строение (557054), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Одновременно осваивается ряд новых сплавов, например сплав Д15, который по своим качествам превосходит все известные ранее алюминиевые сплавы. В военное время принципиально изменилась технология литья слитков и получила дальнейшее развитие теория кристаллизации расплавов. Уже в 1943 г. авиационные и моторостроительные заводы обеспечивались металлом в полном объеме. В послевоенный период произошли такие эпохальные события, как создание космической техники, основоположником которой является С, П.
Королев, электроники, что вызвало необходимость Я' уаа м плчплмпполмг моптгроппо кпмгп газа агав га га тв гг,в (а' гв та тгоа ааа ваа впа ПВР Чернов Д. К. Королев С. П. Ппптпмпбыг гпппам, — аптппп— ппгаппи м Рнс. й. Применение н кровное матерна лов, исполввуеммх а грамдвнскик само летах гага тп гага гага гвьо гага гага гааагг Рис.
1. Рост скоростей (и самолетов и одновремемиое увеличение прочности (г( прнме- нисммх материалов в разработке новых материалов. Появились сплавы титана, магния никеля, ииобия, бериллия, сверхлегкие алюминийлитиевые сплавы и др, Начали применяться композиционные материалы, керамика, появились новые технологические процессы, принципиально изменившие подходы к построению производства. Совершенствование технологии повлияло на качественные характеристики материалов, в частности на прочность материалов. Наиболее ярко рост прочности отмечается на материалах авиационной техники.
Приведенная на рис. 1 кривая динамики роста удельных прочностей материалов (К), применяемых в самолетостроении, в сопоставлении с кривой роста скоростей (Р) летательных аппаратов показывает, что в течение 1925... !975 гг.удельная прочность возросла с 8 до 30 ед. Применение новых высокопрочных композиционных сплавов (1980... 1990 гг.) с удельной прочностью до 100 ед, позволит еще в большей мере улучшить летно-технические характеристики летательных аппаратов. Прогресс в повышении свойств существенно изменяет спецификации металлических материалов в различных конструкциях.
На рис. 2 показано объемное распределение различных групп сплавов, применяемых в самолетостроении, очевиден постепенный рост применения сплавов с более высокими удельными характе,та;;,а,с ' " гмгп, гг -' -' Развитие научных разра';г,;,;: „.'Р'; пей(-«и ',гтек боток и меР по совеРшенст- вованию технологии получения аропог сплавов дало возможность решить проблемы повышения чипапа ' таввг ппл' и"'га"г оп паг' стоты металла методами ва :аавг куумно-дуговой, электронно-лучевой, вакуумной индукционной плавки и др.
Начатое основателем металловедения Д. К. Черновым изучение влияния кристаллизации на свойства стальных слитков, вылилось, благодаря трудам металловедов, в стройную теорию, устанавливающую закономерность процесса и показывающую, что управление скоростью кристаллизации коренным образом изменяет структуру, а следовательно, и свойства материалов. Задачами исследователей и технологов сегодня стали разработка проблем гранульной металлургии, скоростной кристаллизации, чистоты сплавов, аморфизации металлических сплавов. Возможности, открывающиеся при получении гранул с повышенными свойствами представляются примером диалектического перехода количества накопленных знаний в науке о металлах, технике и производстве в новое качество.
Только единство науки и техники, человеческого разума и труда было способно привести к настоящему творческому свершению, Сегодня пассажирские лайнеры покорили воздушные просторы всего земного шара, а 4 октября 1957 г. первый в мире советский искусственный спутник Земли открыл человечеству дорогу в космос. Часть | ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ Раздел первый СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ Глава 1 ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ $ !. Типы межатомных свяаей в твердых телах. Энергия межатомной связи Причиной образования любой устойчивой совокупности атомов является электронное взаимодействие. Это связано с уменьшением полной энергии совокупности атомов при их сближении вследствие изменения энергии электронов, как кинетической так и потенциальной (взаимодействие электронов между собой и с ядрами атомов), а также взаимодействия ядер между собой.
Это положение иллюстрируется рис. 3, где приведена зависимость потенциальной энергии Е двух атомов от межатомного расстояния !<. !тао — равновесное расстояние между атомами, при которой потенциальная энергия двухатомной системы минимальна. Физической причиной понижения энергии при сближении атомов является притяжение электронов одновременно к ядрам обоих атомов и идентичность электронов. Величина с) равна той энергии, которую необходимо затратить на разрушение межатомного взаимодействия, т. е.
характеризует прочность межатомной связи. Устойчивое межатомное взаимодействие сопровождается повышением плотности заряда электронов в межатомном пространстве вследствие перекрытия электронных оболочек. По характеру связи твердые тела можно разделить на следующие типы: молекулярные кристаллы; ковалентные кристаллы; ионные кристаллы; металлические кристаллы. Между этими типами твердых тел не существует четких границ.
Однако можно сформулировать основные принципы образования связей того илн иного типа. Молекулярные кристалла образуются при переохлаждении некоторых газов и органических веществ. По результатам рентгеноструктурного анализа эти кристаллы состоят из отдельных молекул, связь между которыми слабая и осуществляется силами Ван-дер-Ваальса. Соответственно у молекулярных кристаллов низкие температуры плавления и испарения. Силы Ван-дер-Ваальса, возникающие вследствие мгновенной поляризации молекул и атомов при сближении, не имеют направленного характера, поэтому молекулярные кристаллы дают структуры наиболее плотной упаковки.
Примером молекулярных кристаллов могут служить аргон 14 (энергия связи — 7,5 кДж/моль), ме. е тан (энергия связи — 1О кДж/моль), кристаллы галогенов, органических веществ и др. Коеалентные кристаллы образуют элементы 1У вЂ” У1 групп подгруппы В, а именно углерод, кремний, германий, сурьма, некоторые соединения. Ковалентная (парноэлектронная) связь обеспечивается электронами, имеющими антипараллельные спины. Атомы элементов, образующие ковалентные связи, имеют большой Рнс.
3. завнснмоста потап. потенциал ионизации и, вступая во вза- мов от мажатомното расимодействие с элементами других групп, стояння и, достраивают свою валентную оболочку электронами соседних атомов. Каждая межатомная связь локализована и осуществляется парой <общих» электронов. Все ковалентные структуры следуют правилу (8 — А)), где А)— валентность элемента. Например, для углерода и германия это число равно 4, и атом углерода образует четыре сильные парные зрв связи в тетраэдрических направлениях, создающих решетку алмаза. На рис.
4, а показана тетраэдрическая решетка алмаза, где каждый атом связан ковалентной связью с четырьмя соседями, которые располагаются на одинаковом расстоянии от заданного. Ковалентная связь характеризуется жесткой направленностью, поэтому атомы в ковалентных кристаллах образуют кристаллические решетки с малым координационным числом.
Они обладакп высокой твердостью, малой пластичностью, высокими температурами плавления и испарения. Заполненность валентных зон создает в ковалентных кристаллах полупроводниковые свойства. К ковалентным кристаллам относится ряд соединений, используемых в технике в виде монокристаллов (карбид кремния, карбид бора, нитрид алюминия и др.). Атомы некоторых элементов 1У вЂ” У1 групп периодической системы могут образовывать молекулярно-ковалентные кристаллы, О аа ° с) рпс. 4. Крнствялнчсскна ражаткн!тнпа вямааа (я) я Нао! (б) Энергня авязн, кдж!моль Тнп Энергня кристалла кдж/моль Тнн крнствлла Тнп связи Тнп связи Рнс, о— ный ской кристаллизуясь слоями. В слое связь имеет ковалентный характер а между слоями действуег слабое взаимодействие Ван-дер-Ваальса (графит, мышьяк, сурьма, висмут). Ионнь»е кристаллы образуются вследствие электростатического взаимодействия составляющих их ионов с противоположным зарядом.
Примером может служить связь атомов в щелочно-галоидных кристаллах ХаС1, ХаВТ, 1.1Р и др. В кристалле хлористого натрия натрий (1з»2звраЗзз) отдает евой единственный валентный электрон атому хлора (1з'2з'р'Зз'ра). Возникающие положительные и отрицательные ионы образуют простую кубическую решетку типа 1ЧаС! (рис. 4, б). Каждый атом натрия в этой решетке окружен шестью атомами хлора. Почти полный перенос заряда от одного атома к другому делает ионную связь сильно выраженной и ковалентная компонента отсутствует.
В то же время существуют кристаллические соединения, в которых связь носит ковалентно-ионный характер (сульфиды, нитриды, оксиды). Например, кристалл СиО имеет частично ионную связь, но по своим электрическим свойствам близок к ковалентиым полупроводникам. Металлические кристаллы. Металлический тин связи возникает вследствие обобществления валентных электронов в большой совокупности атомов металлов, имеющих малый потенциал ионизации. В этом металлическая связь сходна с ковалентной, поскольку в обоих случаях валентные электроны становятся общими.
Однако в металлических кристаллах связывающие электроны не привязаны к паре взаимодействующих атомов, а образуют «электронный газ» (рис. 5, а). Связь не локализована, т. е. не носит направленного характера. Свободное перемещение электронного газа под влиянием внешних воздействий (электрических, тепло- б, Строение металлнческпх кристаллов: схематическое нзобрзженне крнсталлнческой решетки металла Ы вЂ” полохснтель нон, 2 — свободный электрон); б — завнснмость снл, действующих в крнстзллнче решетке металла от мбжзтомного расстояния вых, механических) определяет высокую электропроводность и теплопроводность металлов, пластичность, отражательную способность н непрозрачность для электромагнитного излучения всех длин волн до ультрафиолетового диапазона. «Подвижность» электронного газа объясняется тем, что в валентной зоне металлов есть незанятые энергетические уровни, непосредственно примыкающие к уровню Ферми. Энергия возбуждения для перехода на эти уровни ничтожно мала, что и позволяет электронам достаточно легко изменять энергетическое состояние.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
