Управління властивостями твердих тіл

Знаючи будову речовини, можна впливати на властивості речовини і створювати матеріали з певними властивостями. Створення матеріалів із заданими властивостями, потреба в яких постійно зростає, – один з основних напрямків науково-технічного прогресу.

Найбільш важливою вважається завдання підвищення міцності матеріалів. Міцність можна підвищити як при зменшенні дефектів решітки, так і при їх збільшенні. Максимальної міцністю володіє ідеальний кристал. Тому одна з можливостей підвищення міцності – вирощування бездефектних кристалів, т. Е. Кристалів, близьких до ідеального. Такі кристали вирощують в лабораторіях. Вони мають ниткоподібну форму, і їх міцність практично рівна теоретичної. Наприклад, кристал заліза, отриманий в лабораторії, має міцність 14 • 107 Па, у той час як міцність звичайного чистого заліза 2 • 107 Па.

З іншого боку, міцність можна підвищити, збільшивши концентрацію дефектів. З цією метою матеріал можна піддати пластичної деформації. Цей спосіб підвищення міцності називають наклепання. Прикладами наклепання є кування, прокатка, волочіння і т. П. Досвід показує, що при наклепання міцність зростає в десятки разів.

Підвищенню міцності матеріалів сприяє введення в них домішок, які перешкоджають поширенню дефектів. Такими домішками можуть бути атоми вуглецю, кремнію, бору, азоту. Тому широке поширення в техніці отримують сплави, які мають велику міцність в порівнянні з чистими металами, наприклад різні сталі (сплави заліза, вуглецю та інших елементів), латунь (сплав міді та цинку), сплави алюмінію або магнію з міддю та іншими елементами.

Крім високої міцності, сплави володіють і іншими властивостями, що відрізняють їх від чистих металів. Наприклад, деякі сплави більш термостійкі, ніж складові їх метали, інші, навпаки, плавляться при більш низькій температурі. Так, олово плавиться при температурі 232 ° С, свинець – при 327 ° С, а сплав олова зі свинцем – при 170 ° С. Температура плавлення сплаву карбіду танталу з гафнію -4215 ° С, тому його використовують для виготовлення тиглів для плавки металів.

Існують сплави: що володіють дуже високою твердістю, пружні, легкі і міцні (Дюран), майже не розширюються при нагріванні, не схильні окисленню (нержавіючі сталі), з великим електричним опором (ніхром), зі спеціальними магнітними властивостями.

Причина, по якій сплав набуває властивостей, відмінні від властивостей його компонентів, полягає в тому, що в розплавленому стані відбувається активне переміщення частинок, оскільки вони володіють високою енергією теплового руху. Тому при кристалізації утворюється матеріал (сплав) з іншою будовою і з іншими властивостями.

Питання для самоперевірки

1. У яких випадках виникають дефекти кристалічної решітки?

2. Як впливають домішки на міцність матеріалу? Відповідь обґрунтуйте.

3. Чому залізо та його сплави є основними матеріалами в сучасній техніці?

Посилання на основну публікацію