5) История развития материаловедения

Материаловедение уходит своими корнями в далекое прошлое. Во все времена использование природных и созданных человеком материалов зависело от прочности, надежности и долговечности выполненных из них изделий. Сегодня металлы и их сплавы являются самым обширным и универсальным по применению классом материалов. Центральное место среди них занимают две группы сплавов железа – стали и чугуны. Производство стали превышает производство алюминия – второго после железа металла по масштабам производства и применения – в несколько десятков раз.

Как всякая наука, материаловедение представляет собой совокупность знаний, полученных расчетным и экспериментальным путем, которые позволяют сделать обобщения и выводы, а также предвидеть пути развития науки о материалах.

Теоретической основой материаловедения являются соответствующие разделы физики и химии, однако наука о материалах развивается в основном экспериментальным путем.

Материаловедение является поистине интернациональной наукой, ее теоретические основы были заложены трудами разных стран. Среди них необходимо выделить американца Джозайи Уилларда Гиббса (1839 – 1903 гг.) – основоположника физической химии.

Д.К.Чернов (1839 – 1921 гг.) открыл в 1868 г. критические точки в сталях, заложив тем самым научные основы термической обработки. Большое значение в развитии методов физико-химического исследования и классификации сложных фаз в металлических сплавах имели работы Н.С. Курнакова (1860 – 1941 гг.) и его учеников.

Значительный вклад в развитие материаловедения внесли русские ученые П.П. Аносов (1799 – 1851 гг.) и Д.И. Менделеев (1834 – 1907 гг.), англичанин Роберт Аустен (1843 – 1902 гг.), немец А. Мартенс (1850 – 1914 гг.).

ХХ век ознаменовался крупными достижениями в теории и практике материаловедения:

были созданы высокопрочные материалы для деталей и инструментов;

разработаны композиционные материалы;

открыты сверхпроводники, применяющиеся в энергетике и других отраслях техники;

открыты и использованы свойства полупроводников;

усовершенствовались способы упрочнения деталей термической и химико-термической обработкой.

Огромное значение имели для развития отечественного материаловедения в наше время работы А.А., Бочвара, Г.В. Курдюмова, В.Д. Садовского и В.А. Каргина.

6) Внутреннее строение материалов.

Существуют три уровня, называемых структурными, которые характеризуют строение материалов

Уровень 1: Макроструктура:

Это строение, видимое невооруженным глазом или при оптическом увеличении до 30-40 раз.

Макроструктура твердых тел бывает:

конгломератное: туфы

различные виды бетона

некоторые керамические

и другие материалы

ячеистая:

наличие макропор, свойственных пемзе, ячеистым пластмассам, газо- и пенобетонам

мелкопористая:

материалы, с высокой степенью затворения водой и выгорающими добавками

волокнистая:

дерево

стеклопластики

изделия из минеральной ваты

Резкое различие прочности, теплопроводности и других свойств вдоль и поперек волокон.

слоистая:

слюда

бумапласта

текстолита

рыхло-зернистая структура:

зернистые

порошкообразные материалы

заполнители для бетона

Уровень 2: Микроструктура:

Это строение вещества, видимое в оптический микроскоп. Макро- и микроструктуры определяют внешнее строение материала.

Уровень 3: Субструктура:

Это внутреннее строение вещества, которое характеризует строение материала на молекулярно-ионном и атомном уровне. Внутреннее строение изучается методами рентгена, структурного анализа, электроскопии и т.п.

Внутреннее строение веществ: твердые, жидкие, газообразные вещества состоят из атомов, молекул и ионов. Атом – мельчайшая частица химического элемента. Состоит из протонов, нейтронов и электронов. Молекула – наименьшая устойчивая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. Ион – это атом или молекула, потерявшие или присоединившие к себе один или несколько элементов.