- •Міністерство освіти і науки україни
- •1 Понятие о строении твёрдых тел
- •1.1 Строение кристаллических твёрдых тел
- •1.2 Типы конденсированных систем
- •1.3 Описание структуры кристаллов
- •1.4 Кристаллографические индексы (индексы миллера)
- •1.5 Рентгеновский анализ
- •1.5.1 Оценка расстояния между атомами и требования к методу измерения
- •1 Моль Cu;
- •1.5.2 Получение рентгеновского излучения
- •1.5.3 Закон Вульфа-Брэггов
- •1.5.4 Идентификация кристаллических веществ
- •1.5.5 Атомные факторы рассеивания рентгеновского излучения
- •1.5.6 Структурная амплитуда и структурный фактор рассеивания
- •1.5.7 Индицирование рентгенограмм и определение параметров решёток
- •2 Несовершенства в кристаллах
- •2.1 Термодинамика образования точечных дефектов
- •2.2 Взаимодействие точечных дефектов
- •2.3 Дислокации
- •2.4 Свойства дислокаций
- •2.5 Наблюдение дислокаций
- •3 Механические свойства твердых тел
- •3.1 Упругая деформация. Закон гука
- •3.2 Пластическое течение кристаллов
- •3.3 Теоретическая прочность хрупких тел
- •3.4 Реальная прочность хрупких тел
- •3.5 Пути упрочнения хрупких материалов
- •3.6. Теоретическая плотность пластичных тел
- •3.7 Ползучесть керамики
- •3.8 Твёрдость керамики
- •3.9 Временная прочность твердых тел
- •4 Электронное состояние в твердых телах
- •4.1 Понятие об энергетической зоне
- •4.2 Энергия ферми
- •4.3 Плотность электронных состояний
- •4.4 Фотопроводимость
- •4.5 Оптические свойства (с точки зрения зонной теории)
- •5 Свойства диэлектриков
- •5.1 Поляризация
- •5.2 Высокочастотные изолирующие свойства
- •5.3 Сегнтоэлектрики
- •5.4 Понятие о пьезо- и пироэлектриках
- •6 Тепловые свойства твердых тел
- •6.1 Классическая теория теплоемкости. Закон дюлонга-пти
- •6.2 Теория теплоемкости эйнштейна
- •6.3 Теория теплоемкости дебая
- •6.4 Способы определения теплоемкости
- •2. Экспериментальное определение теплоемкости
- •6.5 Тепловодность, температуропроводность
- •6.6 Влияние пор на теплопроводность
- •6.7 Теплоемкость дисперсных сред
- •6.8 Тепловое расширение
- •7 Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
- •7.1 Законы поглощения
- •7.2 Люминесценция
- •7.3 Фотохимические превращения
- •7.4 Сенсибилизированные реакции
- •8 Магнитные свойства твердых тел
- •8.1 Магнитное поле в магнетиках
- •8.2 Природа диамагнетизма
- •8.3 Природа парамагнетизма
- •8.4 Парамагнитные тела
- •8.5 Ферромагнетизм
- •8.6 Доменная структура фeрромагнетиков
- •8.7 Кривая намагничевания ферромагнетиков
- •8.8 Ферриты
- •9 Кристаллизация
- •9.1 Образование зародышей
- •9.2 Самопроизвольный рост зародышей
- •Кинетика кристаллизации
3.7 Ползучесть керамики
Ползучестью называется явление, когда пластически деформируется материал, находящийся под определёнными напряжениями, причём скорость деформации растёт во времени (крип твёрдого тела).
Различают ползучести:
– по Виртману – она обусловлена движением дислокаций и не зависит от размера зёрен в поликристаллических материалах:
где – коэффициент ползучести;
–напряжение;
–плотность дислокаций;
–модуль сдвига;
– по Набборо (диффузионная) – обусловлена диффузией атомов и ионов внутри зёрен материала; реализуется в основном в крупнокристаллических веществах:
где d – размер зерна;
z – объём, переносимый одной частицей;
– по Кобле – реализуется в керамике с малым размером зерна; обусловлена диффузионными процессами на границах зёрен:
где – толщина границ зёрен.
При росте температуры ползучесть также осуществляется за счёт скольжения частиц по границам зёрен, особенно это проявляется при наличии в веществе стеклообразной фазы. С повышением температуры вязкость этой фазы уменьшается, и перемещение зёрен друг относительно друга увеличивается. Скорость деформации при этом прямо пропорциональна d – размер частиц.
3.8 Твёрдость керамики
Первая шкала твёрдости – шкала Мооса: тальк – 1, алмаз – 10; более твёрдый материал оставит царапину на менее твёрдом. Царапина означает, что поверхность одного тела подвергается пластической деформации, то есть в этом случае показатель твёрдости служит ориентиром сопротивления материала пластической деформации.
В зависимости от индентора (индентор вдавливается в исследуемый материал с некоторой постоянной силой) различают твёрдость:
– по Брюннелю:
– по Виккерсу:
– по Кнуппу:
Зависимость между твёрдостью по Моосу и Виккерсу такая:
где – для металлов;
–для керамики.
Керамика плохо подвергается деформации, но во многих случаях разрушается в пределах упругости. Причиной разрушения является не только деформация, но и трещины, которые являются причиной локального разрушения.
Существует зависимость между твёрдостью керамики и её прочностью.
,
–для керамики;
–для металлов.
3.9 Временная прочность твердых тел
Теория временной прочности (долговечности твердых тел) разработана Журковым и Бартеневым:
,
где u0 - теплота сублимации для металла,
γ – эмпирия;
τ – время колебания атома.
4 Электронное состояние в твердых телах
4.1 Понятие об энергетической зоне
По сравнению с изолированными атомами, в атомах составляющих кристаллическую решетку, наблюдается ряд эмпирических явлений, наиболее существенным является расщепление энергетических уровней свободных атомов в непрерывные энергетические потоки. В изолированных атомах электроны находятся в поле, полному их энергии в пределах их подуровня равна.
В кристалле атом испытывает несимметричное воздействие соседних атомов, вследствие чего сжимается, электронные уровни отдельных атомов объединяются и образуются непрерывные энергетические полосы. Последние, в основном, образуются за счет внешних электронов.
E s, p
d, f
r0 r
r0 – установленное состояние твердого тела в кристаллах,
r – расстояние между атомами в кристаллах.
E E
ΔE r ΔE
В изолированных атомах волновой реакции не перекрываются. Для перехода электрона от одного атома к другому, необходимо преодолеть барьер ΔE. При сближении атомов при образовании твердого тела расстояние уменьшается, волновые реакции перекрываются, величина потенциального барьера уменьшается и внешние электроны приобретают способность перемещаться от атома к атому, т.е. происходит обобществление внешних электронов, следовательно передвижение электронов. Они приобретают дополнительную кинетическую (трансляционную) энергию, а также трансляционный импульс.