Электроматериаловедение. Электроматериаловедение книга


Электроматериаловедение - PDF

1. Цели освоения дисциплины

1. Цели освоения дисциплины Цели освоения дисциплины: формирование у обучающихся: в области обучения формирование специальных знаний, умений, навыков выбора материала в зависимости от предъявляемых требований

Подробнее

МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ В ЭЛЕКТРОНИКЕ

Белорусский государственный университет УТВЕРЖДАЮ Декан физического факультета БГУ В.М. Анищик 26.06.2009 Регистрационный УД-2035/баз. МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ В ЭЛЕКТРОНИКЕ Учебная программа для специальности

Подробнее

ЭЛЕКТРОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Министерство образования и науки Российской Федерации Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский

Подробнее

Автомеханик

Кировское областное государственное образовательное автономное учреждение среднего профессионального образования «Омутнинский государственный политехнический техникум» ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ОП 03.

Подробнее

Проводники, диэлектрики, полупроводники: физические явления, свойства, состав, классификация, области применения

Проводники, диэлектрики, полупроводники: физические явления, свойства, состав, классификация, области применения www.themegallery.com Тушминцева С.И. План: I. Понятие электроники II. Классификация веществ.

Подробнее

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ГОУ ВПО РОССИЙСКО-АРМЯНСКИЙ (СЛАВЯНСКИЙ) УНИВЕРСИТЕТ Составлен в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по направлению 210700.62 и Положением

Подробнее

ОПД.04. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ Государственная профессиональная образовательная организация Тульской области «Тульский государственный машиностроительный колледж имени Никиты Демидова» ( ГПОО

Подробнее

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ГОУ ВПО РОССИЙСКО-АРМЯНСКИЙ (СЛАВЯНСКИЙ) УНИВЕРСИТЕТ Составлен в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по направлению 211000 и Положением «Об

Подробнее

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА. Материаловедение.

Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины

Подробнее

СОДЕРЖАНИЕ. Аннотация УМКД

СОДЕРЖАНИЕ 1. Нормативный блок Аннотация УМКД Стандарт дисциплины (выписка) Учебный план (выписка) Рабочая программа. Рабочая программа дисциплины 3. Рейтинг план дисциплины 4. Методические материалы для

Подробнее

ОП.03 «Материаловедения»

Министерство образования и науки Калужской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Калужской области «Колледж транспорта и сервиса» Комплект контрольно-оценочных средств

Подробнее

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Методические указания

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ «НОВОСИБИРСКИЙ ПРОМЫШЛЕННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Методические указания для студентов заочников

Подробнее

ГОАПОУ «Липецкий металлургический колледж»

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ ГОАПОУ «Липецкий металлургический колледж» Методические указания по организации и проведению самостоятельной работы студентов по учебной дисциплине Электротехнические

Подробнее

1.11.Диаграмма состояния 4-го рода.

Предисловие Введение Глава 1. Основы теории сплавов. 1.1.Строение вещества. 1.2.Кристаллическое строение металлов. 1.3.Основы строения сплавов. 1.4.Кристаллическое строение сплавов. 1.5.Принципы кристаллизации.

Подробнее

1.11.Диаграмма состояния 4-го рода.

Предисловие ЧАСТЬ 1 Металлические авиационные материалы Глава 1. Основы теории сплавов 1.1.Атомы и связи между ними. 1.2.Кристаллическое строение металлов. 1.3.Основы строения сплавов. 1.4.Кристаллическое

Подробнее

Автомеханик

1 Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта профессиям среднего профессионального образования 19061.01 Автомеханик Организация

Подробнее

Пояснительная записка

Пояснительная записка Программа профессионального аттестационного экзамена разработана для абитуриентов, поступающих в Колледж Луганского национального университета имени Владимира Даля на обучение по

Подробнее

Содержание. Введение... 11

Содержание Введение... 11 ЧАСТЬ 1. ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО ПО ОГРАНИЧЕНИЮ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВИНЦА... 14 Глава 1. Законодательство и его влияние на печатные платы... 14 1.1. Обзор законодательства... 14 1.2. Отходы

Подробнее

УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЕЙ

ÑÐÅÄÍÅÅ ÏÐÎÔÅÑÑÈÎÍÀËÜÍÎÅ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈÅ А. П. ПЕХАЛЬСКИЙ, И. А. ПЕХАЛЬСКИЙ УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЕЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ Рекомендовано Федеральным государственным учреждением «Федеральный институт развития

Подробнее

ОСНОВЫ ЭКОНОМИКИ И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА

НАЧАЛЬНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ОИФИЛИППОВА, ЛАВОЛКОВА, НВМАЛЕЦКАЯ ОСНОВЫ ЭКОНОМИКИ И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ Рекомендовано Федеральным государственным автономным учреждением «Федеральный

Подробнее

Начальное профессиональное образование

Начальное профессиональное образование И.С.Опарин Основы технической механики Рабочая тетрадь Рекомендовано Федеральным государственным учреждением «Федеральный институт развития образования» в качестве

Подробнее

ОБОРУДОВАНИЕ ТОРГОВЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

ÍÀ ÀËÜÍÎÅ ÏÐÎÔÅÑÑÈÎÍÀËÜÍÎÅ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈÅ Л.И.НИКИТЧЕНКО ОБОРУДОВАНИЕ ТОРГОВЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ Рекомендовано Федеральным государственным учреждением «Федеральный институт развития образования»

Подробнее

ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ

начальное ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВанИЕ В.В.ОВЧИННИКОВ ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ Рабочая тетрадь Рекомендовано Федеральным государственным учреждением «Федеральный институт развития образования»

Подробнее

Контрольные вопросы. Вариант 4

Контрольные вопросы Дидактические единицы 1. Кристаллография 2. Фазовые равновесия 3. Технология обработки (ТО, ХТО, ДТО, давлением, резанием, литьё) 4. Механические свойства 5. Электрические, магнитные

Подробнее

«Утверждаю» Декан ЭЭФ В.И. Денисенко 2015_г.

Министерство образования и науки Республики Казахстан Некоммерческое АО «Алматинский университет энергетики и связи» Электроэнергетический факультет Кафедра «Электрические станции, сети и системы» «Утверждаю»

Подробнее

Варианты для контрольного задания 1

Варианты для контрольного задания 1 Вариант 1 1. Дислокации и влияние их на свойства сплавов. 2. Диаграмма состояния Fe-C. Построить кривую охлаждения для сплава с 3%С. 3. Виды термической обработки алюминиевых

Подробнее

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Белорусский государственный университет УТВЕРЖДАЮ Декан физического факультета БГУ В.М. Анищик 26.06.2009 Регистрационный УД- 2054 /баз. МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ Учебная программа для специальности

Подробнее

ФИЗИКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Белорусский государственный университет УТВЕРЖДАЮ Декан физического факультета БГУ В.М. Анищик 26.06.2009 Регистрационный УД 2044 /баз. ФИЗИКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Учебная программа для специальности

Подробнее

МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ОПОП ВО

Владимир, 015 1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целями освоения дисциплины "Радиоматериалы и радиокомпоненты" являются: 1. Подготовка в области знания основных компонентов, используемых при создании радиоэлектронной

Подробнее

docplayer.ru

ЭлектроматериаловедениеБиблиотека Нон-фикшн читать электронные книги

ВВЕДЕНИЕ 3
РАЗДЕЛ 1. Основные характеристики электротехнических материалов 5
1.1. Краткие сведения о строении вещества 5
1.2. Строение твердых тел 9
1.3. Классификация материалов по электрическим и магнитным свойствам 11
1.3.1. Электрические свойства 11
1.3.2. Магнитные свойства 14
РАЗДЕЛ 2. Диэлектрики 16
2.1. Поляризация диэлектриков 16
2.1.1. Общие сведения 16
2.1.2. Виды поляризации 18
2.1.3. Диэлектрическая проницаемость газов 21
2.1.4. Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков 22
2.1.5. Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков 22
2.2. Электропроводность диэлектриков 23
2.2.1. Основные понятия 23
2.2.2. Электропроводность газов 26
2.2.3. Электропроводность жидкостей 28
2.2.4. Электропроводность твердых диэлектриков 29
2.3. Пробой диэлектриков 30
2.3.1. Основные определения 30
2.3.2. Пробой газов 32
2.3.3. Пробой жидких диэлектриков 39
2.3.4. Пробой твердых диэлектриков 41
2.4. Диэлектрические потери 43
2.4.1. Основные определения 43
2.4.2. Диэлектрические потери в газах 44
2.4.3. Диэлектрические потери в жидких диэлектриках 44
2.4.4. Диэлектрические потери в твердых диэлектриках 45
2.5. Физико-химические, тепловые и механические свойства диэлектриков 45
2.5.1. Влажностные свойства 45
2.5.2. Тепловые свойства диэлектриков 49
2.5.3. Механические свойства диэлектриков 51
2.6. Классификация диэлектриков 52
2.7. Газообразные диэлектрики 54
2.7.1. Воздух 54
2.7.2. Элегаз 55
2.7.3. Азот 55
2.7.4. Водород 56
2.7.5. Инертные газы 56
2.8. Жидкие диэлектрики 57
2.8.1. Общие сведения 57
2.8.2. Минеральные (нефтяные) масла 57
2.8.3. Синтетически жидкие диэлектрики 61
2.9. Твердые органические диэлектрики 63
2.9.1. Общие сведения 63
2.9.2. Неполярные полимеры 65
2.9.3. Полярные полимеры 69
2.9.4. Элементоорганические материалы 76
2.9.5. Пленочные диэлектрические материалы 79
2.9.6. Лаки, эмали, компаунды 81
2.9.7. Волокнистые материалы 89
2.9.8. Электроизоляционные пластические материалы (пластмассы) 92
2.9.9. Слоистые пластики 96
2.9.10. Электроизоляционные материалы на основе каучука (эластомеры) 99
2.10. Твердые неорганические диэлектрики 102
2.10.1. Материалы на основе слюды 102
2.10.2. Керамические материалы 106
2.10.3. Электроизоляционные материалы на основе стекла 111
2.10.4. Асбест и асбоцемент 118
РАЗДЕЛ 3. Проводниковые материалы и изделия 120
3.1. Основные свойства проводниковых материалов 120
3.2. Классификация проводниковых материалов 123
3.2.1. Проводниковые материалы с малым удельным электрическим сопротивлением 124
3.2.2. Проводниковые материалы с большим удельным электрическим сопротивлением 128
3.3. Металлокерамические материалы и изделия 130
3.4. Электроугольные материалы и изделия 131
3.5. Проводниковые изделия 133
РАЗДЕЛ 4. Полупроводниковые материалы 138
4.1. Основные свойства полупроводниковых материалов 138
4.2. Собственная и примесная проводимости полупроводников 139
4.3. Понятие о p-n-переходе и его свойствах 144
4.4. Вольт-амперная характеристика p-n-перехода 145
4.5. Основные полупроводниковые материалы 147
4.6. Полупроводниковые химические соединения 150
РАЗДЕЛ 5. Магнитные материалы 153
5.1. Магнитное поле и основные характеризующие его величины 153
5.2. Намагничивание 157
5.3. Основные свойства и характеристики магнитных материалов 161
5.4. Классификация магнитных материалов 165
5.4.1. Магнитомягкие материалы 168
5.4.2. Магнитотвердые материалы 168
5.5. Ферриты 170
РАЗДЕЛ 6. Сверхпроводники и криопроводники 174
6.1. Сверхпроводники 174
6.2. Криопроводники 176
РАЗДЕЛ 7. Вспомогательные материалы 179
7.1. Припои 179
7.2. Флюсы 180
РАЗДЕЛ 8. Конструкционные материалы 182
8.1. Общие сведения о металлах и сплавах 182
8.2. Структура сплавов. Диаграммы состояния 184
8.3. Свойства металлов и сплавов 187
8.4. Классификация сплавов 190
8.5. Углеродистые и легированные стали. Классификация, марки и область применения 196
8.6. Свойства и область применения цветных сплавов 200
8.7. Сущность, назначение и виды термической и химико-термической обработки конструкционных материалов 204
ЛИТЕРАТУРА 207

lib.biblioclub.ru

Журавлёва распознатая - Учебник Рекомендован

Л. В. ЖУРАВЛЕВА

ЭЛЕКТРОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Москва ПрофОбрИздат 2001Учебник

Рекомендован

Экспертным советом по начальному профессиональному образованию Минобразования России для учреждений начального профессионального образования

Допущено

Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальностям технического профиля

УДК 621.3 ББК 32.843 Ж 91

Рецензент - канд. пед. наук, зам. директора no \ MP Профессионального лицея № 329 Г В Ярочкнн /

Журавлева JI.B.

Ж 91 Электроматериаловедение: Учеб. для нач. проф образования: Учеб. пособие для сред. проф. образования М ПрофОбрИздат, 2001.-312 с.

ISBN 5-94231-070-Х

В учебнике рассмотрены основные свойства различных > л шов электро- радиоматериалов, используемых в производстве радиоэлектронной аппаратуры: проводников, полупроводников, диэлектриков, магнитных материалов Изложены основы физических явлений, происходящих в них, требования, предъявляемые к этим материалам, и области их применения.

Для учащихся профессионально-технических учебных заведений радиотехни­ческих специальностей.

УДК 621.3 ББК 32.843

Учебное издание Журавлева Людмила Васильевна Электроматериаловедение Учебник

Редактор М. В. Пономаренко Компьютерная верстка: Ю.А.Кособокое Корректор Е. В. Рослякова

Подписано в печать 22.05.2001. Формат 60x90/16. Бумага тип. № 2. Гарнитура «Тайме».

Печать офсетная. Усл. печ. л. 19,5. Тираж 50000 экз. (1-й завод 1 -10000 экз.).

Заказ №481.

Лицензия ИД № 02025 от 13.06.2000. Издательский центр «Академия».

105043, Москва, ул. 8-я Парковая, 25. Тел /факс: (095)165-4666, 30-1092, 305-2387.

Лицензия ИД № 02038 от 13.06.2000. Издательство «ПрофОбрИздат».

125319, Москва, ул. Черняховского, д. 9, стр. 1.

Отпечатано на Саратовском полиграфическом комбинате.

ISBN 5-94231-070-Х410004, г. Саратов, ул. Чернышевского, 59.

© Журавлева Л.В., 2001 © ПрофОбрИздат, 2001ПРЕДИСЛОВИЕ

Радиоэлектроника относится к одной из наиболее быстро раз­вивающихся областей техники, требующих большого разнообра­зия новых электрорадиоматериалов. Применение этих материалов позволяет получать изделия с высокой надежностью, быстродей­ствием, устойчивостью к воздействиям окружающей среды, агрес­сивных сред, ударам, ионизирующих излучений, магнитных полей.

Использование высоких технологий при производстве элемент­ной базы радиоэлектронных устройств и средств вычислительной техники становится возможным благодаря не только созданию спе­циальных производственных условий и разработке специализиро­ванного оборудования и оснастки, но и внедрению новых основ­ных и вспомогательных материалов.

Особенностью производства радиоэлектронной аппаратуры яв­ляется выпуск большой номенклатуры приборов, интегральных схем и радиоэлементов различного назначения в больших количествах и высокого качества, так как они служат элементной базой для мно­гих изделий во всех областях техники.

Несмотря на то, что многие технологические процессы изготов­ления приборов и радиоэлектронных устройств автоматизирова­ны, механизированы или выполняются с использованием группо­вых методов обработки, сборочно-монтажные операции продол­жают оставаться наиболее трудоемкими и выполняются с примене­нием ручного труда. Это объясняется наличием большого числа соединений и сложностью выполнения сборочно-монтажных работ вследствие малых размеров контактных соединений и высокой плот­ности упаковки.

Монтажник должен обладать не только соответствующей тех­нической подготовкой, но и знаниями свойств используемых элек­трорадиоматериалов, без чего невозможно понять практические вопросы современного производства.

Под электрорадиоматериалами понимают применяемые в радио­электронике материалы, у которых первостепенное значение имеют их свойства и характеристики в электрических и магнитных полях.

По поведению в электрическом поле эти материалы подразде­ляют на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические, по поведению в магнитном поле - на магнитные и немагнитные. Эти свойства материалов используют для изготовления изделий с определенным функциональным назначением и в качестве вспомо­гательных.Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА

Электрорадиоматериалы обладают большим разнообразием свойств, благодаря которым их применяют в изделиях радиоэлект­ронной аппаратуры. От этих свойств зависят такие процессы в эле­ментах радиоприборов, как передача, генерация, выпрямление или модуляция электрического тока, преобразование электрических сигналов в звуковые или световые и т.д. Эти свойства позволяют изготавливать такие разные по функциональному назначению, кон­структивному исполнению и размерам изделия, как провода, вол­новоды, трансформаторы, магниты, электронные лампы, лазеры и мазеры, приемники света, полупроводниковые интегральные схе­мы и т.д. Для правильного выбора и эффективного использования этих материалов необходимо знание не только проявления их свойств, но и причин их разнообразия, которые связаны со строе­нием вещества.

1.1. ВИДЫ связи

Все вещества состоят из атомов. Атом представляет собой сис­тему, состоящую из положительно заряженного ядра, вокруг кото­рого вращаются отрицательно заряженные электроны. Электроны притягиваются к ядру и отталкиваются друг от друга. Расположен­ные ближе к ядру электроны подвержены большему притяжению, они ослабляют притяжение внешних электронов, которые находят­ся на большем расстоянии от ядра. Внешние электроны могут от­рываться от одного атома и присоединяться к другому атому, из­меняя число его внешних электронов. Такие электроны называют­ся валентными. У разных веществ атомы содержат разное число ва­лентных электронов. Атом, потерявший один или несколько элект­ронов, становится положительно заряженным. Атом, который при­соединил к себе свободные электроны, становится отрицательно за­ряженным. Образовавшиеся таким образом положительные и от­рицательные частицы называются ионами.

Из атомов строятся молекулы. Связи, благодаря которым про­исходит объединение атомов в молекулы, называются химически-

а б

Рис. 1.1. Ковалентная (атомная) связь в молекуле водорода: а - изолированные атомы; б - молекула с ковалентной связью

ми. Способность атомов вступать в соединения с атомами других веществ и образовывать молекулы определяет химические свойства вещества. Молекула является наименьшей частицей вещества, ко­торая сохраняет его химические свойства. Химические связи между атомами вещества делят на ковалентные (атомные), ионные, метал­лические и молекулярные.

Ковалентные связи возникают между атомами за счет образова­ния устойчивых пар валентных электронов разных атомов (рис. 1.1).

Эти пары являются общими для атомов, которые входят в моле­кулу. Если двухатомная молекула состоит из атомов одного элемен­та (Н2, С12, N2), то электронная пара в одинаковой степени принадле­жит обоим атомам. В таком случае молекулу и ковалентную связь называют неполярными и (или) нейтральными. В неполярных молеку­лах центры положительных и отрицательных зарядов совпадают.

Если двухатомная молекула состоит из атомов различных эле­ментов, то электронная пара может быть смещена к одному из ато­мов. В этом случае ковалентную связь называют полярной, а моле­кулы с полярной связью, у которых центры положительных заря­дов не совпадают, - полярными или диполъными. Дипольная молеку­ла характеризуется электрическим диполъным моментом

li=gl, (1)

гдеg - абсолютное значение заряда, Кл; I - расстояние между центрами поло­жительного и отрицательного зарядов, м.

Если у многоатомных молекул заряды расположены симметрич­но, то они неполярны, при несимметричном расположении атомов молекулы полярны (рис. 1.2).

В отличие от ионной атомная связь имеет направленный харак­тер. Эта связь образуется в направлении наибольшей плотности объединенных электронов. Поэтому вещества с ковалентными свя­зями обычно характеризуются твердостью, хрупкостью, тугоплав­костью и химической инертностью. К ним относятся кристаллы гер­мания, кремния, алмаза, соединения элементов из средних группн н

I I

■■•—с—с

I I

н н

н н

I I

■ с —с

I I

-ф-

-е-н н

н н н н
1 1 1 1
—с- 1 -с—с 1 1 —с- 1
н С1 н C1
а б

Рис. 1.2. Схемы неполярной молекулы полиэтилена (|д. = 0) (а) и полярной молекулы поливинилхлорида (б):

q - абсолютное значение заряда; I - расстояние между центрами положительного и отрицательного зарядов

таблицы Д.И.Менделеева - SiC, BN. Атомные связи характерны для таких газов, как Н2, 02, N2. Молекулы некоторых органических соединений: полиэтилена (С2Н4)л, политетрафторэтилена (C2F4)« - имеют ковалентную связь, при этом между отдельными молекула­ми в этих материалах образуются молекулярные связи.

Разновидностью ковалентной связи является донорно-акцептор- ная связь, которая возникает между атомом, способным отдать элек­трон (донор), и атомом, способным принять этот электрон (акцеп­тор). Примером таких материалов являются соединения мышьяка - арсениды галлия GaAs и индия InAs.

Ионные связи обусловлены силами электростатического притя­жения между положительными и отрицательными ионами.

Молекулы вещества с полярной связью полярны. Соединения с ионной связью обладают разными свойствами, которые характер­ны для типичных металлов и неметаллов. Такие связи наиболее ха­рактерны для неорганических диэлектриков, которые имеют в сво­ем составе ионы противоположных знаков (большинство солей и некоторые оксиды, например, ZnO, CdO, NiO, Cu02).

Ионные связи менее прочны, чем ковалентные, поэтому соеди­нения, образованные ионной связью, уступают веществам с кова­лентной связью по механической прочности и химической стой­кости.

Металлические связи образуются в металлах и обусловлены осо­бенностями поведения внешних (валентных) электронов. Атомы металлов обладают способностью отдавать внешние (валентные) электроны, превращаясь в положительный ион, или присоединять их вновь, превращаясь снова в нейтральный атом. Внешние элект­роны, которые покидают атомы, становясь свободными, называ­ются коллективизированными. В результате металл представляет собой систему, состоящую из положительных ионов, которые на­ходятся в среде коллективизированных электронов. В этой системе

одновременно имеют место притяжение между ионами и свобод­ными электронами и ковалентная связь между нейтральными мо­лекулами. Наличие этих связей определяет монолитность и проч­ность металлов. Благодаря наличию свободных электронов метал­лы обладают высокой электро- и теплопроводностью. Металличес­кая связь в отличие от ковалентной не имеет направленного харак­тера, что придает металлам высокую пластичность. Большинство металлов имеют высокие температуры плавления и кипения.

Молекулярные связи образуются между отдельными молекула­ми в результате электростатического притяжения между зарядами противоположных знаков, которые имеются в молекулах. Такое электростатическое притяжение называют силами Ван-дер-Ваальса. С помощью таких сил образуются молекулы в твердом водороде Н2, азоте N2, углекислом газе С02 и других органических соедине­ниях - полиэтилене, фторопласте и др.

Особым видом молекулярной связи является водородная связь, которая образуется через ион водорода (протон), расположенный между двумя ионами соседних молекул. Водородной связью соеди­няются молекулы воды и некоторых органических соединений.

Рис. 1.3. Основные типы кристаллических решеток металлов:

а - кубическая объемно центрированная; б - кубическая гранецентрированная; в - гексагональнаяб

аВ твердых веществах атомы и молекулы располагаются в стро­гом порядке и хаотично. Вещества с закономерным упорядоченным расположением атомов или молекул в пространстве называют кри­сталлическими, а вещества с беспорядочным расположением ато­мов или молекул - аморфными.

1.2. КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

К кристаллическим веществам относятся все металлы и метал­лические сплавы.

Кристалл состоит из множества сопряженных друг с другом эле­ментарных кристаллических ячеек. В элементарной кристалличес­кой ячейке содержится наименьшее число атомов.

Для описания структуры кристаллических тел пользуются поня­

тием пространственной кристаллической ре­шетки, которая представляет собой простран­ственную сетку, в узлах которой располагают­ся частицы, образующие твердое тело (рис. 1.3).

В узлах ковалентных (атомных) решеток находятся нейтральные атомы, которые связа­ны друг с другом ковалентной связью.

В узлах ионных решеток располагаются че­редуясь положительные и отрицательные ионы, которые связаны друг с другом ионной связью.

В узлах металлических решеток расположены положительные ионы, в промежутках между которыми находятся свободные элект­роны. Они образуют решетку с помощью металлических связей.

В узлах молекулярных решеток находятся молекулы. Такие ре­шетки образуются за счет ковалентной и ионной связей.

Каждое вещество обычно образует кристаллы определенной формы. Порядок взаимного расположения атомов в кристалле мо­жет быть различным.

Простейшим типом элементарной кристаллической ячейки явля­ется простая кубическая решетка. Размеры кристаллической решет­ки характеризуются ее параметрами. Под параметром решетки по­нимают расстояние между ближайшими параллельными атомными плоскостями, образующими элементарную ячейку. Эти расстояния очень малы и их измеряют в нанометрах или ангстремах (1А = 10 10 м). Параметр кубической решетки (рис. 1.4) обозначается буквой а и находится в пределах 0,28...0,6 нм. Параметр решетки хрома равен 2,9 А , алюминия - 4,04 А. Следовательно, в кристаллическом веще­стве на 1 мм размещаются десятки миллионов атомов.

Стремление атомов металлов к сближению и уплотнению при­водит к образованию более сложных типов решеток. Наиболее рас­пространенными типами кристаллических решеток являются:

кубическая объемно центрированная (см. рис. 1.3, а), ее имеют а-железо, хром, вольфрам, ванадий;

кубическая гранецентрированная (см. рис. 1.3, б), ее имеют у-же- лезо, медь, алюминий;

гексагональная (см. рис. 1.3, в), ее имеют бериллий, кадмий, маг­ний и другие металлы.

Наиболее плотно и компактно размещены атомы гексагональ­ной и кубической гранецентрированной решеток.

Упорядоченное расположение атомов в кристаллах приводит к различному расположению и плотности атомов в разных направ­лениях. Этим обусловлено различие свойств металлов в разных на­правлениях.

Рис. 1.4. Элементар­ная ячейка кубиче­ской решеткиИзменение свойств кристаллов (металлов) в зависимости от на­правления называют анизотропией. Степень анизотропности

Рис. 1.5. Кристаллографические плоскости в кубических кристаллах

свойств металлов может быть значительной. Например, предел прочности на растяжение у меди изменяется от 120 до 360 МПа, а относительное удлинение при растяжении {Ml 1= 10) - до 55%.

Однако промышленные сплавы обычно состоят из большого числа кристаллов, кристаллические решетки которых по-разному ориентированы в пространстве, поэтому свойства сплавов не зави­сят от направления.

Учитывая анизотропию свойств кристаллов в разных направле­ниях, применяют количественную индексацию плоскостей и направ­лений в кристаллических решетках (индексы Миллера). Кристал­лографические плоскости и их индексация представлены на рис. 1.5.

Плоскость I (рис. 1.5, а) отсекает от оси X отрезок, равный длине п ребра куба, и проходит параллельно осям Ги Z, т. е. пересекается с ними в бесконечности. Индексами выбирают отношения длины этого отрезка к длине ребра куба. Индексы записывают в круглых скобках.

Индексы плоскости / определяются следующим образом: по оси Xnln = 1, по оси Yn/oо = 0, по осиZ nl°° = 0. Следовательно, плос­кость/имеет индексы (100).

Плоскость II отсекает по осям Хи У отрезки, равные п, и пересе­кается в бесконечности с осью Z (рис. 1.5, б). Индексы этой плоско­сти следующие: по оси Xп!п = 1, по осиYnln - 1, поocaZnl°° = 0. Следовательно, плоскость II имеет индексы (110).

Плоскость III (рис. 1.5, в) имеет индексы (111).

Все кристаллические вещества при нагревании сохраняют твер­дое состояние до определенной температуры. Атомы, находящиеся в узлах кристаллической решетки, совершают непрерывные коле­бательные движения. Чем выше температура вещества, тем больше амплитуда этих колебаний. При достижении определенной темпе­ратуры амплитуда колебаний атомов настолько увеличивается, что происходит разрушение кристаллической решетки. Атомы перехо­дят в хаотическое состояние, а вещество превращается из твердого в жидкое. Температура, при которой происходит фазовое превра­щение твердого вещества в жидкое, называется температурой плав­ления Т .

Обратный переход кристаллических ве­ществ из жидкого состояния в твердое на­зывается кристаллизацией. Температура, при которой происходит фазовое превраще­ние жидких веществ в кристаллические, на­зывается температурой кристаллизации Т .

Строение металлов, когда атомы обра­зуют геометрически правильную кристалли­ческую структуру, может быть только в иде­альном случае. В реальных условиях крис­таллы имеют большое число дефектов, на­личие которых оказывает существенное вли­яние на свойства металлов и сплавов.

Основными дефектами кристаллических решеток являются точечные, линейные, по­верхностные и объемные (трехмерные) не­совершенства.

Точечные несовершенства появляются в результате образования вакансий (атомных дырок) или внедрения атомов в междуузлие (рис. 1.6).

Атомы металлов находятся в колебательном движении относи­тельно положения равновесия. При нагревании амплитуда колеба­ний атомов возрастает. Большинство атомов в данной кристалли­ческой решетке обладает одинаковой средней энергией, поэтому амплитуда их колебаний при данной температуре одинакова, но отдельные атомы имеют энергию, значительно превышающую сред­нюю, и амплитуда колебаний их также больше среднего значения. Такие атомы могут перемещаться из одного места в другое и выхо­дить из узла в междуузлие. Атомы, вышедшие из узла решетки, на­зываются дислоцированными, а места, где находились атомы, оста­ются в решетке незаполненными и называются вакансиями.

Причинами точечных несовершенств являются условия кри­сталлизации, наличие примесей в металлах и сплавах, неравно­мерное распределение энергии между атомами кристаллической решетки.

Точечные дефекты влияют на диффузионные процессы. Напри­мер, при изготовлении полупроводниковых интегральных схем на­гревание до температуры плавления приводит к увеличению вакан­сий на 2%.

изображение точечных

несовершенств:

1 - вакансия; 2 - дисло­цированный атом; 3 - примесный атомЛинейные несовершенства представляют собой изменения струк­туры, протяженность которых в одном измерении гораздо больше, чем в двух других. Такие несовершенства называют дислокациями. Появление дислокаций вызвано воздействиями на металл напря­жений разного происхождения. При воздействии сосредоточенной нагрузки на некоторый участок происходит перераспределение на­пряжений в образце. Этот процесс сопровождается медленным сдви-

Рис. 1.8. Поверхностные несовершенста (мозаичная структура кристалла)

гом атомов. Граница между сдвинутыми участками и сохранившей­ся без изменения областью является дислокацией (рис. 1.7).

Дислокации бывают краевыми, винтовыми и смешанными.

Поверхностные несовершенства характеризуются значительны­ми изменениями в двух измерениях. Примером поверхностного не­совершенства является граница между кристаллами в реальных сплавах.

Кристалл состоит из блоков, которые по-разному ориентируются в пределах этого кристалла, образуя мозаичную структуру. На гра­ницах повернутых друг относительно друга блоков возникают на­пряжения, приводящие к искажению кристаллической решетки (рис. 1.8).

Объемные несовершенства кристалла имеют существенные раз­меры во всех трех измерениях. К объемным дефектам относятся пустоты, включения отдельных кристаллических зерен или кристал­лической модификации.

По структуре кристаллические материалы бывают монокристал­лическими и поликристаллическими.

Монокристаллические материалы - это однородные анизотроп­ные тела, у которых атомы расположены по всему объему в пра­вильном порядке. При этом сами атомы состоят из периодически повторяющихся одинаковых кристаллических ячеек.

Поликристаллические материалы состоят из большого числа срос­шихся между собой мелких кристаллических зерен (кристаллитов), которые хаотически ориентированы в разных направлениях. За счет усреднения свойств отдельных кристаллов свойства тела в целом не зависят от направления, и поликристаллические материалы обыч­но изотропны. Однако с помощью специальной обработки (холод­ная прокатка с последующим отжигом, намагничивание, поляри­зация и т.д.) материал становится анизотропным. Материалы с ис­кусственно созданной анизотропией называют текстурами.

Рис. 1.7. Линейные дислокацииК поликристаллическим материалам относятся металлы и мно­гие керамические материалы.

1.3. АМОРФНЫЕ И АМОРФНО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ

ВЕЩЕСТВА

Аморфные вещества. В аморфных веществах атомы и молекулы расположены беспорядочно. В отличие от кристаллических амор­фные вещества не имеют строго определенной температуры пере­хода из твердого состояния в жидкое. Этот переход осуществляется в некотором диапазоне температур. При понижении температуры у аморфных материалов, находящихся в жидком состоянии, проис­ходит быстрое повышение вязкости, которое затрудняет перемеще­ние молекул, необходимое для формирования и роста кристаллов.

Свойства аморфных тел не зависят от выбранного направления, так как аморфные тела изотропны. Например, при охлаждении рас­плавленного кристалла кварца образуется так называемый плав­ленный кварц, свойства которого одинаковы по всем направлени­ям и при этом не отличаются от свойств кристаллического кварца.

Аморфные вещества делятся на две группы:

простые аморфные, к которым относятся низкомолекулярные жидкости, неорганические стекла, плавленный кварц и др.;

высокополимерные соединения, к которым относятся каучуки, резины, органические стекла, смолы.

Аморфно-кристаллические вещества. Некоторые вещества могут находиться в кристаллическом и аморфном состояниях. Аморфное состояние вещества менее устойчиво, чем кристаллическое, поэто­му возможен самопроизвольный переход вещества из аморфного состояния в кристаллическое. Примером такого превращения слу­жит расстекловывание, в процессе которого происходит самопро­извольная кристаллизация стекла при повышенных температурах или давлении. В связи с образованием мелких кристалов стекло меняет свои оптические свойства и превращается в аморфно-крис­таллический материал, называемый ситаллом.

Аморфно-кристаллическое состояние свойственно оксиду крем­ния, который встречается в природе в виде кристаллов кварца, а также в аморфном состоянии в виде минерала опал. В определен­ном интервале температур в термодинамически устойчивом состо­янии, которое характерно для аморфно-кристаллических веществ, находятся жидкие кристаллы.

Контрольные вопросы

  1. Из чего состоят вещества?
  2. Какие виды химических связей между атомами вы знаете?
  3. Что представляет собой пространственная кристаллическая решетка?
  4. Чем отличаются кристаллические вещества от аморфных?
  5. В чем отличие температуры плавления Т от температуры кристаллиза- цииTJ

lablek.ru