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).