Министерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский государственный технический университет Утверждаю                                                                        Первый проректор                                                           _________________ Исагулов А.З.                                                             «____» _________ 2014 г.           УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС   по дисциплине  «Теория строения материалов» для студентов специальности:  050710 —  «Материаловедение и технология новых материалов» Факультет      Машиностроительный Кафедра         МЛП и КМ 2014 г.

 

Учебно-методический комплекс дисциплины «Кристаллография и металлография» разработан: к.т.н., доцент Квон Св.С.,, проф., д.т.н. Шарая О.А.     Обсужден на заседании кафедры МЛП и КМ   Протокол № _______ от «____»______________200___ г.   Зав. кафедрой ______________Кузембаев С.Б.  «____»____________200___ г.           Одобрен методическим бюро машиностроительного факультета     Протокол № ________ от «_____»_____________200___ г.   Председатель ____________ Куспекова Ш.А. «____»____________ 200___ г.

1 Рабочая учебная программа

 

1.1  Сведения о преподавателе и контактная информация

Квон Светлана Сергеевна, к.т.н., доцент кафедры МЛП и КМ;

Шарая Ольга Александровна, к.т.н., проф. Кафедры МЛП и КМ;

 

Кафедра   МЛП и КМ  находится главном корпусе  КарГТУ (Б. Мира 56),  аудитория 313, контактный телефон 8(7212)565935 доб.10-24

 

1.2 Трудоемкость дисциплины

 

Семестр	Количество кредитов	Вид занятий					Количество часов СРС	Общее количество часов	Форма контроля
		количество контактных часов			количество часов СРСП	всего часов
		Лекции	Практичес-кие занятия	Лаборатор-ные занятия
5	3	30	15	—	45	90	45	135	Экзамен

 

1.3 Характеристика дисциплины

 

Дисциплина  «Теория строения материалов» является  вузовской компонентой цикла базовых дисциплин для специальности 050710. Материал курса  является теоретической основой для изучения дисциплин базового и профессионального циклов специальности «Материаловедение и технология новых материалов». Курс состоит из лекций, практических занятий, СРСП. Кроме того, студенты самостоятельно изучают ряд тем, предусмотренных по плану СРС. По окончании изучения курса студенты сдают экзамен.

 

1.4 Цель дисциплины

 

Целью данной дисциплины является изучение теоретических основ и прикладных аспектов строения материалов различной природы,   как научной основы для решения материаловедческих  задач.

 

1.5 Задачи дисциплины

 

Задачи дисциплины следующие:

 

изучить основные понятия и  законы  кристаллографии, металлографии, общей химии, теории полимеров  для дальнейшего применения их при анализе строения и  свойств материалов, разработки и совершенствования технологий их производства.

 

В результате изучения данной дисциплины студенты должны:

 

иметь представление о:

классификации кристаллов, способах их описания; строении металлов и металлических сплавов; строении полимеров и стекол;

 

знать:

основные методы описания кристаллов и кристаллической структуры;

методы изучения строения и свойств металлов и сплавов, неметаллических материалов;

 

уметь:

анализировать процессы структурообразования, прогнозировать состав,  строение и свойства    металлических и неметаллических материалов;

 

приобрести практические навыки:

расшифровки и интерпретации состава, строения и свойств  металличес-    ких систем, неметаллических материалов;

 

1.6 Пререквизиты

 

Для изучения данной дисциплины необходимо усвоение следующих дисциплин (с указанием разделов (тем)):

 

 

     1.7 Постреквизиты

Знания, полученные при изучении дисциплины «Теория строения материалов» используются при освоении следующих дисциплин:

1.     Рентгенография.

1. Механические свойства материалов.
2. Физические свойства материалов.
3. Современные методы исследования материалов.

 

1.8 Содержание дисциплины

1.8.1 Содержание дисциплины по видам занятий и их трудоемкость

Наименование раздела, (темы)	Трудоемкость по видам занятий, ч.
	Лекции	Практи-ческие	Лабора-торные	СРСП	СРС
1. Кристаллическое и аморфное строение вещества.	2	1	—	4	4
2. Элементы кристаллографии (элементарная ячейка, решетки Бравэ и др.)	4	2	—	4	4
3. Дефекты кристаллического строения: точечные и линейные.	2	2	—	4	4
4. Процесс кристаллизации	2	2	—	4	4
5. Основные типы кристаллических решеток металлов.	4	2	—	4	4
6. Типы химических связей.	2	—	—	4	4
7. Типы кристаллов.	2	—	—	4	4
8. Фазы в сплавах.	2	2	—	4	4
9. Общая характеристика полимеров, классификация	2	—	—	4	4
10. Строение и свойства полимеров	4	2	—	5	5
11. Стекла, классификация, строение и свойства	4	2	—	4	4
Итого:	30	15	—	45	45

 

 

    1.9 Список основной литературы

1. Шаскольская М.П. Кристаллография, М., Высшая школа, 1985
2. Лившиц Б.Г. Металлография. М.: Металлургия, 1990,334 с.
3. Гуляев А.П. Металловедение. М., Металлургия, 1990, 459с.
4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение, М., 1990, 493 с.
5. Манин В.И., Громов А.Н., Григорьев В.П. Дефектность  и эксплуатационные свойства полимерных материалов. С-Пб., Химия, 1996, 184 с.

 

1.10    Список дополнительной литературы

6. Материаловедение/ под ред. Арзамассова Б.Н./ М., Машиностроение, 1995, 384 с.

7. Тарнопольский Ю.М., Жигун И.Г., Поляков В.А. Пространственно-армированные композиционные материалы: Справочник, М., Машиностроение, 1997, 224 с.

 

   1.11.Критерии оценки знаний студентов

 

Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма максимальных показателей успеваемости по рубежным контролям (до 60%) и итоговой аттестации (экзамену) (до 40%) и составляет значение до 100% в соответствии с таблицей.

 

 

Рубежный контроль проводится на 7-й и 14-й неделях обучения и складывается исходя из следующих видов контроля:

 

1.12 Политика и процедуры

При изучении дисциплины «Теория строения материалов» прошу соблюдать следующие правила:

1 Не опаздывать на занятия.

2 Не пропускать занятия без уважительной причины, в случае болезни прошу представить справку, в других случаях – объяснительную записку.

3 В обязанности студента входит посещение всех видов занятий.

4 Согласно календарному графику учебного процесса сдавать все виды контроля.

5 Пропущенные практические занятия отрабатывать в указанное преподавателем время.

6 Пересдача аттестации разрешается только один раз и в указанное время.

 

1.13 Учебно-методическая обеспеченность дисциплины

 

Ф.И.О. автора	Наименование учебно-методической литературы	Изд-во, год издания	Кол-во экземпляров
			в биб-лиотеке	на кафед-ре
Основная литература
Шаскольская М.П.	Кристаллография	Высшая школа, 1984	6	1
Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П.	Материаловедение	М., Машиностроение, 1990	25	2
Б.Г. Лифшиц	Металлография	М.: Метал-лургия, 1990,334с.	5	2
Манин В.Н. и др.	Дефектность и эксплуатационные свойства полимеров	С-Пб., Химия, 1996	5	—
Гуляев А.П.	Металловедение	М., Мет. 1990	10	1
Дополнительная литература
Под ред. Арзамассова Б.Н.	Материаловедение	М., Машиностроение, 1996	12	1
Тарнопольский Ю.М. и др.	Пространственно-армированные композиционные материалы	М., Машиностроение, 1997	3	—

 

 

 

2                График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

Вид контроля	Цель и содержание задания	Рекомендуемая литература	Продолжительность выполнения	Форма контроля	Срок сдачи
Отчет по прак. зан.	Углубить знания по теме 1	[2], конспект лекций	1 неделя	текущий	2 неделя
Отчет по прак. зан.	Углубить знания по теме 2	[1, 2,3], конспект лекций	1 неделя	текущий	3 неделя
Отчет по прак. зан.	Углубить знания по теме 3	[2, 3, 4], конспект лекций	1 неделя	текущий	4 неделя
Отчет по прак. зан.	Углубить знания по теме 4	[2,3], конспект лекций	1 неделя	текущий	5 неделя
Отчет по прак. зан.	Углубить знания по теме 5	[2,3, 5], конспект лекций	1 неделя	текущий	6 неделя
Отчет по СРС	Углубить знания по темам 1- 5	[1-5], конспект лекций	6 недель	текущий	7 неделя
К.р. № 1	Контроль знаний Темы 1-5	[1-5], конспект лекций	1 час	рубежный	7 неделя
Отчет по прак. зан.	Углубить знания по теме 6	[2], конспект лекций	1 неделя	текущий	8 неделя
Отчет по прак. зан.	Углубить знания по теме 7	[1, 2,3], конспект лекций	1 неделя	текущий	9 неделя
Отчет по прак. зан.	Углубить знания по теме8	[2, 3, 4], конспект лекций	1 неделя	текущий	10 неделя
Отчет по прак. зан.	Углубить знания по теме 9	[2,3], конспект лекций	1 неделя	текущий	11 неделя
Отчет по прак. зан.	Углубить знания по теме 10	[5,6], конспект лекций	1 неделя	текущий	12 неделя
Отчет по прак. зан.	Углубить знания по теме 11	[5,6], конспект лекций	1 неделя	текущий	13 неделя
Отчет по СРС	Углубить знания по темам 10-11	[4-7], конспект лекций	6 недель	текущий	14 неделя
К.Р.№ 2	Контроль знаний Темы 16-11	[5, 6,7], конспект лекций	1 час	рубежный	14 неделя
экзамен	Контроль знаний по курсу	Вся рекомендуемая литература, конспект лекций	1час	итоговый	В период сессии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3                Конспект лекций

 

Тема 1. Кристаллическое и аморфное строение вещества.

 План лекции

1. Характеристика кристаллического строения вещества.
2. Характеристика аморфного строения вещества.
3. Сравнение свойств кристаллического и аморфного веществ.

В природе существуют две разновидности твердых тел, различающиеся по своим свойствам, — кристаллические и аморфные.

Кристаллические тела остаются твердыми, т. е. сохраняют приданную им форму, до вполне определенной температуры, при которой они переходят в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратном направлении. Переход из одного состояния в другое протекает при определенной температуре плавления. Аморфные тела при нагреве размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими, а затем переходят в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратном направлении. Кристаллическое состояние твердого тела более стабильно, чем аморфное.        Аморфные тела в отличие от жидкостей имеют пониженную подвижность частиц. Аморфное состояние можно зафиксировать во многих органических и неорганических веществах ускоренным охлаждением из жидкого состояния. Однако при повторном нагреве, длительной выдержке при температуре 20-25^оС, а в некоторых случаях при деформации, нестабильность аморфного твердого тела проявляется в частичном или полном переходе в кристаллическое состояние.

Примерами такого перехода могут служить помутнения неорганических стекол при нагреве и оптики при длительном использовании, частичная кристаллизация плавленого янтаря при нагреве и дополнительная кристаллизация капроновой нити при растяжении, сопровождающаяся упрочнением.

Кристаллические тела характеризуются упорядоченным расположением в пространстве элементарных частиц, из которых они составлены (ионов, атомов, молекул).

Свойства кристаллов зависят от электронного строения атомов и характера взаимодействия их в кристалле;   от пространственного расположения элементарных частиц; химического состава, размера и формы кристаллов. Все эти детали строения  кристаллов описывает понятие «структура».

В зависимости от размеров структурных составляющих и применяемых методов их выявления используют следующие понятия: тонкая структура, микро- и макроструктура.

Рекомендуемая литература:

1. [1,4]

Контрольные задания по СРС:

1. Зарисовать структуру кристаллического вещества (по выбору) и аморфного вещества (по выбору).

Тема 2. Элементы кристаллографии (элементарная ячейка, решетки Бравэ и др.)

План лекции

1.Элементарная ячейка, требования.

2. Типы решеток Бравэ.

3.Понятие базиса.

Классификация кристаллов определяется выбором кристаллографической системы координат или, иначе говоря, элементарной ячейкой, ее так называемой метрикой (набором a, b, с, α, β, γ) (рисунок 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              Рисунок 1 – Элементарная ячейка и ее метрика

 

Исходя из идеи о периодическом расположении центров масс материальных частиц. Бравэ в 1848 году показал, что все многообразие кристаллических структур можно описать с помощью 14 типов решеток, отличающихся формами элементарных ячеек и симметрией. Эти решетки называются решетками Бравэ, и именно они являются основанием для классификации кристаллов по сингониям.

Каждая решетка Бравэ – это группа трансляций, характеризующая расположение материальных частиц в пространстве.

Для выбора ячейки Бравэ используются три условия:

1)    Симметрия элементарной ячейки должна соответствовать симметрии кристалла. Ребра элементарной ячейки должны быть трансляциями решетки;

2)    Элементарная ячейка должна содержать максимально  возможное число прямых или равных углов и равных ребер;

3)    Элементарная ячейка должна иметь наименьший объем.

Эти условия должны выполнятся последовательно, т.е. при выборе ячейки первое условие важнее второго, второе – третьего.

Базис – это совокупность координат узлов элементарных трансляций с помощью которых можно полностью описать элементарную ячейку или тип решетки Бравэ. Зная базис элементарной ячейки и размножая его с помощью элементарных трансляций можно получить соответствующую кристаллическую структуру.

Рекомендуемая литература:

1. [1,4]

Контрольные задания по СРС:

1. Зарисовать основные типы решеток Бравэ и записать их обозначения.

 

Тема 3. Дефекты кристаллического строения: точечные и линейные.

План лекции

1.Классификация дефектов по геометрическому признаку. Структурно-чувствительные и структурно-нечувствительные свойства.

2.Точечные дефекты, их характеристика.

3. Дислокации – краевая и винтовая, общая характеристика.

Физические свойства идеального кристалла определяются его химическим составом, силами связи между частицами и симметрией кристалла, т.е. категорией, сингонией, классом симметрии. Эти свойства называют структурно – нечувствительными. К ним относятся магнитные, оптические, пьезоэффект и др. В реальных кристаллах многие свойства существенно зависят не только от типа кристаллографической структуры, но и от дефектов этой структуры – нарушений периодичности и равновесия. Эти свойства называются структурно – чувствительными. Это, например, ионная и полупроводниковая электропроводность, люминесценция, пластичность, прочность, окраска кристалла и др.

Все дефекты структуры по геометрическому признаку можно разделить на следующие типы:

Точечные дефекты – нарушения периодичности в изолированных друг от друга точках решетки; во всех трех измерениях они не превышают одного или нескольких междуатомных расстояний. Точечные дефекты – это вакансии, атомы в междоузлиях, атомы «чужой» подрешетки, примесные атомы.

Линейные дефекты – одномерные, т.е. протяженные в одном измерении: нарушение периодичности простирается на расстояния, сравнимые с размером кристалла, а в других – не превышают нескольких параметров решетки.

Специфические линейные дефекты – дислокации. Кроме того,  неустойчивые линейные дефекты могут возникать из цепочек точечных дефектов.

Простейшие точечные дефекты:

–      вакансии – отсутствие атома или иона в узле решетки;

–      внедренные или междоузельные атомы и ионы, располагающиеся на «незаконном» месте между узлами; внедренные атомы могут быть как собственные, так и примесные.

Дислокацией называется линейное несовершенство, образующее внутри кристалла границу зоны сдвига.

В результате сдвига на одно межатомное расстояние п вертикальных атомных плоскостей, расположенных выше плоскости скольжения, оказываются напротив (п — ℓ) плоскостей, расположенных ниже плоскости скольжения. Одна вертикальная плоскость в верхней половине кристалла не имеет продолжения в нижней половине. Такая «лишняя» неполная атомная плоскость называется экстраплоскостью. Область несовершенства кристалла вокруг края экстраплоскости называется краевой дислокацией. В одном измерении размер этой дислокации такой же, как и длина края экстраплоскости, т.е. макроскопический. В перпендикулярной плоскости размер дислокации очень мал – от двух до десяти атомных  диаметров.  Положение центра ядра дислокации обозначается значком .

Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то дислокацию называют положительной. А если в нижней – то отрицательной. Положение центра ядра отрицательной дислокации обозначают Т.

Понятие о винтовой дислокации ввел в 1939 году Бюргерс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 —	Схема винтовой дислокации: а) сдвиг, создавший винтовую дислокацию;
	б) расположение атомов в области винтовой дислокации

 

Сделаем в кристалле надрез по плоскости АВСД (рисунок  1 а) и произведем сдвиг правой (передней части кристалла) вниз на один период решетки. Образовавшаяся при таком сдвиге ступенька на верхней грани не проходит через всю ширину кристалла, оканчиваясь в точке В. Так как надрез АВСД дошел только до середины кристалла, то прямая часть не может сдвинуться целиком по отношению к левой на один период решетки. Величина смещения правой части по отношению к левой уменьшается по направлению от точки А к точке В. Верхняя атомная плоскость оказывается изогнутой. Точно также деформируется вторая атомная плоскость сверху; первая часть ее у передней грани смещается на один период решетки и сливается с третьей и т.д.

На рисунке 1б показано расположение атомов в двух вертикальных плоскостях, проходящих непосредственно по обе стороны от плоскости сдвига АВСД.

Появившаяся в результате описанного сдвига область несовершенства называется винтовой дислокацией, т.к. атомы расположены в ней по «винтовой лестнице».

Винтовая дислокация так же, как и винт, может быть правой и левой. Они превращаются друг в друга зеркальным отражением.

Основные отличия винтовой дислокации от краевой:

1)    винтовая дислокация параллельна вектору сдвига;

2)    винтовая дислокация может быть образована при сдвиге любой кристаллографической плоскости, содержащей линию дислокаций, по любой поверхности, оканчивающейся на этой линии.

Дислокация не может закончиться внутри кристалла. Следовательно, линия дислокации может замыкаться внутри кристалла или оканчиваться на его поверхности.

Рекомендуемая литература:

1. [1,4]

Контрольные задания по СРС:

1.Провести сравнительный анализ свойств краевой и винтовой дислокаций.

2. Изучить дефекты Шоттки и Френкеля.

Тема 4. Процесс кристаллизации.

План  лекции

1. Первичная кристаллизация. Влияние различных факторов на скорость роста.
2. Строение слитка по Чернову.

 

Кристаллическое вещество может образовываться  путем фазового перехода из любого  неупорядоченного состояния. Переход в кристаллическое состояние – это качественный скачок, который начинается при строго определенной температуре кристаллизации. Процесс кристаллизации всегда осуществляется в два этапа: первый этап- это возникновение субмикроскопического зародыша кристаллической фазы, способного к дальнейшему росту; второй этап – дальнейший рост этого зародыша.

Вероятность образования зародышей зависит от степени переохлаждения (или пересыщения): если эта степень незначительна, то вероятность зарождения новой фазы может быть крайне малой.

Реальные формы кристалла всегда отражают не только симметрию точечной группы кристалла, но и влияние внешних условий роста: положение кристалла во время роста, наличие соседних кристаллов, действие силы тяжести, влияние потоков концентраций, вязкость окружающей среды, наличие колебаний температуры или концентраций  и других факторов, оставляющих свой отпечаток на форме растущего кристалла.

Рекомендуемая литература:

1.[3,5]

Контрольные задания по СРС:

1. Как влияет скорость охлаждения на величину зерна?
2. Объяснить происхождение зон кристаллизации на слитке Чернова.

Тема 5. Основные типы кристаллических решеток металлов.

План лекции:

1. Кристаллическое строение металлов.
2. Типичные металлические решетки.

 

Все металлы и сплавы имеют кристаллическое строение, т.е. упорядоченное расположение атомов или ионов на сколь угодно большие расстояния. Решетку металла образно можно представить как каркас, составленный из материальных частиц, погруженный в «электронный газ». Наиболее типичными решетками для металлов являются простая кубическая, ОЦК, ГЦК и ГПУ. Характер связи – металлический, ненаправленный. Именно такой тип связи определяет такие характерные свойства металлов, как пластичность, электропроводность, металлический блеск и другие.

 

Сплавы имеют более сложное строение, чем однородные металлы. В сплавах помимо чистых компонентов могут присутствовать и другие фазы. Наиболее типичными являются  твердые растворы замещения и внедрения, химические соединения, а также фазы внедрения различного характера (карбиды, нитриды, интерметаллиды, фазы Лавеса,  электронные соединения и пр.). Образование типа фаз зависит от различных факторов. Основными являются: тип элемента, размерный фактор, местоположение в таблице Менделеева, электронное строение. Основными признаками твердых растворов, отличающих их от химических соединений, являются переменный состав и, следовательно, отсутствие стехиометрической формулы, неопределенная температура плавления и кристаллизации, плавное изменение свойств по сравнению с компонентами.

Рекомендуемая литература:

1. [3, 5]

Контрольные задания по СРС:

1. Привести примеры элементов – металлов с указанием типа кристаллической решетки. Начертить.

Тема 6. Типы химических связей.

План лекции

1.Элементы теории строения атомов.

2. Типы химической связи.

Теория строения атомов основана на законах, описывающих движение микрочастиц (электронов, атомов, молекул) и их систем (например, кристаллов). Массы и размеры микрочастиц чрезвычайно малы по сравнению с массами и размерами макроскопических тел. Поэтому свойства и закономерности движения отдельной микрочастицы качественно отличаются от свойств и закономерностей движения макроскопического тела, изучаемых классической физикой. Движение и взаимодействие микрочастиц описывает квантовая (или волновая) механика. Она основывается на представлении о квантовании энергии, волновом характере движения микрочастиц и вероятностном (статистическом) методе описания микрообъемов.

Область пространства вокруг ядра, в котором наиболее вероятно пребывание электрона, называют орбиталью. Форму и размеры граничной поверхности принято считать формой и размером орбитали (электронного облака). Для характеристики формы орбитали и формы электронного облака введено орбитальное квантовое число l. Допустимые значения числа l  определяются значением главного квантового числа n. Квантовое число l имеет значения: 0, 1, 2, 3, …(n -1).
Орбитальное квантовое число принято обозначать буквами:

Орбитальное квантовое число l                      1   2   3   4    5

Обозначения                                                     s   p   d   f     h

Согласно квантово-механическим расчетам s–орбитали имеют форму шара, p-орбитали – форму гантели, d- и  f–орбитали  – более сложные формы.

В 1925 году В. Паули был высказан принцип: в атоме не может быть двух электронов, имеющих одинаковый набор всех четырех квантовых чисел. Из принципа  Паули вытекает, что на одной орбитали может находиться лишь два электрона. Порядок заполнения орбиталей данного подслоя подчиняется правилу Хунда: суммарное спиновое число электронов данного подслоя должно быть максимальным. Это правило означает, что энергетически выгодно, когда в орбитали находится один электрон. Иными словами, орбитали данного подслоя заполняются сначала по одному, затем по второму электрону. Электроны с противоположными спинами на одной и той же орбитали образуют двухэлектронное облако и их суммарный спин равен нулю.

Все вещества состоят из атомов. Атом представляет собой систему, состоящую из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны. Внешние электроны могут отрываться от одного атома и присоединяться к другому атому, изменяя число его внешних электронов. Такие электроны называются валентными.  Из атомов строятся молекулы. Связи, благодаря которым происходит объединение атомов в молекулы, называются химическими. Способность атомов вступать в соединения с атомами других веществ и образовывать молекулы определяет химические свойства вещества. Молекула является наименьшей частицей вещества, которая сохраняет его химические свойства. Химические связи между атомами вещества делят на ковалентные (атомные), ионные, металлические и молекулярные.

Тип связи, возникающий между элементарными частицами в кристалле, определяется электронным строение атомов, вступающих во взаимодействие. Все кристаллы по характеру превалирующей связи подразделяются на молекулярные, ковалентные, металлические и  ионные. Наиболее значительны эти силы у кристаллов с ковалентной связью. Они несколько меньше у кристаллов с ионной связью и еще меньше с металлической связью. Минимум этих сил связи наблюдается у молекулярных кристаллов. Однако такое разделение условно, так как в некоторых случаях может действовать не один тип связи, а несколько.

Рекомендуемая литература:

1. [3, 5]

Контрольные задания по СРС:

1. В форме резюме охарактеризовать все типы химических связей.

 

Тема 7. Типы кристаллов.

План лекции

1.Молекулярные кристаллы.

2. Ковалентные кристаллы.

3. Металлические кристаллы.

4.Ионные кристаллы.

Молекулярные кристаллы. Это кристаллы, в которых преобладает связь Ван-дер-Ваальса. Такая связь возникает между любыми элементарными частицами (ионами, атомами, молекулами), но для многих кристаллов она мала по сравнению с другими более значительными силами.

В кристаллах инертных газов связь Ван-дер-Ваальса единственная, а следовательно она определяет структуру и свойства  кристаллов.

Известно, что аргон, так же как и другие инертные газы, может переходить в жидкое и даже  твердое состояние при очень низких температурах и  больших давлениях.

Энергия связи сил Ван-дер-Ваальса невелика, поэтому молекулярные кристаллы имеют низкие температуры плавления и испарения. Многие из них при нормальных условиях – газы. Молекулярные кристаллы – диэлектрики, так как кристалл построен из электрически нейтральных атомов (молекул), у которых энергетические зоны полностью достроены.

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

Ковалентные кристаллы. Это кристаллы, в которых преобладает ковалентный тип связи. Их образуют элементы IV, V, VI подгруппы В. Они электроотрицательны, так как имеют большой потенциал ионизации, и, вступая во взаимодействие с элементами других групп, отбирают валентные электроны, достраивая свою валентную зону  (образуются устойчивые пары валентных электронов разных атомов); при взаимодействии друг с другом атомы обобществляют свои валентные электроны с соседними атомами, достраивая таким образом валентную зону.

Ковалентные кристаллы образуют атомы углерода, кремния, германия, сурьмы, висмута и др.

Число атомов, с которыми происходит обобществление электронов, зависит от валентности  элемента и может быть определено согласно правилу  (8 – N), где N – валентность элемента. Например, у углерода это число равно 4. В ковалентных кристаллах в узлах кристаллической решетки располагаются атомы, между которыми действуют те же силы.

Ковалентная связь характеризуется направленностью, так как каждый атом вступает в обменное взаимодействие с определенным числом соседних атомов. Вследствие этого атомы в ковалентных кристаллах укладываются некомпактно и образуют кристаллические структуры с небольшим координационным числом. Так, кубическая решетка алмаза имеет координационное число 4 (К4). Направленность межатомных связей и неплотноупакованные кристаллические структуры приводят к низкой пластичности и высокой твердости (алмаз самый твердый материал).

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

Металлические кристаллы. Это кристаллы, в которых преобладает металлический тип связи. Их образуют элементы всех подгрупп А и  I – III подгруппы В. Они электроположительны, так как имеют малый потенциал ионизации. В металлическом кристалле при взаимодействии с элементами других групп атомы легко отдают свои валентные электроны и превращаются в положительный ион.

При взаимодействии друг с другом валентные энергетические зоны атомов перекрываются, образуя общую зону со свободными подуровнями. Это дает возможность валентным электронам свободно перемещаться в пределах этой зоны. Происходит обобществление валентных электронов в объеме всего кристалла.

Таким образом, валентные электроны в металле нельзя считать потерянными или приобретенными атомами. Они обобществлены атомами в объеме всего кристалла, в отличие от ковалентных кристаллов, в которых такое обобществление ограничено одной парой атомов.

Металлическая связь ненаправленная, так как каждый атом стремиться притянуть  к себе как можно больше соседних атомов. Следствием этого является  высокое координационное число и  большая компактность кристаллических структур металлов. Большим координационным числом обладают кристаллические структуры ГЦК и ГПУ. ГЦК решетку имеют металлы Ni, Ag, Cu, Fe, Pt, Al, Pb. Гексагональную плотноупакованную решетку имеют многие металлы, но отношение с/а = 1,633, соответствующее сферической симметрии ионов, имеют лишь Mg и Co.

Ионные кристаллы. В сложных кристаллах, состоящих из элементов различной валентности, возможно образование ионного типа связи. Такие кристаллы называются ионными.

При сближении атомов и перекрытии валентных энергетических зон между элементами происходит перераспределение электронов. Электроположительный элемент теряет валентные электроны, превращаясь в положительный ион, а электроотрицательный – приобретает их, достраивая тем самым свою валентную зону до устойчивой конфигурации, как у инертных газов. Таким образом в узлах ионного кристалла располагаются ионы.

Представитель этой группы – кристалл оксида FeO, решетка которого состоит из отрицательно заряженных ионов кислорода и положительно заряженных ионов железа.

Энергия связи ионного кристалла по своей величине близка к энергии связи ковалентных кристаллов и превышает энергию связи металлических и тем более молекулярных кристаллов. В связи с этим ионные кристаллы имеют высокую температуру плавления и испарения, высокий модуль упругости и низкие коэффициенты сжимаемости и линейного расширения.

Заполнение энергетических зон вследствие перераспределения электронов делает ионные кристаллы полупроводниками или диэлектриками.

Во многих ионных кристаллах имеется доля ковалентной связи. Под дествием электромагнитных полей друг друга происходит поляризация ионов и возникает смешанная ионно-ковалентная связь.

Рекомендуемая литература:

1. [3, 5]

Контрольные задания по СРС:

1. Привести примеры кристаллов всех типов с указанием их свойств. Объяснить.

 

Тема 8. Фазы в сплавах.

План лекции

1.Понятие сплава.

2.Понятие о твердых растворах замещения.

3.Понятие о твердых растворах внедрения.

4. Промежуточные фазы (Лавеса, электронные и др.)

Сплавы имеют более сложное строение, чем однородные металлы. В сплавах помимо чистых компонентов могут присутствовать и другие фазы. Наиболее типичными являются  твердые растворы замещения и внедрения, химические соединения, а также фазы внедрения различного характера (карбиды, нитриды, интерметаллиды, фазы Лавеса,  электронные соединения и пр.). Образование типа фаз зависит от различных факторов. Основными являются: тип элемента, размерный фактор, местоположение в таблице Менделеева, электронное строение. Основными признаками твердых растворов, отличающих их от химических соединений, являются переменный состав и, следовательно, отсутствие стехиометрической формулы, неопределенная температура плавления и кристаллизации, плавное изменение свойств по сравнению с компонентами.

Фазой называется однородная обособленная часть системы (металла или сплава), имеющая одинаковый состав, строение и свойства, отделенная от других частей системы поверхностью раздела.

В зависимости от физико-химических взаимодействий между атомами компонентов в сплавах образуются твердые растворы или промежуточные соединения. Твердые растворы – это фазы, содержание компонентов в которых может изменяться без нарушения типа кристаллической решетки основного компонента.

В зависимости от способа размещения атомов в кристаллической решетке различают следующие типы твердых растворов – замещения, внедрения и вычитания.

Твердые растворы замещения. Такие растворы образуются в результате замены в кристаллической решетке части атомов одного компонента – растворителя на атомы другого (или других компонентов) без изменения типа этой решетки. В качестве компонентов, образующих твердый раствор замещения, могут быть чистые металлы или промежуточные фазы (в том числе химические соединения). Твердые растворы замещения могут быть непрерывными, что наблюдается при полной взаимной растворимости металлов, а в случае ограниченной растворимости – граничными.

Твердые растворы внедрения. Эти твердые растворы образуются на основе металлов с такими неметаллами, как углерод, азот, водород, бор и др. При этом атомы неметалла занимают окта- и тетраэдрические поры в решетке металла. Образование подобных твердых растворов возможно в том случае, когда атомы неметаллов имеют существенно меньшие размеры, чем атомы металла. Подобные твердые растворы не могут быть непрерывными, поскольку не может быть непрерывного перехода от атомов металла к неметаллу. Концентрация неметалла в таких фазах обычно незначительная, но может быть в отдельных случаях достаточно высокой, как, например, в твердых растворах Се – Н, когда атомная концентрация водорода достигает 75%.

Твердые растворы внедрения могут быть упорядоченными, когда атомы внедрены лишь в определенные и закономерно расположенные поры в решетке металла. Известно большое число таких упорядоченных твердых растворов внедрения, из которых наибольший интерес представляет структура мартенсита, в котором атомы углерода закономерно расположены в октаэдрических порах решетки α- Fe.

Твердые растворы вычитания. Эти твердые растворы образуются на основе некоторых промежуточных фаз и химических соединений и характеризуются дефектной решеткой, т. е. Решеткой со свободными (или с незанятыми) узлами, которые должны были принадлежать атомам одного из компонентов. Эти свободные узлы могут возникать независимо от того, являются ли эти элементы металлами или один из них металл, а другой – неметалл.

Среди так называемых промежуточных фаз отмечают фазы Юм – Розери, или электронные фазы, фазы внедрения, σ- фазы, фазы Лавеса, фазы постоянного состава и др.

К электронным фазам относится большое число интерметаллических соединений как правило, отличающихся тем, что они на соответствующих диаграммах состояния,  занимают достаточно широкий интервал концентраций. Эти фазы образуются между металлами двух классов (табл. 6.1). К первому классу относятся металлы IВ подгруппы периодической системы и частично IА подгруппы, а также переходные металлы в том числе и редкоземельные – лантаниды. Ко второму классу относятся металлы, II – V групп периодической системы.

Фазы Лавеса – двойные или тройные промежуточные металлические фазы, средний состав которых можно описать стехиометрической формулой АВ₂или А²В. Эти фазы образуются при значительном различии атомных радиусов компонентов (r_A/r_B ≈ 1,225) при упорядоченном расположении атомов в компактной решетке, характеризующейся координационными числами 12 и 16 ( в реальных фазах отношение (r_A/r_B ≈ 1,05 – 1,68). Фазы Лавеса наблюдаются в сплавах независимо от того, являются ли образующие их компоненты переходными или простыми металлами.

В ряде сплавов наблюдаются промежуточные фазы постоянного состава, причем некоторые из них, подчиняющиеся правилу валентности, можно рассматривать как химические или валентные соединения. Такие соединения имеют ионные или ковалентные связи. В этом случае атомы либо отдают, либо принимают валентные электроны, так что при этом будет возникать октетная конфигурация hs²np⁶. В первом случае между атомами возникает ионная связь, а во втором – ковалентная. В большинстве таких валентных соединений действуют сложные ионно-ковалентные связи.

Однако большая часть соединений постоянного состава не подчиняется правилам валентности. В общем случае эти фазы образуются между металлами, занимающими разное положение в периодической системе: например между простыми металлами с низкой валентностью и элементами с относительно высокой валентностью и различающимися по температурам плавления, размерам атомов и другим характеристикам их строения.

 

Рекомендуемая литература:

1. [3, 5]

Контрольные задания по СРС:

1. Привести примеры (на конкретных сплавах) присутствия различных типов фаз. Кратко охарактеризовать.

Тема 9. Общая характеристика полимеров,  классификация.

План лекции

1. Понятие полимера. Общая характеристика.

2. Классификация полимеров.

Полимеры — это вещества, молекулы (макромолекулы) которых состоят из большого числа повторяющихся групп атомов (звеньев). На основе этих веществ в настоящее время делают большое число разнообразных композиционных материалов-пластмасс.

Структура полимеров сложна; она имеет многоуровневое строение. Следует выделить три уровня структуры.

Молекулярный уровень. Первичным элементом полимерной структуры является повторяющееся молекулярное образование определенного химического состава — звено. Главными объектами структурного анализа полимеров на этом уровне являются химический состав звена, тип химической связи между атомами, порядок присоединения взаимодействующих атомов, их пространственное расположение, характер концевых групп молекул, молекулярное движение, а также способность звеньев полимера к межмолекулярным взаимодействиям. Анализ структуры полимеров на молекулярном уровне позволяет понять многие их свойства. В химической формуле полимера закодирована основная информация о нем. Но этого недостаточно для полной оценки их свойств.

Топологический уровень. Макромолекулы полимеров имеют цепное строение и в пространстве находятся в виде волокон, вытянутых или свернутых, перепутанных или упорядоченных, линейных, разветвленных или “сшитых” поперечными химическими связями. Для оценки структуры на этом уровне важны знания молекулярной массы полимера, молекулярно-массового распределения и молекулярной массы цепи между узлами структурной пространственной сетки.

Надмолекулярный уровень. На этом уровне следует рассматривать всю совокупность явлений, связанных с межмолекулярными взаимодействиями. Это процессы упорядочения и аморфизации структуры, явления фазовых и структурных превращений  в полимерах, а также релаксационные явления. Взаимное  расположение и характер взаимодействия макромолекул и их агрегатов называют надмолекулярной структурой полимеров.

Только полное рассмотрение структуры полимеров на всех уровнях позволяет оценить свойства этих веществ и возможности в создании материалов на основе полимеров.

Как известно, полимеры, имеющие  разветвленные макромолекулы, являются термопластичными полимерами  (термопластами). Термопластичные материалы обратимо изменяют свойства при изменении температуры. При повышении температуры они размягчаются и могут находиться в текучем состоянии и при охлаждении делаются твердыми. Эти полимеры растворимы в соответствующих растворителях. Типичные термопласты – это полиэтилен, поливинилхлорид, капрон, полиметилметакрилат (оргстекло) и т.д.

Вместе с тем существует большая группа полимеров, у которых молекулы имеют сетчатое строение, т.е. весь объем полимера пронизан ковалентными связями между атомами. Эти полимеры называют термоактивными (реактопласты). Реактопласты не имеют текучего состояния, они нерастворимы, а могут лишь набухать в растворителях. В отношении реактопластов теряет смысл понятие молекулярной массы, так как весь образец материала можно рассматривать как одну молекулу. К реактопластам относятся резины, отвержденные фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические смолы и композиции на их основе.

Рекомендуемая литература:

1. [5,6]

Контрольные задания по СРС:

1. Привести примеры термопластов и реактопластов. Кратко охарактеризовать.

2. Составить резюме на тему «Области применения полимеров».

Тема 10. Строение и свойства полимеров.

План лекции

1. Химическое строение полимеров.

2. Молекулярная масса полимеров.

3. Гибкость полимерных молекул.

     4. Молекулярная подвижность в полимерах

         Главная информация о полимере содержится в его химической  структурной формуле, включающей химический состав звена и порядок соединения атомов между собой. На этой формуле строится классификация полимеров. Известно, что полимеры на основе атомов углерода называют органическими полимерами; могут быть неорганические полимеры и элементоорганические. Если главная полимерная цепь органического полимера состоит из атомов углерода,  то такой полимер называют карбоцепным, а если в этой  цепи содержатся другие атомы, например, атомы кислорода, азота и др., то это гетероцепные полимеры.

Кроме химического состава главной цепи важным структурным элементом полимера являются боковые “заместители” в них атома водорода. Это могут быть химические радикалы типа  -CH₃ ,-C₃ H₇ ,-C₆ H  или функциональные группы: -COOH, -OH, -NH  др. Порядок соединения атомов в составе полимерного звена дает представление о наличии боковых заместителей и функциональных групп.

Структура макромолекулы характеризуется ее конфигурацией – строго определенным пространственным расположением атомов в молекуле, не изменяющимся в процессе теплового движения.

В этом отношении важно практическое различие стабильных изомеров макромолекул, т.е. полимеров, у которых химический состав звеньев одинаков, но  различна их конфигурация.

Полимеры одинакового химического состава, но отличающиеся пространственным расположением атомов, могут иметь большое различие в свойствах. Вместе с тем существуют полимеры с нерегулярно построенной  структурой макромолекулы (атактические  полимеры). Например, стереотегулярные полимеры бывают двух видов: изотактические  и  синдеотактические. Физические свойства этих полимеров значительно отличаются, несмотря на тождество химического состава.

Молекулы полимеров огромны, они обладают большой массой (обычно до 1 млн. углеродных единиц, а иногда и больше).

Количественное изменение молекулярной массы вещества приводит к качественным изменениям его свойств. Причем полимеры характеризуются особой формой конденсированного состояния. Обычно вещества  конденсируются за счет уменьшения кинетической энергии молекул. Практически это достигается понижением температуры. Конденсированное состояние полимера  достигается путем наращивания молекулярной массы. В изотермических условиях мономер – газ. Тогда как полимер – твердое вещество.

В полимерах, в отличие от  низкомолекулярных веществ, существуют три физических состояния: стеклообразное (область I), высокоэластическое (область II) и вязкотекучее (область III). Они не бывают  газообразном состоянии. Температурный диапазон области высокоэластичности зависит от молекулярной массы полимера.

Гибкость молекулы– возможность перемещения ее участков друг относительно друга без разрушения самой молекулы. Это основное молекулярное свойство полимеров. Гибкостью макромолекул объясняют многие свойства полимеров: большие (десятки – сотни процентов) обратимые деформации, ползучесть, “полимерную память”, способность одной молекулы находиться отдельными своими участками в разных фазах в многофазных полимерных системах т.д.

Благодаря гибкости макромолекул полимеры обладают высокоэластичностью, высокоэластической деформацией. В отличие от хорошо известных обратимой гуковской и необратимой пластической деформации высокоэластическая деформация имеет следующие характерные свойства: она обратима; может иметь большие величины (до многих сотен процентов); имеет большой диапазон времени развития (от секунд до тысяч лет). Наиболее ярко высокоэластичность проявляется в резинах, каучуках. Гибкость полимеров зависит от химического состава звеньев и наличия межмакромолекулярных химических связей.

Важным показателем структуры полимеров является молекулярная масса. В реальном полимере не бывает, чтобы все макромолекулы имели бы одинаковые размеры и молекулярные массы. Существуют определенные распределения макромолекул по этим свойствам внутри данного образца полимера, зависимые, в основном, от условий синтеза полимера.

Рекомендуемая литература:

1. [5,6,7]

Контрольные задания по СРС:

1. Составить глоссарий на тему «Полимеры, их свойства». Объем 20 терминов.

Тема 11.  Стекла, классификация, строение и свойства

План лекции

1.Стекло, общая характеристика.

2. Строение стекла

3. Свойства стекла.

Стекло – изумительный материал: оно может быть упругим и лрмким, прозрачным или непрозрачным, легким и тяжелым, с порами или без, глянцевым или матовым.

Стекло бывает двух видов – органическое и неорганическое.

Органическое стекло – прозрачный аморфный термопласт на основе сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот( в основном полиметилметакрилата).

Неорганическое (минеральное) стекло – в большей или меньшей мере прозрачный квазиаморфный термопластичный материал на основе различных оксидов. Основу большинства стекол составляет SiO₂; такие стекла называют силикатными.

По назначению стекло подразделяют на техническое строительное и бытовое.

Техническое стекло: оптическое, химико-лабораторное, электротехническое, тепло- и звукоизоляционное и т.д., а также растворимое, стекловолокно, стеклоткань.

Оптическое стекло, применяемое в оптических приборах, подразделяется на кроны, отличающиеся малым преломлением и флинты, содержащие оксид свинца, с высоким коэффициентом преломления. Тяжелые флинты не пропускают рентгеновское и  γ-излучение. Светорассеивающие стекла содержат в своем составе фтор. Кварцевое стекло, имеющее высокую термическую и химическую стойкость, применяют для изготовления тиглей, лабораторной посуды. Электротехнические стекла подразделяют на конденсаторные(используемые в качестве диэлектрика конденсаторов), установочное(изоляторы антенные, опорные), ламповое.

В жидком состоянии стекло представляет собой расплав высокой вязкости. При охлаждении стекло переходит в аморфно-твердое (квазиаморфное) состояние и «замораживается», т.е. упорядочения атомов и молекул при затвердевании не происходит, поэтому стекло состоит из микрообластей с различной пространственной структурой и химически неоднородным строением.

Безосколочное стекло (триплекс) получают склеиванием двух листов неорганического стекла толщиной 2-3 мм с прозрачным полимером полиметилметакрилатом. Стекло получает  повшенную прочность при изгибе и ударе («небьющееся стекло»), и при разрушении образовавшиеся осколки удерживаются на полимерной пленке.

Добавка к тонкоизмельченному стеклу различных газообразователей (кокс, уголь, и др.) в количестве 2-3% обеспечивает процесс вспенивания стекла. Пеностекло имеет низкую водопоглощаемость, высокую морозостойкость и отличную тепловую изоляцию, что обеспечивает применение в холодильниках, вагонах- и судах- рефрижераторах.

Стекловолокно, полученное вытягиванием расплавленного стекла через фильеры, используется для получения стекловолокнитов, а также стеклотканей, применяемых для фильтрации нефтепродуктов, неконцентрированных кислот, щелочей, для очистки воздуха, производства конструкционного стеклотекстолита и электроизоляционных материалов.

Органическое стекло (оргстекло) в 2 раза легче минеральных стекол, имеет высокую атмосферную стойкость, оптически прозрачно (светопрозрачность 92%) пропускает 75% ультрафиолетового излучения

( неорганическое силикатное 0,5%), размягчается при 80⁰С ( неорганическое при 300 — 1200⁰С). Однако низкая теплопроводность и высокий коэффициент расширения приводят к появлению высоких внутренних напряжений, вызывающих  развитие мелких трещин («серебрение»).

Ситаллы. Ситаллы получают на основе неорганических стекол путем их полной или частичной кристаллизации. Термин «ситалл» образован из слов: силикат и кристалл. Ситаллы по структуре и технологии получения занимают промежуточное положение между стеклом и керамикой. От неорганического стекла ситаллы отличаются кристаллическим строением, а от керамики- более мелкими кристаллами ( от 40 до 2 мкм) и более плотной их упаковкой. Ситаллы применяют в качестве конструкционных материалов для изготовления фрикционных муфт, поршней подшипников, деталей двигателей внутреннего сгорания, труб диаметром 3- 100 мм; в качестве электроизоляционных материалов – для изоляторов при высоких частотах, в качестве инструментальных материалов – для точных калибров, фильер, шлифовальных абразивов.

Рекомендуемая литература:

1. [6,7]

Контрольные задания по СРС:

1. Составить резюме на тему «Промышленное использование стекла».

 

4                Методические указания для выполнения практических занятий

Тема 1. Кристаллическое и аморфное строение вещества. (1час)

План занятия:

1. Понятие о кристаллическом строении.

2. Понятие об аморфном состоянии.

3. Сравнительный анализ кристаллического и аморфного состояний.

Рекомендуемая литература:

1. [1,6,7]

Контрольные задания для СРС:

1. Составить отчет по практическому занятию.

2. Привести пример и описать кристаллическое вещество и аморфное (произвольный выбор).

 

Тема 2. Элементы кристаллографии (элементарная ячейка, решетки Бравэ и др.)(2 часа)

План занятия:

1. Понятие пространственной решетки и элементарной ячейки.

2. Типы решеток Бравэ.

3. Понятие базиса.

Рекомендуемая литература:

1. [1]

Контрольные задания для СРС:

1. Составить отчет по практическому занятию.

2. Записать базис для ПР, ОЦР, БЦР и ГЦР.

 

Тема 3. Дефекты кристаллического строения: точечные и линейные.(2 часа)

План занятия:

1. Точечные дефекты.

2. Линейные дефекты.

3. Влияние дефектов на свойства.

Рекомендуемая литература:

1. [1,2]

Контрольные задания для СРС:

1. Составить отчет по практическому занятию.

2. Зарисовать дефекты Шоттки и Френкеля, схемы образования вакансий и межузельных атомов.

3. зарисовать схемы образования краевой и винтовой дислокаций.

 

Тема 4. Процесс кристаллизации (2 часа)

План лекции:

1. Гомогенное и гетерогенное зарождение центров кристаллизации.

2. Влияние факторов на структуру после кристаллизации.

Рекомендуемая литература:

1. [2,3.4]

Контрольные задания для СРС:

1. Составить отчет по практическому занятию.

2. Зарисовать и объяснить структуру слитка Чернова.

 

Тема 5. Основные типы кристаллических решеток металлов.(2 часа)

План лекции:

1. Характеристика металлической связи.

2. Типы кристаллических решеток металлов.

Рекомендуемая литература:

1. [2,3.4]

Контрольные задания для СРС:

1. Составить отчет по практическому занятию.

2. Зарисовать решетки и дать краткую характеристику Fe, V, Al.

 

Тема 8. Фазы в сплавах. (2 часа)

План лекции:

1. Твердые растворы замещения.

2. Твердые растворы внедрения.

3. Промежуточные фазы.

Рекомендуемая литература:

1. [2,3.4]

Контрольные задания для СРС:

1. Составить отчет по практическому занятию.

2. Зарисовать схемы образования твердых растворов замещения и внедрения на примере железа.

 

Тема 10. Строение и свойства полимеров. (2 часа)

План лекции:

1.  Классификация полимеров.

2.  Строение полимеров.

3.  Свойства полимеров.

Рекомендуемая литература:

1. [5,6,7]

Контрольные задания для СРС:

1. Составить отчет по практическому занятию.

2. Зарисовать схемы строения полимеров.

 

Тема 11. Стекла, классификация, строение и свойства. (2 часа)

План лекции:

1. Общая характеристика стекла.

2. Свойства стекол.

Рекомендуемая литература:

1. [5,6]

Контрольные задания для СРС:

1. Составить отчет по практическому занятию.

2. Составить резюме на тему «Способы обработки стекла».

 

6 Тематический план самостоятельной работы студента с преподавателем

 

Наименование темы СРСП	Цель занятия	Форма проведения занятия	Содержание задания	Рекомендуемая литература
1.Кристаллическое и аморфное строение материалов	Углубление знаний по данной теме	Экскурсия в геолого-минералогический музей КарГТУ	Описание минерала или горной породы (на выбор)	[1,2]
2. Элементы кристаллографии (элементарная ячейка, решетки Бравэ и др.)	Углубление знаний по данной теме	семинар	Глоссарий по теме	[1,2]
3. Дефекты кристаллического строения: точечные и линейные.	Углубление знаний по данной теме	семинар	Рисунки дефектов	[1,4]
4. Процесс кристаллизации	Углубление знаний по данной теме	презентация	Описать процесс кристаллизации поваренной соли	[4,5]
5. Основные типы кристаллических решеток металлов.	Углубление знаний по данной теме	Обсуждение	Описать характерные решетки металлов	[4,5,6]
6. Типы химических связей.	Углубление знаний по данной теме	Обсуждение	Конспект по теме	[1,4]
7. Типы кристаллов.	Углубление знаний по данной теме	Обсуждение	отчет	[1]
8. Фазы в сплавах.	Углубление знаний по данной теме	Семинар	отчет	[4-6]
9. Общая характеристика полимеров, классификация	Углубление знаний по данной теме	Семинар.	Глоссарий по теме	[5,6]
10. Строение и свойства полимеров	Углубление знаний по данной теме	Семинар		[5,6]
11. Стекла, классификация, строение и свойства	Углубление знаний по данной теме	Семинар	отчет	[4,5, 7]

 

 

7 Материалы для контроля знаний студентов в период рубежного контроля и итоговой аттестации

 

7.1 Тематика письменных работ по дисциплине

 

Тематика контрольных работ:

1.   Кристаллическое строение металлов и сплавов (темы 1-5).

2.   Строение полимеров и стекол (темы 9-11)

 

7.2 Вопросы (тестовые задания) для самоконтроля

1. Трансляция, пространственная решетка, элементарная ячейка.
2. Решетки  Бравэ.
3. Какой вид химической связи характерен для металлов?
4. Характеристика ковалентной связи.
5. Характеристика ионной связи.
6. Характеристика металлической связи.
7. Ионные кристаллы.
8. Металлические кристаллы.
9. Молекулярные кристаллы.
10. Решетки металлов.
11. Этапы первичной кристаллизации.
12. Растворы внедрения.
13. Растворы замещения.
14. Промежуточные фазы.
15. Точечные дефекты.
16. Линейные дефекты.
17. Классификация полимеров.
18. Параметры строения полимеров.
19. Свойства полимеров.
20. Характеристика стекол.

 

7.3 Экзаменационные билеты (тесты)

1. Кристаллическое и аморфное строение вещества.

2. Трансляция, пространственная решетка, элементарная ячейка.

3. Решетки  Бравэ.

4. Точечные дефекты.

5. Линейные дефекты.

6. Гомогенное и гетерогенное зарождение центров кристаллизации.

7. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации.

8. Характеристика металлической связи.

9. Параметры элементарной ячейки.

10. Решетки металлов.

11. Строение атома.

12. Характеристика ковалентной связи.

13. Характеристика ионной связи.

14. Ионные кристаллы.

15. Металлические кристаллы.

16. Молекулярные кристаллы.

17. Растворы внедрения.

18. Растворы замещения.

19. Растворы вычитания.

20. Общая характеристика промежуточных фаз.

21. Электронные соединения.

22. Фазы Лавеса.

23. Фазы внедрения.

24. Электронные соединения.

25. Общая характеристика полимеров, классификация полимеров.

26. Химическое строение полимеров.

27. Молекулярная масса полимеров.

28. Гибкость полимерных молекул.

     29. Молекулярная подвижность в полимерах.

30. Высокоэластичные полимеры.

31. Структура полимеров.

33. Общая характеристика стекла.

34. Органические стекла.

35. Неорганические стекла.