Строение и свойства материалов. Типы структур.
Понятие о материаловедении как о науке.
Материаловедение - наука, изучающая металлические и неметаллические материалы, применяемые в проиышленности, объективные закономерности зависимости их свойств от химического состава, структуры, способов обработки и условий эксплуатации.
Теоретической основой материаловедения являются соответствующие разделы физики и химии, однако наука о материалах в основном развивается экспериментальным путѐм. Поэтому разработка новых методов исследования строения (структуры) и физико-механических свойств материалов способствует дальнейшему развития материаловеден.
Изучение физических (плотность, электропроводность, теплопроводность, магнитная проницаемость и др.), механических (прочность, пластичность, твѐрдость, модуль упругости и др.), технологических (жидкотекучесть, ковкость, обрабатываемость резанием и др.) и эксплуатационных свойств (сопротивление коррозии, изнашиванию и усталости, жаропрочность, хладостойкость и др.) позволяет определить области рационального использования различных материалов с учѐтом экономических требований.
Большой вклад в развитие науки о материалах внесли русские учѐные. П.П.Аносоввпервые установил связь между строением стали и еѐ свойствами. Д.К.Чернов, открывший полиморфизм стали, всемирно признан основоположником научного металловедения. Большое значение в развитии методов физико-химического исследования и классификации сложных фаз в металлических сплавах имели работы Н.С.Курнаковаи его учеников. Разработка теории и технологии термической обработки стали связана с именем С.С.Штейнберга, Н.А.Минкевича. Исследования механизма и кинетики фазовых превращений в металлических сплавах посвящены работы крупных советских учѐных С.Т.Конобеевского, А.А.Байкова, Г.В.Курдюмова, В.Д.Садовского, А.А.Бочвара, С.Т.Кишкина, Н.В.Агееваи многих других.
Работы крупнейшего русского химика А.М.Бутлерова(1828 – 1886 гг.), создавшего теорию химического строения органических соединений, создали научную основу для получения синтетических полимерных материалов. На основе работ С.В.Лебедевавпервые в мире было создано промышленное производство синтетического каучука.
Среди зарубежных учѐных большой вклад в изучение железоуглеродистых сплавов внесли А.Ле-Шателье (Франция), Р.Аустен(Англия), Э.Бейн(США) и др.
Классификация строительных материалов по назначению.
Строительные материалы, природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений. Различия в назначении и условиях эксплуатации зданий (сооружений) определяют разнообразные требования к строительным материалам .
По назначению строительные материалы подразделяются на группы:
· конструкционные: воспринимают и передают нагрузки
· теплоизоляционные материалы: обеспечивают требуемый тепловой режим в здании
· акустические: применяемые для звукоизоляции и звукопоглощения
· кровельные и гидроизоляционные материалы: используют при создании водонепроницаемых слоев на кровлях и др. элементах зданий
· герметизирующие материалы: применяют для заделке стыков сборных конструкций
· отделочные материалы: для совершенствования декоративного вида строительных конструкций, а также для обеспечения защиты конструкций от внешних природных воздействий
· материалы особого назначения: для особых сооружений (кислотоупорные, огнеупорные материалы)
· материалы общего назначения, применяемые для разных целей (бетон, цемент, древесина, известь)
Строение и свойства материалов. Типы структур.
В природе существуют две разновидности твѐрдых тел, различающиеся по своим свойствам: кристаллические и аморфные.
Аморфные тела при нагреве размягчатся в большом температурном интервале, становятся вязкими, а затем переходят в жидкое состояние.
Кристаллические тела остаются твѐрдыми, т.е. сохраняют приданную им форму, до вполне определенной температуры, при которой они переходят в жидкое состояние. Кристаллические тела характеризуются упорядоченным расположением в пространстве
элементарных частиц (ионов, атомов, молекул), из которых они составлены – геометрический фактор.
Свойства кристаллов зависят:
· От электронного строения атомов.
· Характера взаимодействия их в кристалле.
· От пространственного расположения элементарных частиц.
· Химического состава.
· Размера и формы кристаллов.
В зависимости от размеров структурных составляющих и применяемых методов их выявления используют следующие понятия:
тонкая структура, микроструктура, макроструктура.
Тонкая структура описывает расположение элементарных частиц в кристалле иэлектронов в атоме. Изучается дифракционными методами (рентгенография, элетронография, нейтронография). Анализируя дифракционную картину, получаемую
при взаимодействии атомов кристалла с короткими волнами рентгеновских лучей можно получить обширную информацию о строении кристаллов. Такую мелкокристаллическую структуру наблюдают с помощью электронного микроскопа.
Микроструктура. Микроскопические методы дают возможность определить (объект изучения - шлиф, оборудование – микроскоп. Увеличение до 1400): размер и форму кристаллов, наличие различных по своей природе кристаллов, их распределение и относительные объѐмные количества, форму инородных включений, микропустоты, ориентирования кристаллов.
Макроструктура. Макроанализ предусматривает изучения строения кристаллов невооружѐнным глазом или при небольших увеличениях с помощью лупы. Этот метод даѐт возможность выявить: характер излома, усадочные раковины, поры, размер и форму крупных кристаллов, трещины, химическую неоднородность (ликвацию).