10. Назовите и поясните тепловые характеристики материалов.

К тепловым характеристикам материалов относятся кемпература плавления (Т_пл) и температура размягчения (Т_р) материалов соответственно кристаллического и аморфного строения. При этом, если температура Т_{пл –} строго фиксированная величина для каждого кристаллического материала, то Т_р – несколько условная величина, зависящая от способа ее определения.

Температура плавления—температура перехода из твердого состояния в жидкое, связанное с разрушением кристаллической решетки.

По Т_пл все металлы разделяются на - легкоплавкие - Т_пл < 500⁰ С (галлий, -29,7⁰ С, индий – 156⁰ С, кадмий -321⁰ С, олово - 232⁰ С, свинец - 327⁰ С, цинк 410⁰ С);

- тугоплавкие - Т_пл >1700⁰ С (вольфрам - 3400⁰ С, молибден-2620⁰ С, ниобий-2500⁰ С,тантал-3000⁰ С, хром- 1900⁰ С, рений- 3180⁰ С);

-со средней температурой плавления-500⁰С<Т_пл<1700⁰С (алюминий- 11660⁰ С, медь-1083⁰ С, серебро- 961⁰ С, железо- 1540⁰ С, никель- 1453⁰ С и др.)

Теплоемкость С (Дж/⁰C Дж/К) – это отношение количества теплоты, сообщенной телу, к соответствующему повышению температуры. Удельная теплоемкость с (Дж/(кг.К)) – это отношение теплоемкости к единице массы материала.

Коэффициент теплопроводности  (Вт/(м.К)) характеризует способность материала переносить теплоту от более нагретых частей материала к менее нагретым и определяется как коэффициент пропорциональности в уравнении Фурье: ∆Q=∆ TS/(∆ℓ), где ∆Q- мощность теплового потока, Вт, сквозь площадку материала S, м², перпендикулярную потоку; ∆T/∆ℓ- градиент температуры, К/м.

Температурный коэффициент линейного расширения _ℓ характеризует изменение линейных размеров материала при изменении температуры. Этот коэффициент необходимо особенно учитывать в случаях совместной или сопряженной работы различных материалов, например, металл-стекло, металл-керамика и т.д. Количественные значения _l контактирующих материалов должны быть близки, чтобы не возникали недопустимые напряжения на стыках, в спаях и т.п., приводящие к разрушению одного из материалов. Величина _l определяется выражением,

которое показывает, во сколько раз изменится линейный размер (длина) образца материала при изменении температуры на один градус.

Численные значения _l металлов колеблются в широких пределах , от 4 10^-6 К^-1 (для вольфрама) до 182 10^-6 К^-1 для ртути.

Теплостойкость позволяет оценить стойкость диэлектриков к кратковременному нагреву. Теплостойкость характеризуется температурой, при которой образцы начинают претерпевать либо опасную деформацию, либо существенно изменять твердость.

Температура вспышки паров жидких диэлектриков – это температура, при которой пары и газы, образующиеся при постоянном нагревании заданного объема жидкости, вспыхивают (но продолжительно не горят) при соприкосновении их с открытым пламенем. Эта характеристика представляет собой интерес при оценке трансформаторного масла и растворителей для лаков.

11.Дайте определение понятию «сплавы», охарактеризуйте состав и типы соединений в сплавах. Металлическими сплавами называют сочетания двух или нескольких металлов и неметаллов, у которых сохраняются металлические свойства. Большинство сплавов получают сплавлением, но могут быть получены и путем спекания, электролиза, конденсации из парообразного состояния.

Все сплавы состоят из компонентов. Компонентами называют химические элементы или их соединения, входящие в состав сплава. По числу компонентов сплавы делят на двухкомпонентные и многокомпонентные. Обязательным условием образования сплава является получение однородного жидкого раствора соединившихся компонентов. Например, железо со свинцом или свинец с цинком не образу­ют сплава, так как в жидком состоянии они не смешиваются и не дают однородного раствора. В большинстве случаев входящие в сплав элементы в жидком состоянии полностью растворимы друг в друге, т.е. представляют собой жидкий раствор. При затвердевании сплавы образуют три типа соединений: 1) твердый раствор, 2) химическое соединение, 3)механическая смесь

В сплавах в виде твердых растворов атомы растворяющегося элемента и атомы растворителя образуют общую кристаллическую пространственную решетку. Бывают твердые растворы замещения и внедрения. Растворителем называют тот металл, кристаллическая решетка которого сохраняется при образовании твердого раствора. Если два металла, образующие твёрдый раствор, имеют одинаковые по типу кристаллические решетки, то растворителем является тот металл, концентрация которого превышает 50 атомных процентов. Атомы растворимого вещества, если они соиз­меримы с атомами растворителя, зaмeщaют атомы растворителя в кристаллической решетке. Такие растворы называют твердыми раст­ворами замещения. Если атомы растворимого элемента размещаются между атомами растворителя, то такие растворы называют твёрдыми растворами внедрения. Сплавы в виде твердых растворов однородны по структуре.

Химические соединения имеют совершенно новую кристаллическую решетку, в отличие от решеток исходных компонентов. В свя­зи с этим физико-химические свойства таких сплавов резко отличается от свойств входящих компонентов.

Сплавы в виде механической смеси неоднородны и представляют собой механическую смесь кристаллов исходных компонентов.

11.Дайте определение диаграммы состояния и опишите построение диаграммы состояния типа «Сигара» для двойных сплавов. Диаграмма состояния -графическое изображение состояния сплава в зависимости от температуры и соотношения компонентов. По оси ординат откладываюттемпературу, а по оси абсцисс - про­цент содержания двух компонентов. По диаграмме состояния можно определись температуру начала и конца плавления сплава, полу­чить сведения о структурных превращениях, их характере, темпе­ратурах, при которых они начинаются и заканчиваются. Эти сведе­ния необходимы при разработке технологии термической обработки деталей из данного сплава.

Диаграмма состояния сплавов Cu- Ni

Линия АКВ – ликвидус; выше этой линии находятся жидкие растворы.

Линия АLB -солидус, ниже этой линии сплавы находятся в твердом состоянии.

Диаграмма состояния типа ''Сигара" характеризует сплавы, компоненты которых неограниченно растворяются как в жидкой, так и в твёрдой фазах. Примерами служат сплавы Si-Ge, Cu-Ni, Bi-Sb, Ag-Au.

Диаграмму состояния строят в два этапа. На первом этапе строят, например, кривые охлаждения для чистого никеля и чис­той меди, а также для сплава с содержанием 50% Ni (рисунок№1) Нагревают каждый металл и сплав до полного расплавления и снимают кривые охлаждения. Гори­зонтальные площадки на кривых охлаждения чистых металлов (при -температуре 1083°С для меди и при 1452°С для никеля) являются температурами их кристаллизации. Для сплава с 50% Ni и Си имеются две критические точки а и b указывающие на затвердева­ние сплава в интервале температур 1452 и 1210°С.

На втором этапе построения диаграммы состояния критические точки с кривых охлаждения переносят в систему координат "тем­пература-концентрация". Соединяя точки температур кристаллизации чис­тых металлов с точкой а, получим кривую АаВ, а с точкой b -кривую АbВ. Выше линии АаВ все сплавы находятся в жидком сос­тоянии. Линию АаВ называют линией ликвидуса (от лат. ликвидус -жидкий). Линию АbВ называют линией солидуса (от лат. слова солидус - твёрдый). Между линиями АаВ и АbВ сплав находится в жид­кой и твердой фазах.