1. Предмет материаловедения. Классификация материалов. Кристаллическое строение металлов. Явление полиморфизма.

Материаловедение – наука, изучающая металлические и неметаллические материалы, применяемые в технике, и объективные закономерности зависимости их свойств от химического состава, строения и способа обработки.

Материаловедение изучает состав, структуру, свойства и поведение материалов в зависимости от воздействия окружающей среды. Классификация материалов: металлические, неметаллические и композиционные материалы. Металлические материалы подразделяются на цветные металлы, порошковые материалы. Неметаллические материалы: резина, стекло, керамика, пластические массы, ситаллы. Композиционные материалы являются составными материалами, в состав которых входят два и более материалов (стеклопластики). Существует классификация материалов в зависимости от вида полуфабрикатов: листы, порошки, гранулы, волокна, профили и т. д.

Пространственное размещение атомов в кристалле может быть различным. Следовательно, и у металлов кристаллические решетки могут быть различными. Наиболее распространенными считаются кристаллические решетки: кубическая объемно-центрированная (рис. 1,а), кубическая гранецентрированная (рис. 1, б), гексогональная (рис. 1, в). Кубическую объемно-центрьрованную решетку имеют а-железо, хром, ванадий, молибден, волйдюам и др.; кубическую гранецентри-рованную — у=железо, алюминий, медь; никель, свинец и др.; гексого-нальную — цинк, магний, бериллий, кадмий и др. 1. Простая кубическая решётка: в узлах кубика атомы касаются друг друга. Параметры: Период решётки (расстояние между атомами a =d), d – диаметр атома. 1/8·8 =1 атом на элемент, ячейку. Для химического соединения данный тип решётки.

2. Кубическая объёмно-центрированная решётка характерна для тугоплавких металлов. a =1,21·d. 1/8·8 +1 =2. Feα, Ti, W, Nb.

3. Кубическая гранецентрированная решётка . 1/8·8 +1/2·6 =4. Характерна для пластичных металлов. Cu, Feγ, Au.

Явление полиморфизма было также открыто Э. Митчерлихом (1822 г.). Сущность его заключается в том, что некоторые вещества ¹ в различных условиях способны образовывать разные по симметрии и по Фоиме kdh-сталлы. Общеизвестным примером являются две кристаллические формы углерода: графит и алмаз. Каждая из этих форм называется полиморфной модификацией. Отдельные полиморфные модификации иногда очень резко отличаются друг от друга по своему атомному строению и физическим свойствам. Так, например, графит принадлежит к гексагональной сингонии, алмаз — к кубической; графит черного цвета, непрозрачен, хорошо проводит электрический ток; алмаз прозрачен, электрического тока не проводит; графит является одним из самых мягких минералов, алмаз — самый твердый из всех известных веществ; удельный вес графита 2,22, алмаза — 3,51. Митчерлиху был известен полиморфизм серы и углекислого кальция. Сера кристаллизуется при одних условиях в ромбических, а при других — в моноклинных кристаллах. СаСОз известен в гексагональной модификации (кальцит) и в ромбической (арагонит). Явление полиморфизма чрезвычайно распространено. Почти все вещества при известных условиях могут быть получены в различных полиморфных модификациях. Явление полиморфизма основано на едином законе об устойчивости состояния с наименьшим запасом энергии. Запас свободной энергии зависит от температуры. Поэтому в одном интервале температур более устойчивой является одна модификация, а в другом – другая. Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, носит название температуры полиморфного (аллотропического) превращения.