Интересным результатом является увеличение координационного числа при одновременном уменьшении плотности в стеклах As2Se3Hgx по сравнению с As2Se3. Очевидно, внедрение незначительного количества больших ионов Hg в зигзагообразные цепочки, состоящие из структурных единиц AsSe3, раздвигают их и приводят к постепенному разупорядочению структуры. При этом существенно изменяются макроскопические физические свойства - оптические и электрические.
Хотя на сегодняшний день теория неупорядоченных систем не является элементарной частью науки, применение современных физических методов исследований позволяет не только получать важные сведения о структуре и свойствах аморфных тел, но и в ряде случаев прогнозировать эти свойства в новых соединениях.
За последние три десятилетия значительные успехи достигнуты в области материаловедения, занимающейся созданием нового класса материалов, называемых композиционными. Получены композиционные материалы, имеющие высокие значения прочности, жесткости, сопротивления усталости и жаропрочности при меньшей средней плотности, чем у традиционных сплавов. Создание этих материалов повлекло самые смелые конструкторские решения при разработке летательных аппаратов, космической техники, перспективных сооружений, двигателей, машин, судов, сверхлегкого спортивного инвентаря и т.д. Развитие этого направления материаловедения - необходимое условие научно-технического прогресса многих областей техники и науки.
Все композиционные структуры по своей природе являются гетерогенными и по структурным признакам могут быть разделены на две группы: 1) волокнистые и слоистые; 2) дисперсно-упрочненные.
Волокнистые композиции состоят из гомогенной матрицы кристаллического или аморфного строения, содержащей упрочняющие одномерные элементы в виде волокон, проволоки, нитевидных кристаллов и т.п. Слоистые композиции - это системы, состоящие из чередующихся двумерных армирующих компонентов в виде сетчатых, листовых, пластинчатых и фольговых материалов, жестко связанных с матрицей по всей поверхности. У материалов I группы несущим элементом являются армирующие волокна, слои, имеющие высокую прочность, высокий модуль упругости и, как правило, возможно меньшую плотность.
Дисперсно-упрочненные материалы содержат равномерно распределенные в объеме матрицы микроскопические, ультрадисперсные включения, иначе называемые нуль-мерными частицами, которые не взаимодействуют активно с матрицей и не растворяются в ней. В таких системах несущим элементом является матрица, роль множества ультрадисперсных частиц заключается в эффективном торможении дислокаций вплоть до температуры плавления. Оптимальным является содержание дисперсной фазы около 2-4 объемных процентов. Типичными примерами таких веществ могут служить Ni + 2,5 об.% HfO2 или ThO2, материалы с кобальтовой связкой, работающие до температур 1200-1300oC.
Рис.1.8.6. Эвтектоидная структура металлического сплава
Матрица скрепляет волокна и служит средой, передающей нагрузку от волокна к волокну, а в случае разрушения волокон перераспределяет напряжения в объеме. Количество высокопрочных и высокомодульных волокон в пластичной матрице может колебаться от 15 до 75 объемных процентов. Такими упрочнителями часто служат волокна бора, углерода, карбида и нитрида кремния, а матрицей - алюминий, сплавы магния, органические связки.К волокнистым и слоистым композитам, структура которых формируется искусственно при изготовлении материала путем намотки, укладки волокон и слоев и деформации, примыкает группа материалов, получаемая направленной кристаллизацией расплавов систем эвтектического состава. Такие системы называют естественными композиционными материалами, так как упрочняющая фаза в них кристаллизуется в виде иголок (нитевидных кристаллов), стерженьков или пластинок (рис.1.8.6).
Эти упрочнители, благодаря совершенству строения, зачастую имеют уникально высокие механические свойства. Привлекательной особенностью эвтектических композиционных материалов является исключительно хорошее сопряжение упрочнителей с матрицей.
Есть еще одна группа материалов, называемых слоистыми и таковыми являющимися, по крайней мере, на микроскопическом уровне. Это, во-первых, известные в природе минералы: слюда, графит, некоторые сорта глин, а также искусственно выращенные соединения Gas, GaSe, GaTe, InS, InSe, PbI2, MoS2, NbSe2, TiS2, TiSe2 и многие другие. В таких структурах силы связи между атомами в пределах слоевого пакета и между слоевыми пакетами различны. В пределах слоевого пакета действуют сильные ионно-ковалентные связи, между слоевыми пакетами, как правило – более слабые связи типа ван-дер-ваальсовских или водородных. Существуют и слоистые кристаллы с сильными межслоевыми силами: BN, SiC, ZnP2, CdP2.
Слоевой пакет состоит из нескольких атомных монослоев, причем в различных материалах толщина слоевого пакета различна. Например, в графите слоевой пакет образован всего одним монослоем атомов углерода, в соединениях типа PbI2, MoS2, TiS2, MoSe2 - тремя монослоями атомов в последовательности x-M-x, в соединениях GaSe, InSe - четырьмя атомными монослоями x-M-M-x, где х - монослой атомов металлоида, а М - монослой металла. В слоистой структуре глин пакеты связаны между собой гидроксильными группами воды, увеличение межпакетного пространства в процессе насыщения водой приводит к пластифицированию глинистого раствора.
На рис.1.8.7 приведены температурные зависимости для композитов различных типов в высокотемпературной области их использования. Очевидно преимущество волокнистых и эвтектических композитов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.