1,2
.pdf1. Материаловедение. Общие сведения
Материаловедением называют науку, изучающую связь состава, строения и свойств материалов, а также закономерности их изменения при физико-химических, физических, механических и других воздействиях.
1.1 Требования к материалам
Стойкость - способность сопротивляться физическим и химическим воздействиям среды: воздуха и содержащихся в нем паров и газов, воды и растворенных в ней веществ, колебаниям температуры и влажности, совместному действию воды и мороза при многократном замораживании и оттаивании, воздействию химически агрессивных веществ — кислот, щелочей и др.
Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт.
Предельное состояние определяется разрушением изделия, требованиями безопасности или экономическими соображениями.
Долговечность строительных изделий измеряют обычно сроком службы без потери эксплуатационных качеств в конкретных климатических условиях и режиме эксплуатации.
Например, для железобетонных конструкций нормами предусмотрены три степени долговечности:
I - соответствует сроку службы не менее 100 лет, II - 50 лет,
III - 20 лет.
Надежность представляет собой общее свойство, характеризующее проявление всех остальных свойств изделия в процессе эксплуатации.
Надежность складывается из долговечности, безот-
казности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Безотказностью называют свойство изделия сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации в течение некоторого времени без вынужденных перерывов на ремонт. К показателям безотказности относят вероятность безотказной работы.
Отказом называют событие, при котором система, элемент или изделие полностью или частично теряют работоспособность. Потеря работоспособности вызывается такой неисправностью, при которой хотя бы один из основных параметров выходит за пределы установленных допусков.
Ремонтопригодность - свойство изделия,
характеризующее его приспособленность к восстановлению исправности и сохранению заданной технической характеристики в результате предупреждения, выявления и устранения отказов.
Сохраняемость - свойство изделия сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного технической документацией. Сохраняемость количественно оценивают временем хранения и транспортирования до возникновения неисправности.
1.2 Структура материала, ее признаки
Все свойства материала определяются составом, строением, размером, формой, количеством частиц, составляющих материал, их расположением и взаимосвязью.
Любой материал есть сложная физико-химическая система. Составляющими физико-химической системы являются фазы и компоненты.
Фаза (от греч. - появление) - однородная часть системы, ограниченная от другой поверхностью раздела и имеющая во всех её точках одинаковый состав и свойства. При переходе через границу свойства меняются скачкообразно.
Системы, состоящие из одной фазы, называются одно- родными (гомогенными), из двух и более фаз – неодно- родными (гетерогенными).
Компоненты (от греч. - составляющие) – вещества, наименьшее число которых достаточно для образования всех фаз данной системы или это вещества, которые могут быть выделены из системы и существовать вне ее. При этом компоненты (вещества) в зависимости от давления и температуры могут находиться в различных агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.
Структура материала (от греч. - строение,
расположение) - пространственное расположение и взаимосвязь элементов, образующих материал: элементарных частиц, ионов, атомов, молекул, твердого вещества, пор и пустот между ними. Причем каждая из составляющих материала имеет собственную структуру, определяющую её свойства.
Чтобы характеризовать структуру как систему, необходимо выявить, какие признаки состава и строения, обеспечиваю- щие целостность и тождественность самому себе, сохраня- ются при различных внутренних и внешних изменениях.
Такими устойчивыми признаками структуры материала являются:
-структурообразующие элементы на различных структурных уровнях;
-формы связи между структурообразующими и поверхностные явления;
-дефекты структуры.
Структурообразующие элементы :
1.Элементарные частицы - это мельчайшие частицы материи: фотоны, электроны, позитроны, мюзоны, нейтрино, протоны, нейтроны, антипротоны, антинейтроны, гипероны. Между ними действуют силы различной интенсивности и радиуса действия: сильные - электромагнитные и слабые - гравитационные.
2.Атомы - это сложные образования, построенные из элементарных частиц. Свойства атома зависят от заряда ядра и строения электронных оболочек (орбиталей), точнее электронных облаков, отличающихся размером и формой. Атомы всех элементов могут соединяться друг с другом или другими атомами, образуя следующие частицы: ионы, свободные радикалы, молекулы.
3. Ионы - образуются из атомов или молекул при отрыве и удалении электронов (ион «+») или при их присоединении (ион
«-»)
NaCl↔Na++Cr—
4. Свободные радикалы - это осколки молекул, высокоактив- ные неустойчивые частицы, возникающие при распаде молекул с ковалентной связью между атомами и обладающие неспаренными электронами.
5. Молекулы - наименьшие частицы индивидуального вещества, способные к самостоятельному существованию, состоящие из одинаковых или различных атомов и обладающие основными свойствами. Молекулы рассматривают как "многоатомный атом", в котором электроны находятся на молекулярных орбитах, охватывающих все ядра атомов в молекуле, и молекулярные орбитали занимают весь объем молекулы.
6. Комплексные соединения и комплексные ионы - это соединения сложного состава, у которых можно выделить центральный атом (комплексообразователь) и непосредственно связанные с ним молекулы или ионы (лиганды)
Ka [Fe+++(CN)6 ↔ ЗК+ + [Fe (CN)6] ---; [Сu (NH3)4] SO4↔ Cu++(NH3) + SO4--.
7.Элементарные кристаллические решетки (ячейки) -
простейшие структурные единицы кристалла.
8.Коллоидные частицы - это частицы твердых, жидких веществ размером 10-9-10-7 м.
9.Дисперсные частицы - это частицы твердых и жидких веществ размером 10-7-10-6 м.
10. Углеводороды с молекулярной массой < 5000 -
масла, смолы, асфальты,