Свойства кристаллических и аморфных твердых тел

Страницы работы

Содержание работы

ЧАСТЬ 2. СВОЙСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И  АМОРФНЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

2.1. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Комплекс параметров: прочность при статическом и динамическом нагружении, твердость, пластичность, износостойкость, сопротивление растущей трещине - называют механическими свойствами твердых тел. Эти свойства и обусловливают практическое применение веществ в качестве конструкционных, строительных, электротехнических и других материалов в условиях влияния различных сред и в различных силовых полях. Они обусловливают уровень качества изделий и, следовательно, уровень материального производства общества, уровень цивилизации. Исследования и достижения в этом направлении определяют прогресс основных отраслей хозяйства и в первую очередь - ее авангардных технических областей: приборостроения, машиностроения и материаловедения для низко- и высокотемпературных областей использования, авиа- и ракетостроения и т.д.

Успехи в создании особо прочных и надежных материалов позволяют реализовать создание долговечных изделий (зданий и сооружений, машин и устройств), сочетать низкую материалоемкость с высокими эксплуатационными качествами продукции.

Все перечисленные выше свойства являются многопараметровыми функциями, включающими химический состав, тип и энергию межатомных связей, структуру тел и их дефектность, свойства и воздействие внешней среды, напряженное состояние объема, создаваемое внешними силами и физическими полями, и динамику их развития. Поэтому для характеристики и испытания материалов разработаны стандартизованные методы, позволяющие получать однозначные величины основных механических параметров: пределы прочности материалов на растяжение (sр), сжатие (sсж), изгиб (sи), твердость или микротвердость (Н или Нm),  ударную прочность (ак) и сопротивление материала развитию трещины (КIc), модули упругости (Е) и сдвига (G).

Накопленные знания свидетельствуют о широкой гамме возможных свойств, в некоторых материалах приближающихся к теоретическому пределу, но зачастую - весьма далеких от предельных значений.

В табл.2.1.1 приведены некоторые важнейшие механические свойства твердых тел, полученные в различных условиях, и для сравнения теоретические значения некоторых идеальных структур. Необозримое множество применяемых промышленностью твердых тел не позволяет провести сколько-нибудь подробный анализ и исчерпывающую классификацию их по механическим свойствам. Приведены обобщенные  данные по самым широко распространенным классам веществ с некоторыми конкретными примерами максимальных на сегодняшний день достижений для металлов, аморфных материалов, тонких нитей и монокристаллов - "усов", поликристаллической керамики.

В табл.2.1.1 представлены не все данные о материалах не только потому, что отыскание их в справочной и монографической литературе представляет большую трудность, но и потому, что в ряде случаев при создании или исследовании конкретного материала стоит узкая, прагматическая цель - достижение высоких служебных характеристик в заданных условиях. Таблица не отражает, например, что "рекордсменами" по тугоплавкости являются НfС(3887°С), TaC (3877oC) и ThO2 (3050) и, следовательно, они особо перспективны для изделий, работающих при сверхвысоких температурах. Лишь из сравнения с многими другими веществами становится ясно, что термическая устойчивость BeO значительно выше, чем у всех оксидных материалов, да и у других керамических материалов.

Из таблицы видно, что самым твердым после алмаза веществом является кубический, или b-нитрид бора ("боразон" или "эльбор"), а аморфные металлы и нитевидные кристаллы - "усы" являются наиболее прочными искусственно созданными материалами, но и их свойства еще не достигают теоретически возможных, у реальных же макроскопических тел расхождение свойств наблюдается в 100 и 1000 раз.

В данной части курса будет предпринята попытка осветить физические причины несоответствия теоретического и реального уровней механических свойств твердых тел и наметить пути дальнейшего совершенствования характеристик реальных материалов.

СМОТРИ ФАЙЛtabl.2.1.1.doc


Таблица 2.1.1

              Механические свойства некоторых веществ и конструкционных материалов

Материал

Пределы прочности при комнатной температуре, МПа

Пределы прочности при повышенной температуре 500оС/1000оС, МПА

Твердость, Н – по Моосу, Нm - микротвердость, ГПа

Предельное сопротивление сдвигу, tК, МПа

Изотропный модуль упругости Е, ГПА

Изотропный модуль сдвига G, ГПа

При растяжении sр или сжатии sсж

При изгибе, sи

При растяжении sр или сжатии sсж

При изгибе, sи

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Идеальный кристалл с ионными связями

104

         -

          -

         -

         -

5×103

          -            

         -

Предельные данные для разных металлических сплавов

5×103

         -

sр=300/50 кратковременно

          -

Нm = 13

2,5×103

520

500

Поликристаллическая керамика:

Корунд Al2O3

sр=250-300

350-600

sсж = 1450/900

450/350

Нm=20…21

Н = 9

           -

399

162

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Периклаз MgO

ZrO2

BeO

sсж=1800- 1500

sсж=2100

sсж=1500

sр=160

90

200-250

300

sр=110/98

sр=130/95

sсж=550/330

sр=80/30

250 (при

500оС)

          -

125/126

Н = 6

Нm=9,1..9,3

Н = 6-7

Нm=11,5

Н = 9

Нm= 15,2

          -

           -

           -

314

170

400

133

        -

162

Муллитокорундовая керамика:

80-95% Al2O3

Карборунд

SiC

Боразон

a-BN

sсж=1500-2000

sр=410

sсж=2250

sр=110

220-290

920

300

          -

265±50/

240±50

240/11

~300 (при

1000оС)

920/950

          -

          -

Н =9,2-9,5

Нm=22-29,5

Н = 10

Нm = 45

           -

          -

           -

230-310

438

848±80

         -

200

360±40

Аморфные

материалы:

Кварцевое

стекло

Аморфные металлы

sсж=500 -2000

sр=1500 -3500

10-80

высокая

          -

sр=1500/150

         -

         -

          -

Нm =7…8

          -

~103

          -

85-175

          -

30-60

1

         2

          3

           4

        5

          6

         7

          8

         9

Монокристаллы (нити и “усы”):

Al2O3

SiO2

SiC

С-графит

(1…17)×103

1,5×103

9,2×103

 

20×103

         -

         -

7×103

 

         -

           -

           -

~103 (при 1000оС)

           -

450/350

         -

         -

         -

          -

          -

          -

          -

         -

         -

         -

         -

430-480

100

580-1000

 980

         -

         -

         -

         -

Высокопрочный бетон

sсж =140 – 180

sр=6-7

        -

25/15 кратковременно

         -

          -

         -

40-60

         -

Высокопрочный кирпич

sсж=80

17,2

          -

        -

          -

         -

          -

         -

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Физика
Тип:
Конспекты лекций
Размер файла:
417 Kb
Скачали:
0