Големина на текста:
1. Предмет и зада4и на курса….
Този курс си поставя сравнително
скромната цел: на базата на атомната
(молекулната) и електронната
структура на твърдите тела и техния
химичен състав да се даде най-обща
представа за физичната същност на
основните свойства (механични,
топлинни, електрични, оптични и
магнитни) на телата. При изучаване
на физичните свойства на твърдите
тела се използва както
микроскопичен, така и
макроскопичен (феноменологичен)
подход. В инженерните
специалности повече се използва
феноменологичният подход.
Въвеждат се понятия и
физични величини, описващи телата
като цяло, без да се отчита атомният
строеж, и се търсят съответни
зависимости (корелации).
Съвременните представи за строежа
на веществата позволяват на
микроскопично ниво да се изгради
физична картина за свойствата на
телата. Кондензирано състояние -
система от силно взаимодействащи
си частици, в която основна роля
играят т.нар. колективни ефекти.
Кристалните тела се характеризират
с точно определена периодичност от
далечен порядък на подреждане на
градивните частици. Това определя
и микроскопичната им форма.
Идеалният кристал представлява
безкрайно повтаряща се впространст
-вото еднаква структурна клетка.
Тази клетка се нарича елементарна
кристална решетка. Известни са и
над 200 случая, когато веществата в
течно състояние (над Температурата
на топене) с типичното си
“текучество” проявяват анизотропни
свойства. Такива вещества се
наричат течни кристали. Аморфните
метали притежават много висока
твърдост и почти идеална
корозоустойчивост. Аморфните
полупроводници се оказват
прекрасни материали за
съвременните микроелектронни
елементи.Повечето аморфни
структури се създават изкуствено.
Свръхрешетките са изцяло
изкуствено създадени структури.
Независимо че са предложени още
през 1962 г. от руския физик Л.В.
Келдиш, получаването им стана
възможно последните две
десетилетия. Свръхрешетките са нов
вид материали, получени чрез
многократно редуване на тънки
слоеве от различни химични
съединения. Този вид структура е
наречена квазикристална. Тези
сплави не са нито кристали, нито
стъкла (аморфни), а нещо междинно.
Имат далечен (координационен)
порядък, но структурата им не е
периодична. Приличат на кристали,
но притежават “забранената” за
кристали ос на симетрия от 5-ти
порядък. Атомната им структура е
самоподобно пакетиране на атомни
агрегати. Квазикристалите
притежават преобладаващо
количество метал, а имат
рекордни топло- е
електроизолационни
характеристики, т.е. физичните им
свойства сасъщо така необикновени,
както и техните структури.-
Квазикристалите имат доказана
биологична съвместимост (почти
пълнахимична и имунна пасивност),
което ги прави идеални за
имплантиране с дълготрайна
поносимост от живия организъм.
2. Геометрия на кристалната ре6етка.
Прости и сложни кристални решетки
Кристалът е еднородно твърдо тяло,
ограничено с плоски стени. Много
кристали притежават уникални
симетрични форми. Безспорно, това
е свързано със симетрия в техния
вътрешен строеж. На тази база, като
се използват математически
описания и теорията на групите, е
създадена съвременната представа за
геометрият на кристалната решетка.
За описване на структурата на
кристалите се въвеждат редица
понятия. - Пространствената
решетка се дефинира като безкрайна
съвкупност от точки в
пространството (възли), чието
разположение се подчинява на
определен тримерен периодичен
закон. Това означава, че около
всяка произволна точка останалите
точки саразположени по напълно
еднакъв начин. Симетрия на един
природен обект е свойството му да
съвпада сам със себе си при
известни операции, извършени над
него. Такива операции се наричат
операции на симетрии. Операциите
и елементите на симетрия в
кристалите са:транслация и вектор
на транслация; въртене и оси на
симетрия; отражение и
равнини на симетрия; инверсия,
център на симетрия и инверсионни
оси. Решетки на Браве
1. При елементарно разглеждане на
възможните пространствени
решетки и тяхната класификация, от
гледна точка на съществуващите
операции на симетрия, е удобно да
се използват опростените модели на
двумерни точкови групи. Всяко
правилно геометрично тяло или
кристал се характеризира с
определен брой симетрични
операции. Точкова група е
съвкупност от симетрични операции,
извършващи се с всяка точка от
тялото, и в резултат на всяка от
операциите - тялото се връща в
изходно положение. Точковата
група на дадено тяло се нарича още
негов клас на симетрия. Завъртането
се означава с числото n, показващо
кратността, огледалното отражение
се означава със символа m. Доказва
се, че за решетка (двумерна или
тримерна) възможните завъртания,
удовлетворяващи изискванията на
транслационната симетрия (1.1.), са
само със значения n = 1, 2, 3, 4 и 6.
Забранени се оказват завъртанията
на n = 5, 7 и т.н. Индекси на Милер
1. В реалните тримерни кристали
често възниква необходимостта
дадена кристалографска равнина или
направление да бъдат указани. Това
става с т.нар. индекси на Милер.
Определянето им за дадена фамилия
равнини става по следния начин: -
намират се координатите на точките,
в които дадена равнина от тази
фамилия пресича координатните
оси. 16
Структура на идеалните кристали
1. Подреждането на частиците в
кристалната решетка би могло да се
реши квантово-механично като
многочастична задача на
взаимодействие между електроните
и ядрата в решетката. По същество
тази задача е изключително сложна,
поради което се използват опростени
модели, като се отчитат свойствата и
силите на взаимодействие между
градивните частици. Един от тези
модели разглежда частиците като
идеално твърди сфери (подобни на
билярдни топки), а кристалните
решетки се получават като различни
техни подреждания пространството.
Този модел успешно се използва за
кристали, изградени от атоми, йони
или молекули, които имат сферична
симетрия на електронната обвивка.
Едномерното най-плътно опаковане
(подреждане) на сфери се получава,
когато те плътно се допират една до
друга и центровете им лежат на една
права линия. В двумерния случай
също съществува един-единствен
начин за най-плътно подреждане, с
голе- мите кръгове. Всяка сфера е
заградена от шест най-близки,
допиращи се до нея съседни сфери,
чиито центрове (малките светли
кръгчета) образуват правилен
шестоъгълник. В тримерния случай
обаче имаме различни възможности
за подреждане на плътно
опакованите слоеве от сфери,
разположени един над друг.
4. Несъвър6енства в строежа ма
реалните кристали…..
Видове дефекти в кристалната
структура
1. Реалните чисти твърди тела най-
често са поликристални. Състоят се
от голямо количество различно
ориентирани кристалчета, наречени
зърна или кристалити. Тази
структура е типична за металите.
Зърната в метала също не са
еднородни кристали, а се състоят от
много малки кристални блокчета с
линейни размери 10-7 - 10-5 m.
Блокчетата са разориентирани едно
спрямо друго на сравнително малки
ъгли (на няколко минути) и
образуват своеобразна мозаечна
структура на зърната . Следователно
решетките на реалните кристали
показват редица отклонения от
идеалната правилна кристална
структура, т.е. от пълната
транслационна симетрия. Най-общо
тези отклонения се наричат дефекти.
Те оказват съществено влияние
върху много от свойствата на
твърдите тела, което прави
обосновано тяхното познаване.
Малката подвижност и голямото
време на живот на дефектите
позволява те да бъдат описвани с
някои нагледни геометрични модели
и класифицирани по чисто
геометричен признак. По този
критерий дефектите се делят на
обемни (тримерни), повърхнинни
(двумерни), линейни (еднородни) и
точкови. Обемните дефекти са
микроскопични празнини в
кристалната решетка, пори,
чужди частици или частици с друга
фаза. Повърхностните дефекти са
двумерно нарушение на идеалната
кристална структура - например
границите между кристалите -
двойници, между кристалитите
(зърната), мозаечните блокчета и др.
Към този тип дефекти трябва да
бъдат отнесени и стените на
кристалите, тъй като там
транслационната симетрия се
нарушава. Линейните дефекти,
наречени още дислокации,
представляват нарушение в
правилното подреждане на
частиците, съсредоточено около
дадена линияКогато нарушението на
идеалната кристална решетка е
около една точка, т.е. и в трите
измерения не превишава едно или
няколко междуатомни разстояния,
дефектът се нарича точков.
Точкови дефекти
1. Един от възможните видове
точкови дефекти са ваканциите в
решетката, т.е. липсата на атоми,
йони или молекули в кристалната
решетка. Този вид дефекти се
наричат още дефекти по Шотки.
Един от възможните механизми за
възникване на дефекти по Шотки е
отделянето на атоми или йони от
повърхността на кристала и
преминаването им в пара (пълно
изпарение) или в абсорбирано
състояние на повърхността на
кристала. Линейни дефекти
1. За разлика от точковите дефекти,
които са ограничени в трите
измерения,линейните дефекти се
разпространяват на голяма дължина,
като са ограничени в другите две
измерения. Линейните дефекти
обикновено са верижки от дефекти и
дислокации. Верижките от ваканции
(фиг. 2.5.) от дислоцирани или
чужди атоми се получават при
движение и групиране на точкови
дефекти. Вероятността за тяхното
образуване е голяма, но устойчивост
та им е малка и поради това те не
оказват съществено влияние върху
свойствата на кристалите. Към
устойчивите линейни дефекти се
отнасят т.нар. дислокации.
Възможни са два гранични вида
дислокации – прагови (краеви,
ръбови) и винтови. Всъщност всяка
конкретна дислокация обикновено
представлява съчетание от тези два
вида (много често те се наричат
смесени). Въвеждането на
граничните случаи е за удобство при
тяхното геометрично описване.
7. Природа и характер на…
Видове връзки. Енергия на връзката
1. Съществуването на твърдите тела
се дължи на възникналите сили на
взаимодействие между структурните
частици при приближаването им на
достатъчно малки разстояния. Тези
частици могат да бъдат атоми, йони,
молекули. За да са устойчиви
структурите, е необходимо силите да
имат двойствен характер, т.е. да
бъдат сили на привличане, които да
възпрепятстват отделянето на
частиците една от друга, и сили на
отблъскване, които да не позволяват
частиците да се сливат.
2. Силите на връзка почти изцяло
имат електростатична природа.
Ролята на магнитното
взаимодействие е незначителна, а на
гравитационното – нищожна.
Въпреки това междуатомните връзки
съществено се отличават от
междумолекулните.
Изграждането на междуатомните
връзки е съпроводено със сериозно
изменение в структурата, най-вече
на външните (валентни) електронни
облаци на свързващите се атоми.
Характерът на изменението зависи
от природата на атомите и
състоянието на електроните,
образуващи връзката. В зависимост
от това съществуват три основни
вида междуатомни (химични)
връзки: ковалентна, йонна и метална
Енергията на връзката е
отрицателна величина, тъй като при
образуване на свързано състояние
винаги се отделя енергия.
4. Вида на връзка между градивните
частици на твърдите тела оказва
съществено влияние на тяхната
структура, а оттам и на техните
свойства. Не съществува
универсален начин за класификация
на твърдите тела. Принципът на
групиране основно зависи от
конкретно разглеждания проблем.
Един от съществуващите критерии
за класификация на кристалните
тела е според характера на силите на
връзка между структурните частици.
В този случай твърдите тела се
делят на четири основни групи:
йонни кристали, ковалентни
(валентни) кристали, метални и
молекулни кристали.
Молекулна връзка. Сили на Ван-
дер-Ваалс
1. Образуването на молекулна
връзка, съответно на молекулни
кристали, се дължи на силите на
Ван-дер-Ваалс. Те могат да
възникнат между всякакви атоми и
молекули и са въведени най-напред
за обясняване на поправъчните
коефициенти в уравнението на Ван-
дер-Ваалс за реалните газове. В
почти чист вид тези сили се
проявяват между молекулите с
наситена химична връзка (O2, N2,
H2, CH4. . . ) и атомите на инертните
газове (He, Ar, Ne, Kr. . . ). В най-
общия случай молекулната
връзка включва дисперсно,
ориентирано и индукционно
взаимодействие.
Йонна връзка
1. Атомите, намиращи се в
периодичната система на Менделеев
непосредствено до инертните газове,
имат склонността да приемат
тяхната
конфигурация чрез приемане и
отдаване на електрони. При
металните атоми, стоящи
непосредствено зад инертен газ,
валентните електрони се движат
извън запълнения
слой и са слабо свързани с ядрото.
При халогенните елементи,
намиращи се непосредствено пред
инертните газове, не достига един
електрон, за да имат устойчив
запълнен слой, поради което те
притежават определен афинитет към
допълнителен електрон. Между
атоми от подобен вид – типични
метали и халогениди – връзката се
осъществява след предварително
преразпределение на електроните,
т.е. електрон от металния атом
преминава към халогенния.
Металният атом се превръща в
положително зареден йон, а
халогенният – в отрицателен йон.
Получените йони си взаимодействат
по закона на Кулон като два
разноименни заряда. Тази връзка се
нарича йонна или полярна.
Ковалентна връзка
1. За изясняване природата на
ковалентната връзка най-удобно е да
се разглежда образуването на
водородната молекула (като най-
елементарна). На базата на
квантово-механичен модел
(единствено възможния начин)
Хайтлер и Лондон през 1927 г. за
първи път количествено решават
задачата за ковалентната връзка във
водородната молекула.
Метална връзка
1. Образуването на металните
кристали не може да бъде обяснено
както с йонната, така и с
ковалентната връзка. Йонната връзка
възниква между атоми с голяма
разлика в електроотрицателностите
(между атоми на метал и халогенен
елемент). Такава връзка не
съществува между еднородни атоми
с еднаква, сравнително малка
електроотрицателност, както е при
металите. От друга страна, атомите
на металите нямат достатъчен брой
несдвоени валентни електрони, за да
образуват ковалентни връзки с
повече от един - два от най-близките
си съседи. Например атомът на
медта има един несдвоен валентен
електрон и може да образува само
една валентна връзка. В кристалната
решетка на медта обаче всеки атом е
заобиколен от 12 най-близки съседи
и с всеки от тях е свързан еднакво
добре. Между атомите в
кристалните решетки на металите
съществува друг особен
тип връзка, наречена метална.
2. Една от най-характерните
особености на металите по
отношение на неметалите е
сравнително слабата връзка на
външните (валентните) електрони с
ядрото. При кондензация на метални
пари, когато разстоянието между
атомите намалява, външните
електрони лесно се освобождават от
своите атоми, колективизират се и
по начин, подобен на образуване на
водородната молекула, свързват
положителните йони, които остават
след тяхното отделяне от атома.
8.Еласти4ни своиства на…..
Механични свойства. Механично
напрежение. Деформация
1. Механичните свойства на
твърдите тела – якост твърдост,
еластичност, цпластичност,
износоустойчивост и др. – са едни от
най-характерните свойства на
материалите. Благодарение на тези
си качества те са получили широко
практическо приложение.
Познаването на тези свойства и
особено създаването на материали с
високи механични показатели е една
от основните задачи на
съвременното материалознание.
Силите, които действат на едно тяло,
най-общо могат да се разделят на
обемни и повърхностни.Ако
пренебрегнем обемните сили, като
например силата на
тежестта, деформацията на едно
тяло (най-общо изменението на
неговите размери) се
създава от повърхностните сили.
При действие на повърхностна сила
Fcr (на натискили опън)
равновесното разстояние r0 между
атомите се изменя, и тялото се
деформира. Възниква вътрешна сила
F r, стремяща се да върне атомите в
първоначалното им равновесно
положение. Големината на тази
сила, определена за единица площ от
напречното сечение на твърдото
тяло, се нарича механично
напрежение (s). Механичното
напрежение има размерност на
налягане и в SI се измерва в Паскали
(Pa).
За поликристални материали
механичното
напрежение е симетричен тензор от
трети ред:
Всяка по-сложна деформация
(огъване, усукване) може да се
разложи на две основни: линейна
(нормална) деформация и
деформация на плъзгане
(тангенциална).
Микроскопичен модел на
еластичността
1. При разглеждане на кинетичния
модел на силите на привличане и
отблъскване (&3.7.) посочихме, че
при изучаване на взаимодействието
между частиците на веществото
(независимо от агрегатното
състояние и вида на частиците -
атоми, йони, молекули) най-често се
използват двуатомни модели.
Потенциалната енергия на двете
взаимодействащи си частици е
функция се описва с характерна
крива, показана на фиг. 3.7.
Равенството (4.4.) дава с
приближение изменението на
потенциалната енергия
на частиците, когато взаимното им
положение (спрямо равенството - ro)
се изменя с х.
Приближението е възможно при
малки стойности на х и се дължи на
пренебрегването на членовете от
(4.1.), съдържащи х на степен по-
висока от две. Графически
зависимостта (4.4.) е показана на
фиг. 4.3. с пунктираната
параболична крива. Приближението
се нарича хармонично заради вида
на възникващата между двете
частици хармонична сила. Като
имаме предвид (3.22.) и (4.4.) за тази
сила получаваме . (4.6.)
Равенството (4.12) показва, че при
линейна деформация възникващото
механично напрежение е
пропорционално на относителното
изменение на дължината на тялото,
т.е. на относителната деформация.
Коефициентът на пропорционалност
е равен на модула на Юнг. Тази
зависимост е намерена
експериментално от Хук и е
известна като закон на Хук.
От микроскопичния модел на
еластичността е очевидно, че
законът на Хук е валиден само
дотогава, докато е изпълнено
хармоничното приближение (4.4.),
т.е. за малки относителни
деформации.
9.Якост.Теорети4на и реална…..
1. При линейна деформация на опън,
ако постепенно увеличаваме
натоварващата сила, идва момент,
когато тялото се разрушава. Якост
наричаме отношението на
максималната сила на натоварване и
площта на напречното сечение на
образеца, при която той се
разрушава. Определена по този
начин, якостта се измерва с
максималното механично
напрежение
S
max което може да понесе
изпитваното тяло и съществено
зависи от условията на
експеримента.
При разрушаване на кристалните
тела в зависимост от температурата
се наблюдават два съществено
различни (даже по външен вид)
начина на разрушаване.
В първия случай, до разрушаването
си, образецът не търпи видими
изменения на размерите.
Разрушаването се нарича “крехко” и
настъпва около границата на
еластичност. Във втория случай, в
мястото на разрушаването, се
образува стесняване “шийка”.
Разрушаването се нарича
“пластично” и се предхожда от
значителна пластична деформация.
Граничната якост съществено зависи
от времето на действие на
разрушаващото усилие и
представлява типична кинетична
величина. Тук се разглеждат само
якостните характеристики при
крехко разрушаване.
Съществуват редица методи, с
помощта на които на базата на
силите на взаимодействие между
градивните частици може да се
пресметне граничната якост на

Това е само предварителен преглед

За да разгледате всички страници от този документ натиснете тук.
Последно свалили материала:
ДАТА ИНФОРМАЦИЯ ЗА ПОТРЕБИТЕЛЯ
13 сеп 2021 в 17:11 студент на 20 години от Пловдив - ТУ- Пловдив, випуск 2024
 
Домашни по темата на материала
Приложение на не металните материали в топлотехниката
добавена от worried.themachine 20.03.2013
0
12
Два образеца от въглеродна стомана С45 с диаметър 20 и 80 mm. са закалени във вода. Да се обясни изменението на твърдостта им в дълбочина.
добавена от sissym 13.05.2012
0
44
Подобни материали
 

Закаляване на въглеродни стомани

20 окт 2010
·
131
·
4
·
1,123
·
296

Закаляване на въглеродни стомани 1. Теоретична част 2. Избор на температура на нагряване при закаляване 3. Охлаждащи среди...
 

Несъвършенство в строежа на кристалите

15 окт 2011
·
33
·
5
·
1,047
·
68

В кристалите винаги съществуват отклонения от правилния геометричен начин на подреждане на атомите. Тези отклонения се наричат несъвършенства или дефекти....
 

Материалознание

31 дек 2019
·
24
·
33
·
842
·
48
·
3

Презентация по материалознание, 1-ви курс. Може да се използва за всякакви инженерни специалности...
 

Макроструктурен анализ и микроструктурен анализ на метали и сплави

03 юни 2019
·
12
·
4
·
527
·
25

Запознаване със същността, методиката и приложението на металографския анализ, както и с видовете образци (шлифове)...
 

Пищов по материалознание за всички инженерни специалности

07 дек 2013
·
327
·
2
·
1,281
·
483
·
1
·
1

25 от тези въпроси се падат по изпита по материалознание, за всички инженерни специалности...
1 2 3 4 5 » 6
 
Онлайн тестове по Материалознание
Тест по материалознание за студенти
тематичен тест по Материалознание за Студенти от 3 курс
Тестът по материалознание включва 10 въпроса, свързани с процеса отгряване от първи и втори род. Всички въпроси имат само един верен отговор. Предназначен е за студенти от 3-ти курс по специалността.
(Труден)
10
36
1
12.07.2013
Тест по текстилно материалознание
класно тест по Материалознание за Ученици от 9 клас
Тест за контролна проверка на знанията по Текстилно материалознание в края на І срок (9клас). Въпросите са само с един верен отговор.
(Лесен)
15
29
1
2 мин
07.08.2012
» виж всички онлайн тестове по материалознание

Пищови по материалознание

Материал № 141714, от 07 май 2008
Свален: 794 пъти
Прегледан: 590 пъти
Качен от:
Предмет: Материалознание, Технически науки
Тип: Пищов
Брой страници: 8
Брой думи: 6,066
Брой символи: 38,424

Потърси помощ за своята домашна:

Имаш домашна за "Пищови по материалознание"?
Намери бързо решение, с помощтта на потребители на Pomagalo.com:

Намери частен учител

Диана Николова
преподава по Материалознание
в град София
356 49

виж още преподаватели...
Последно видяха материала
Сродни търсения