Наноматериалы

Наноматериалы ‑ материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами и эксплуатационными характеристиками.

К таким материалам можно отнести наноразмерные частицы (нанопорошки), нанопроволоки и нановолокна, очень тонкие пленки (толщиной менее 100 нм), нанотрубки и т. п. Такие материалы могут содержать от одного структурного элемента или кристаллита (для частиц порошка) до нескольких их слоев (для пленки).

Для наночастиц доля атомов, находящихся в тонком поверхностном слое (толщиной порядка 1 нм), по сравнению с микрочастицами (обычными зернами) заметно возрастает. Доля приповерхностных атомов пропорциональна отношению площади поверхности частицы S к ее объему V. Если характерный размер частицы D, то S/V  D²/D³  1/D. У поверхностных атомов, в отличие от атомов, находящихся в объеме твердого тела, задействованы не все связи с соседями. В результате в приповерхностном слое возникают сильные искажения кристаллической решетки, и даже может происходить смена типа решетки. Кроме того, свободная поверхность является стоком бесконечной емкости для точечных и линейных кристаллических дефектов (в первую очередь вакансий и дислокаций). При малых размерах частиц это приводит к выходу большинства структурных дефектов на поверхность и очистке материала наночастицы от дефектов структуры и химических примесей. Установлено, что процессы деформации и разрушения протекают в тонком приповерхностном слое с опережением по сравнению с внутренними объемами металлического материала. В наночастицах же весь материал работает как приповерхностный слой, толщина которого оценивается величиной 0,5…20 мкм.

Из этого следует, что закономерности, характерные для микроструктурных объектов, не соблюдаются при переходе к наноразмерным частицам. Изучение и использование необычных свойств наноматериалов является важнейшей задачей современного материаловедения.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Лекция 1 Что и как изучает материаловедение …………………………………........... Классификация конструкционных материалов ………………………..........	3 4
Раздел I ОСНОВЫ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ ……………………...............	7
Свойства металлов …………………………………………………………….	7
Лекция 2 Кристаллическое строение металлов …………………………………...........	9
Лекция 3 Кристаллизация металлов …………………………………………………….	16
Лекция 4 Деформация и разрушение металлов ………………………………………...	22
Лекция 5 Механические свойства металлов ……………………………………………	27
Лекция 6 Структура и свойства деформированных металлов ………………………... Изменение структуры и свойств деформированного металла при нагреве . Способы упрочнения металлов и сплавов …………………………………...	32 33 36
Лекции 7-8 Строение сплавов ……………………………………………………………... Диаграммы состояния двойных сплавов …………………………………….	39 42
Лекция 9 Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов ……………………….	51
Лекция 10 Углеродистые стали …………………………………………………………..	57
Лекция 11 Чугуны …………………………………………………………………………	62
Лекции 12-13 Термическая обработка стали ………………………………………………..	67
Лекции 14-15 Основные виды термообработки стали ……………………………………..	77
Лекция 16 Раздел II МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ……………………………………………………………….. Легированные стали …………………………………………………………..	88 88
Лекция 17 Жаропрочные стали …………………………………………………………...	94
Лекции 18-19 Цветные металлы и сплавы …………………………………………………...	99
Лекция 20 Раздел III НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ……………………………………………………………….. Ограничения в применении металлов ……………………………………….. Полимеры, или пластмассы …………………………………………………..	108 108 108
Лекция 21 Керамические материалы …………………………………………………….. Графит ………………………………………………………………………….	114 117
Лекция 22 Неорганические стекла ………………………………………………………..	118
Лекция 23 Композиционные материалы ………………………………………………… Наноматериалы ………………………………………………………………..	121 125

Учебное издание

ХВОРОВА Ирина Александровна

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие

Издано в авторской редакции

Научный редактор кандидат технических наук, доцент Ю.П. Егоров

Дизайн обложки

Отпечатано в Издательстве ТПУ в полном соответствии

с качеством предоставленного оригинал-макета

Подписано к печати . .2011. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл. печ. л. 7,44. Уч.-изд. л. 6,74. Заказ . Тираж 100 экз.
	Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008
. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел./факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru

4