- •Влияние химического состава, фазового и структурного состояния на свойства материалов Учебное пособие
- •Введение
- •1. Некоторые вопросы строения веществ.
- •1.1 Межатомное взаимодействие.
- •1.2 Типы химических связей.
- •1.3 Кристаллическая структура твердых тел.
- •1.4. Дефекты кристаллических решеток.
- •1.4.1 Точечные дефекты решетки
- •1.4.2 Линейные дефекты кристаллической решетки.
- •1.4.3 Поверхностные дефекты кристаллической решетки.
- •1.4.4 Объёмные дефекты кристаллической решетки.
- •1.4.5 Энергетические дефекты кристаллической решетки.
- •1.5 Основы теории сплавов
- •1.6 Диаграммы состояния сплавов и закономерности Курнакова.
- •Формирование структуры материалов.
- •Кристаллизация жидкостей Условия образования зародышей в жидкости
- •Рост зародышей кристаллов
- •Формирование структуры материалов при кристаллизации.
- •Формирование структуры при конденсации.
- •Особенности воздействия на структуру материалов в твердом состоянии.
- •Превращения с изменением состава твердых фаз.
- •Распад пересыщенных растворов или старение.
- •Эвтектоидное превращение.
- •Мартенситное превращение
- •Рекристаллизация
- •Отжиг для снятия внутренних напряжений
- •1.7 Элементы зонной теории твердых тел
- •2.1 Электропроводность диэлектриков
- •2.1.1 Влияние температуры на электропроводность диэлектриков
- •2.1.2 Влияние напряженности поля на электропроводность диэлектриков
- •2.2 Поляризация диэлектриков
- •2.2.1 Упругая поляризация
- •2.2. 2 Виды поляризации релаксационного типа.
- •2.2.3 Особенности поляризации в активных диэлектриках
- •2.3 Диэлектрические потери
- •2 3.1 Влияние температуры на тангенс угла потерь неполярных диэлектриков
- •2.3.2 Влияние частоты электрического поля на тангенс угла потерь неполярных диэлектриков.
- •2.3.3 Влияние температуры на тангенс угла потерь в полярных диэлектриках
- •2.3.4. Влияние частоты электрического поля на тангенс угла диэлектрических потерь для полярных диэлектриков
- •2.4 Пробой диэлектриков
- •2.4.1 Электрический пробой газов
- •2.4.1.1 Влияние частоты электрического поля на электропрочность газов
- •2.4.2 Электрический пробой твердых диэлектриков
- •2.4.4 Электрохимический пробой диэлектриков.
- •3. Магнитные материалы
- •3.1 Общие положения
- •3.2. Природа ферромагнетизма.
- •3.2.1 Доменная структура ферромагнетиков.
- •3.2.2 Кривая намагничивания
- •3.3 Основные классы магнитных материалов.
- •3.3.1 Промышленные магнитомягкие материалы
- •3.3.1.1 Материалы для работы в постоянных и низкочастотных полях Железо
- •Электротехническая сталь
- •3.3.2 Магнитомягкие материалы для работы в слабых полях
- •3.3.3 Магнитомягкие материалы, предназначенные для работы в высокочастотных полях.
- •3.4 Магнитотвердые материалы
- •3.4.1 Промышленные магнитотвердые материалы.
- •3.4.2. Дисперсионно твердеющие сплавы
- •3.4.3 Деформируемые магнитотвердые материалы.
- •3.4.4 Магнитотвердые ферриты
- •3.4.5 Высококоэрцитивные магниты.
- •4. Проводниковые материалы
- •4.1 Материалы высокой электропроводности.
- •4.2 Материалы высокого удельного сопротивления.
- •4.2.1 Сплавы на основе меди.
- •4.2.2 Никель-хромовые сплавы.
- •4.2.3 Железохромалюминиевые сплавы
- •4.2.4 Сплавы на основе благородных металлов.
- •4.3 Материалы электрических контактов
- •4.3.1 Зажимные контакты
- •4.3.2 Цельнометаллические контакты
- •4.3.3 Материалы разрывных контактов.
- •4.3.4 Материалы скользящих контактов.
- •5. Полупроводниковые материалы
- •5.1 Элементарные полупроводники.
- •5.2 Полупроводниковые химические соединения.
- •5.2.1 Соединения типа aivbiv.
- •5.2.2 Полупроводниковые соединения типа аiiiвv.
- •5.2.3 Полупроводниковые соединения типа аiiвvi
- •Список использованной литературы
- •1. Некоторые вопросы строения веществ. 4
- •2. Диэлектрические материалы 48
- •3. Магнитные материалы 74
- •4. Проводниковые материалы 88
- •5. Полупроводниковые материалы 95
Рекристаллизация
Пластическая деформация сопровождается накоплением дефектов в структуре материалов. Прежде всего, повышается плотность дислокаций. Кроме того, поля упругих напряжений, окружающие дислокации, заставляют дислокации не только скользить, но и переползать, что приводит к увеличению концентрации точечных дефектов. Поскольку кристаллическая решетка при пластической деформации искажается, возрастает энергия материала. Таким образом, после пластической деформации, материал становится термодинамически неравновесным.
При повышении температуры начинается восстановление структуры материала. Это восстановление принято делить на три этапа: возврат, полигонизацию и рекристаллизацию.
При возврате происходит снижение концентрации избыточных точечных дефектов – вакансий и межузельных атомов, осуществляемый их стоком к дислокациям и границам зерен. При возврате заметно снижается удельное электрическое сопротивление, а прочность и пластичность не изменяются.
Полигонизация - процесс перераспределения дислокаций, приводящий к частичной аннигиляции дислокаций противоположных знаков, а также слияние оставшихся дислокаций в малоугловые границы. Таким образом, зерна материала разбиваются на субзерна разделенные малоугловыми границами. Поскольку плотность дислокаций в субзернах снижается, то прочность материала заметно снижается, а пластичность повышается.
Рекристаллизация – это процесс замены одних зерен данной фазы другими зернами той же фазы с меньшей энергией. При этом в деформированном материале зарождаются и растут новые зерна, свободные от дислокаций. Для образования новых зерен необходимо формирование большеугловых границ. В принципе, формирование больше угловых границ ничем не отличается от формирования малоугловых границ. Однако для формирования больше угловых границ, помимо высокой плотности дислокаций необходима их высокая подвижность. В этом случае процессы переползания и скольжения дислокаций приведут к возрастанию плотности дислокаций в дислокационных стенках, плотность дислокаций в них возрастет, и дислокационные стенки трансформируются из малоугловах границ в большеугловые. Иначе говоря, образование большеугловых границ будет развиваться при больших температурах, чем образование малоугловых границ. Так, для технически чистых металлов температура начала рекристаллизации составляет 0,4 от температуры плавления по шкале Кельвина, температура полигонизации 0,2-0,3 Тпл, а возврат развивается уже при температурах меньших 0,2 Тпл.
Процессы полигонизации и рекристаллизации являются конкурирующими. Если процесс аннигиляции дислокаций, преобладает над процессом выстраивания дислокаций в стенки, то плотность дислокаций в стенках становится низкой, и формируются малоугловые границы. В этом случае развивается полигонизация. В противном случае, развивается рекристаллизация.
Развитие рекристаллизации также сильно зависит от внешних условий. При этом в зависимости от того, какой процесс является термодинамической движущей силой, и от того какая структура формируется, принято различать первичную, собирательную и вторичную рекристаллизацию.
Первичная рекристаллизация это образование и рост новых зерен в деформированном материале. Термодинамической движущей силой этого процесса является уменьшение запасенной энергии за счет снижения плотности дислокаций.
После завершения первичной рекристаллизации может начаться собирательная рекристаллизация – процесс роста одних зерен за счет других. Движущей силой этого процесса является уменьшение поверхностной энергии границ. Обычно при собирательной рекристаллизации рост зерен идет с замедлением и останавливается при достижении некоторого размера зерен, характерного для каждой температуры и каждого материала.
Вторичной рекристаллизацией называют рост зерен с минимальной энергией за счет соседних зерен. Поскольку растут благоприятно ориентированные зерна, то в материале формируется кристаллографическая текстура – наличие совпадающих кристаллографических направлений в кристаллических решетках соседних зерен. После завершения вторичной рекристаллизации в материале формируются аномально крупные зерна.