Часть 3. Важнейшие виды промышленных материалов.

Общая характеристика материалов.

Материалы могут представлять собой чистые элементы или их соединения. Классы материалов.

Все твердые материалы подразделяют на два класса: металлы и неметаллы.

Металлы являются главными конструкционными материалами и включают широкий спектр сплавов на основе железа (чугун, углеродистые и легированные ста­ли) и ряда цветных металлов (латуни, бронзы, дюралюмины и др.).

Неметаллы включают группы материалов, объединенных под названиями: ке­рамики, стекла, высокополимеры и полупроводники.

Керамики представляют все неорганические материалы (т.е. не содержащие в своей основе углерод). Они охватывают большую группу материалов, включающих традиционно керамические материалы, имеющие как основу глину, цемент и бетон, керметы (керамики, заключенные в металлическую матрицу), некоторые оксиды и нитриды.

Стекла охватывают чистые оксиды и смеси оксидов, которые не являются  кристаллическими. Характерные их свойства: прозрачность, упругость с последующим хрупким разрушением при комнатной температуре и вязкое течение при повышенных температурах.

Высокополимеры охватывают группу материалов полимеров, в которых ато­мы (часто атомы углерода) соединены в очень длинные цепочки (макромолекулы). Эти вещества никогда не бывают полностью кристаллическими. Они основа древеси­ны и термопластиков. Высокополимеры охватывают полимеры от простой линейной. до замкнутой пространственной (трехмерной).-Кроме пластиков высокополимеры образуют основу материалов, производимых лакокрасочной и резиновой промыш­ленностью, а также промышленностью синтетических волокон.

Полупроводники представляют особую категорию неметаллических, неорга­нических материалов. Упрощенно можно сказать, что это, изоляторы, в которых энергетическая щель между состоянием валентных электронов и электронным со­стоянием, ответственным за электропроводность, значительно меньше, чем в обычных изоляторах, и может быть преодолена при. наличии определенных условий, например с помощью теплового возбуждения. Данные материалы служат основой материальной базы электроники.

Строение материалов.

Все твердые тела по своему строению разделяются на кристаллические и аморфные.

В аморфных телах с хаотичным расположением атомов в пространстве свой­ства вещества в различных направлениях одинаковы, т.е. аморфные тела изотропны. Аморфные Тела при нагреве постепенно размягчаются в большом температурном ин­тервале, т.е. сначала они становятся вязкими и лишь затем переходят в жидкое состояние.

В кристаллических телах атомы имеют правильное расположение в  пространстве, причем по различным направлениям расстояния между атомами различны, что предопределяет в конечном виде различные свойства. Эта особенность кристаллов, т.е. зависимость свойств от направления, называется анизотропией. Кристаллические тела при нагреве остаются твердыми до определенной температуры (температуры плавления), при которой они переходят в жидкое состояние.

Строение атомов веществ.

Согласно современной теории строения атомов, каждый атом представляет ложную систему из положительно заряженного ядра, вокруг которого на разном расстоянии от него движутся по орбитам отрицательно заряженные электроны.

В отличии от неметаллов притягивающее действие ядра на внешние (валентные) электроны в металлах в значительной степени скомпенсировано электронами внутренних оболочек. Слабая связь отдельных электронов с остальной частью атом; является характерной особенностью атомов металлических веществ и обуславливает их химические и физические свойства. Легко смещаемые электроны в атомах металлов напоминают движение частиц в газе и поэтому их часто объединяют в термин «электронный газ».

 Типы связей в веществе.

Основными типами межатомной связи в веществе являются: металлическая ковалентная, ионная и Ван-дер-Ваальса.

Металлическая связь. При этой связи валентные электроны покидают свои атомы и образуют (внутри твердого тела) свободный «электронный газ». Металлический тип связи характеризуется тем, что между положительно заряженными ионами решетки и окружающим их «электронным газом» возникает электростатическое притяжение. При этом непосредственного соединения атомов друг с другом не происходит и между ними отсутствуют направленные связи. Свободные электроны ответственны за характерные черты металлов: высокую тепло и электропроводность непрозрачность, характерный блеск и сравнительно высокую пластичность и свари-1аемость.

Ковалентная связь. При этой связи валентные электроны обобществлены определенными атомами так, что каждый из -партнеров приобретает устойчивую элекронную конфигурацию. Это приводит к высокому тепло и  электросопротивлению поскольку нет свободных электронов) и отсутствию пластичности (поскольку атомы жестко связаны друг с другом. Ковалёнтная связь возникает между атомами, которым недостает одного или двух электронов до устойчивой конфигурации. Встречается этот тип связи в керамиках и высокополимерах.

Ионная связь. При этой связи валентные электроны так перераспределяются между атомами разного сорта, что атом каждого типа, приобретая или теряя электроны, получает устойчивую конфигурацию. Этот тип связи также ведет к большим значениям тепло - и электросопротивления, однако у монокристаллов возможна не большая пластичность. Встречается этот тип связи в керамиках.

Связь Ван-дер-Ваальса. Эта связь не требует обмена или обобществления электронов и может устанавливаться между атомами с устойчивыми электронными конфигурациями. Центры положительных и отрицательных зарядов в атоме (молекуле могут не совпадать, поэтому атом ведет себя как диполь, что и приводит к слабым силам взаимодействия. Так, например, в высокополимерах связь между цепочкам! макромолекулами) обусловлены слабыми связями Ван-дер-Заальса.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: