Связь между строением и свойствами материалов. Лекция 1

Июль 23, 2022

Главная
Химия
Связь между строением и свойствами материалов. Лекция 1

Содержание

2. ЛЕКЦИЯ 1. СВЯЗЬ МЕЖДУ СТРОЕНИЕМ И СВОЙСТВАМИ МАТЕРИАЛОВ
4. Ломоносов М.В.(1711-1765г.) - теоретические обобщения в области металлургии П.П. Аносов (1797-1851г.) впервые применили микроскоп для исследования
5. МАТЕРИАЛЫ В ИСТОРИИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Каменный век Бронзовый век Железный век
6. Материаловедение – наука, изучающая связь между химическим составом, структурой и свойствами материалов и изменение этих свойств
7. Взаимосвязь между структурой и свойствами Монокристалл Al2O3 прозрачен. Плотный поли- кристалл Al2O3 полупрозрачен. Пористый поли- кристалл
8. Взаимосвязь основных понятий
9. ВСЕ МАТЕРИАЛЫ ДЕЛЯТСЯ НА: Металлы и сплавы; Не металлические материалы; Композиты; Минерал-силикаты.
10. Основные направления Основными направлениями в развитии металловедения является разработка способов производства чистых и сверхчистых металлов, свойства
11. Генеральная задача Генеральной задачей материаловедения является создание материалов с заранее рассчитаными свойствами применительно к заданным параметрам
12. CХЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСПОЛОЖЕНИЯ ЧАСТИЦ В ВЕЩЕСТВЕ газы не имеют постоянных объема и формы при постоянной температуре;
13. Типы межатомных связей в кристаллах 1. Молекулярная связь. 2. Ионная связь. 3. Ковалентная связь. 4. Металлическая
14. Энергия связи В-д-В не велика, поэтому молекулярные кристаллы имеют низкую t плавления и t испарения. Такие
15. Атом Na имеет один «лишний» валентный электрон. Атому Cl, имеющему 7 валентных электронов для образования устойчивой
16. Осуществляется обобществлением валенных электронов соседних атомов. Электронное облако стягивает ядра, стремясь максимально приблизить их друг к
17. Электроны слабо связаны с атомом ядра, поэтому становятся общими и при деформации обеспечивают высокую пластичность
18. Классификация конструкционных материалов
19. ВИДЫ И СТРОЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
20. а) кристаллического вещества б) аморфного вещества (стекла) Кривые нагрева и охлаждения
21. Аморфные тела
22. Аморфные тела Примером аморфных тел могут служить куски затвердевшей смолы- янтарь, изделия из стекла. Аморфные тела
24. Металлы, особенности атомно-кристаллического строения Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определённым набором свойств.
25. Признаки металлов Пластичность Электропроводность Теплопроводность Металлический блеск
26. КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА Кристаллы - трехмерные образования, характеризующиеся строгой повторяемостью одного и того же элемента структуры (элементарной
27. Кристаллическое строение металлов Металлические изделия являются поликристаллами
28. Виды кристаллов кристаллы монокристаллы поликристаллы Монокристалл представляет собой монолит с единой ненарушенной кристаллической решеткой. Природные монокристаллы
29. Монокристаллы
30. Монокристаллы К монокристаллам относятся природные кристаллы (кварц, алмаз, турмалин), крупинки соли, сахара, соды.
31. Поликристаллы
32. Методы исследования структуры материалов макроанализ микроанализ рентгеноструктурный анализ Кристаллическое строение металлов
33. Кристаллическое строение металлов х, у, z – пространственные оси a, b, c – кратчайшие трансляции
34. аквамарин
35. Основные характеристики кристаллической решетки 1. Важнейшей характеристикой кристаллической решётки является а – величина ребра. 2. Кратчайшее
36. Простая кубическая решётка (ПК) a d=a K=6 n=1 Ρ=0,524
37. Объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК) k ρ
38. Гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК) k ρ
39. Гексагональная плотная упаковка (ГПУ) h /c = 1,633 k ρ
40. АЛМАЗ ρ=0,34
41. ГРАФИТ Атомы связаны в плоские слои, состоящие из соединённых рёбрами шестиугольников. Каждый атом в слое имеет
43. НИТЕВИДНЫЕ КРИСТАЛЛЫ Наиболее важное свойство нитевидных кристаллов уникально высокая прочность, в несколько раз превосходящая прочность массивных
44. Изоморфизм и полиморфизм Изоморфизм заключается в способности атомов, ионов или молекул замещать друг друга в кристаллических
45. Изоморфизм и полиморфизм Полиморфизм - способность твердых веществ и жидких кристаллов существовать в двух или нескольких
46. Сущность полиморфизма Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах или, как
47. Основное свойство кристаллов Основным свойством кристаллических тел является зависимость физических свойств кристалла от направления. Это свойство
48. В аморфных телах с хаотическим расположением атомов в пространстве расстояния между атомами в различных направлениях равны,
49. Квазиизотропия – явление, при котором свойства поликристаллов одинаковы во всех направлениях, хотя свойства каждого кристалла, который
50. Параметры грани Параметрами грани называются величины отрезков, отсекаемых плоскостью грани на осях, причём за единицу приняты
51. Индексы грани Индексы грани – это величины, обратно пропорциональные параметрам грани Следовательно, если плоскость отсекает на
52. Чтобы понять явление анизотропии необходимо выделить кристаллографические плоскости и кристаллографические направления в кристалле. Для обозначения кристаллографических
53. Если плоскость параллельна оси, то точка пересечения плоскости с осью находится в бесконечности. Обратное значение: 1/∞=0.
56. Скачать презентацию

Слайд 2

ЛЕКЦИЯ 1. СВЯЗЬ МЕЖДУ СТРОЕНИЕМ И СВОЙСТВАМИ МАТЕРИАЛОВ

Слайд 3

Слайд 4

Ломоносов М.В.(1711-1765г.) - теоретические обобщения в области металлургии
П.П. Аносов (1797-1851г.) впервые

применили микроскоп для исследования и установил зависимость свойств сплавов от структуры

Д.К.Чернов (1839-1921г.) установил критические точки стали и признан всеми металлургами «отцом металлографии»

Слайд 5

МАТЕРИАЛЫ В ИСТОРИИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
Каменный век
Бронзовый век
Железный век

Слайд 6

Материаловедение – наука, изучающая связь между химическим составом, структурой и свойствами

материалов и изменение этих свойств при различных воздействиях на материал.
С ↔ С ↔ С

Слайд 7

Взаимосвязь между структурой и свойствами
Монокристалл
Al2O3 прозрачен.
Плотный поли-
кристалл Al2O3
полупрозрачен.
Пористый поли-
кристалл Al2O3

совершенно
непрозрачен.

Слайд 8

Взаимосвязь основных понятий

Слайд 9

ВСЕ МАТЕРИАЛЫ ДЕЛЯТСЯ НА:
Металлы и сплавы;
Не металлические материалы;
Композиты;
Минерал-силикаты.

Слайд 10

Основные направления
Основными направлениями в развитии металловедения является разработка способов производства чистых

и сверхчистых металлов, свойства которых сильно отличаются от свойств металлов технической чистоты, с которыми преимущественно работают.

Слайд 11

Генеральная задача
Генеральной задачей материаловедения является создание материалов с заранее рассчитаными свойствами

применительно к заданным параметрам и условиям работы. Большое внимание уделяется изучению металлов в экстремальных условиях (низкие и высокие температуры и давление).

Слайд 12

CХЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСПОЛОЖЕНИЯ ЧАСТИЦ В ВЕЩЕСТВЕ
газы не имеют постоянных объема и

формы при постоянной температуре;
жидкости имеют постоянный объем, но форма зависит от сосуда;
твердые вещества имеют постоянную форму и объем.

Слайд 13

Типы межатомных связей в кристаллах
1. Молекулярная связь.
2. Ионная связь.
3.

Ковалентная связь.
4. Металлическая связь.

Слайд 14

Энергия связи В-д-В не велика, поэтому молекулярные кристаллы имеют низкую t

плавления и t испарения. Такие кристаллы-диэлектрики.

Слайд 15

Атом Na имеет один «лишний» валентный электрон. Атому Cl, имеющему 7

валентных электронов для образования устойчивой оболочки не хватает одного. Атом Na отдает свой электрон Cl, в результате образуется положительный ион Na+ и отрицательный Cl-, которые притягиваются создают ионную связь.
Энергия связи велика→высокие t пл. и t исп., высокие модуль упругости и низкие коэффициенты сжимаемости и линейного расширения. Диэлектрики (соли, окислы) или полупроводники.

Слайд 16

Осуществляется обобществлением валенных электронов соседних атомов. Электронное облако стягивает ядра, стремясь

максимально приблизить их друг к другу. Пример – алмаз
Эти кристаллы полупроводники или диэлектрики. К ковалентным кристаллам относятся сложные вещества: карбид Si , нитрид Аl и т. д.

Слайд 17

Электроны слабо связаны с атомом ядра, поэтому становятся общими и при

деформации обеспечивают высокую пластичность

Слайд 18

Классификация конструкционных материалов

Слайд 19

ВИДЫ И СТРОЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Слайд 20

а) кристаллического вещества б) аморфного вещества (стекла)
Кривые нагрева и охлаждения

Слайд 21

Аморфные тела

Слайд 22

Аморфные тела
Примером аморфных тел могут служить куски затвердевшей смолы- янтарь, изделия

из стекла.
Аморфные тела изотропны, т. е. их физические свойства одинаковы по всем направлениям.

Слайд 23

Слайд 24

Металлы, особенности атомно-кристаллического строения
Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся

определённым набором свойств.

Слайд 25

Признаки металлов
Пластичность
Электропроводность
Теплопроводность
Металлический блеск

Слайд 26

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
Кристаллы - трехмерные образования, характеризующиеся строгой повторяемостью одного и того

же элемента структуры (элементарной ячейки) во всех направлениях.

Слайд 27

Кристаллическое строение металлов
Металлические изделия являются поликристаллами

Слайд 28

Виды кристаллов
кристаллы
монокристаллы
поликристаллы
Монокристалл представляет собой монолит с единой ненарушенной кристаллической решеткой.

Природные монокристаллы больших размеров встречаются очень редко.
Монокристаллами являются кварц, алмаз, рубин и многие другие драгоценные камни.

Большинство кристаллических тел являются поликристаллическими, то есть состоят из множества мелких кристалликов, иногда видных только при сильном увеличении.
Поликристаллами являются все металлы.

Слайд 29

Монокристаллы

Слайд 30

Монокристаллы
К монокристаллам относятся природные кристаллы (кварц, алмаз, турмалин), крупинки соли, сахара,

соды.

Слайд 31

Поликристаллы

Слайд 32

Методы исследования структуры материалов
макроанализ микроанализ рентгеноструктурный
анализ
Кристаллическое строение металлов

Слайд 33

Кристаллическое строение металлов
х, у, z – пространственные оси
a, b, c –

кратчайшие трансляции

Слайд 34

аквамарин

Слайд 35

Основные характеристики кристаллической решетки
1. Важнейшей характеристикой кристаллической решётки является а –

величина ребра.
2. Кратчайшее расстояние между частицами в ячейке – d.
3. Координационное число – k – число одинаковых частиц, расположенных на кратчайшем расстоянии от данной частицы.
4. Число частиц, необходимое для построения элементарной ячейки – n.
5. Эффективный (кажущийся) радиус rэф=d/2.
6. коэффициент компактности ρ, равный доле объема ячейки, занятой атомами.

Слайд 36

Простая кубическая решётка (ПК)
a
d=a
K=6
n=1
Ρ=0,524

Слайд 37

Объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК)
k
ρ

Слайд 38

Гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК)
k
ρ

Слайд 39

Гексагональная плотная упаковка (ГПУ)
h /c = 1,633
k
ρ

Слайд 40

АЛМАЗ
ρ=0,34

Слайд 41

ГРАФИТ
Атомы связаны в плоские слои, состоящие из соединённых рёбрами шестиугольников. Каждый

атом в слое имеет трёх соседей и угол между ними 120 градусов - возникает
Четвёртый электрон делокализован (сходство с металлами).
Связи вдоль слоёв и между ними разные по прочности.

Слайд 42

Слайд 43

НИТЕВИДНЫЕ КРИСТАЛЛЫ
Наиболее важное свойство нитевидных кристаллов уникально высокая прочность, в несколько

раз превосходящая прочность массивных моно- и поликристаллов
Известно несколько методов получения таких структур:
физическое испарение с последующей конденсацией,
осаждение из газовой фазы при участии химических реакций,
кристаллизация из растворов,
направленная кристаллизация эвтектических сплавов,
выращивание на пористых мембранах и др.

Нитевидные кристаллы (или «усы») — это монокристаллы в форме иголок и волокон, имеющие диаметр от нескольких мкм и большое отношение длины к диаметру обычно более 100.

Слайд 44

Изоморфизм и полиморфизм
Изоморфизм заключается в способности атомов, ионов или молекул замещать

друг друга в кристаллических структурах.
Например: попарно являются изоморфными Si и Ge, Au и Ag.

Слайд 45

Изоморфизм и полиморфизм
Полиморфизм - способность твердых веществ и жидких кристаллов существовать

в двух или нескольких формах с различной кристаллической структурой и свойствами при одном и том же химическом составе.

Слайд 46

Сущность полиморфизма
Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в

разных кристаллических формах или, как их называют, в разных полиморфных модификациях.
В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющие решетку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа.
Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать α, при более высокой – β, затем γ и т.д.

Слайд 47

Основное свойство кристаллов
Основным свойством кристаллических тел является зависимость физических свойств кристалла

от направления.
Это свойство называется анизотропия.
(Зависимость свойств от направления называется анизотропией.)
Например, неодинаковая прочность кристаллов по различным направлениям.

Слайд 48

В аморфных телах с хаотическим расположением атомов в пространстве расстояния между

атомами в различных направлениях равны, следовательно, свойства будут одинаковые, то есть аморфные тела изотропны.
В кристаллических телах атомы правильно располагаются в пространстве, причем по разным направлениям расстояния между атомами неодинаковы, что предопределяет существенные различия в силах взаимодействия между ними и, в конечном результате, разные свойства. Зависимость свойств от направления и есть анизотропия.

Изотропия и анизотропия

Слайд 49

Квазиизотропия – явление, при котором свойства поликристаллов одинаковы во всех направлениях,

хотя свойства каждого кристалла, который составляет данный поликристалл, зависят от направления.
Кваиизотропность сохраняется в литом состоянии, при обработке давлением (прокатке, ковке). особенно.

Квазиизотропия

Слайд 50

Параметры грани
Параметрами грани называются величины отрезков, отсекаемых плоскостью грани на осях,

причём за единицу приняты величины отрезков, отсекаемых единичной гранью.

Слайд 51

Индексы грани
Индексы грани – это величины, обратно пропорциональные параметрам грани
Следовательно,

если плоскость отсекает на осях отрезки x, y, z, то вместо отношения отрезков x : y : z берут отношение:
1/x : 1/y : 1/z = h : k : ℓ.

Слайд 52

Чтобы понять явление анизотропии необходимо выделить кристаллографические плоскости и кристаллографические направления

в кристалле. Для обозначения кристаллографических плоскостей и направлений пользуются индексами Миллера.

Слайд 53

Если плоскость параллельна оси, то точка пересечения плоскости с осью находится

в бесконечности.
Обратное значение: 1/∞=0.
2. Символ обозначает семейство всех равнозначных кристаллографических плоскостей.
3. Символ — направление в решетке.
4. Символ [[h k l]] – обозначает узел.
5. Если плоскость пересекает ось в области отрицательных значений координат, то соответствующий индекс будет отрицательным и знак минус ставится над индексом

Слайд 54

Связь между строением и свойствами материалов. Лекция 1

Содержание

ЛЕКЦИЯ 1. СВЯЗЬ МЕЖДУ СТРОЕНИЕМ И СВОЙСТВАМИ МАТЕРИАЛОВ

Ломоносов М.В.(1711-1765г.) - теоретические обобщения в области металлургииП.П. Аносов (1797-1851г.) впервые

МАТЕРИАЛЫ В ИСТОРИИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВАКаменный векБронзовый векЖелезный век

Материаловедение – наука, изучающая связь между химическим составом, структурой и свойствами

Взаимосвязь между структурой и свойствамиМонокристалл Al2O3 прозрачен.Плотный поли- кристалл Al2O3 полупрозрачен.Пористый поли- кристалл Al2O3

Взаимосвязь основных понятий

ВСЕ МАТЕРИАЛЫ ДЕЛЯТСЯ НА:Металлы и сплавы;Не металлические материалы;Композиты;Минерал-силикаты.

Основные направленияОсновными направлениями в развитии металловедения является разработка способов производства чистых

Генеральная задачаГенеральной задачей материаловедения является создание материалов с заранее рассчитаными свойствами

CХЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСПОЛОЖЕНИЯ ЧАСТИЦ В ВЕЩЕСТВЕгазы не имеют постоянных объема и

Типы межатомных связей в кристаллах 1. Молекулярная связь. 2. Ионная связь. 3.

Энергия связи В-д-В не велика, поэтому молекулярные кристаллы имеют низкую t

Атом Na имеет один «лишний» валентный электрон. Атому Cl, имеющему 7

Осуществляется обобществлением валенных электронов соседних атомов. Электронное облако стягивает ядра, стремясь

Электроны слабо связаны с атомом ядра, поэтому становятся общими и при

Классификация конструкционных материалов

ВИДЫ И СТРОЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

а) кристаллического вещества б) аморфного вещества (стекла)Кривые нагрева и охлаждения

Аморфные тела

Аморфные телаПримером аморфных тел могут служить куски затвердевшей смолы- янтарь, изделия

Металлы, особенности атомно-кристаллического строенияМеталлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся

Признаки металловПластичностьЭлектропроводностьТеплопроводностьМеталлический блеск

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВАКристаллы - трехмерные образования, характеризующиеся строгой повторяемостью одного и того

Кристаллическое строение металлов Металлические изделия являются поликристаллами

Виды кристалловкристаллымонокристаллыполикристаллы Монокристалл представляет собой монолит с единой ненарушенной кристаллической решеткой.

Монокристаллы

МонокристаллыК монокристаллам относятся природные кристаллы (кварц, алмаз, турмалин), крупинки соли, сахара,

Поликристаллы

Методы исследования структуры материалов макроанализ микроанализ рентгеноструктурныйанализКристаллическое строение металлов

Кристаллическое строение металловх, у, z – пространственные осиa, b, c –