- •Міністерство освіти, науки, молоді та спорту України
- •Основи матеріалознавства
- •Основи матеріалознавства
- •1 Основи матеріалознавства
- •1.1 Структура матеріалів
- •1.1.1 Атом, молекула, хімічний зв'язок
- •1.1.2 Фазовий стан речовини
- •1.1.3 Газ і рідина
- •1.1.4 Тверде тіло
- •1.2 Основні властивості матеріалів
- •1.2.1 Механічні властивості
- •1.3 Класифікація матеріалів
- •Питання для самоконтролю
- •2 Конструкційні матеріали, що застосовуються у виробництві неорганічних речовин
- •2.1 Метали і сплави
- •2.2 Сталі
- •2.2.1 Загальна класифікація сталей
- •2.2.2 Вуглецеві сталі
- •2.2.3 Леговані сталі
- •2.2.4 Галузі застосування сталей
- •2.3 Чавуни
- •2.3.1 Структура і класифікація чавунів
- •2.4 Кольорові метали та сплави
- •2.4.1 Алюміній та його сплави
- •2.4.2 Мідь та її сплави
- •2.4.3 Титан та його сплави
- •2.4.4 Магній та його сплави
- •2.4.5 Нікель і його сплави
- •2.4.6 Свинець
- •2.4.7 Цирконій. Ніобій
- •Питання для самоконтролю
- •3 Корозія металів і сплавів
- •3.1 Електрохімічна корозія
- •3.2 Хімічна корозія
- •3.3 Суцільна і локальна корозія
- •3.4 Корозійна стійкість металів і сплавів
- •3.5 Способи захисту апаратів від корозії
- •3.5.1 Плівкові захисні покриття
- •3.5.2 Листове покриття
- •3.5.3 Футерування апаратів штучними кислототривкими виробами
- •3.5.4 Методи катодного захисту і інгібування
- •Питання для самоконтролю
- •4 Неметалічні конструкційні матеріали, що застосовуються у виробництві неорганічних речовин
- •4.1 Неорганічні неметалічні матеріали
- •4.2 Кераміка
- •4.2.1 Склад, будова, властивості кераміки
- •4.2.2 Кераміка на основі глини
- •4.2.3 Технічна кераміка
- •4.2.3.1 Кераміка на основі чистих оксидів
- •4.2.3.2 Безкиснева кераміка
- •4.3 Полімерні матеріали
- •4.3.1 Класифікація, структура
- •4.3.2 Властивості полімерних матеріалів
- •4.3.3 Орієнтаційні зміцнення та релаксація напруги у полімерах
- •4.3.4 Старіння полімерів
- •4.4 Пластичні маси
- •4.4.1 Склад, класифікація та властивості пластмас
- •4.4.2 Термопластичні пластмаси
- •4.5 Силікати
- •4.5.1 Склад і будова силікатного скла
- •4.5.2 Фізичні властивості скла
- •4.5.3 Хімічні властивості
- •4.6 Склокристалічні матеріали
- •4.6.1 Ситал
- •4.6.2 Технічне скло і скловолокнисті матеріали
- •Питання для самоконтолю
- •Основна література
- •Рекомендована література
- •Жуков а.П. Основы материаловедения: Учебное пособие. – м.: рхту, 1999. – 155 с.
1.1.2 Фазовий стан речовини
Досліджувану речовину або сукупність речовин прийнято називати системою. При цьому системі протиставляється зовнішнє середовище – речовини, що оточують систему. Стан системи, в якій вона самочинно приходить через досить великий проміжок часу при незмінних зовнішніх умовах, називають рівноважним. Розрізняють системи гомогенні, які складаються з однієї фази, та гетерогенні, які складаються з декількох фаз.
Фазою називається частина системи, що відокремлена від інших її частин поверхнею розділу, при переході через яку властивості змінюються стрибком. Фазою також називають однорідні складові частини системи, що мають однаковий склад, один і той же агрегатний стан і відокремлені від решти частин поверхнями розділу. Наприклад, однорідний чистий метал або сплав є однофазною (гомогенної) системою. Стан, коли одночасно присутні рідкий сплав (метал) і кристали, буде представляти двофазну (гетерогенну) систему. Різні фази мають різні упаковки молекул (для кристалічних фаз, різні кристалічні ґратки), і, отже, різні властивості (наприклад, значення коефіцієнта стисливості, коефіцієнта теплового розширення тощо).
Системою називають сукупність фаз, які перебувають у стані рівноваги. При зміні зовнішніх умов (температури, тиску, напруженості електричного поля та ін.) речовина може переходити з однієї фази в іншу. Такий перехід називають фазовим. До фазових переходів відносяться випаровування і конденсація, плавлення і затвердіння тощо. При фазових переходах стрибкоподібно змінюється ряд фізичних властивостей речовини (густина, концентрація компонентів та ін.) Залежно від фізичних умов, головним чином від температури і тиску, речовини можуть існувати у твердому, рідкому і газоподібному стані. Ці стани речовини називають агрегатними [2,3].
1.1.3 Газ і рідина
Газоподібний стан речовини характеризується порівняно малими силами міжмолекулярної взаємодії. Молекули газів знаходяться на великих відстанях один від одного, тому гази мають велику стискальність. Їх молекули знаходяться в постійному хаотичному русі, що пояснює здатність газів рівномірно заповнювати весь наданий об'єм, набуваючи об’єм і форму посудини, в якій вони знаходяться. Температура речовини залежить від кінетичної енергії її молекул, тому, розширюючись, газ охолоджується. При досить сильному стисненні гази перетворюються в рідини. Однак при температурах вище деякої критичної стиснення – зрідження газу за допомогою одного тільки збільшення тиску виявляється неможливим. Тому для зрідження газів використовують ефект охолодження при одночасному розширенні без теплообміну з навколишнім середовищем.
Рідини за своїми властивостями займають проміжне положення між газами і твердими речовинами. Чим вище температура, тим більше властивості рідин наближаються до властивостей газів, і, навпаки, чим нижче температура, тим більше проявляються ті властивості рідин, які наближають їх до твердих речовин. Рідини зазвичай не мають власної форми, а набувають форму посудини, в якій знаходяться; тільки в дуже невеликих кількостях вони здатні зберігати форму краплі. На відміну від газів рідини при даній температурі займають абсолютно певний об'єм. Це пояснюється наявністю помітних сил взаємного притягнення окремих молекул рідини. Молекули в рідинах розміщуються значно щільніше, ніж у газах, цим і пояснюється дуже мала стисливість всіх рідин. При охолодженні рух молекул рідини сповільнюється, потім вони фіксуються в певних положеннях, а рідина перетворюється на тверде тіло [4,5].