Retning "Materialvitenskap og materialteknologi. Materialvitenskap og materialteknologi Spesialitet: materialvitenskap og materialteknologi prospekter
![Retning](https://i0.wp.com/ok-t.ru/img/baza5/LR-MATERIALOVEDENIE-1382960527.files/image037.jpg)
Utdanningsdepartementet i Republikken Hviterussland
HVITERUSSISK NASJONAL
TEKNISK UNIVERSITET
Institutt for informasjon og måleutstyr og teknologier
LABORATORIEVERK
(CASE STUDY)
Ved disiplin
"Materialvitenskap og teknologi for materialer"
Del 1
Minsk 2003 Introduksjon
I prosessen med å studere kurset "Materialvitenskap og -teknologi", sammen med forelesninger og praktiske øvelser, spiller praktisk laboratoriearbeid en viktig rolle. Uten å mestre ferdighetene til å bruke analysen av materialers oppførsel under forskjellige forhold, er målrettet syntese av nye materialer og deres rimelige bruk i praksis umulig.
Å fullføre laboratoriearbeid vil tillate deg å konsolidere de teoretiske prinsippene for hovedgrenene av materialvitenskap, bli kjent med moderne metoder for vitenskapelig forskning og analysere de oppnådde eksperimentelle resultatene. Som et resultat kan du utføre en liten, fullstendig fullført vitenskapelig studie.
Læreboken (del 1) inneholder laboratoriearbeid som reflekterer studiet av de grunnleggende fysiske og kjemiske egenskapene til konstruksjonsmaterialer og deres struktur.
Et spesielt trekk ved det presenterte materialet er tilstedeværelsen av en ganske omfattende teoretisk del, som lar studentene uavhengig forberede seg til klasser. Håndboken gir en liste over tilleggslitteratur, som vil lette en mer detaljert studie av arbeidene.
Hensikten med håndboken er å gjøre deg kjent med ulike metalliske og ikke-metalliske strukturelle materialer som brukes i instrumentfremstilling, og at studentene skal tilegne seg klare ideer om den mangfoldige naturen til fysiske og kjemiske fenomener som forekommer i materialer under ulike forhold under syntese og drift. .
Etter gjennomført laboratoriearbeid utarbeides en rapport som inkluderer:
1) tittelblad;
2) grunnleggende teoretiske prinsipper;
3) rekkefølgen på å utføre arbeidet med presentasjon av resultater i form av tabeller og grafiske avhengigheter;
4) analyse av oppnådde resultater og konklusjoner. Når du utfører laboratoriearbeid, er det nødvendig å følge sikkerhetskravene strengt.
Laboratorium jobb #1
STUDIE AV STRUKTUREN TIL METALLER OG DERES LEGERINGER
Målet med arbeidet: studere jern-karbon tilstandsdiagrammet, bli kjent med mikrostrukturen til jern-karbon legeringer (stål og støpejern), pulver komposittmaterialer.
Teoretisk del
Når konsentrasjonen av komponenter i legeringer endres, samt under avkjøling eller oppvarming (under konstant ytre trykk), skjer det betydelige fase- og strukturendringer i disse legeringene, som tydelig kan spores vha. diagrammer tilstander, som er en grafisk representasjon av legeringenes tilstand. Diagrammer er konstruert for likevektstilstanden til legeringer. Likevekt stat- en stabil tilstand som ikke endres over tid og er preget av et minimum av fri energi i systemet.
Fasediagrammer er vanligvis konstruert eksperimentelt. For å konstruere dem brukes den termiske metoden. Den brukes til å oppnå kjølekurver for legeringer. Fra stoppene og bøyningene på disse kurvene, forårsaket av de termiske effektene av transformasjoner, bestemmes temperaturene til selve transformasjonene. Ved hjelp av fasediagrammer bestemmes temperaturene for smelting og polymorfe transformasjoner i legeringer, hvor mange faser og hvilke faser som finnes i en legering av en gitt sammensetning ved en gitt temperatur, samt det kvantitative forholdet mellom disse fasene i legeringen. I tillegg til den termiske metoden, involverer studiet av transformasjoner i fast tilstand studiet av mikrostruktur ved bruk av optiske og elektronmikroskoper, røntgendiffraksjonsanalyse, studiet av de fysiske egenskapene til legeringer, etc.
I binære legeringer vises temperaturen vertikalt, og konsentrasjonen av komponenter horisontalt. Hvert punkt på x-aksen tilsvarer et visst innhold av en og annen komponent, tatt i betraktning at det totale innholdet av komponenter i hvert punkt på denne aksen tilsvarer 100 %.
Derfor, når mengden av en komponent i legeringen øker, må innholdet av den andre komponenten i legeringen reduseres.
Type fasediagram bestemmes av arten av interaksjonene som finner sted mellom komponentene i legeringene i flytende og fast tilstand. Det antas at det i flytende tilstand er ubegrenset løselighet mellom komponentene, dvs. de danner en homogen flytende løsning (smelter). I fast tilstand kan komponenter danne mekaniske blandinger av rene komponenter, ubegrensede faste løsninger, begrensede faste løsninger, stabile kjemiske forbindelser, ustabile kjemiske forbindelser, og også gjennomgå polymorfe transformasjoner.
Mekaniske blandinger dannes hvis elementene som utgjør legeringen, når de størkner fra flytende tilstand, ikke oppløses i hverandre og ikke interagerer. Strukturen til blandingen er en heterogen kropp. Den tynne delen viser krystallitter av forskjellige komponenter som danner en mekanisk blanding. Kjemisk analyse identifiserer også de forskjellige komponentene. To typer krystallgitter kan skilles.
Fast løsninger- faser der en av komponentene (løsningsmidlet) beholder sitt krystallgitter, og atomene til andre (oppløste) komponenter er plassert i gitteret, og forvrenger det. Kjemisk analyse av den faste løsningen viser tilstedeværelsen av to elementer, og røntgendiffraksjon viser en type løsemiddelgitter. Strukturen er homogene korn. Hvis begge komponentene har samme type krystallgitter, og deres atomdiametre avviker med ikke mer enn 8 - 15%, er ubegrenset løselighet mulig (for eksempel gull og sølv).
Kjemiske forbindelser dannes når elementene som utgjør en legering interagerer med hverandre. I strukturen er de homogene faste stoffer. Egenskapene til kjemiske forbindelser skiller seg fra egenskapene til elementene som danner dem. De har et konstant smeltepunkt. Krystallgitteret til en kjemisk forbindelse skiller seg fra gitteret til de originale komponentene. I en kjemisk forbindelse opprettholdes et visst forhold mellom atomer av grunnstoffer, dvs. det er en kjemisk formel for forbindelsen.
Tilstandsdiagram av jern-karbon-systemet
Jern og dets legeringer med karbon
Polymorfisme er egenskapen til et stoff eller materiale til å endre krystallgitteret med endringer i temperatur, Krystallformer av α-Fe og... Karbon er et ikke-metallisk grunnstoff. I naturen forekommer det i form av to... Under normale forhold finnes karbon i form av en modifikasjon av grafitt med et sekskantet lagdelt gitter. Endring...Bli
Bli- jern-karbon-legeringer som inneholder opptil 2,14 % karbon. I tillegg inneholder legeringen vanligvis mangan, silisium, svovel og fosfor. Noen grunnstoffer kan introduseres spesifikt for å forbedre fysiske og kjemiske egenskaper (legeringselementer).
Etter struktur stål er delt inn i:
1) hypoeutektoid inneholdende opptil 0,8 % karbon (sammensetning P+P);
2) eutektoid stål inneholdende 0,8 % karbon (P);
3) hypereutektoid som inneholder mer enn 0,8 % karbon (P+sek.C).
Punktum D - eutektoidpunkt(under avkjøling dannes en mekanisk blanding av ferritt og sementitt fra austenitt). Den eutektoide transformasjonen skjer ikke fra en væske, men fra en fast løsning.
Avhengig av den kjemiske sammensetningen skilles karbon- og legeringsstål. I sin tur karbonstål kan være:
1) lavkarbon (karboninnhold mindre enn 0,25%);
2) middels karbon (karboninnhold er 0,25 - 0,60%);
3) høykarbon, der karbonkonsentrasjonen overstiger 0,60 %.
Legerte stål delt i:
1) lavlegering - innhold av legeringselementer opptil 2,5%;
2) middels legert- t- 2,5 opptil 10 % legeringselementer;
3) høylegert - inneholder over 10% legeringselementer.
Etter formål stål er:
1) strukturelle, beregnet for karosseri- og ingeniørprodukter;
2) instrumental, hvorfra skjæring, måling, stempling og andre verktøy er laget. Disse stålene inneholder
mer enn 0,65 % karbon;
3) med spesielle fysiske egenskaper, for eksempel med visse magnetiske egenskaper eller en lav lineær ekspansjonskoeffisient (elektrisk stål, Invar);
4) med spesielle kjemiske egenskaper, for eksempel rustfritt, varmebestandig eller varmebestandig stål.
Avhengig av innholdet av skadelige urenheter(svovel og fosfor) stål er delt inn i:
1. Vanlig kvalitetsstål, innhold inntil 0,06 % svovel og
opptil 0,07 % fosfor.
2. Høy kvalitet - opptil 0,035% svovel og fosfor hver for seg.
3. Høy kvalitet - opptil 0,025 % svovel og fosfor.
4. Spesielt høy kvalitet, opptil 0,025 % fosfor og opptil 0,0] 5 % svovel.
I henhold til graden av oksygenfjerning laget av stål, dvs. I henhold til graden av dens deoksidering, skilles de ut:
1) rolig stål, dvs. fullstendig deoksidert, indikert med bokstavene "sp" på slutten av merket;
2) kokende stål - lett deoksidert, merket med bokstavene "kp";
3) semi-stille stål, opptar en mellomposisjon mellom de to foregående; er betegnet med bokstavene "ps".
Avhengig av de standardiserte indikatorene (strekkfasthet σ, relativ forlengelse δ%, flytegrense δ t, kaldbøyning), er stålet i hver gruppe delt inn i kategorier, som er betegnet med arabiske tall.
Vanlig kvalitetsstål betegnet med bokstavene "St" og et konvensjonelt merkenummer (fra 0 til 6) avhengig av kjemisk sammensetning og mekaniske egenskaper. Jo høyere karboninnhold og styrkeegenskapene til stålet, desto høyere antall. For å indikere stålkategorien legges nummeret som tilsvarer kategorien til merkebetegnelsen på slutten; den første kategorien er vanligvis ikke angitt.
For eksempel: St1kp2 - karbonstål av ordinær kvalitet, kokende, klasse nr. 1, andre kategori, levert til forbrukere basert på mekaniske egenskaper (gruppe A).
Kvalitetsstål merket som følger: i begynnelsen av merket angi karboninnholdet i hundredeler av en prosent for stål,
For eksempel: ST45 - høykvalitets karbonstål, rolig, inneholder 0,45 % C.
U7 - karbonverktøystål, høykvalitetsstål, inneholder 0,7% C, rolig (alle verktøystål er godt deoksidert).
Legeringselementer inkludert i stål er betegnet med russiske bokstaver: A - nitrogen, K - kobolt, T - titan, B - niob, M - molybden, F - vanadium, B - wolfram, N - nikkel, X - krom, G - mangan , P - fosfor, D - kobber, C - silisium.
Hvis det er et tall etter bokstaven som indikerer legeringselementet, indikerer det innholdet av dette elementet i prosent. Hvis det ikke er noe tall, inneholder stålet 0,8 - 1,5% legeringselement.
For eksempel: 14G2 - lavlegert høykvalitetsstål, rolig, inneholder ca. 14 % karbon og opptil 2,0 % mangan.
OZH16N15MZB - høylegert kvalitetsstål, rolig stål inneholder 0,03 % C, 16,0 % Cr, 15,0 % Ni, opptil 3,0 % Mo, opptil 1,0 % Nb.
Stål av høy kvalitet og spesielt høy kvalitet er merket på samme måte som høykvalitets, men på slutten av stålkvaliteten av høy kvalitet setter de bokstaven A (denne bokstaven i midten av merkebetegnelsen indikerer tilstedeværelsen av nitrogen spesielt introdusert i stålet), og etter den spesielt høykvalitetskarakteren er bokstaven "Ш" atskilt med en strek.
For eksempel: U8A - høykvalitets karbonverktøystål som inneholder 0,8 % karbon;
ZOKHGS-Sh er et spesielt høykvalitets mellomlegert stål som inneholder 0,30 % karbon og fra 0,8 til 1,5 % krom, mangan og silisium hver.
Visse grupper av stål er betegnet noe annerledes.
Kulelagerstål er merket med bokstavene "ШХ", hvoretter krominnholdet er angitt i tideler av en prosent (ШХ6).
Høyhastighetsstål (sammensatt legert) er betegnet med bokstaven "P", tallet etter det indikerer prosentandelen av wolfram i det (P18).
Automatiske stål er betegnet med bokstaven "A" og et tall som indikerer gjennomsnittlig karboninnhold i hundredeler av en prosent (A12).
Støpejern
Støpejern kalles legeringer av jern og karbon som inneholder mer enn 2,14 % karbon. De inneholder de samme urenhetene som stål, men i større mengder.
Støpejern, i motsetning til stål, fullstendig krystallisering med dannelse av eutektikk, har lav evne til plastisk deformasjon og høye støpeegenskaper.
Avhengig av tilstanden til karbon i støpejern er det:
1) støpejern, der alt karbon er i bundet tilstand i form av karbid (hvitt støpejern);
2) støpejern, hvor karbon stort sett eller fullstendig er i fri tilstand i form av grafitt (grå, høyfast, formbart støpejern).
Hvitt støpejern inneholder ikke grafitt, alt karbon er bundet i sementitt Fe 3 C. Hvitt støpejern, avhengig av karboninnholdet, deles inn i:
1) hypoeutektisk - karboninnhold opptil 4,3%. Strukturen består av perlitt, sekundær sementitt og ledeburitt;
2) eutektisk - karboninnhold 4,3%. Strukturen består av ledeburite;
3) hypereutektisk - karboninnhold mer enn 4,3%. Strukturen består av ledeburitt og primær sementitt.
Punktum C - eutektisk. Den eutektiske transformasjonen skjer fra en væske. Den resulterende eutektikken kalles ledeburite. Ved punkt C eksisterer tre faser samtidig i likevekt: flytende smelte, austenitt og sementitt.
Grått støpejern inneholder karbon i fri tilstand i form av plateformet grafitt. Under et mikroskop vil grafitt bli observert i form av mørke buede striper på en lys bakgrunn. Sammenlignet med metallbasen har grafitt lav styrke. Plasseringene kan betraktes som diskontinuiteter. Grått støpejern har dårlige mekaniske egenskaper når det testes i strekkprøver. Grått støpejern har imidlertid også en rekke fordeler: det lar deg få billige støpegods og har gode støpeegenskaper. bearbeidbarhet, høye dempende egenskaper.
Grått støpejern er merket med to bokstaver SC og to tall som tilsvarer minste strekkfasthetsverdi i MPa.
For eksempel: SCh10 - grått støpejern med en strekkfasthet på 100 MPa.
Når grafittinneslutninger blir avrundede, reduseres deres negative rolle som kutt i metallbasen, og de mekaniske egenskapene til støpejern øker. Den avrundede formen til grafitt oppnås ved modifikasjon. Når magnesium brukes som modifiseringsmiddel i en mengde på opptil 0,5 %, oppnås høyfast støpejern.
Duktilt jern inneholder karbon i fri tilstand i form av sfæriske grafittinneslutninger. Under et mikroskop observeres avrundede mørke korn av forskjellige størrelser på en lys bakgrunn. Kritiske deler er laget av høyfast støpejern. Høyfast støpejern er merket med bokstavene HF og et tall som karakteriserer verdien av strekkfasthet.
For eksempel: HF 35 - høyfast støpejern med en strekkfasthet på 350 MPa.
Formbart jern inneholder karbon i fri tilstand i form av flakformet grafitt. Smidbart støpejern oppnås fra hvitt støpejern ved grafitiseringsgløding (langtidsgløding ved en temperatur på 1000°C). Under et mikroskop observeres en flokkulent fase på en lys bakgrunn.
Formbart støpejern er merket med bokstavene KCH og to tall: den første er strekkfasthet, den andre er relativ forlengelse.
For eksempel: KCh 35-10 - formbart støpejern med en strekkfasthet på 350 MPa og en relativ forlengelse på 10%.
Mikrostrukturen til støpejern består av en metallbase og grafittinneslutninger. Egenskapene til støpejern avhenger av egenskapene til metallbasen og arten av grafittinneslutninger.
Metallbasen kan være:
1) perlitt (mørk base under et mikroskop);
2) ferritt-perlitt (vekselvis lyse og mørke områder under et mikroskop);
3) ferritisk (lett base under et mikroskop).
Strukturen til metallbasen bestemmer hardheten til støpejern.
Grafitisering er prosessen med utfelling av grafitt under krystallisering eller avkjøling av jern-karbon-legeringer. Grafitisering er en diffusjonsprosess og skjer sakte. Grafitiseringsprosessen består av flere stadier:
1) dannelse av sentre, grafitisering;
2) diffusjon av karbonatomer til grafitiseringssentre;
3) vekst av grafittforekomster.
Komposittmaterialer oppnådd ved metoden
Pulvermetallurgi
Den teknologiske prosessen med å produsere produkter fra pulver inkluderer: å skaffe pulver, forberede en ladning, støping, sintring, varm... Ved støping av arbeidsstykker fra pulver med en viss kjemisk sammensetning...Studie av legeringsstruktur
Studiet av strukturen til legeringer i dette arbeidet utføres ved hjelp av et optisk mikroskop. Bildet er dannet i reflektert lys. For mikroanalyse lages prøver med en polert overflate -... Som et resultat av analysen, formen på inneslutningene, deres størrelse, fordeling, mengde grafitt, legeringselementer,...eksperimentell del
1. Bruk mikroseksjonsprøver av pulvermaterialer til å undersøke og grafisk avbilde strukturen til materialene under et mikroskop. Sammenlign strukturen med beskrivelsen i albumet.
2. Bruk mikroseksjonsprøver av stål og et hjelpealbum med fotografier, studere og grafisk avbilde strukturen deres. Bestem karboninnholdet i prøvene og fasesammensetningen ved hjelp av fasediagrammet gitt i den teoretiske delen.
3. Bruk mikroseksjonsprøver av støpejern og et hjelpealbum med fotografier, studere og grafisk avbilde strukturen deres. Bestem typen støpejern, formen på grafittinneslutninger og typen metallbase. Bestem karboninnholdet i hvitt støpejern. Bruk fasediagrammet for å bestemme fasesammensetningen til hvitt støpejern.
4. Studer jern-karbon fasediagrammet. Identifiser likviduslinjer, soliduslinjer, eutektoide og eutektiske punkter, linjer med faseoverganger, smeltepunkter for jern, sementitt, etc.
5. Formuler konklusjoner basert på resultatene av arbeidet som er utført.
Laboratoriearbeid nr. 2,
STUDERE MEKANISKE EGENSKAPER
BYGNINGSMATERIALER
Målet med arbeidet: studere de mekaniske egenskapene til konstruksjonsmaterialer og metoder for å vurdere egenskaper.
Teoretisk del
De mekaniske egenskapene til materialer avhenger av typen spenningstilstand (skapt i prøvene under testing), forhold og belastningstype, hastighet, temperatur og tilstand til det ytre miljøet. Formålet med mekanisk testing av materialer er å bestemme nøyaktig de eller andre egenskaper eller kombinasjonen av dem som mest vil karakterisere driftssikkerheten til de tilsvarende produktene under gitte driftsforhold. Settet med slike mekaniske egenskaper kan kalles strukturell styrke.
Ulike kombinasjoner av mekaniske egenskaper tas som vurderingskriterier. Følgende grupper av kriterier skilles ut:
1. Vurderinger av styrkeegenskapene til materialer, bestemt ofte og uavhengig av egenskapene til produktene laget av dem og betingelsene for deres tjeneste. Vanligvis bestemmes disse styrkeegenskapene under strekkforhold under statisk belastning.
2. Vurdering av egenskapene til materialer som er direkte relatert til tjenesteforholdene til produktene og bestemme deres holdbarhet og pålitelighet.
3. Estimater av styrken til strukturen som helhet, bestemt under benk- og driftstester.
De to første gruppene av kriterier for vurdering av egenskaper bestemmes deretter på prøver
som sistnevnte - på ferdige deler og strukturer.
De viktigste mekaniske egenskapene til materialer inkluderer:
1) styrke- materialets evne til å motstå ødeleggelse under belastning;
2) plast- et materiales evne til å irreversibelt endre form og størrelse uten ødeleggelse under belastning;
3) skjørhet- et materiales evne til å kollapse uten beskyttende absorpsjon av energi;
4) viskositet- evnen til et materiale til irreversibelt å absorbere mekanisk energi til øyeblikket av ødeleggelse;
5) elastisitet- materialets evne til å gjenopprette sin form og størrelse etter å ha fjernet lasten;
6) hardhet- et materiales evne til å motstå inntrengning av et annet legeme inn i det i overflatelaget.
Spenningsdiagram
Å konstruere et spennings-tøyningsdiagram er hovedmålet med strekktesting. For disse testene brukes sylindriske prøver fra... OA-sonen kalles den elastiske sonen (etter fjerning av last Rpts-prøven...Bestemmelse av hardhet av materialer
Hardhet- et materiales evne til å motstå deformasjon i overflatelaget under lokal kontaktpåvirkning.
Fordeler med hardhetstesting
2. Å måle hardhet ved hjelp av teknikken er mye enklere enn å bestemme styrke (krever ikke spesielle prøver, det utføres... 3. Måling av hardhet medfører ikke ødeleggelse av delen som testes og... 4. Hardhet kan måles på deler med liten tykkelse, samt i tynne lag.Fastsettelse av hardhet etter Mohs-skalaen
med glass, knivblad, etc., som vist i tabellen. 2.1. Tabell 2.1eksperimentell del
1. Strekkprøver.
1.1. Skaff sylindriske stålprøver testet for spenning.
1.2. Bruk en skyvelære, ta de nødvendige målene av lengdene og diametrene til prøvene. Skriv inn dataene i tabell 2.2.
Tabell 2.2
1.3. Bestem de viktigste mekaniske egenskapene, nemlig materialets strekkfasthet, relativ forlengelse og relativ sammentrekning ved å bruke formlene gitt i den teoretiske delen av arbeidet.
1.4. Konstruer et strekkdiagram av stålbilder i P-Δl-koordinater.
1.5. Gjør deg kjent med strekkdiagrammene for ulike strukturelle materialer gitt av læreren, fremhev hovedsonene og bestem de mekaniske egenskapene.
2. Bestemmelse av hardheten til materialer.
2.1. Bestemmelse av Brinell-hardhet:
a) testprøven plasseres på bordet til hardhetsmåleren;
b) bestemme størrelsen på belastningskraften og varigheten av belastningen;
c) lage et avtrykk på prøven, senke instrumentbordet, fjerne prøven;
d) bruk et mikroskop, mål diameteren til det resulterende trykket og beregn Brinell-hardheten.
2.2. Bestemmelse av Vickers hardhet:
a) bestemme lengden på diagonalene til avtrykket på en prøve montert på mikroskopscenen;
2.3. Studie av innflytelsen av karboninnhold i stål på hardheten;
a) mål diameteren på fordypningene til de oppnådde prøvene for stål ST20, ST45, U8;
b) bestemme Brinell-hardhetsverdier ved å bruke referansetabeller;
c) konstruere en grafisk avhengighet av hardhet på karboninnhold og forklare den.
3. Utforme konklusjoner med utgangspunkt i resultatene av arbeidet.
Laboratoriearbeid nr. 3
STUDERE PROSESSEN FOR KRYSTALLISERING AV MATERIALER
Målet med arbeidet: studer egenskapene til krystalliseringsprosessen til materialer ved å bruke eksemplet med salter og metaller, bestemme* påvirkningen av forskjellige faktorer på strukturen til det krystalliserte materialet, bli kjent med metodene for termisk analyse.
Teoretisk del
Ethvert stoff kan være i en av tre aggregeringstilstander: fast, flytende og gassformig. Overgangen fra en tilstand til en annen skjer ved en viss temperatur, kalt smelte-, krystalliserings-, koke- eller sublimasjonstemperatur.
Faste krystallinske legemer har en regulær struktur, der atomer og ioner er lokalisert ved nodene til krystallgitteret (den såkalte kortdistanseordenen), og individuelle celler og blokker er orientert på en bestemt måte i forhold til hverandre (lang rekkevidde). -rekkefølge). I væsker strekker en viss orientering seg ikke til hele volumet, men bare til et lite antall atomer som danner relativt stabile grupper, eller fluktuasjoner (kort rekkefølge). Med synkende temperatur øker stabiliteten til svingninger, og de viser evnen til å vokse.
Når temperaturen til et fast stoff øker, øker mobiliteten til atomer på gittersteder, amplituden til vibrasjoner øker og når den når
Ved en viss temperatur, kalt smeltepunktet, kollapser gitteret for å danne en væskefase.
Det motsatte bildet observeres når væsken (smelten) avkjøles og dens påfølgende størkning. Ved avkjøling avtar mobiliteten til atomer, og nær smeltepunktet dannes det grupper av atomer der atomene er pakket, som i krystaller. Disse gruppene er krystalliseringssentre eller kjerner som et lag med krystaller deretter vokser på. Når "smelte-størknings"-temperaturen er nådd, dannes et krystallgitter igjen, og metallet går over i en fast tilstand. Overgangen til et metall fra flytende til fast stoff ved en viss temperatur kalles krystallisering.
Krystallinske legemer er karakterisert anisotropi- egenskapers avhengighet av retning. Amorfe legemer (som glass) er isotropisk- deres egenskaper er ikke avhengig av retning.
La oss vurdere de termodynamiske betingelsene for krystallisering. Energitilstanden til ethvert system er preget av en viss reserve av intern energi, som består av energien til bevegelse av molekyler, atomer, etc. Fri energi er den komponenten av indre energi som kan omdannes til arbeid under isotermiske forhold. Mengden fri energi endres med temperaturendringer, smelting, polymorfe transformasjoner, etc.
I henhold til termodynamikkens andre lov har hvert system en tendens til en minimumsverdi av fri energi. Enhver spontant pågående prosess skjer bare hvis den nye tilstanden er mer stabil, dvs. har mindre fri energi. For eksempel har en ball en tendens til å rulle nedover et skråplan, og dermed redusere dens frie energi. Den spontane returen av ballen oppover det skråplanet er umulig, siden dette ville øke dens frie energi.
Krystalliseringsprosessen følger samme lov. Et metall størkner hvis den faste tilstanden har mindre fri energi, og smelter hvis den flytende tilstanden har mindre fri energi. Endringen i fri energi til flytende og faste tilstander med temperaturendringer er vist i fig. 3.1. Temperaturendringer i fri energi er forskjellige for stoffets flytende og faste tilstand.
Ris. 3.1. Termodynamisk krystalliseringstilstand
Det skilles mellom teoretiske og faktiske krystalliseringstemperaturer.
T 0 er den teoretiske eller likevder F væske = F fast stoff. Ved denne temperaturen er eksistensen av metallet i både flytende og fast tilstand like sannsynlig. Virkelig krystallisering vil begynne når denne prosessen er termodynamisk gunstig for systemet, under betingelsen ΔF = F l - F faststoff, som krever noe underkjøling. Temperaturen ved hvilken krystallisering praktisk talt skjer kalles faktisk krystalliseringstemperatur T cr. Forskjellen mellom den teoretiske og faktiske krystalliseringstemperaturen kalles grad av hypotermi:ΔT = T 0 - T cr. Jo større grad av underkjøling ΔT, jo større er forskjellen i frie energier ΔF, jo mer intens vil krystalliseringen skje.
Akkurat som størkning krever underkjøling for å nå den faktiske krystalliseringstemperaturen, krever smelting overoppheting for å nå den faktiske smeltetemperaturen.
Mekanisme for krystalliseringsprosessen
1) kjernedannelse av krystalliseringssentre; 2) vekst av krystaller fra disse sentrene. Ved temperaturer nær størkningstemperaturen dannes det små grupper av atomer i det flytende metallet, så...Termisk analyse
Ris. 3.5. Typer kjølekurver Når et rent element krystalliserer, kompenseres varmefjerningen som oppstår på grunn av kjøling av varmen...Struktur av en bløtstålblokk
Et diagram over strukturen til en stille stålblokk er vist i fig. 3.7. Strukturen til barren består av tre soner: den ytre finkornede sonen 1, den søyleformede sonen... Fig. 3.7. Strukturen til en metallblokkeksperimentell del
1. Utfør termisk analyse av metallet.
1.1. Slå på ovnen der metallprøven er plassert.
1.2. Varm (smelt) prøven til temperaturen spesifisert av laboratorieassistenten.
1.3. Ta avlesninger fra måleapparatet hvert 60. sekund. Avlesningene er oversatt ved hjelp av en kalibreringstabell.
1.4. Når den endelige temperaturen for eksperimentet er nådd, slå av ovnen og utfør kjøleprosessen (krystallisering) av metallet.
1.5. Ta avlesninger fra måleapparatet hvert 60. sekund.
1.6. Konstruer varme- og kjølekurver i koordinater
"temperatur - tid" på én graf.
1.7. Bestem de kritiske punktene for aggregerte transformasjoner og
grad av hypotermi.
2. Studer krystalliseringsprosessen ved å bruke eksemplet med metallsalter.
2.1. Påfør dråper mettede saltløsninger på et glassglass og plasser på mikroskopet.
2.2. Vurder og grafisk avbilde strukturene til salter oppnådd etter en viss tid under prosessen med naturlig fordampning av vann. Bestem typene av krystallinske formasjoner, rekkefølgen av dannelsen av soner, deres antall.
3. Formuler konklusjoner basert på forsøksresultatene.
Laboratoriearbeid nr. 4
FORSKNING AV TERMISKE EGENSKAPER
BYGNINGSMATERIALER
Mål arbeid: studere de termofysiske egenskapene til materialer. Bestem temperaturkoeffisienten for lineær utvidelse av legeringen.
Teoretisk del
En rekke instrumentproduserende industrier krever bruk av materialer med strengt regulerte termiske egenskaper.De viktigste termofysiske egenskapene inkluderer: varmebestandighet, kuldemotstand, termisk ledningsevne, varmebestandighet, varmekapasitet, termisk ekspansjon.
Varme motstand refererer til materialers evne til pålitelig å motstå høye temperaturer (kortvarig eller i en tid som kan sammenlignes med normal driftstid) uten skader og uten akseptabel forringelse av andre praktisk viktige egenskaper. Størrelsen på varmemotstanden vurderes av de tilsvarende temperaturverdiene der endringer i egenskaper dukket opp (for eksempel elektriske egenskaper for uorganiske dielektriske). Varmemotstanden til organiske dielektriske stoffer bestemmes ofte av utbruddet av mekanisk deformasjon. Hvis forringelse av egenskaper oppdages først etter langvarig eksponering for høye temperaturer - på grunn av sakte forekommende kjemiske prosesser, så er dette den s.k. termisk aldring av materiale. I tillegg til effekten av temperatur, kan aldringshastigheten påvirkes betydelig av: økt lufttrykk, oksygenkonsentrasjon,
ulike kjemiske reagenser, etc.
For en rekke skjøre materialer (glass, keramikk) er motstand mot plutselige temperaturendringer - termiske impulser - viktig. Evnen til å tåle termiske endringer kalles Varme motstand. Når overflaten til et materiale blir raskt oppvarmet eller avkjølt, på grunn av dannelsen av en temperaturforskjell mellom ytre og indre lag av materialet og ujevn termisk ekspansjon eller sammentrekning, kan det dannes sprekker. Termisk motstand vurderes ut fra antall varmesykluser som en materialprøve har tålt uten merkbar endring i egenskaper.
Som et resultat av testene bestemmes materialets motstand mot termiske påvirkninger, og denne motstanden er kanskje ikke den samme i forskjellige tilfeller. For eksempel kan et materiale som lett tåler kortvarig oppvarming til en viss temperatur vise seg å være ustabilt med hensyn til termisk aldring under langvarig eksponering for enda lavere temperatur, eller et materiale som tåler langvarig oppvarming til en høy, konstant temperaturen kan sprekke og endre egenskapene når den avkjøles raskt. Testen med forhøyet temperatur kan noen ganger måtte utføres med samtidig eksponering for økt luftfuktighet (tropisk klima).
Når utstyr er designet for å fungere ved lave temperaturer, er dets kuldemotstand viktig - materialets evne til pålitelig å motstå lave temperaturer, for eksempel fra -60 °C og under, uten skade og uten uakseptabel forringelse av andre praktisk viktige egenskaper. Ved lave temperaturer forbedres som regel de elektriske egenskapene til isolasjonsmaterialer, men mange materialer, fleksible og elastiske ved normale temperaturer, blir svært sprø og stive ved lave temperaturer, noe som fører til upålitelig drift.
Alle faste stoffer er i stand til å lede varme til en eller annen grad. Noen er verre, andre er bedre. Termisk ledningsevne er egenskapen til materialer til å lede varme fra mer oppvarmede deler av kroppen til mindre oppvarmede, noe som fører til temperaturutjevning.
I prinsippet er det følgende metoder for å overføre termisk energi i materie:
1) stråling- alle kropper, uansett hvilken temperatur de har, avgir energi. Dette kan være et rent termisk fenomen (termisk stråling) og
luminescens (fosforescens og fluorescens), som er av ikke-termisk opprinnelse;
2) konveksjon- direkte varmeoverføring forbundet med bevegelse av væsker og gasser;
3) termisk ledningsevne- varmeoverføring på grunn av samspillet mellom atomer eller molekyler av et stoff. I faste stoffer utføres termisk energioverføring hovedsakelig ved denne metoden.
Fouriers grunnleggende lov om termisk ledningsevne sier at varmeflukstettheten er proporsjonal med temperaturgradienten. Loven gjelder for isotropiske legemer (egenskapene er ikke avhengig av retning). Anisotropiske faste stoffer er preget av varmeledningskoeffisienter i retning av hovedaksene.
I det generelle tilfellet utføres termisk ledningsevne i faste stoffer av to mekanismer - bevegelsen av strømbærere (hovedsakelig elektroner) og elastiske termiske vibrasjoner av gitteratomer. Aluminium, gull, kobber og sølv har den maksimale varmeledningskoeffisienten. Krystaller med en mer kompleks gitterstruktur har lavere varmeledningsevne, pga graden av spredning av termiske elastiske bølger er større der. En reduksjon i termisk ledningsevne observeres også under dannelsen av faste løsninger, fordi i dette tilfellet vises ytterligere sentre for spredning av termiske bølger. I heterofase (flerfase) legeringer er varmeledningskoeffisienten summen av varmeledningsevnene til de resulterende fasene. Den termiske ledningsevnen til forbindelser er alltid betydelig lavere enn den termiske ledningsevnen til komponentene som danner dem.
Varmekapasitet- dette er en egenskap ved selve stoffet; det avhenger ikke av de strukturelle egenskapene til et bestemt produkt, dets porøsitet og tetthet, krystallstørrelser og andre faktorer. Varmekapasitet er mengden varme som tilsvarer en endring i temperaturen for en enhetsmengde av et stoff med 1°C.
Termisk ekspansjon- en økning i volum og lineære dimensjoner til legemer med en endring i temperaturen. Det er karakteristisk for nesten alle materialer.
Selv om styrken til bindingskreftene i et fast stoff er svært høy, er det muligheter for bevegelse av elementærpartikler (atomer, ioner). Både i amorfe legemer og i krystallinske legemer vibrerer atomer nær sentrum av likevekt.
I dette tilfellet øker amplituden til oscillasjonene med økende temperatur. Praksis viser at det spesifikke volumet til de fleste stoffer øker med økende temperatur, dvs. termisk ekspansjon oppstår. Fenomenet termisk ekspansjon er imidlertid ikke assosiert med en økning i amplituden til atomenes vibrasjonsbevegelse, men med dens anharmonisitet. For å forstå essensen av fenomenet, er det nødvendig å vurdere kraftinteraksjonen under dannelsen av en kjemisk binding mellom atomer, samt avhengigheten av den potensielle energien til systemet på den interatomiske avstanden. Enhver type kjemisk binding innebærer en balanse mellom attraktive og frastøtende krefter mellom atomer. Når atomer nærmer seg hverandre, dominerer tiltrekningskreftene i utgangspunktet. Å bringe atomer nærmere en viss grense reduserer energien i systemet, dvs. gir den større stabilitet. På en tilstrekkelig liten interatomisk avstand oppstår imidlertid frastøtende krefter, som forhindrer ytterligere tilnærming av atomene. Effekten av disse kreftene øker med avtagende interatomisk avstand, noe som tilsvarer en økning i systemets energi. Ved en viss verdi av den interatomiske avstanden vil frastøtings- og tiltrekningskreftene bli balansert, hvoretter ytterligere tilnærming krever påføring av en ekstern kraft, som tilsvarer positive verdier av den resulterende kraften F res.
Ris. 4.1. Skjema for kraftsamhandling mellom
motsatt ladede partikler
Den potensielle brønnen er preget av en sterkt uttalt asymmetri. La oss si at ved en viss temperatur har et vibrerende atom en viss energi. I dette tilfellet svinger den i forhold til midten, og avviker vekselvis "venstre-høyre". Siden forskyvningene fra posisjonen
likevekt må være identisk, da forårsaker en økning i energien til systemet en forskyvning av sentrum av svingninger langs aksen til den interatomiske avstanden. Dermed øker den gjennomsnittlige avstanden mellom atomene når temperaturen øker, noe som tilsvarer den termiske ekspansjonen av kroppen.
Dermed er fenomenet termisk utvidelse av faste stoffer basert på anharmonisiteten til vibrasjonsbevegelsen til dets atomer, og graden av avvik av termiske vibrasjoner fra den harmoniske loven, dvs. størrelsen på den termiske utvidelsen av kroppen bestemmes i stor grad av graden av asymmetri til den potensielle brønnen. Som regel, i stoffer med en ionisk binding, er den potensielle brønnen preget av betydelig bredde og asymmetri. Dette faktum bestemmer den betydelige økningen i gjennomsnittlige interatomære avstander når de varmes opp, eller den betydelige termiske utvidelsen av ioniske forbindelser.
Tvert imot, i stoffer med en overveiende kovalent binding (borider, nitrider, karbider), har den potensielle brønnen formen av en spiss depresjon, og derfor er dens grad av symmetri høyere. Derfor er økningen i avstanden mellom atomer ved oppvarming relativt liten, noe som tilsvarer deres relativt lille termiske ekspansjon. Metaller har som regel økt termisk ekspansjon, fordi metalliske bindinger er generelt svakere enn ioniske og kovalente bindinger. Til slutt kjennetegnes organiske polymerer av svært stor ekspansjon ved oppvarming, på grunn av svake van der Waals-krefter som virker mellom molekyler, mens sterke kovalente krefter virker inne i molekylene.
Kvantitativt er den termiske utvidelsen av materialer estimert med følgende verdier:
1. Temperaturkoeffisienten for lineær ekspansjon ved en gitt temperatur (TCLE), tilsvarende den relative forlengelsen av prøven med en uendelig liten temperaturendring.
2. Temperaturkoeffisienten for volumetrisk ekspansjon, som karakteriserer den tredimensjonale utvidelsen av et stoff.
En viktig praktisk konsekvens er behovet for å bruke TCLE-data innhentet i det spesifikke temperaturområdet som materialet opererer i. Temperaturkoeffisienter kan ikke sammenlignes
utvidelse av materialer målt ved forskjellige temperaturer.
For isotropiske materialer (krystaller med et kubisk gitter, glass) er den termiske ekspansjonskoeffisienten den samme i alle retninger. De fleste krystallinske stoffene er imidlertid anisotrope (utvidelsen er forskjellig langs forskjellige akser). Dette fenomenet er mest uttalt, for eksempel i lagdelte materialer (grafitt), når kjemiske bindinger har en uttalt retning. Som et resultat er utvidelsen av grafitt langs laget mye mindre enn vinkelrett på det. For noen lignende materialer med sterkt uttalt anisotropi kan LTEC-verdien i en av retningene til og med vise seg å være negativ. For eksempel kordieritt 2MgO 2A1 2 O 3 5SiO 2, hvor det under termisk ekspansjon observeres krystallekspansjon langs en akse, og kompresjon observeres langs den andre aksen, tilsvarende konvergensen av lagene i strukturen. Dette fenomenet brukes i teknologi; I et felt og krystallinsk materiale fører den kaotiske fordelingen av krystaller til den gjensidige orienteringen av deres positive og negative ekspansjon. Resultatet er et materiale med lav TCLE-verdi, preget av svært høy varmebestandighet. Samtidig kan det i slike materialer oppstå betydelige spenninger ved korngrensene, noe som påvirker deres mekaniske styrke. For flerfasematerialer, ved grensen av to kontaktfaser med forskjellige termiske ekspansjonskoeffisienter, vil trykkspenninger virke på fasen med en stor ekspansjonskoeffisient, og strekkspenninger vil virke på fasen med en liten termisk ekspansjonskoeffisient (ved oppvarming). Ved kjøling skifter spenningene fortegn. Når kritiske spenningsverdier overskrides, kan det oppstå sprekker og til og med ødeleggelse av materialet.
Dermed er TCLE en strukturfølsom egenskap og er følsom for endringer i strukturen til materialet, for eksempel for tilstedeværelsen av polymorfe transformasjoner i det. I denne forbindelse kan det observeres knekk i ekspansjonskurvene til flerfasematerialer, og deres monotone karakter blir forstyrret.
Hvis ekspansjonen av et legeme i et gitt temperaturområde skjer jevnt, vil ekspansjonen grafisk uttrykkes som en rett linje (fig. 4.2.), og den gjennomsnittlige lineære ekspansjonskoeffisienten vil være numerisk lik tangenten til vinkelen til helning av denne rette linjen til temperaturaksen, relatert til den relative endringen i lengden på prøven.
Ris. 4.2. Jevn utvidelse av kroppen ved oppvarming
Ekspansjonen av prøven skjer imidlertid ikke alltid jevnt. Å studere egenskapene til termisk ekspansjon i forskjellige temperaturområder lar oss også trekke indirekte konklusjoner om temperaturen og arten av ulike strukturelle transformasjoner i materialet. I slike tilfeller vil termisk ekspansjons avhengighet av temperatur ikke uttrykkes ved en rett linje, men ved en mer kompleks avhengighet (fig. 4.3).
Ris. 4.3. Ujevn utvidelse av kroppen ved oppvarming
For å finne verdien av ekspansjonskoeffisienten ved individuelle punkter på ekspansjonskurven, må du trekke en tangent til temperaturaksen gjennom punktet på kurven som tilsvarer måletemperaturen. Størrelsen på den lineære ekspansjonskoeffisienten vil bli uttrykt ved tangenten til helningsvinkelen til tangenten til temperaturaksen.
Mengden av termisk ekspansjon av legemer ved oppvarming avhenger først og fremst av materialets natur, dvs. på dets kjemiske og mineralogiske sammensetning, strukturen til det romlige gitteret, styrken til den kjemiske bindingen, etc. Så,
Verdien av den termiske ekspansjonskoeffisienten til keramikk bestemmes først og fremst av naturen til den krystallinske fasen, glass - av den kjemiske sammensetningen, og glasskeramikk - av naturen til den krystallinske fasen, den kjemiske sammensetningen av den gjenværende glassaktige fase og deres forhold.
Glassaktige materialer viser en kompleks temperaturavhengighet av ekspansjon. Til å begynne med, opp til den såkalte glassovergangstemperaturen, nær mykningstemperaturen, er ekspansjonen proporsjonal med temperaturen. Ved temperaturer over glassovergangstemperaturen øker forlengelseshastigheten kraftig. Denne delen tilsvarer overgangsintervallet fra sprø til svært viskøs tilstand, der prosessene med strukturell omstrukturering av glass skjer, og glassovergangstemperaturen regnes som grensen for sprø tilstand. Etter å ha nådd maksimum, begynner forlengelsen å avta, noe som er assosiert med krymping av glassprøven som et resultat av dens mykning.
TCLE er en teknisk egenskap ved materialet og beregnes ved hjelp av formelen
hvor l 0 er lengden av legemet ved starttemperaturen T 0 ;
l t - lengden på kroppen oppvarmet til temperatur T.
TCLE er endringen i lengde med en temperaturendring på 1 grad, relatert til den opprinnelige lengden på prøven. Materialer med lav termisk ekspansjonskoeffisient brukes som deler av høypresisjonsinstrumenter og utstyr, som ikke skal endre dimensjoner ved oppvarming. Ved stiv tilkobling av deler av en enhet, for eksempel i et metall-glass-kryss, er det nødvendig å velge materialer med lignende TCLE-verdier, ellers vil det under avkjøling oppstå spenninger i krysset mellom delene, og det kan dannes sprekker i skjørt glass, og krysset vil ikke være vakuumtett. Nærheten til TCLE er også nødvendig for lag av mikrokretser som er utsatt for temperaturendringer under teknologiske operasjoner eller under drift, ellers kan ødeleggelse av kretslagene oppstå.
Termisk ekspansjonskoeffisient spiller også en viktig rolle i å vurdere den termiske motstanden til materialer: jo lavere TCLE, jo høyere termisk motstand.
Det er metalllegeringer som ikke overholder de generelle lovene for termiske egenskaper. Slike legeringer er jern-nikkel-legeringer Re-M1. En legering som inneholder 36 % nikkel har en TCLE-verdi nær null og kalles invar(latin for "uforanderlig").
Ingeniører drar nytte av en annen termisk egenskap, nemlig termisk koeffisient av elastisitetsmodul(TKMU). I ethvert fast legeme, inkludert metaller, når det oppvarmes, observeres en reduksjon i elastisitetsmodulen, som er et mål på kreftene til interatomiske bindinger. For Fe-Ni-legeringen har denne egenskapen en uregelmessig avhengighet: TKMU-modulen øker eller forblir konstant med økende temperatur. Den samme invaren med 36 % nikkel har maksimal TKMU. Valget av en spesifikk kjemisk sammensetning gjør det mulig å utvikle legeringer hvis TMC-er er praktisk talt uavhengige av temperatur. Disse legeringene kalles elinvars.
Stål med en viss termisk ekspansjon brukes til fremstillingen termobimetaller, når et lag med lav termisk ekspansjon (passivt lag) er sikkert forbundet ved å rulle til et annet lag med høyere termisk ekspansjon (aktivt lag). Bimetallplater brukes som temperaturregulator i instrumentproduksjon.
Oppvarming av en slik plate fører til krumningen, som gjør at den elektriske kretsen kan lukkes. Hovedegenskapen til termobimetaller er termisk følsomhet- evne til å bøye seg når temperaturen endres.
Beskrivelse av et kvartsdilatometer som brukes til å måle temperaturkoeffisienten for lineær ekspansjon
Den andre enden av stangen er koblet til stangen til indikatorhodet. Indikatorhodet er montert på et metallstativ. Tett kontakt mellom stangen og prøven oppnås ved å bruke trykket fra indikatorfjæren. Ved utvidelse presser prøven gjennom...eksperimentell del
1. Gjør deg kjent med enheten til dilatometeret.
2. Plasser røret som inneholder bronseprøven i rørovnen.
3. Slå på ovnen og kombinasjonsmåleren for å ta avlesninger.
4. Sett indikatoren til null.
5. Med jevne mellomrom (for eksempel etter 20°C), ta indikatoravlesninger ved å bruke kalibreringstabellen.
6. Skriv inn eksperimentelle data i tabellen. 4.2.
hvor α er den lineære ekspansjonskoeffisienten;
n- indikatoravlesninger;
k- indikator divisjon pris;
(T 2 - T 1) - temperaturforskjell (rom og endelig) for det valgte intervallet;
l- innledende dyne av prøven;
α kv - korreksjon for kvartsutvidelse.
8. Konstruer og forklar en grafisk avhengighet av prøveforlengelse på temperatur.
9. Analyser resultatene oppnådd for bronse, som er en legering av kobber og tinn, ta hensyn til at α kobber = 160 ·10 -7 g -1, α tinn = 230 ·10 -7 g -1.
10. Gjør deg kjent med ekspansjonskurver for ikke-metalliske materialer, fremhev karakteristiske soner, forklar prosessene som skjer i materialer ved oppvarming.
11. Utforme konklusjoner basert på resultatene av arbeidet.
Laboratoriearbeid nr. 5
METODER FOR Å STUDERE PORØSE KOMPOSITTMATERIALER
Målet med arbeidet: bli kjent med ulike porøse materialer og deres produksjonsteknologi. Bestem vannabsorpsjonen til polymer-, kompositt- og glasskeramiske materialer og foreta en sammenlignende analyse av de oppnådde resultatene.
Teoretisk del
Alle materialer har, i større eller mindre grad, vannabsorpsjon, dvs. evne til å absorbere V fuktighet fra miljøet og fuktighetspermeabilitet, de. evne til å føre vann gjennom seg selv. Atmosfærisk luft inneholder alltid en viss mengde vanndamp.
Vannabsorpsjonen til et materiale er betydelig påvirket av dets struktur og kjemiske natur. Tilstedeværelsen og størrelsen av kapillære hull inne i materialet som fuktighet trenger inn i spiller en viktig rolle. Svært porøse materialer, spesielt fiberholdige, har høy vannabsorpsjon. Bestemmelse av vannabsorpsjon ved økning i massen til den fuktede prøven gir en viss ide om materialets evne til å absorbere fuktighet.
Ethvert porøst strukturelt materiale (metall, keramikk, glasskeramikk eller polymer) er som regel en kombinasjon av et fast stoff med hulrom - porer. Volumet av porene, deres størrelse og distribusjonsmønster har en betydelig innvirkning på en rekke egenskaper til produkter og materialer. For eksempel avhenger den mekaniske styrken til keramikk ikke bare av den totale porøsiteten, men også av størrelsen på porene og jevnheten i deres fordeling. Det er ingen tvil om at med økende porøsitet, reduseres styrken til keramikk på grunn av en økning i strukturelle defekter og en reduksjon i bindingsstyrke.
Det er fastslått at volumet av porer fylt med vann bestemmer frostmotstanden til produktene; antall, størrelse og art av porefordeling bestemmer i stor grad slaggmotstanden til ovnsforinger; porøsitet påvirker den termiske ledningsevnen til materialer.
Porer i materialer har en rekke former, konturer og kan være ujevnt fordelt over hele volumet, så det er ekstremt vanskelig å få en fullstendig karakteristikk av porøsitet, selv når du bruker moderne porometre. Til tross for forskjellige former, kan porene deles inn i:
1. Lukkede porer- væsker og gasser som er utilgjengelige for å trenge inn i dem.
2. Åpen- porer tilgjengelig for penetrering.
Åpne porer er igjen delt inn i:
1) blindvei- porer fylt med væske og gass, åpne på den ene siden;
2) kanaldannende- porene åpner seg i begge ender, og danner porekanaler.
Fuktighetspermeabiliteten til materialet bestemmes først og fremst av kanaldannende porer i nærvær av trykkforskjeller ved deres åpne ender. Porøsitet og permeabilitet er viktige teksturegenskaper for alle typer tekniske materialer.
Siden direkte metoder for å måle porøsiteten til materialer er ekstremt komplekse, vurderes denne indikatoren ofte ved å bestemme andre egenskaper som direkte avhenger av porøsitet. Disse indikatorene inkluderer materialtetthet og vannabsorpsjon.
La oss se på noen definisjoner.
Ekte tetthet- forholdet mellom massen av et materiale og dets volum uten å ta hensyn til porene.
Tilsynelatende tetthet- dette er forholdet mellom kroppsvekt og hele volumet som er okkupert av det, inkludert porene.
Relativ tetthet- forholdet mellom tilsynelatende tetthet og sann tetthet. Det representerer volumfraksjonen av faste stoffer i materialet.
Vannabsorpsjon er forholdet mellom massen vann absorbert av materialet ved full metning og massen av den tørre prøven (uttrykt i prosent).
Ved å måle de ovennevnte egenskapene kan den totale, åpne og lukkede porøsiteten til keramikken vurderes.
Ekte (total) porøsitet- det totale volumet av alle åpne og lukkede porer, uttrykt som en prosentandel av det totale volumet av materialet. Denne verdien er betegnet med P og er numerisk lik summen av lukket og åpen porøsitet.
Tilsynelatende (åpen) porøsitet- dette er forholdet mellom volumet av alle åpne porer i kroppen (fylt med vann under koking) og hele volumet av materialet, inkludert volumet av alle porene. Verdien er betegnet P 0 og uttrykt i %.
Lukket porøsitet- dette er forholdet mellom volumet av alle lukkede porer i kroppen og volumet, inkludert volumet av alle porene, angitt med P 3 og uttrykt i %.
Vannabsorpsjon av polymermaterialer
Ved lave temperaturer og kort tid med kontakt av vann med polymeren, er svellingen begrenset og strekker seg til en liten... I komposittmaterialer, som er plast, er vannbestandighet... Plast er ikke-metalliske materialer basert på naturlig eller syntetisk høymolekylære forbindelser...Klassifisering av plast
Plast kan klassifiseres etter ulike kriterier, for eksempel etter sammensetning, forhold til varme og løsemidler, etc.
Etter komposisjon plast er delt inn i:
1) ufylt. De er harpiks i sin rene form.
2) fylt (sammensatt). I tillegg til harpiks inneholder de fyllstoffer, myknere, stabilisatorer, herdere og spesielle tilsetningsstoffer.
Fyllstoffer tilsatt i en mengde på 40-70 % (i vekt) for å øke mekaniske egenskaper, redusere krymping og redusere materialkostnadene (kostnaden for fyllstoffet er lavere enn kostnaden for harpiksen). Fyllstoffet øker imidlertid hygroskopisiteten til plast og forverrer de elektriske egenskapene.
Myknere(glyserin, ricinusolje eller parafinolje) introduseres i en mengde på 10-20 % for å redusere skjørhet og forbedre formen på ryggraden.
Stabilisatorer(sot, svovelforbindelser, fenoler) introduseres i en mengde på flere prosent for å bremse aldring, noe som stabiliserer egenskapene og forlenger levetiden. Aldring er en spontan irreversibel endring i de viktigste operasjonelle egenskapene til et materiale under drift og lagring, som oppstår som et resultat av komplekse fysiske og kjemiske prosesser.
Herdere De introduseres også i en mengde på flere prosent for å forbinde polymermolekyler med kjemiske bindinger.
Spesielle tilsetningsstoffer- smøremidler, fargestoffer, for å redusere statiske ladninger, for å redusere brennbarhet, for å beskytte mot mugg.
Ved produksjon av skum og porøs plast tilsettes poredannere - stoffer som mykner ved oppvarming, og frigjør en stor mengde gasser som skummer harpiksen.
I forhold til oppvarming og løsemidler, plast er delt inn i termoplast og herdeplast.
Termoplastiske polymerer(termoplast) - polymerer som kan mykne gjentatte ganger når de varmes opp og stivne når de avkjøles uten å endre egenskapene. I disse polymerene virker svake van der Waaps-krefter mellom molekyler og det er ingen kjemiske bindinger. Termoplast har også løselighet i løsemidler.
Termoherdende polymerer(termosett) smelter når de varmes opp til en viss temperatur og, som et resultat av kjemiske reaksjoner ved samme temperatur, ved avkjøling, stivner (som de sier, "bakt"), og blir til et hardt, ikke-smeltende og uløselig stoff. I dette tilfellet, sammen med svake van der Waals-krefter, virker sterke kjemiske bindinger mellom molekyler, kalt tverrgående. Deres forekomst er essensen av polymerherdingsprosessen.
Ved å redusere påvirkning av filler Plast er delt inn i følgende typer:
1) med ark fyllstoff (getinax, textolitt, glassfiber, trelaminert plast);
2) med fiberfyll(glassfiber, asbest glassfiber, glassfiber);
3) med pulverfyll(fenoplaster, aminoplaster,
epoksypressepulver);
4) uten fyllstoff(polyetylen, polystyren);
5) med gass-luftfyller(skumplast).
Getinax består av to eller flere lag med slitesterkt, varmebestandig, impregnert papir behandlet med en herdeherdende fenol-formaldehyd-resol-harpiks (Bakelite). For å øke varmebestandigheten, introduseres organosilisiumstoffer i tillegg i enkelte merker av getinax, og epoksyharpikser tilsettes for å øke klebeevnen. Getinax er et billig materiale som brukes i elektronisk utstyr for produksjon av ulike typer flate elektriske isolasjonsdeler og kretskortbaser.
Varmebestandigheten til getinax er 135°C. Ulemper: enkel delaminering langs fyllplatene, hygroskopisitet (dette forverrer de elektriske isolasjonsegenskapene). For å beskytte mot fuktighet er overflaten belagt med lakk.
Textolite er et presset materiale basert på ark av bomullsstoff, impregnert, som getinax, med bakelitt. Den er lettere å behandle enn getinax og har høyere vannmotstand, trykkstyrke og slagstyrke. Textolite er 5-6 ganger dyrere enn getinax. Varmebestandighet 150°C.
Glassfiber- et materiale som består av to eller flere lag alkalifritt glassstoff impregnert med ulike herdeplaster.
Glassfiber, sammenlignet med getinax og tekstolitt, har økt fuktmotstand, varmebestandighet og bedre elektriske og mekaniske parametere, men er mindre mekanisk bearbeidet. Glassfiber har god dempningsevne (evnen til å dempe vibrasjoner) og er overlegen stål og titanlegeringer i denne forbindelse. Når det gjelder termisk ekspansjon, er den nær stål. Varmebestandighet - 185°C. Glassfiber er mye brukt fordi det kombinerer lav vekt, høy styrke, varmebestandighet og gode elektriske egenskaper.
Trelaminert plast er et materiale fylt med sagflis eller finer.
Arkfolie plast har et spesielt formål og brukes til produksjon av trykte kretskort. De er laminert plast foret på en eller begge sider med elektrolytisk produsert kobberfolie.
Denne metoden for å produsere folie sikrer en jevn sammensetning og en ru overflate på den ene siden, noe som forbedrer adhesjonen av folien til dielektrikumet under liming. Komposittplast fylt med bomullsfibre og stoffer, samt trebaserte materialer, kan ha høy vannabsorpsjon på grunn av fyllstoffet. I henhold til GOST 4650-73 bestemmes vannabsorpsjon av polymermaterialer ved å holde prøven i vann i 24 timer ved romtemperatur (eller ved å koke i 30 minutter).
Tabell 5.1.
Egenskaper til plast
2. Plast er motstandsdyktig mot langvarig eksponering for industrielle aggressive miljøer og brukes til fremstilling av beskyttende belegg på metaller... 3. Under påvirkning av miljøet eldes plast langsomt, det vil si... 4. De fleste polymerer kan fungere i lang tid bare ved temperaturer under 100°C. Over denne temperaturen, som...Porøse keramiske og glasskeramiske materialer
1) innhenting av innledende pulver, 2) konsolidering av pulver, dvs. produksjon av kompakte materialer; 3) behandling og kontroll av produkter.Porøse metallmaterialer
Svært porøse pulvermetallmaterialer, på grunn av deres stive romlige ramme, har høyere styrke. De tåler... Produksjonsteknologien til porøse metallelementer avhenger av formen og...eksperimentell del
1. Bestem vannabsorpsjonen til polymermaterialer.
1.1. Vei prøver av polymermaterialer før testing (masse m 1).
1.2. Plasser prøver i et beger Med vann, ta med til. kok opp og hold ved koketemperatur i 30 minutter.
1.3. Fjern prøver fra begerglasset, klatt med filter
papir og veie (masse m 2).
1.4. Legg inn måleresultatene i tabellen. 5.2.
1.5. Bestem vannabsorpsjonen for hver prøve ved å bruke formelen
Tabell 5.2
2. Bestem vannabsorpsjon og åpen porøsitet for glass-I keramiske materialer.
2.1. Vei prøver av glasskeramiske materialer. Mål dimensjonene til prøvene som trengs for å beregne volumet ved hjelp av en skyvelære.
2.2. Plasser prøvene i et beger, kok opp og hold dem ved koketemperatur i 60 minutter.
2.3. Fjern prøver fra begerglasset og vei. Merk følgende! Prøver bør ikke blottes grundig pga Vann vil bli fjernet fra relativt store huler.
2.4. Bestem vannabsorpsjonen for hver prøve ved å bruke formelen ovenfor.
2.5. Bestem den tilsynelatende tettheten til prøvene ved å bruke formelen
2.6. Beregn den tilsynelatende (åpne) porøsiteten Pc:
2.7. Legg inn beregningsresultatene i tabell 5.3.
Tabell 5.3
3. Utfør en komparativ analyse og formuler konklusjoner basert på de eksperimentelle resultatene.
Hva skal vi gjøre med det mottatte materialet:
Hvis dette materialet var nyttig for deg, kan du lagre det på siden din på sosiale nettverk:
Spesialiteten «materialvitenskap og teknologi» er en av de viktigste disiplinene for nesten alle maskiningeniørstudenter. Opprettelsen av nye utviklinger som kan konkurrere på det internasjonale markedet er umulig å forestille seg og gjennomføre uten grundig kunnskap om emnet.
Materialfagkurset studerer rekkevidden av ulike råvarer og deres egenskaper. De ulike egenskapene til materialene som brukes bestemmer rekkevidden av deres anvendelse i teknologi. Den indre strukturen til et metall eller en sammensatt legering påvirker direkte kvaliteten på produktet.
Grunnleggende egenskaper
Materialvitenskap og teknisk materialteknologi fremhever de fire viktigste egenskapene til ethvert metall eller legering. Først av alt er dette fysiske og mekaniske egenskaper som gjør det mulig å forutsi de operasjonelle og teknologiske egenskapene til det fremtidige produktet. Den viktigste mekaniske egenskapen her er styrke - den påvirker direkte uforgjengeligheten til det ferdige produktet under påvirkning av arbeidsbelastninger. Studiet av brudd og styrke er en av de viktigste komponentene i grunnkurset "materialvitenskap og materialers teknologi." Denne vitenskapen brukes til å finne de nødvendige strukturelle legeringene og komponentene beregnet for fremstilling av deler med de ønskede styrkeegenskaper. Teknologiske og operasjonelle funksjoner gjør det mulig å forutsi oppførselen til det ferdige produktet under drift og ekstreme belastninger, beregne styrkegrensene og vurdere holdbarheten til hele mekanismen.
Grunnleggende materialer
I løpet av de siste århundrene har hovedmaterialet for å lage maskiner og mekanismer vært metall. Derfor legger faget "materialvitenskap" stor vekt på metallvitenskap - vitenskapen om metaller og deres legeringer. Sovjetiske forskere ga et stort bidrag til utviklingen: P. P. Anosov, N. S. Kurnakov, D. K. Chernov og andre.
Mål for materialvitenskap
Grunnleggende materialvitenskap er nødvendig for fremtidige ingeniører å studere. Tross alt er hovedformålet med å inkludere denne disiplinen i læreplanen å lære tekniske studenter å gjøre det riktige valget av materiale for designede produkter for å forlenge levetiden deres.
Å oppnå dette målet vil hjelpe fremtidige ingeniører med å løse følgende problemer:
- Vurder de tekniske egenskapene til et materiale korrekt ved å analysere produksjonsbetingelsene til produktet og dets levetid.
- Ha riktig utformet vitenskapelige ideer om de reelle mulighetene for å forbedre eventuelle egenskaper til et metall eller en legering ved å endre strukturen.
- Kjenn til alle metodene for å styrke materialer som kan sikre holdbarheten og ytelsen til verktøy og produkter.
- Ha oppdatert kunnskap om hovedgruppene av materialer som brukes, egenskapene til disse gruppene og anvendelsesområdet.
Nødvendig kunnskap
Kurset "materialvitenskap og teknologi for strukturelle materialer" er beregnet på de studentene som allerede forstår og kan forklare betydningen av slike egenskaper som stress, belastning, plastisk og aggregert tilstand av materie, den atom-krystallinske strukturen til metaller, typer kjemiske bindinger, og de grunnleggende fysiske egenskapene til metaller. I prosessen med å studere gjennomgår studentene grunnleggende opplæring, som vil være nyttig for dem å erobre spesialiserte disipliner. Flere seniorkurs undersøker ulike produksjonsprosesser og teknologier, der materialvitenskap og materialteknologi spiller en betydelig rolle.
Hvem skal jobbe med?
Kunnskap om designfunksjonene og tekniske egenskapene til metaller og legeringer vil være nyttig for en designer som arbeider innen drift av moderne maskiner og mekanismer. Spesialister innen ny materialteknologi kan finne sitt arbeidssted innen maskinteknikk, bilindustri, luftfart, energi og romfart. Den siste tiden har det vært mangel på spesialister med diplom i materialvitenskap og teknologi innen forsvarsindustrien og innen kommunikasjonsutvikling.
Utvikling av materialvitenskap
Som en egen disiplin er materialvitenskap et eksempel på en typisk anvendt vitenskap som forklarer sammensetningen, strukturen og egenskapene til ulike metaller og deres legeringer under ulike forhold.
Mennesket skaffet seg evnen til å utvinne metall og lage forskjellige legeringer i løpet av nedbrytningen av det primitive kommunale systemet. Men som en egen vitenskap begynte materialvitenskap og materialteknologi å studeres for litt over 200 år siden. Begynnelsen av 1700-tallet var oppdagelsesperioden til den franske vitenskapsmannen-leksikon Reaumur, som var den første som prøvde å studere den indre strukturen til metaller. Tilsvarende forskning ble utført av den engelske produsenten Grignon, som i 1775 skrev en kort rapport om søylestrukturen han oppdaget som dannes når jern størkner.
I det russiske imperiet tilhørte de første vitenskapelige arbeidene innen metallurgi M.V. Lomonosov, som i sin manual forsøkte å kort forklare essensen av forskjellige metallurgiske prosesser.
Metallvitenskapen tok et stort sprang fremover på begynnelsen av 1800-tallet, da nye metoder for å studere ulike materialer ble utviklet. I 1831 viste verkene til P. P. Anosov muligheten for å studere metaller under et mikroskop. Etter dette har flere forskere fra en rekke land vitenskapelig bevist strukturelle transformasjoner i metaller under deres kontinuerlige avkjøling.
Hundre år senere opphørte æraen med optiske mikroskoper å eksistere. Teknologien til strukturelle materialer kunne ikke gjøre nye funn ved å bruke utdaterte metoder. Optikk er erstattet av elektronisk utstyr. Metallurgi begynte å ty til elektroniske observasjonsmetoder, spesielt nøytrondiffraksjon og elektrondiffraksjon. Ved hjelp av disse nye teknologiene er det mulig å øke seksjonene av metaller og legeringer opptil 1000 ganger, noe som betyr at det er mye mer grunnlag for vitenskapelige konklusjoner.
Teoretisk informasjon om strukturen til materialer
I prosessen med å studere disiplinen får studentene teoretisk kunnskap om den indre strukturen til metaller og legeringer. På slutten av kurset skal studentene tilegne seg følgende ferdigheter og evner:
- om indre;
- om anisotropi og isotropi. Hva forårsaker disse egenskapene og hvordan de kan påvirkes;
- om ulike defekter i strukturen til metaller og legeringer;
- om metoder for å studere den indre strukturen til et materiale.
Praktiske klasser i faget materialvitenskap
Det er en materialvitenskapelig avdeling ved hvert teknisk universitet. I løpet av kurset studerer studenten følgende metoder og teknologier:
- Grunnleggende om metallurgi - historie og moderne metoder for å produsere metallegeringer. Produksjon av stål og støpejern i moderne masovner. Støping av stål og støpejern, metoder for å forbedre kvaliteten på metallurgiske produkter. Klassifisering og merking av stål, dets tekniske og fysiske egenskaper. Smelting av ikke-jernholdige metaller og deres legeringer, produksjon av aluminium, kobber, titan og andre ikke-jernholdige metaller. Utstyret som brukes i dette tilfellet.
![](https://i2.wp.com/fb.ru/misc/i/gallery/24864/963011.jpg)
Moderne utvikling av materialvitenskap
Nylig har materialvitenskap fått en kraftig drivkraft for utvikling. Behovet for nye materialer har tvunget forskere til å tenke på å få tak i rene og ultrarene metaller; det arbeides med å lage ulike råvarer i henhold til opprinnelig beregnede egenskaper. Moderne teknologi av strukturelle materialer foreslår bruk av nye stoffer i stedet for standard metaller. Mer oppmerksomhet rettes mot bruken av plast, keramikk og komposittmaterialer, som har styrkeparametere som er kompatible med metallprodukter, men som er fri for sine ulemper.
Retning" Materialvitenskap og teknologi»
De viktigste utdanningsprogrammene:
Bachelorgrad: "Teknologi av materialer og nanostrukturer"
Ingen områder med moderne produksjon kan klare seg uten materialer og teknologi for deres produksjon, spesielt innen høyteknologi, som inkluderer MIETs aktiviteter. Den siste tiden har utviklingen av nanoteknologi blitt viet mye oppmerksomhet over hele verden, og samtidig har utviklingen av elektronikk også gått inn på nanoskalaområdet. Dermed kommer nanomaterialer og nanomaterialteknologier i forgrunnen.
Innenfor rammen av retningen "Materials Science and Technologies of Materials" (MMT), uteksaminerer den bachelorer i følgende profil:
Nyutdannede fra PMT Institute, som har mottatt bachelor- og masterkvalifikasjoner innen "Materials Science and Technology of Materials", har god opplæring i naturvitenskapelige disipliner, med en grundig studie av egenskapene til forskning og skapelse av nanomaterialer og nanostrukturer, som er grunnlaget for design og utvikling av nanoteknologi. De er flytende i bruker- og spesielle dataprogrammer og er i stand til å bruke moderne programmeringsspråk for å utvikle effektive løsninger på tildelte problemer.
Instituttet har det nyeste utstyret som gjør det mulig å drive forskning og utvikling av mikro- og nanomaterialer og strukturer, og metoder for deres forskning. Studenter som er interessert i arbeidet til instituttets lærere, allerede fra ungdomsårene, tar full del i arbeidet til vitenskapelige og tekniske grupper i utviklingen av ulike enheter og skriving av programvare for dem, utviklingen av nye teknologier og forskning på nye materialer. Resultatene av dette arbeidet publiseres i høyt siterte tidsskrifter og samlinger, presenteres på konferanser og seminarer, og blir ofte tildelt diplomer og attester. Etter vellykket fullføring av studiene fortsetter mange studenter studiene på forskerskolen. Hovedfagsstudenter og studenter samhandler aktivt med kolleger fra ledende utenlandske universiteter i Europa og Amerika, som ikke bare inkluderer utveksling av informasjon, men også muligheten til å fortsette opplæring og praksisplasser for studenter, doktorgradsstudenter og unge forskere i utlandet.
Nyutdannede har sammen med lærere utviklet unike teknologier for dannelse av halvlederenergiomformere, integrerte og fiberoptiske teknologier, som nyter verdensomspennende anerkjennelse. De utviklede prinsippene og metodene brukes i ulike utenlandske universiteter og selskaper. Avgangsstudenter ved instituttet har gjentatte ganger mottatt tilskudd og stipend fra presidenten i Den russiske føderasjonen.
Nyutdannede fra PMT Institute er etterspurt i en rekke prioriterte områder for utvikling av den globale og russiske økonomien, for eksempel:
- nanoteknikk og nanomaterialer;
- elektronikk og nanoelektronikk;
- energisparing og alternative energikilder;
- romteknologi;
- mikroelektromekaniske systemer.
Det høye opplæringsnivået produsert av instituttet gjør det mulig for nyutdannede å finne arbeid i forskjellige andre sektorer av økonomien, fra energi til bank.
Materialvitenskap og teknologi av nye materialer
Profil informasjon
Retningen for opplæring for en sertifisert bachelor 03/22/01 - "Materials Science and Technology of Materials" ble godkjent etter ordre fra Utdanningsdepartementet i den russiske føderasjonen datert 12. november 2015 nr. 1331. Standardperioden for å mestre hovedutdanningsprogram for bacheloropplæring i retning «Material Science and Technology of Materials» for fulltidsstudium er 4 år.
Hovedtyper av aktiviteter for en nyutdannet (som blir trent), hva en nyutdannet kan gjøre
Område for faglig aktivitet for nyutdannede:
- utvikling, forskning, modifikasjon og bruk av materialer av uorganisk og organisk natur til ulike formål; prosesser for deres dannelse, form og strukturdannelse; transformasjoner på stadier av produksjon, prosessering og drift;
- prosesser for å skaffe materialer, emner, halvfabrikata, deler og produkter, samt styring av deres kvalitet for ulike felt innen ingeniørvitenskap og teknologi (mekanisk og instrumentteknikk, luftfart og rakett- og romteknologi, kjernekraft, solid-state elektronikk, nanoindustri, medisinsk utstyr, sports- og husholdningsapparater og etc.)
Objekter for faglig aktivitet til kandidaten:
- hovedtypene av moderne strukturelle og funksjonelle uorganiske (metalliske og ikke-metalliske) og organiske (polymer og karbon) materialer; kompositter og hybridmaterialer; superharde materialer;
- intelligente og nanomaterialer, filmer og belegg;
- metoder og midler for testing og diagnostikk, forskning og kvalitetskontroll av materialer, filmer og belegg, halvfabrikata, emner, deler og produkter, alle typer forskning, kontroll- og testutstyr, analytisk
- utstyr, dataprogramvare for å behandle resultater og analysere dataene som er oppnådd, modellering av materialers oppførsel, vurdering og forutsigelse av deres ytelsesegenskaper;
- teknologiske prosesser for produksjon, prosessering og modifikasjon av materialer og belegg, deler og produkter; utstyr, teknologisk utstyr og utstyr; prosesskontrollsystemer;
- regulatorisk og teknisk dokumentasjon og sertifiseringssystemer for materialer og produkter, teknologiske prosesser for deres produksjon og prosessering; rapportering av dokumentasjon, registreringer og protokoller over fremdrift og resultater av eksperimenter, dokumentasjon om sikkerhetstiltak og livssikkerhet.
Typer profesjonelle aktiviteter for kandidaten:
forskning og beregningsanalytisk:
- innsamling av data om eksisterende typer og merker av materialer, deres struktur og egenskaper i forhold til å løse tildelte problemer ved hjelp av databaser og litterære kilder;
- deltakelse i arbeidet til en gruppe spesialister i å utføre eksperimenter og bearbeide resultatene deres om opprettelse, forskning og valg av materialer, vurdere deres teknologiske og servicemessige kvaliteter gjennom en omfattende analyse av deres struktur og egenskaper,
- fysisk-mekaniske, korrosjon og andre tester;
- innsamling av vitenskapelig og teknisk informasjon om emnet eksperimenter for utarbeidelse av anmeldelser, rapporter og vitenskapelige publikasjoner, deltakelse i utarbeidelse av rapporter om den fullførte oppgaven;
- kontorarbeid og utarbeidelse av design og arbeidsteknisk dokumentasjon, poster og protokoller; kontrollere at utviklede prosjekter og teknisk dokumentasjon er i samsvar med forskriftsdokumenter.
produksjon og design og teknologisk:
- deltakelse i produksjon av materialer med spesifiserte teknologiske og funksjonelle egenskaper, design av høyteknologiske prosesser som en del av den primære design-, teknologi- eller forskningsavdelingen;
- organisering av arbeidsplasser, deres tekniske utstyr, vedlikehold og diagnostikk av teknologisk utstyr, overvåking av overholdelse av teknologisk disiplin og miljøsikkerhet i produksjonsavdelingen for prosessering og prosessering av materialer, kvalitetskontroll av produserte produkter;
- utvikling av tekniske spesifikasjoner for utforming av individuelle enheter av enheter, utstyr og spesialverktøy levert av teknologien for å skaffe og behandle materialer;
- deltakelse i arbeid med standardisering, utarbeidelse og sertifisering av prosesser, utstyr og materialer, utarbeidelse av dokumenter ved opprettelse av et kvalitetsstyringssystem i en virksomhet eller organisasjon.
organisatorisk og ledelsesmessig:
- teknologisk prosessstyring, som sikrer teknisk og miljømessig sikkerhet ved produksjon i området for deres profesjonelle aktiviteter;
- utarbeide teknisk dokumentasjon (arbeidsplaner, instruksjoner, planer, estimater, forespørsler om materialer og utstyr, etc.), utarbeide etablerte rapporter i henhold til godkjente skjemaer;
- forebygging av skader, yrkessykdommer, forebygging av miljøbrudd i området for deres profesjonelle aktiviteter.
Kort beskrivelse av treningsprofilen
"Materialvitenskap og teknologi for nye materialer" er grunnlaget for moderne teknologi: fly og raketter, biler og skip, bygninger og strukturer, mikroelektronikk og datamaskiner, mobiltelefoner og navigatorer. Dette er strukturelle materialer (sterke, lette, korrosjonsbestandige) og funksjonelle materialer (med spesielle magnetiske, elektriske, optiske og andre egenskaper). Nye materialer kommer i økende grad inn i vårt daglige liv og endrer kvaliteten radikalt. Det er imidlertid fortsatt mange uløste problemer som du, dagens søkere, må løse. For eksempel er århundrets problem som materialforskere står overfor, opprettelsen av en keramisk motor. En slik motor vil være lett, høy temperatur, med høy effektivitet, lavt drivstofforbruk og lave eksosutslipp til miljøet. Men foreløpig er keramikk et veldig skjørt materiale som en motor ikke kan lages av.
Grunnleggende disipliner
- Introduksjon til materialvitenskap og teknologi for nye materialer.
- Produksjon av deler fra komposittmaterialer.
- Instrumenter og metoder for å studere nanomaterialer.
- Harde legeringer og overflater.
- Egenskaper og anvendelser av nanomaterialer.
- Undersøkelse av materialer og nanomaterialer.
- Keramiske materialer og glass.
Mulige aktivitetsområder for nyutdannede
- Ingeniør for kjemisk og spektral analyse av materialer.
- Radiologisk ingeniør.
- Elektronmikroskopiingeniør.
- Metallografisk ingeniør.
- Testingingeniør for materialer og belegg.
- Feildeteksjonsingeniør.
- Ingeniør for undersøkelse av årsakene til ødeleggelse av materialer.
- Teknologisk ingeniør for komposittmaterialer.
- Prosessingeniør for beskyttende belegg.
- Materialforsyningsingeniør.
- Markedsingeniør for materialer og belegg.
- Igolkina Nadezhda - JSC "Gidroavtomatika", ingeniør,
- Kondratyev Valery - FSUE GNP RKTs "TsSKB-Progress", leder for sveisesektoren,
- Alexander Podkatov - Volgaburmash OJSC, arbeidsleder,
- Shibanov Denis - Volgaburmash OJSC, designingeniør,
- Shuldeshov Dmitry - SPRP ORC ved NK CHPP-1, Novokuibyshevsk, sveisemester.
Bedrifter som avdelingen samarbeider med, kommunikasjon med virksomheter hvor det foregår praksis
- OJSC "Volgaburmash";
- OJSC "Volzhskaya Territorial Generating Company";
- OJSC "VNIIT NEFT";
- OJSC Samara oljeraffineri;
- FSUE GNP RKTs "TSSKB - Progress";
- OJSC "Metalist - Samara";
- OJSC "Aircraft Bearings Plant";
- ZAO Alcoa-SMZ;
- JSC "Aviaagregat";
- JSC "KOTROKO";
- LLC "IDC "AE-Systems";
- State Enterprise "Samara Instrument-Making Plant - Reid";
- OJSC "AVTOVAZ" (Togliatti);
- OJSC "DAAZ" (Dimitrovgrad);
- OJSC "Tyazhmash", (Syzran)
- Institutt for strukturelle makrokinetikk og materialvitenskapelige problemer ved det russiske vitenskapsakademiet (ISMAN), Chernogolovka, Moskva-regionen.
Kontakter
Telefonnumre til Institutt for metallurgi, pulvermetallurgi, nanomaterialer: 242-28-89Institutt for metallurgi, pulvermetallurgi, nanomaterialer
G. Samara, st. Molodogvardeyskaya, 133
Nanoteknologi
Teknologier for polymer, komposittmaterialer og beskyttende belegg
Informasjon om utdanningsprogrammet
Avdelingens hovedmål er å utdanne høyt kvalifisert personell innen bearbeiding av plast, komposittmaterialer og beskyttende belegg.
Avdeling "Kjemi og teknologi for polymer og komposittmaterialer" forbereder og uteksaminerer bachelorer i retning 03/22/01 "Materialvitenskap og materialteknologi" under programmet "Teknologi for polymer, komposittmaterialer og beskyttende belegg".
Typer graduate aktiviteter
Nyutdannede får kunnskap, ferdigheter og evner som lar dem mestre avanserte produksjonsmetoder og moderne metoder for bearbeiding av plast og komposittmaterialer, samt eksempler.
Grunnleggende disipliner
- Komposittmaterialer
- Datagrafikk i datastøttede designsystemer
- Grunnleggende om datastøttet design
- Teoretisk grunnlag for plastbehandling
- Polymer lim og belegg
- Elastomerer. Kjemi av utdanning og prosessteknologi
- Egenskaper og teknologier til materialer i nanostørrelse
- Grunnleggende om utforming av plastforedlingsanlegg
- Mekaniske prosesser
- Utstyr, teknologi og beregninger for sprøytestøping
- Utstyr, teknologi og beregninger for ekstrudering mv.
Eksempler på utdannet ansettelse
En spesialitet som "Material Science and Technology" har nylig blitt etterspurt blant søkere. La oss vurdere hovedtrekkene i denne retningen og dens egenskaper.
Område for faglig aktivitet av spesialister
Retningen "Material Science and Technology of Materials" inkluderer:
- forskning, utvikling, bruk, modifikasjon, drift, avhending av materialer av organisk og uorganisk natur i ulike retninger;
- teknologier for deres etablering, strukturdannelse, prosessering;
- kvalitetsstyring for instrumentproduksjon og maskinteknikk, rakett- og luftfartsteknologi, husholdnings- og sportsutstyr, medisinsk utstyr.
Aktivitetsobjekter til mestere
Spesialiteten "Materialvitenskap og teknologi for materialer" er assosiert med følgende aktivitetsobjekter:
- med hovedtypene funksjonelle organiske og uorganiske materialer; hybrid- og komposittmaterialer; nanobelegg og polymerfilmer;
- midler og metoder for diagnostikk og testing, forskning og kvalitetskontroll av filmer, materialer, belegg, emner, halvfabrikata, produkter, alle typer test- og kontrollutstyr, analytisk utstyr, dataprogramvare for behandling av resultater, samt dataanalyse ;
- teknologiske produksjonsprosesser, prosessering og modifikasjon av belegg og materialer, utstyr, teknologisk utstyr,.
Spesialiteten "Materials Science and Technology of Materials" krever evnen til å analysere regulatorisk og teknisk dokumentasjon, sertifiseringssystemer for produkter og materialer og rapporteringsdokumentasjon. Skipsføreren må kjenne til dokumentasjonen om livssikkerhet og sikkerhetstiltak.
Treningsområder
Spesialiteten "Materialvitenskap og materialteknologi" er knyttet til opplæring i følgende typer profesjonelle aktiviteter:
- Forskning, beregning og analytisk arbeid.
- Produksjon og design og teknologiske aktiviteter.
- Organisatorisk og ledelsesmessig retning.
Etter å ha mottatt spesialiteten "materialvitenskap og materialteknologi", hvilken jobb bør du jobbe med? En kandidat som har bestått den endelige sertifiseringen får kvalifikasjonen "masteringeniør". Han kan finne arbeid i ulike selskaper for å utføre kalkulasjons-, analyse- og forskningsaktiviteter.
I tillegg gir spesialiteten "Materialvitenskap og teknologi for nye materialer" muligheten til å utføre vitenskapelige og anvendte eksperimenter, delta i prosessene med å lage og teste innovative materialer og nye produkter.
Mestere med lignende kvalifikasjoner er engasjert i utviklingen av arbeidsplaner, programmer, metoder rettet mot å lage teknologiske anbefalinger for å introdusere innovasjoner i produksjonsprosessen, og er engasjert i å forberede visse oppgaver for vanlige arbeidere.
Retningsdetaljer
Spesialiteten "materialvitenskap og teknologi for strukturelle materialer" innebærer utarbeidelse av publikasjoner, anmeldelser, vitenskapelige og tekniske rapporter basert på forskningsresultater. Slike spesialister systematiserer vitenskapelig, ingeniør-, patentinformasjon om forskningsproblemet, anmeldelser og konklusjoner om gjennomførte prosjekter.
Ingeniører som har mestret feltet "materialvitenskap og materialteknologi" er ikke bare engasjert i design og teknologiske aktiviteter, men også i produksjonsaktiviteter.
Funksjoner av retningen
Ingeniører som har mottatt denne spesialiseringen er engasjert i å utarbeide oppdrag for utvikling av prosjektdokumentasjon og drive patentforskning rettet mot å skape innovative områder. De leter etter optimale alternativer for å behandle og behandle ulike materialer, enheter, installasjoner og deres teknologiske utstyr ved hjelp av automatiske designsystemer.
Sertifiserte spesialister vurderer den økonomiske lønnsomheten til en viss teknologisk prosess, deltar i analysen av alternative produksjonsmetoder, organiserer prosessering og prosessering av produkter og deltar i prosessen med sertifisering av produkter og teknologier.
Spesifikasjoner for trening
Bachelorer i denne profilen er opplært i følgende ferdigheter:
- velge informasjon om tilgjengelig materiale ved hjelp av databaser, samt ulike litterære kilder;
- analysere, velge, evaluere materialer basert på deres ytelsesegenskaper, mens du utfører en omfattende strukturell analyse;
- kommunikasjonsevner og evnen til å jobbe i et team;
- samle informasjon innen pågående eksperimenter, kompilere rapporter, anmeldelser, visse vitenskapelige publikasjoner;
- utarbeide dokumenter, journaler, eksperimentelle protokoller.
Bachelorer har ferdighetene til å kontrollere opprettede prosjekter for full overensstemmelse med alle lovmessige standarder. De designer høyteknologiske prosesser beregnet på innledende forskning og designteknologiske strukturer, organiserer og utstyrer arbeidsplasser med nødvendig utstyr.
Ansvar
Innehavere av vitnemål innen materialvitenskap og teknologi er pålagt å utføre utstyrsdiagnostikk. De legger spesielt vekt på miljøsikkerhet på arbeidsplassen. Når de utvikler tekniske spesifikasjoner for å lage visse komponenter i komplekse mekanismer, tar ingeniører hensyn til deres operasjonelle funksjoner.
Etter fullføring av arbeidet kontrollerer de at resultatene som er oppnådd samsvarer med de angitte forholdene og sikkerheten til de opprettede mekanismene. Det er disse spesialistene som utarbeider dokumenter for registrering av nye bilder og utarbeider spesiell teknisk dokumentasjon.
Svært ofte begynner nyutdannede sin profesjonelle vei med stillingen som "kjemisk og spektralanalyseingeniør", samt "belegg- og materialtestingingeniør".
Konklusjon
Etter å ha mottatt spesialiteten "Materialvitenskap og materialteknologi", vil en nyslått spesialist ikke ha problemer med å finne arbeid. Han kan bli ingeniør ved hvilken som helst stor fabrikk eller anlegg. De spesialistene som har viss kunnskap innen metallbearbeiding og et diplom for høyere utdanning kan stole på stillingene som termisk teknolog og feildetektor.
Et tilstrekkelig antall industribedrifter og tungindustriorganisasjoner trenger metallurger og metallografer. Hvis du i utgangspunktet mestrer teoretisk kunnskap innen metallbearbeiding, kan du i dette tilfellet først finne en jobb som ingeniør og fortsette utdannelsen din, og motta spesialiseringen "kjemisk og spektralanalyseingeniør" eller "beleggtestingeniør."
Spesialiteten "Materials Science and Technology of Materials" har nå blitt en av hoveddisiplinene for de studentene som er engasjert i maskinteknikk.
Studentene studerer utvalget av materialer som allerede brukes i tungindustrien, og forutsier også dannelsen av nye stoffer beregnet på metallurgisk industri.