ристики, показывающие, как он ведет себя в естественных условиях. Обеспечение требуемых эксплуатационных характеристик выдвигает свой круг проблем. Например, знание механических свойств того или иного материала предполагает, что мы можем сказать, как будет вести себя этот материал под воздействием строго определенной «идеальной» силы. В реальных же условиях говорить о такой силе часто неправомерно. Вполне вероятно, что на материал будут действовать разные, непостоянные по величине и направлению силы, которые могут противодействовать друг другу, складываться или вызывать синергический эффект.
Структура, свойства и эксплуатационные характеристики проявляются в совокупности при обработке материала, которую можно определить как регулирование или модификацию внутренней структуры материала на любом уровне с целью достижения желаемых свойств и эксплуатационных характеристик.
ЧЕНЫЕ-МАТЕРИАЛОВЕДЫ, занимаются в основном изучением структуры и свойств материала и взаимосвязи между ними. Инженеры в свою очередь исследуют влияние структуры и свойств на эксплуатационные характеристики и разрабатывают такую технологию обработки материалов, которая придает последним нужные эксплуатационные характеристики. По мере углубления наших знаний о том, как под влиянием обработки изменяется структура материала, а значит, и его свойства и в конечном итоге эксплуатационные характеристики, ученые проявляют все больший интерес к технологии и оказывают на нее все большее влияние. Их открытия позволяют усовершенствовать технологические процессы в различных отраслях — от производства стали до изготовления стекловолокна. Показателен в этом смысле вклад науки в разработку способов выращивания крупных монокристаллов кремния, используемых для изготовления полупроводниковых интегральных схем.
Как правило, ученые предпочитают работать с идеализированными материалами и простыми структурами и процессами. Тем не менее результаты их поисков могут способствовать пониманию по крайней мере качественных характеристик более сложных материалов. К тому же теоретическую модель, основанную на параметрах идеализированного материала, всегда можно модифицировать и приспособить к реальному, практически используемому материалу. Например, первые работы физиков в области твердого тела, изучавших металлы, были во многом посвящены исследованию кристаллических материалов, т. е. таких, атомы которых расположены упорядоченно и образуют трехмерную периодическую укладку — кристаллическую решетку. Предположение об упорядоченном расположении атомов послужило благоприятной основой для различных теорий и помогало объяснить некоторые свойства металлов. Однако действительная прочность материалов оказалась на несколько порядков меньше расчетной, полученной на основе теоретического изучения твердых тел с идеальной кристаллической структурой. Выяснилось, что такие свойства, как прочность, существенно меняются, когда кристаллическая структура отклоняется от идеальной.
Осознание этого факта привело физиков к пониманию природы дефектов. Они обнаружили, например, что при нормальных условиях некоторые места в решетке, где должны находиться атомы, остаются свободными; что атомы могут занимать позиции, соответствующие «пустотам» в решетке; что атом одного вещества может замещать атом другого вещества и что в действительности атомы не неподвижны, а колеблются около своего положения равновесия. Кроме того, строгая периодичность в расположении атомов в кристаллической решетке может быть нарушена за счет дислокаций, точечных дефектов, границ зерен и т. д. Со временем была разработана теория, объясняющая природу структурных дефектов и их роль в изменении свойств материала. Эти знания в свою очередь позволили создавать материалы с желаемыми структурой и свойствами путем намеренного создания дефектов. В случае некристаллических материалов предсказать влияние обработки на свойства гораздо труднее. Незначительные отклонения в технологическом режиме при обработке стекла или большинства полимеров могут привести к существенным, причем заранее неизвестным изменениям свойств и эксплуатационных характеристик этих материалов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.