Слайд 1Лекция 6
Микроструктура материала.
Алексей Янилкин
Слайд 2План лекции
Поликристаллические материалы
Композиты
Коллоидные материалы
Список литературы
Слайд 3Микроструктура
Микроструктура – распределение составных частей материала, т.е. пространственное распределение элементов,
фаз, их ориентация, а также дефектов.
Основная характеристика микроструктуры – размеры
структурных блоков.
Слайд 4Поликристалл
Поликристалл – твердый материал, который состоит из множества кристаллитов различных
размеров и ориентаций.
Слайд 5Поликристаллы: атомная структура
Граница раздела кристаллитов – высокоугловые и малоугловые границы.
Слайд 7Получение поликристаллов: кристаллизация из расплава
Слайд 8Получение поликристаллов: кристаллизация из расплава
Гетерогенное зарождение
Слайд 9Получение поликристаллов: кристаллизация из расплава
Слайд 10Иллюстрация Теоремы Вульфа
Кристалл алмаза
Слайд 11Получение поликристаллов: кристаллизация из расплава
Форма кристалла. Из-за малой величины движущих
сил и медленной кинетики процесса изменения формы равновесная форма может
быть достигнута только при длительном отжиге при высоких температурах.
Форма кристаллов, наблюдающаяся при затвердевании обычно неравновесна, а скорее определяется кинетикой роста. Образуются многогранники с наиболее медленно растущими плоскостями.
Слайд 12Получение поликристаллов: спекание
Спекание - процесс получения твердых и пористых материалов
из мелких порошкообразных или пылевидных материалов при повышенных температурах и/или
давлении.
Температура спекания ниже температуры плавления. Спекания происходит за счет поверхностной и межзеренной диффузии.
Слайд 13Получение поликристаллов: спекание
Преимущества спекания:
Высокий уровень чистоты и равномерности исходных материалов
Возможность
создания материалов с контролируемой пористостью
Возможность создания материалов с заданными формами
Создание
высокопрочных материалов
Слайд 14Рекристаллизация и возврат
Рекристаллизация представляет собой перестройку структуры зерен в деформированных
металлах в процессе отжига. Это происходит из-за возникновения и движения
высокоугловых межзеренных границ.
Слайд 15Рекристаллизация и возврат
Возврат включает в себя все явления, связанные с
перегруппировкой и исчезновением дислокаций. Возвращение энергии без образования новых зерен.
Слайд 16Композитные материалы
Композитные материалы - неоднородный сплошной материал, состоящий из двух
или более компонентов с чёткой границей раздела между ними.
В большинстве
композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу (или связующее) и включенные в нее армирующие элементы (или наполнители).
Слайд 17Композитные материалы: основные цели
Армирующие элементы – необходимые механические свойства
(прочность, жесткость)
Матрица – совместная работа армирующих элементов и защита их
от механических повреждений и агрессивной химической среды.
Большинство композитов определяется необходимыми свойствами для конкретной задачи.
Слайд 18Композитные материалы: классификация
Волокнистые
Слоистые
Наполненные
композиты с полимерной матрицей,
композиты
с керамической матрицей,
композиты с металлической матрицей,
композиты
оксид-оксид.
Слайд 19Композитные материалы: преимущества и применение
высокая удельная прочность (прочность 3500 МПа)
высокая
жёсткость (модуль упругости 130…140 — 240 ГПа)
высокая износостойкость
высокая усталостная прочность
легкость
Слайд 20Композитные материалы: недостатки
Высокая стоимость
Анизотропия свойств
Низкая ударная вязкость
Высокий удельный объём
Гигроскопичность
Токсичность
Низкая эксплуатационная
технологичность
Слайд 21Коллоидные материалы
Коллоидные системы – дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами
и
Дисперсионная фаза – фаза, в которой растворены частицы
Дисперсная фаза
– растворенная фаза
Размер частиц дисперсной фазы – 1-1000 нм.
Слайд 22Основные виды
дым — взвесь твёрдых частиц в газе.
туман — взвесь
жидких частиц в газе.
аэрозоль — состоит из мелких твёрдых или
жидких частиц, взвешенных в газовой среде
пена — взвесь газа в жидкости или твёрдом теле.
эмульсия — взвесь жидких частиц в жидкости.
золь — ультрамикрогетерогенная дисперсная система, лиозоль — золь с жидкостью в качестве дисперсионной среды.
гель — взвесь из двух компонентов, один из которых образует трёхмерный каркас, пустоты в котором заполнены низкомолекулярным растворителем (обладает некоторыми свойствами твёрдого тела).
Слайд 23Свойства
Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света
Наблюдается рассеяние светового луча
Дисперсные частицы
не выпадают в осадок – Броуновское движение поддерживает их во
взвешенном состоянии, но в отличие от броуновского движения частиц.
Слайд 24Взаимодействие между частицами
Отталкивание в результате исключения объема.
Электростатическое взаимодействие (обычно частицы
заряжена).
Силы Ван-дер-Ваальса (существующий или наведенный дипольный момент).
Силы, связанные с изменением
энтропии.
Стерические силы (связаны со стерическим эффектом при взаимодействии).
Слайд 25Получение
Размельчение больших частиц до небольших размеров
Конденсация растворенных атомов и молекул
в коллоидные частицы
Слайд 26Список литературы
Физико-химический основы материаловедения. // Г. Готтштайн (2009).
Материаловедение. // Адаскин,
Седов, Онегина, Климов (2005).