1.2. Свойства материалов эс
Строение материалов. Кристаллы и их дефекты. Структура материалов. Механические, электрические, оптические, теплофизические, технологические, физико-химические и другие свойства. Термическая и химико-термическая обработка МЭС. Сущность, виды, назначение.
В соответствии с ГОСТ 15467-79 свойство продукции – объективная особенность продукции, которая может проявляться при ее создании, эксплуатации или потреблении (на всех стадиях жизненного цикла). Материалы обладают, как правило, несколькими свойствами. Среди множества свойств, присущих данному материалу, выделяют доминирующие функции этого материала: для проводниковых – электропроводность, для магнитных – намагниченность и другое. Свойство определяется строением материалов.
Все
вещества состоят из атомов и электронов.
При сближении атомов (до нескольких
долей нанометров,
) между ними появляются силы взаимодействия.
Атомы могут соединяться с выделением
энергии, образуя устойчивые химические
связи: ковалентные (полярные), ионные
(гетерополярные), металлические и
молекулярные (Ван-дер-Ваальса). В
образовании химических связей участвуют
электроны, находящиеся во внешней
оболочке (валентные).
По агрегатному состоянию все вещества делят на твердые, жидкие и газообразные. Агрегатное состояние вещества определяется величиной вязкости, степенью упорядоченности ионов или молекул вещества.
Газообразное состояние молекул наиболее беспорядочное и структурно не устойчивое.
Жидкое состояние вещества характеризуется определенным объемом, но не имеет своей постоянной формы. Жидкости изотропны, кроме жидких кристаллов, характеризующихся некоторой ориентацией молекул, т.е. анизотропией, которая проявляется в двойном лучепреломлении.
Твердое состояние вещества характеризуется тремя признаками: упругостью, кристаллической структурой и скачкообразным изменением характеристик при плавлении. При медленном охлаждении расплава и специальном выращивании получают монокристалл; при средней скорости охлаждения – поликристаллические структуры; при очень быстром охлаждении – вещества аморфной структуры.
Монокристаллы
– однородные анизотропные тела, которые
характеризуются правильным порядком
в расположении атомов во всем объеме и
состоят из периодически повторяющихся
одинаковых кристаллических ячеек. Все
кристаллы по виду симметрии подразделяют
на 32 класса, составляющих 7 кристаллографических
систем (сингоний). Системы отличаются
друг от друга формой элементарной ячейки
(соотношениями между длинами ребер a,
b,
c
и углами между гранями
,
,
).
Различают триклинную (
,
),
гексагональную(
,
),
кубическую (
,
),
моноклинную (
,
),
ромбическую (
,
),
ромбоэдрическую (
,
),
тетрагональную (
,
)
кристаллографические системы.
Поликристаллические материалы состоят из большого числа сросшихся друг с другом мелких кристаллических зерен (кристаллитов), хаотически ориентированных в разных направлениях. Обычно они изотропны. Если ориентацию кристаллитов упорядочить (мехобработкой металла, поляризацией сегнетокерамики), то материал становится анизотропным (такие тела называют текстурами).
Аморфные вещества – стекла, смолы.
Для обозначения узлов, направлений и плоскостей в кристаллической решетке используются индексы Миллера.
Реальные кристаллы содержат дефекты кристаллической структуры: точечные и дислокации.
Механические свойства характеризуются прочностью, пластичностью и твердостью. Каждое из них оценивается соответствующими количественными характеристиками.
К тепловым свойствам материалов относят теплопроводность, тепловое расширение, термостойкость и другие.
Оптические свойства оцениваются скоростью распространения оптического излучения в веществе, коэффициентами преломления и отражения света, интенсивностью поглощения и другими характеристиками.
При рассмотрении физико-химических свойств следует ознакомиться с процессами адсорбции и десорбции, а также с такими свойствами, как гигроскопичность, влагопроницаемость, гидрофильность, гидрофобность, кислотостойкость материалов.
Электрические свойства характеризуются способностью тела пропускать электрический ток под воздействием электрического поля. Плотность тока определяется величиной заряда, концентрацией носителей, подвижностью носителей и напряженностью электрического поля. Различают удельную электрическую проводимость и удельное электрическое сопротивление как универсальные характеристики вещества. Основное электрическое свойство диэлектрических материалов – способность к поляризации (упорядоченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул). О способности к поляризации судят по диэлектрической проницаемости.
Магнитные свойства характеризуются напряженностью магнитного поля и индукцией. Коэффициент пропорциональности между индукцией и напряженностью называют магнитной проницаемостью.
Твердые вещества после процессов формообразования подвергаются термической и (или) химико-термической обработке, целью которой является улучшение структуры материала по всему объему (термическая) или в поверхностном слое (химико-термическая).
Так как из материалов получают детали, то все материалы объединяет свойство их технологичности.
Вопросы для самопроверки
Свойства материалов.
Виды химических связей в молекулах.
Агрегатные состояния вещества.
Монокристаллы. Сингонии. Индексы Миллера.
Дефекты в кристаллах.
Механические свойства.
Оптические свойства.
Теплофизические свойства.
Физико-химические свойства.
Электрические свойства.
Магнитные свойства.
Технологические свойства.
Литература [1, 57, 59]