1. Предмет і завдання матеріалознавства. Основні задачі і проблеми електротехнічного матеріалознавства.

Матеріалознавство – це наука, що вивчає в загальному зв’язку склад, будову, структуру і властивості матеріалів, а також закономірності їх зміни під тепловими, хімічними, механічними та іншими впливами.

До основних задач матеріалознавства належать:

1)розвиток теорії зв’язку складу, структури і властивостей матеріалів;

2)вивчення зв’язку хімічного складу і структури і матеріалів з їх властивостями та умовами одержання;

3)розробка методів раціональної зміни складу і будови матеріалів для створення технологій і забезпечення їх практичного застосування з оптимальними економічнми показниками.

М. операється на досягненнях фізики і хімії твердого тіла, кристалофізики та кристалохімії, фізичної хімії, квантової механіки, термодинаміки та інших фундаментальних і прикладних наук.

М. визначає 2 задачі:

1) кристало-хімічні задачі:Полягає у встановлені залежності вл. від хімічного складу та кристалічної структури величин.Мета: встановлення правил або побудова теорій, які дозволили б синтезувати матер. з наперед заданими вл.

2)технологічні задачі:

Полягає у встановленні оптимальних процесів та умов їх проведення, що дозв цілеспрямовано міняти комплекс вл деякої величини фізкованого складу і кристалічної структури.

Мета дисципліни — пізнання властивостей матеріалів в залежності від складу і виду обробки, методів їх зміцнення для найефективнішого використання в техніці, а також створення матеріалів з наперед заданими властивостями: з високою міцністю чи пластичністю, з доброю електропровідністю, великим електричним опором або спеціальними магнітними властивостями, а також, поєднання різних властивостей в одному матеріалі (композиційні матеріали).

Головним завданням цієї дисципліни є набуття знань та навичок по оцінці властивостей матеріалів, раціональному і доцільному вибору їх для конкретних умов роботи, вміння застосовувати ефективні технологічні методи обробки та зміцнення, які б привели в результаті до здешевлення виробів, зменшення витрат матеріалів з одночасним збільшенням терміну експлуатації

2. Двокомпонентні системи конденсованого типу. Правило фаз Гіббса.

Компоненти системи – складові систем, концентрація яких визначає склад фаз даної рівноважної системи.Число компонент або співпадає з числом складових системи (хімічні реакції відсутні), або менше. Число компонент системи рівне різниці між числом її складових і числом рівнянь зв’язку між ними.

правило фаз Гіббса встановлює числом фаз і компонентв системі через ступені вільності:

. Цифра “2” вказує на число зовнішніх факторів, що впливають на систему (і).

Під числом ступенів вільності (варіантністю) розуміють число параметрів стану, які можуть довільно змінюватись, не порушуючи фазової рівноваги при цьому.

В будь-якій системі число фаз не може перевищувати число компонентів більше, ніж на два: .

Якщо досліджують перетворення в системах без зміни тиску, то правило фаз Гіббса застосовується у вигляді:

. Нонваріантна (або інваріантна) рівновага відповідає умові: . При цьому в рівновазі знаходиться максимальне число фаз. Довільна зміна одного з параметрів системи приводить до зміни числа фаз в системі.

Моноваріантна рівновага: . Можна довільно міняти один параметр без зміни числа фаз.

Біваріантнарівновага :. При такому числі фаз довільно можна міняти параметри системи, не порушуючи рівноваги.

3. Напівпровідникові сполуки типу А²В⁶ та тверді розчини на їх основі: основні властивості та застосування в електроніці.

Багато з них є електролюмініфори. Викор для виготовлення світло діодів.

4. Загальна класифікація матеріалів електронної техніки.

5. Тверді розчини. Системи з необмеженою розчинністю в твердому стані.

Твердими розчинами називають фази змінного складу, в яких атоми одного компонента розміщуються в просторовій гратці іншо­го, не змінюючи її типу. Це відноситься до кристалічних речовин, але тверді розчини можуть бути і в аморфній фазі.

Тверді розчини заміщення– розміщення проходить шляхом заміщення одних атомів іншими в вузлах кристалічної гратки.

Тверді розчини впровадження – розміщення проходить шляхом впровадження чужих атомів в міжвузля гратки.

Можливе утворення ще і твердих розчинів вилучення, які утво­рюються на базі хімічних сполук. Їх утворення супроводжується появою порожніх місць в вузлах кристалічної гратки.

Тверді розчини однофазні. Твердий розчин на основі розчин­ника позначається буквоюабо, а на базі– буквоюабо.

Тверді розчини заміщення можуть бути обмеженими і необме­женими. В необмежених твердих розчинах можливий плавний пере­хід від одного компонента до іншого. Тверді розчини з необмеженою або значною розчинністю можуть упорядковуватись. Статистично рів­номірно розкидані в кристалічній гратці розчинені атоми при певних умовах займають позиції в відповідному порядку. Такі тверді розчини називаються впорядкованими або надструктурами.

У випадку необмеженої розчинності в рідкому і твердому ста­нах згідно правила фаз повинна мати місце моноваріантна реакція, за винятком кристалізації чистих компонент. Це значить,що на діаграмі мають бути відсутні горизонтальні ділянки.

Рис.4. Діаграма стану систем з необмеженою розчинністю.

В деяких випадках криві солідуса і ліквідуса дотикаються в од­ній екстремальній точці (рис.4, б і в). Застосування правила Гіббса для цих точок неможливе тому, що число ступенів вільності =1. В цьому випадку використовують доповнення Ван-дер-Ваальса, згідно якому будь-яка двофазна система незалежно від числа ком­понент при ідентичності складів рівноважних фаз поводить себе як однокомпонентна.

6. Основні положення загальної теорії утворення фаз. Гомогенне і гетерогенне зародкоутворення.

Утворення зародків нової фази

Рушійною силою будь-якого фазового перетворення, в тому числі і кристалізації, є намагання системи зменшити свою вільну енергію. Кристалізація (конденсація) відбувається тільки в системах з пере­насиченням (переохолодженням), тобто в тих системах, що знахо­дяться в метастабільному стані. Створення пересичення чи переохо­лодження для кристалізації вихідної фази необхідно для надання системі додаткової енергії, яка необхідна для утворення поверхні зародків нової фази.

При даній температурі газову фазу називають перенасиченою, якщо її тиск перевищує тискнасичених парів рідкої або твер­дої фази. Величинами, які характеризують ступінь перенасичення пари, є:

–абсолютне перенасичення;

–відносне перенасичення;

–коефіцієнт перенасичення.

Різниця вільних енергій атома або молекули в двох фазах (або різниця хімічних потенціалів двох фаз ):

. (2.1)

Розплави характеризуються переохолодженням:

,(2.2)

де – температура плавлення речовини; – температура пере­охолодженого розплаву.

Механізм утворення нової фази може бути гомогенним, коли в вихідній фазі відсутні тверді частинки або поверхні, що стиму­люють утворення на них центрів, або гетерогенним, коли вони присутні.