Werkstofftechnik: Klausur 1

Дефекты кристаллов

Дефектами кристалла называют всякое устойчивое нарушение идеальной периодичности кристаллической решётки: нарушение стехиометрического состава, наличие посторонних примесей, механически напряженные участки структуры, дополнительные кристаллографические плоскости (дислокации, трещины, поры) и т. д. Хотя бы один размер дефекта должен быть соизмерим с межатомным расстоянием. Дефекты делят на статические и динамические (колебания атомов в узлах кристаллической решетки). Точечные дефекты—вакансии, примесные атомы внедрения и замещения и межузельные атомы. Точечные дефекты есть в кристаллах всегда. Кристалл, в котором есть только точечные дефекты, считается совершенным.

Важнейшие свойства проводника

- удельная электрическая проводимость и удельное электрическое сопротивление (обратная ей величина) - температурный коэффициент удельного сопротивления

Типы кристаллических решеток

1) кубическая (1 атом) 2) объемно-центрированная кубическая (2 атома) 3) гранецентрированная кубическая (4 атома) 4) гексагональная плотноупакованная (6 атомов)

металлическая связь

Als metallische Bindung oder Metallbindung bezeichnet man die chemische Bindung, wie sie bei Metallen und in Legierungen vorliegt. Diese ist durch das Auftreten von frei beweglichen (delokalisierten) Elektronen im Metallgitter gekennzeichnet, die unter anderem für die makroskopischen Eigenschaften elektrische Leitfähigkeit, metallischer Glanz, Duktilität (Schmiedbarkeit, Verformbarkeit) verantwortlich sind. Sie wird durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen Metallionen und freien Elektronen verursacht.

Анизотропия

Anisotropie (von altgriechisch ἀν- an- „un-" [Alpha privativum], ἴσος isos „gleich" und τρόπος tropos „Drehung, Richtung") ist die Richtungsabhängigkeit einer Eigenschaft oder eines Vorgangs.

ионная связь

Die ionische Bindung (auch Ionenbindung, heteropolare Bindung oder elektrovalente Bindung) ist eine chemische Bindung, die auf der elektrostatischen Anziehung positiv und negativ geladener Ionen basiert. Die Ionenbindung ist typisch für Verbindungen aus elektropositiven Metallen (z.B. Na) und elektronegativen Nichtmetallen (z.B. Cl). Eigenschaften: 1) Hoher Schmelz- und Siedepunkt, da in Kristallen durch die ungerichteten Bindungskräfte ein relativ stabiler Verbund über den gesamten Kristall entsteht. 2) Stromleitend in der Schmelze oder in Lösung. Den Ladungstransport übernehmen die Ionen. 3) Hart und spröde: Bei dem Versuch, einen Kristall plastisch zu verformen, zerspringt dieser im Normalfall, da im Kristall die gleich geladenen Ionen zueinander geschoben werden und die Bindung dadurch aufgelöst wird. 4) Kristalle sind farblos 5) Salze dissoziieren in wässeriger Lösung in ihre entsprechenden Ionen;

Сплав

Eine Legierung (von lateinisch ligare ‚binden, vereinen') ist in der Metallurgie ein makroskopisch homogener metallischer Werkstoff aus mindestens zwei Elementen (Komponenten), von denen mindestens eins ein Metall ist und die gemeinsam das metalltypische Merkmal der Metallbindung aufweisen.

Изотропия

Isotropie (von altgriechisch ἴσος isos „gleich" und τρόπος tropos „Drehung, Richtung") ist die Unabhängigkeit einer Eigenschaft von der Richtung.

Аморфные материалы

Амо́рфные вещества́ (тела́) (от др.-греч. ἀ «не-» + μορφή «вид, форма») — конденсированное состояние веществ, атомная структура которых имеет ближний порядок и не имеет дальнего порядка, характерного для кристаллических структур. В отличие от кристаллов, стабильно-аморфные вещества не затвердевают с образованием кристаллических граней, и, (если не были под сильным анизотропным воздействием — деформацией или электрическим полем, например) обладают изотропией свойств, то есть не обнаруживают различия свойств в разных направлениях. К аморфным телам относятся стекла и многие неметаллические материалы

Природа электропроводнисти

Движение свободных электронов под действием электрического поля.

Что такое диэлектрики, полупроводники и проводники?

Диэлектриками являются такие материалы, у которых запрещенная зона > 3 эВ, так что электронной электропроводности в обычных случаях не наблюдается. Полупроводниками будут вещества с более узкой запрещенной зоной (< 3 эВ), которая может быть преодолена за счет внешних энергетических воздействий. Проводники - это материалы, у которых заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне свободных энергетических уровней или даже перекрывается ею. Вследствие этого электроны в металле свободны, т. е. могут переходить с уровней заполненной коны на незанятые уровни свободной зоны под влиянием слабой напряженности приложенного к проводнику электрического поля.

Как устранить изменение свойств и структуры материала, возникшие в результате холодной пластической деформации?

Изменения свойств и структуры, возникающие в результате холодной пластической деформации можно устранить нагревом. Если нагреть металл выше 0,4 Тпл, то начинается рекристаллизация. На месте вытянутых зерен с большой плотностью дефектов растут новые зерна с малой плотностью дефектов

Механические свойства материалов

К механическим принадлежат такие важнейшие свойства материалов, как прочность, пластичность, твердость. Твердость — способность металла сопротивляться проникновению в него более твердого тела. Прочность — способность металла сопротивляться разрушению под действием внешних сил. Упругость — способность металла восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия действующей нагрузки. Пластичность — способность металла, не разрушаясь, изменять свою форму под действием нагрузки и сохранять полученную форму после снятия нагрузки.

ковалентная связь

Ковалентной связью называется связывание атомов с помощью общих (поделенных между ними) электронных пар. Kovalente Bindung (ältere Begriffe: Atombindung, Elektronenpaarbindung oder homöopolare Bindung) bildet sich besonders zwischen den Atomen von Nichtmetallen aus.

На какие группы делятся проводниковые материалы?

Металлы высокой проводимости (провода, кабели, обмотки электрических машин и трансформаторов) и сплавы высокого сопротивления (резисторы, нити ламп накаливания, термопары)

Монокристаллические материалы

Монокристалл — отдельный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку (в противоположность поликристаллу — телу из сросшихся кристаллов). Для монокристаллов характерна анизотропия физических свойств. Примеры монокристаллов: кварц, алмаз, специально выращенные полупроводники. Если материал выращен из одного центра, то его плоскости имеют примерно одинаковую ориентировку во всем объеме, т. е. весь объем такого материала представляет собой один кристалл и называется монокристаллом. Такие монокристаллы можно вырастить, если иметь уже кусок (затравку) монокристалла и вести кристаллизацию при очень медленном отводе теплоты. Большое число полупроводников применяют в технике в виде мокристаллов.

Принцип Паули

На каждом уровне может находиться не более двух электронов, в одном состоянии только один.

Поликристаллические материалы

Поликристалл — агрегат кристаллов какого-либо вещества (в противоположность монокристаллу — отдельному кристаллу). Составляющие поликристалл кристаллы из-за неправильной формы называют кристаллическими зёрнами или кристаллитами. Поликристаллами являются многие естественные и искусственные материалы (минералы, металлы, сплавы, керамики и др.). Они состоят из большого количества кристаллов, которые при охлаждении металла из расплава росли из разных точек и ориентированы произвольно друг относительно друга. Размер их обычно составляет доли миллиметра, форма неправильная, их называют зернами или кристаллитами. Границы между зернами представляют собой области в кристалле, где атомы (ионы) имеют неправильное расположение.

Что происходит в результате холодной пластической деформации?

При холодной пластической деформации (прокатка, протяжка) изменяется не только форма изделия, но и структура. В результате растет плотность дефектов кристаллической структуры: дислокаций, вакансий, зерна металла 8 приобретают вытянутую форму. Как следствие изменения структуры изменяются и физико-механические свойства: растут твердость и упругость, падает пластичность. Металл становится анизотропным, т.е. возникает разница в свойствах в разных направлениях.

Технологические свойства материала

Свойства, характеризующие поведение материала при обработке, называются технологическими. В зависимости от методов обработки (механическая, термическая, химическая и т.п.) большое значение могут приобретать такие свойства, как твердость, пластичность, растворимость, паяемость, адгезионная способность и др. В случае, если комплекс этих свойств благоприятен для обработки материала, говорят, что материал технологичен.

Суть зонной теории?

Согласно данной теории, в изолированном атоме энергия электронов может меняться лишь скачками, характеризуясь набором дискретных состояний (уровней). Таким образом, из отдельных энергетических уровней уединенных атомов в твердом теле образуется целая полоса — зона энергетических уровней. Зоны энергетических уровней или, так называемые, разрешенные зоны могут перекрываться между собой, как это наблюдается в металлах. В диэлектриках и полупроводниках разрешенные зоны разделены запрещенными интервалами энергий (запрещенными зонами).

Какой параметр определяет способность материала проводить ток?

Удельная электрическая проводимость.

Функциональные свойства материала

Функциональными называют свойства, определяющие пригодность материала для создания изделий высокого качества. Это могут быть электрические, механические, теплофизические, оптические, магнитные, химические свойства.

Энергетические диаграммы материалов

Энергетические диаграммы диэлектриков, полупроводников и проводников различны. Для диэлектриков и полупроводников характерно наличие запрещенной зоны, вследствие чего перевод электронов из валентной зоны в зону проводимости возможен лишь за счет внешних воздействий. Если ширина запрещенной зоны невелика, то для перехода электронов в зону проводимости требуется сравнительно небольшое внешнее воздействие, например, за счет усиления теплового движения атомов при повышенных температурах. Такой материал относится к полупроводникам. Для проводников валентная зона вплотную прилегает к зоне проводимости. Ввиду этого в объеме металла образуется так называемый электронный газ, наличие которого обусловлено переходом от каждого атома металла в свободное состояние одного - двух электронов. Поэтому в металлах наблюдается высокая концентрация свободных электронов, что объясняет их высокую проводимость.