорная керамика на основе глин.
- •7.7. Виды технической керамики.
- •7.7.1. Масштабы производства высокотехнологичной керамики.
- •7.7.2. Керамические, пьезокерамические материалы.
- •7.7.3. Керамические материалы с химическими функциями.
- •7.7.4. Керамические материалы для ядерной энергетики.
- •7.7.5. Конструкционная керамика.
- •7.8. Характеристики некоторых керамик.
- •7.8.1. Высокоглиноземистая керамика.
- •7.8.2. Керамика из нитрида и карбида кремния.
- •7.8.3. Другие виды технической керамики.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 8. Стекло.
- •8.1. История стекла.
- •8.2. Отличительные особенности стекла как материала.
- •8.3. Структура веществ в стеклообразном состоянии.
- •8.3.1. Кристаллическое и стеклообразное состояния.
- •8.3.2. Кристаллохимическое описание строения стекол.
- •8.3.3. Кварцевое стекло.
- •8.3.4. Бинарные щелочно-силикатные стекла.
- •8.3.5. Фосфатные стекла.
- •8.3.6. Микронеоднородное строение стекол.
- •8.4. Классификация стекол по составу.
- •8.5. Свойства стекол.
- •8.6. Виды стёкол.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 9. Композиционные материалы.
- •9.1. Строение и признаки композиционных материалов.
- •9.2. Классификация.
- •9.3. Физико-химические основы создания композиционных материалов.
- •9.4. Области применения композиционных материалов.
- •9.5. Виды композиционных материалов.
- •9.5.1. Композиционные материалы с металлической матрицей.
- •9.5.2. Волокнистые композиционные материалы.
- •9.5.3. Дисперсионно-упрочненные композиционные материалы.
- •9.5.4. Композиционные материалы с неметаллической матрицей.
- •9.5.5. Углепласты.
- •9.5.6. Бороволокниты.
- •9.5.7. Органоволокниты.
- •9.6. Получение композиционных материалов на металлической основе, армированных волокнами
- •9.7. Основные методы получения композиционных материалов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 10. Древесные материалы.
- •10.1. Древесина как материал.
- •10.2. Лиственные и хвойные породы.
- •10.3. Части дерева.
- •10.4. Макроскопическое строение дерева.
- •10.5. Химический состав древесины и её микроскопическое строение.
- •10.6. Физические свойства.
- •10.7. Механические свойства.
- •10.8. Пороки древесины.
- •10.9. Виды хвойных пород.
- •10.10. Виды лиственных пород.
- •10.11. Пиломатериалы и продукты переработки древесины.
- •10.12. Виды изделий из дерева.
- •10.13. Модифицированная древесина.
- •10.14. Термически обработанная древесина (термодревесина).
- •10.15. Области применения древесины.
- •10.16. Скрипка.
- •Резюме.
- •Вопросы для самоконтроля.
- •Глава 11. Строительные материалы.
- •11.1. Виды строительных материалов.
- •11.2. Цемент, портландцемент.
- •11.3. Цементные растворы.
- •11.4. Бетон. Классификация бетонов.
- •11.5. Компоненты бетона.
- •11.6. Марка, класс и прочность бетона.
- •11.7. Лёгкие бетоны.
- •11.8. Тяжелые бетоны.
- •11.9. Кирпич строительный.
- •11.9.1. Размеры кирпича.
- •11.9.2. Пустотность кирпича.
- •11.9.3. Марка кирпича.
- •11.9.4. Морозостойкость кирпича.
- •11.9.5. Строительные кирпичи.
- •11.10. Добавки наноразмерных частиц в бетоны.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Глава 12. Наноматериалы.
- •12.1. Терминология наноразмерных объектов.
- •12.2. Физические причины специфики наноматериалов
- •12.3. Классификация наноматериалов.
- •12.4. Фуллерены, фуллериты.
- •12.5. Углеродные нанотрубки.
- •12.6. Графен.
- •12.7. Размерность процессоров.
- •12.8. Фториды редкоземельных элементов.
- •Резюме.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Заключение.
- •Тесты для самоконтроля. Глава 1. Материаловедение. Структура материалов.
- •Глава 2. Стали.
- •Глава 3. Чугуны.
- •Глава 4. Цветные и редкие металлы и сплавы.
- •Глава 5. Сплавы с особыми физическими свойствами.
- •Глава 6. Полимерные материалы.
- •Глава 7. Керамика.
- •Глава 8. Стекло.
- •Глава 9. Композиционные материалы.
- •Глава 10. Древесные материалы.
- •Глава 11. Строительные материалы.
- •Глава 12. Наноструктурированные материалы.
- •Ключи к тестам для самоконтроля.
- •Задания для курсовой работы.
- •Вопросы для подготовки к экзамену.
- •Глоссарий.
- •Список источников информации. Основная литература
Вопросы для подготовки к экзамену.
Цели и задачи материаловедения. Основные понятия материаловедения: материалы, сырье, полуфабрикат.
Атом, молекула, кристалл, кристаллическая решетка, элементарная ячейка, полиморфизм.
Точечные и объемные дефекты кристаллической структуры. Виды точечных дефектов: вакансии, атом в междоузлье.
Линейные дефекты, поверхностные дефекты.
Сплавы, твёрдые растворы, химические соединения.
Диаграмма состояния эвтектического типа. Зёренная структура поликристаллических материалов.
Классификация материалов по назначению: конструкционные материалы, электротехнические, триботехнические, инструментальные, рабочие тела, топливо, технологические материалы.
Диаграмма состояния системы железо – углерод. Полиморфные модификации железа. Фазы, образующиеся в системе: феррит, аустенит, цементит. Характеристики диаграммы перлит, ледебурит.
Превращения в стали в твёрдом состоянии.
Классификация сталей по содержанию углерода, по назначению, по качеству, по степени раскисления. Маркировка сталей.
Превращения в сталях при равновесном нагреве и охлаждении.
Диаграмма изотермических превращений аустенита. Мартенситное превращение.
Виды термической обработки сталей: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.
Углеродистые конструкционные стали, классификация, маркировка. Области применения.
Влияние природных (содержащихся в руде) и технологических примесей на свойства сталей. Влияние серы и фосфора.
Легированные стали. Области применения.
Чугун. Химический и фазовый составы чугунов. Области чугунов на диаграмме железо-цементит.
Преимущества чугуна как конструкционного материала. Основные свойства чугунов. Виды чугунов и их маркировка.
Формы нахождения углерода в чугунах. Геометрические формы зерен углерода в таких чугунах, как белый, серый, ковкий, высокопрочный.
Свойства и области применения белого, серого, ковкого, высокопрочного чугунов.
Сходство и различие чугунов и сталей. Сталистый чугун. Легирование чугунов.
Легкие металлы: магний и алюминий. Алюминий и его сплавы, как конструкционные материалы для самолетостроения, строительства, автомобилестроения.
Свойства титана и титановых сплавов. Применение данных материалов в самолетостроении, кораблестроении.
Медь и медные сплавы. Химический состав латуней и бронз. Классификация латуней и бронз, области применения.
Свойства металлов свинца, олова, цинка, ртути и их сплавов. В каких изделиях применяются материалы.
Металлические проводниковые материалы. Сравнительные характеристики меди, серебра, золота, алюминия. Области применения каждого из видов материалов.
Сверхпроводящие материалы. Зависимость электрического сопротивления материалов от температуры. Перспективы использования сверхпроводящих материалов.
Магнитные материалы. Виды магнитных материалов и области их практического применения.
Виды полупроводниковых материалов. Их значение для развития современной электроники.
Сплавы с эффектом памяти механической формы. Применение сплавов в медицине и технике.
Тугоплавкие металлы и сплавы. Значение изделий для высокотехнологичных отраслей.
Редкие и редкоземельные металлы и их сплавы. Соединения редкоземельных элементов.
Керамика, историческое и современное определение. История керамики. Области применения керамических материалов в современной жизни.
Преимущество керамики по сравнению с металлическими материалами.
Классификация керамики по составу, структуре, свойствам, областям применения. Конструкционная и функциональная керамика.
Фарфор. История фарфора. Химический состав и технология получения. Виды фарфоровых изделий.
Керамические материалы с химическими, электрическими функциями. Применение керамики в ядерной энергетике.
Керамические изделия для медицинских целей. Биологическая совместимость керамики.
Керамические нагреватели и стерилизаторы. Сравнение их характеристик с металлическими нагревателями.
Термостойкая керамика. Ее применение в металлургии и неорганическом синтезе.
Полимеры. Историческая справка. Химическое строение полимеров. Свойства и важнейшие характеристики полимеров.
Виды полимеров: пластмассы, слоистые пластики, синтетические эмали, лаки, клеи.
Природный и синтетический каучук. История использования и модернизации. Резина. Современные виды резин и их применение.
Полиморфные пленки. Способ получения. Применение в сельском хозяйстве и как упаковочного материала.
История стекла. Стеклообразное состояние вещества. Характер взаимного расположения атомов и молекул в стекле. Причины хрупкости стекла.
Химический состав стекла. Физические свойства стекла. Способы окрашивания стекла.
Армированное стекло. Виды армирующих добавок. Свойства и применение армированных стекол. Конструкция автомобильного лобового стекла типа триплекс.
Оконное стекло. Технические требования. Конструкции стеклопакетов в пластиковых окнах. Витражи, их технические и эстетические функции.
Виды стекол: оптические, фотохромные, хрусталь, кварцевое стекло, пеностекло, стеклянная вата и стеклянное волокно.
Строение и признаки композиционных материалов. Классификация композиционных материалов. Композиционные материалы с металлической матрицей, волокнистые композиционные материалы. Дисперсионно-упрочненные материалы.
Металлочерепица. Строение, химический состав составных частей. Преимущества применения. Физико-химические основы длительности гарантийного срока.
Композиционные материалы с неметаллической матрицей. Карбоволокниты (углепласты). Карбон. Бороволокниты. Органоволокниты. Стеклопластик.
Природные неорганические строительные материалы: камень, глина, песок, щебень. Химический состав, физические свойства. История применения, современное использование.
Виды строительных материалов. Химический и фазовый составы материалов, области их применения.
Вяжущие материалы. Цемент. Виды цементов, их химический состав. Цементные растворы.
Бетон. История создания и использования. Состав бетона, виды бетонов, применение при строительстве. Направления модернизации составов бетонов. Примеры советских и российских бетонных сооружений. Пенобетон: состав, структура, свойства.
Строительные керамические материалы. Декоративная плитка, санфаянс – химический состав, строение, свойства.
Искусственные камни, дорожная брусчатка. Керамическая черепица. Преимущества строительных керамических материалов.
Кирпич. История появления и использования. Классификация кирпичей по химическому составу, геометрическим размерам, способу изготовления, практическому применению. Физические свойства кирпичей.
Современное значение древесных материалов. Строение древесины. Химический состав древесины и ее физические свойства.
Виды древесных строительных материалов и области их применения. Текстура древесных материалов, способы разрезов ствола. Пороки древесины.
Основные породы деревьев в России и ближнем зарубежье. Хвойные и лиственные породы. Свойства древесины таких пород как сосна, ель, береза, дуб. Виды изделий и области их применения.
Проблема комплексной переработки древесины. Изделия из продуктов переработки древесины: фанера, древесно-стружечная плита, древесноволокнистая плита, древесно-цементная плита.
Какие размеры имеют нанообъекты. Приведите примеры.
Определение наноматериалов. В чём отличия наноматериалов от макроматериалов.
Физические причины специфики наноматериалов.
Классификация наноматериалов. Привести примеры классификаций.
Какие соединения называются фуллеренами, из каких атомов они состоят, и сколько атомов содержится в составе соединений. Какова форма молекул фуллеренов. Для каких целей могут применяться фуллерены.
Какую структуру имеют углеродные трубки. Какие атомы, кроме углерода могут входить в состав нанотрубок и какие свойства при этом проявляются у нанотрубок? В каких областях и для решения, каких задач могут применяться углеродные трубки?
Структура графена, особенности его свойств и возможные области применения.
В каких областях науки и техники применяются наноматериалы и каковы перспективы их дальнейшего использования