Виды продукции химической промышленности

 

1. Превращение в материалах.

Объектом изучения материаловедения являются металлы, сплавы, стеклообразные и керамические материалы, композиционные материалы.

Основной задачей материаловедения является экспериментальное изучение зависимостей физических свойств материалов от структуры материалов, фазового состава, особенностей электронной подсистемы материала. На основе указанных экспериментальных материалов материаловедение формулирует закономерности влияния структуры, фазового состава и электронного строения на физические свойства. Данные закономерности являются основой для разработки новых материалов с заданными физическими свойствами.

Основными факторами, влияющими  на физические свойствава материала сточки зрения материаловедения являются структура материала и его фазовый состав. Особенности электронного строения материала привлекаются лишь для более глубокого понимания причин изменения физических свойств материала. К структурным особенностям материала в материаловедении относятся:

1. Наличие или отсутствие упорядочения в расположении атомов (кристаллические или аморфные тела).

2. Тип кристаллической структуры для кристаллов или наличие ближнего порядка (для аморфных тел).

3. Точечные или линейные дефекты в твердом теле (вакансии, дислокации и т.д.).

4. Макродефекты (поры, границы зерен)

5. Макрокристаллическая структура (монокристалл, поликристалл, текстурированный материал).

Фазовые особенности материала базируются на фундаментальном понятии фаза, более широком, чем понятие агрегатное состояние.

Фазой называется часть системы, ограниченная замкнутой поверхностью, обладающая определенным набором физических и химических свойств и отличающаяся хотя бы по одному из этих параметров от свойств системы вне замкнутой поверхности.

К фазовым особенностям материла в материаловедении относят:

1. фазовый состав (однофазный или многофазный).

2. тип фаз, входящих в состав материала (фазы постоянного или первичного состава).

3. факторы, определяющие стабильность фаз (электронный или размерный).

К электронно-зонным характеристикам, которые рассматриваются в материаловедении относятся:

1. Тип межатомной связи (ионная, ковалентная, металлическая, вандерваальсовская, водородная).

2. Характер заполнения верхних электронных зон твердого тела (пустая или частично заполненная зона проводимости, ширина запрещенной зоны, наличие и расположения электронных уровней или дефектов в запрещенной зоне).

3. Наличие перекрытия электронных зон в твердом теле.

Одной из главных задач материаловедов является правильный подбор материала для изготовления деталей конструкций, инструмента  и изделий специального назначения. При разработке и выборе металлов и сплавов руководствуются основными требованиями: необходимый уровень эксплуатационныхсвойств, достаточные характеристики технологических свойств, приемлемые экономические показатели производства сплавов и изделий из них.

В зависимости от температуры  и давления (для металлов в основном от температуры, Р-соnst) все вещества могут находиться в четырёх агрегатных состояниях: плазмообразном, газообразном, жидком и твердом.

Плазма – ионизированный газ, в котором объёмные плотности  положительных и отрицательных  электрических зарядов равны.

В газообразном состоянии  атомы практически не связаны  друг с другом и хаотически перемещаются в пространстве.

В жидком состоянии атомы  слабо связаны друг с другом, существует ближний порядок, вещество занимает форму сосуда, части легко отделимы друг от друга.

В твердом состоянии атомы  взаимодействуют друг с другом по определенному закону, в структуре  имеется как ближний, так и  дальний порядок, атомы образуют кристаллическую решетку того или иного вида. Переход между агрегатными состояниями сопровождается изменением свободной энергии.

Металлические материалы. 83 из известных 112 химических элементов  таблицы Менделеева Д. И. являются металлами. Они обладают рядом характерных  свойств:

-      высокой тепло- и электропроводностью;

- положительным коэффициентом электросопротивления (с повышением температуры электросопротивление растет);

-     термоэлектронной эмиссией (испусканием электронов при нагреве);

-    хорошей отражательной способностью (блеском);

-    способностью к пластической деформации;

-    полиморфизмом.

Наличие перечисленных свойств  обусловлено металлическим состоянием вещества, главным из которых является наличие легкоподвижных коллективизированных электронов проводимости.

Металлическое состояние  возникает в совокупности атомов, когда при их сближении внешние (валентные) электроны теряют связь  с отдельными атомами, становятся общими и свободно перемещаются между положительно заряженными, периодически расположенными ионами. Силы притяжения (силы связи) в  твердых телах существенно отличаются по своей природе. Обычно рассматривают четыре основных типа связей в твердых телах: ван-дер-ваальсовые, ковалентные, металлические, ионную. Под атомно-кристаллической структурой понимают взаимное расположение атомов в кристалле. Кристалл состоит из атомов (ионов), расположенных в определенном порядке, который периодически повторяется в трех измерениях. Наименьший комплекс атомов, который при многократном повторении в пространстве позволяет воспроизвести пространственную кристаллическую решётку, называют элементарной ячейкой.

Для характеристики элементарной ячейки используют параметры кристаллической  решётки: три ребра а, в, с, измеряемых в ангстремах (1Å = 1* 10-8см) или в  килоиксах – kX (1kX = 1,00202 Å) и три  угла a, b, g, а также компактность структуры h  - отношение объема, занимаемого  атомами, к объёму ячейки ( для решётки  ОЦК h = 64 %, для решётки ГЦК h = 74 %) и  координационное число К  - число  ближайших соседей данного атома: для решётки ОЦК это число  равно 8, т.е. атомы, находящиеся в  вершине, принадлежат восьми элементарным ячейкам, для решётки ГЦК это число равно 12, т.е. атомы, находящиеся в вершине, принадлежат двенадцати элементарным ячейкам.

Превращения в твердом состоянии. Полиморфизм.

Атомы данного элемента могут  образовать, если исходить только из геометрических соображений, любую кристаллическую  решетку. Однако устойчивым, а следовательно, реально существующим типом является решетка, обладающая наиболее низким запасом  свободной энергии.

Так, разные металлы образуют разные виды кристаллической решетки:

• Li, Na, K, Mo, W – ОЦК;
• Al, Ca, Cu, Au, Pt – ГЦК;
• Mg, Zr, Hf, осмий – ГПУ.

 Однако в ряде случаев при изменении температуры или давления может оказаться, что для одного и того же металла более устойчивой будет другая решетка, чем та, которая существует при данной температуре или давлении. Так, например, существует железо с решетками объемно-центрированного и гранецентрированного кубов, обнаружен кобальт с гранецентрированной и с гексагональной решетками.

Существование одного и того же металла (вещества) в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма или аллотропии. Различные  кристаллические формы одного вещества называются полиморфными или аллотропическими модификациями (таблица 2.1).

 

Таблица 2.1

Металл		Группа		Модификация		Кристаллическая решетка
Кальций		II-A		Сaa до 450 Caab 450-851		Кубическая гранецентрированная Гексагональная плотноупакованная
Галлий		III-B		Gaa Gab		Ромбическая Тетрагональная
Таллий		III-B		Tla до 262 Tlb 262-304		Гексагональная плотноупакованная Кубическая объемноцентрированная
Титан		IV-A		Tia до 882 Tib 882-1725		Гексагональная плотноупакованная Кубическая объемноцентрированная
Цирконий		IV-A		Zra до 862 Zrb 862-1830		Гексагональная плотноупакованная Кубическая объемноцентрированная
Гафний		IV-A		Hfa  до 1610 Hfb 1610-1952		Гексагональная Кубическая объемноцентрированная
Олово		IV-B		Sna до 18` Snb 18-232		Алмазная Тетрагональная объемноцентрированная
Вольфрам		VI-A		Wa до 650 Wb 650-3400		Кубическая объемноцентрированная Сложная (нерасшифрованная)
Уран		VI-A		Ua до 660 Ub 660-770 Ug 770- 1133		Ромбоэдрическая Тетрагональная Кубическая объемноцентрированная
Марганец		VII-A		Mna до 742 Mnb 742-1080 Mng 1080-1180 Mnd 1180-1242		Кубическая сложная         «                « Тетрагональная гранецентрированная Неизвестна
Железо	VIII		Fea до 910 1401-1539 Feg 910-1401		Кубическая объемноцентрированная     Кубическая гранецентрированная
Кобальт	VIII		Coa до 477 Cob 477-1490		Гексагональная  плотноупакованная Кубическая гранецентрированная

 

Аллотропические формы обозначаются греческими буквами a, b, g и т.д., которые  в виде индексов добавляют к символу, обозначающему элемент. Аллотропическая  форма при самой низкой температуре, обозначается буквой a, следующая - b и  т. д.

Явление полиморфизма основано на едином законе об устойчивости состояния  с наименьшим запасом энергии. Запас  свободной энергии зависит от температуры. Поэтому в одном  интервале температур более устойчивой является одна модификация, а в другом – другая. Температура, при которой  осуществляется переход из одной  модификации в другую, носит название температуры полиморфного (аллотропического) превращения.

Механизм роста кристаллов новой фазы может быть нормальным кристаллизационным и мартенситным. Нормальный механизм роста – это  зарождение новой фазы на границах зерен, блоков, фрагментов при малых  степенях переохлаждения (Sna « Snb).

Мартенситный механизм реализуется  при низких температурах и большой  степени переохлаждения, при малой  диффузионной подвижности атомов путем  их сдвига (смещения) по определенным кристаллографическим плоскостям и направлениям. Новая  фаза имеет форму игл и растет очень быстро (Coa  «Cob).

Аллотропическое превращение  сопровождается изменением свойств, объема и появлением внутренних напряжений.

2. Виды продукции химической промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мозберг, Р.К. Материаловедение: учебник для вузов / Р.К.Мозберг. - М.: Металлургия, 1991. - 500 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Материаловедение. Версия

1.0 [Электронный ресурс]

: электрон. учеб. п

о-

собие

/ В.

С.

Биронт, Т.

А.

Орелкина, Т.

Н.

Дроздова и

др.

–

Электр

он. дан.