54

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра «Металловедения и термической обработки металлов»

Самотугина Ю.С.

Конспект лекций по курсу

«ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ЖИДКОГО, КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО

И АМОРФНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА»

для студентов специальностей

090412 «Термическая обработка металлов»

и 090404 «Обработка металлов давлением», направление: «Металлургия», дневной и заочной формы обучения

Мариуполь, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………………………	3
1. Молекулярно-кинетическая теория строения жидкости…………….	6
1.1. Коэффициент самодиффузии и диффузии в жидких телах…….	6
1.2. Модельные теории жидких металлов……………………………...	7
2. Свойства металлических расплавов………………………………….	10
2.1. Плотность…………………………………………………………	10
2.2. Вязкость……………………………………………………………	10
2.3. Поверхностное натяжение…………………………………………	11
2.4. Электрическая проводимость…………………………………….	12
2.5. Теплопроводность………………………………………………….	13
2.6. Магнитная восприимчивость……………………………………….	14
3. Теория кристаллизации расплавов…………………………………….	15
3.1. Механизм кристаллизации………………………………………….	15
3.2. Кинетика кристаллизации…………………………………………	17
3.3. Кристаллизация промышленных слитков……………………….	18
4. Аморфные материалы…………………………………………………..	22
4.1. Теория процесса стеклования………………………………………	23
4.2. Методы получения аморфных металлических материалов……	24
4.3. Структура аморфных сплавов …………………………………….	27
5. Механические свойства аморфных материалов……………………..	31
5.1. Прочность и твердость……………………………………………	31
5.2. Пластичность. Виды деформации………………………………..	32
5.3. Хрупкость………………………………………………………….	33
5.4. Упругие свойства………………………………………………….	33
5.5. Неупругие свойства…………………………………………………	33
5.6. Магнитные свойства……………………………………………….	34
6. Области применения аморфных сплавов………………………………	38
7. Кристаллическое строение материалов ………………………………	41
8. Типы связей в твердых телах………………………………………….	45
Литература…………………………………………………………………..	52

Введение

Большинство веществ существуют в трех фазах (или агрегатных состояниях) – газообразной, жидкой и твердой. По определению термодинамики ФАЗОЙназывают часть гетерогенной системы, которая отделена от других фаз поверхностью раздела и имеет одинаковые физические и химические свойства во всем объем

Все эти состояния обусловлены характером движения атомов, составляющих вещество, которое определяется прежде всего температурой и давлением. В зависимости от этих параметров вещество может переходить из одного агрегатного состояния в другое.

Для твердого вещества возможно два состояния, связанные с внутренним расположением атомов: кристаллическое и аморфное.

В кристаллических телах частицы (атомы, молекулы, ионы) находятся на одинаковых расстояниях друг от друга – дальний порядок. Они имеют внутреннее строение в виде пространственной решетки, что обуславливает все их свойства.

Твердые тела, которые не имеют решетчатого строения называют аморфными. Примеры аморфных тел: стекло, пластмасса и др. В аморфных веществах упорядочение проявляется только в пределах областей, размеры которых не превышают нескольких межатомных расстояний – ближний порядок.

В аморфном веществе составляющие его частицы располагаются в общем беспорядочно, как и в жидкостях. Поэтому аморфные тела часто уподобляют жидкостям с очень большим внутренним трением (или высокой вязкостью). основными признаками являются: 1) изотропность, т.е. одинаковость свойств во всех направлениях; 2) отсутствие четко выраженной температуры плавления. Аморфные вещества не являются устойчивыми. Они обнаруживают в течении времени склонность к кристаллизации (стекло, сахар). Кристаллическое состояние по сравнению с аморфным более устойчивое, т.к. упорядоченному расположению частиц в структуре отвечает минимальная внутренняя энергия, о чем свидетельствует выделение тепла при кристаллизации жидкости и поглощение тепла при расплавлении кристаллов. Именно поэтому аморфные тела чаще всего относят к переохлажденным жидкостям.

Жидкое состояние является промежуточным между газообразным и твердым.

В газообразных телах отсутствуют ближний и дальний порядки координации частиц. Для газов элементарными частицами являются электронейтральные молекулы, которые беспорядочно движутся на значительно большие расстояния и с большей скоростью, чем в твердых телах. В газах длина свободного пробега молекулы (до столкновения с другой молекулой) на два порядка превышает ее диаметр, а свободный объем между молекулами на три-четыре порядка больше свободного объема между частицами твердого тела. Поэтому плотность газов на три четыре порядка меньше плотности твердых тел.