4605 -Материаловедение Доцент к т н Тюрина Светлана

4605 -Материаловедение Доцент, к. т. н. Тюрина Светлана Александровна 10 лекций 4 практических занятия 1 домашняя контрольная работа 5 аудиторных проверочных работ зачет

Классификация материалов металлические неметаллические Черные металлы: (Fe и сплавы на его основе, чугуны, стали) Цветные металлы: -легкие цветные металлы-Al, Ti, Mg, Be. -тяжелые цветные металлы на основе. Cu, Pb, Sn. -легкоплавкие цветные – на основе Zn, Cd, Sn, Pb, Bi -тугоплавкие цветные - Nb, Mo, Zr, V, W. -радиоактивные металлы - U, Pu, Ce. композиционные резина, керамика, стекло, пластические массы, ситаллы. стеклопластики углепластики по типу структуры: -аморфные -кристаллические -гетерофазные.

Содержание металлов и элементов в Земной коре Кислород (О)=47, 4% Кремний (Si) =25. 7 %, Алюминий (Al)=7. 5 %, Железо (Fe)=4. 7 %, Магний (Mg)=1. 94 %, Титан (Ti)=0. 58 %, Медь (Cu)= 0. 01 %, Цинк (Zn)= 2*10 -2 %, Серебро (Ag)=4*10 -6 %, Золото (Au)=5*10 -7%.

Освоение человечеством различных материалов -каменный век (начало палеолита, конец неолита около 8 -3 тыс. лет до н. э. ) -медный век (энеолит) -бронзовый век (конец IV-начало I тыс. до н. э. ) -железный век -эпоха полимеров -эпоха композиционных материалов

Обобщенный график зависимости удельной прочности от времени создания для различных материалов

Атомная структура твердых тел. Схематическое представление электронной конфигурации атома С по модели Бора.

Гетерополярная или ионная связь. Na+Cl

Ковалентная связь. Прочность ковалентных химических связей: -в молекуле Н- 436 к. Дж/моль; -H-CH 3 -435 к. Дж/моль; - связь СН 3 -СН 3 -368 к. Дж/моль; -связь Si-O 2 – 432 к. Дж/моль. Ковалентные связи: -полярные; -неполярные. Мера полярности- электрический момент диполя µ. µ= q. L. q заряд; L расстояние между зарядами. (Дэбай) 1 D=3, 33*10 -30 Кл*м. µ(KBr)=10 D. Ковалентные связи менее полярны, µ=0, 5 -4 D.

Металлическая связь. ¾ природных элементов – металлы Электронный газ обуславливает хорошую электро- и теплопроводность (есть носители). Обобществленный характер связи электроны – ионы обуславливает пластичность. Плотная упаковка ионов в кристаллической решетке объясняет высокую плотность материалов. Невысокая энергия ионизации атомов металлов - причина коррозионной нестойкости.

Ван-дер-ваальсова связь. прочность связи невысока ≈4 - 40 к. Дж/моль.

Зависимость сил притяжения и отталкивания взаимодействующих атомов от расстояния между ними а 0 -равновесное расстояние

Сила и энергия взаимодействия пары атомов как функции межатомного расстояния.

Тетраэдрическая форма орбиталей валентных электронов атома С приводит к его тетраэдрическому окружению (а) и формированию решетки алмаза (б)

(а)молекула этилена С 2 Н 4, содержащая двойную связь; (б) молекула полиэтилена (С 2 Н 4)п образуется при разрыве двойных связей и образовании одинарных (процесс полимеризации)

Количество ближайших соседей КЧ (координационное число) как функция относительного размера атомов (а). Для отношения радиусов атомов r/R=0, 2 максимально возможное КЧ=3; (б) КЧ для различных отношений радиусов атомов и соответствующие координационные полиэдры; (в) минимальное отношение радиусов для КЧ=3 составляет 0, 155

Схематическое представление вклада разных типов связи в важнейших материалах. Природа химической связи в четырех типах наиболее важных промышленных материалов Материал Природа связи Примеры Металлическая Fe и его сплавы Керамики и стекла Ионная и ковалентная Кремнезем(Si. O 2) кристаллический и стеклообразный Полимеры Ковалентная и ван-дерваальсова Полиэтилен (C 2 H 4)n Полупроводники Ковалентная (неполярная и полярная) Кремний(Si), сульфид кадмия (Cd. S)