zapogi.ru 1


Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

И.З. ШАРИПОВ


МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Рекомендовано редакционно-издательским советом УГАТУ
в качестве учебного пособия для студентов вечерней и заочной формы обучения



Уфа 2008

УДК 669: 661.3 (07)

ББК 34.2 (я7)

Ш25
Ш25 Шарипов И.З. Материаловедение.. Часть II: Учебное пособие/ Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т.– Уфа, 2008.– 94 с.

ISBN5–86911–503–5


В учебном пособии изложены основы строения и физики электрических явлений неметаллических материалов: диэлектриков и полупроводников, рассмотрены механические свойства различных конструкционных материалов, металлических и неметаллических. Пособие предназначено для студентов электротехнических специальностей вечерней и заочной формы обучения.
Табл. 15. Ил. 59. Библиогр. 20 назв.


Печатается по решению редакционно-издательского совета Уфимского государственного авиационного технического университета.

Рецензенты:
Д-р физ.-мат. наук,

ст. науч. сотр. ИПСМ РАН Пшеничнюк А.И.
Д-р. физ.-мат. наук,

проф. каф. общей физики БашГУ Балапанов М.Х.

ББК 34.2 (я7)
ISBN5–86911–503–5 ©  И.З. Шарипов, 2008

©  Уфимский государственный авиационный

технический университет, 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ


ВведЕние 7

I. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 8

1.1 ДИЭЛЕКТРИКИ 9

1.1.1. Основные процессы в диэлектриках в электрическом поле 11

1.1.2. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ 12

1.1.3. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ 14

1.1.3.1. Электронная поляризация 16


1.1.3.2. Ионная поляризации 16

1.1.3.3. Дипольная поляризация 17

1.1.3.4. Спонтанная поляризация 18

1.1.3.5. Активные диэлектрики 22

1.1.4. Диэлектрические потери 23

1.1.4.1. Зависимость тангенса угла потерь от температуры 25

1.1.4.2. Зависимость тангенса угла потерь от частоты 27

1.1.5. Пробой диэлектриков 28

1.1.5.1. Электрический пробой 28

1.1.5.2. Электротепловой пробой 30

1.1.5.3. Электрохимический пробой 31

Кривая жизни диэлектрика 31

Контрольные вопросы 32

1.2. ПОЛУПРОВОДНИКИ 33

1.2.1. Собственные полупроводники 34

1.2.2. Примесные полупроводники 35

1.2.3. Применение полупроводников 37

Полупроводниковый диод 40

Стабилитрон 41

Варикап 41

Светодиод 42

Фотодиод 43

Терморезистор 43

Фоторезистор 44

Контрольные вопросы 44

II. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ 46

2.1. Диаграмма растяжения 46

2.2. Твердость 49

2.3. Теоретическая и реальная прочности кристалла 50

Контрольные вопросы 52

III. Влияние нагрева на структуру и свойства металлов 53

3.1. Процессы, происходящие при нагреве деформированного металла 53

3.2.1. Рекристаллизация 54

3.2. Холодная и горячая деформации 56

3.3. Термическая обработка металлов 58

3.4. Химико-термическая обработка металлов 60

3.3.1. Цементация 62

3.3.2. Азотирование 62

3.3.3. Нитроцементация 63

3.3.4. Цианирование 63

3.3.5. Борирование 64

3.3.6. Силицирование 64

3.3.7. Диффузионная металлизация 64

3.5. Поверхностная пластическая деформация 64

Контрольные вопросы 66


IV. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 67

4.1. Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам 67

4.1.1.Критерии оценки конструкционной прочности материалов 68

4.2. Сплавы железа с углеродом 70

4.2.1. СТАЛИ 71

Углеродистая сталь 71

Углеродистые инструментальные стали 73

Легированные стали 73

Контрольные вопросы 74

4.3. Цветные металлы и сплавы 75

4.3.1. Медные сплавы 75

4.3.2. Алюминиевые сплавы 77

4.3.3. Магний и его сплавы 78

4.3.4. Титан и его сплавы 79

Контрольные вопросы 79

4.4. ОРГАНИЧЕСКИЕ конструкционные материалы 80

4.4.1. Химический состав 80

4.4.2. Строение полимеров 80

Термомеханическая кривая полимера 82

4.4.3. Свойства полимеров 84

Термопласты 84

Реактопласты 85

4.4.4. Полимеры с наполнителями 86

4.4.5. Эффективность применения полимеров 86

Контрольные вопросы 87

4.5. Неорганические конструкционные материалы 88

4.5.1. Графит 88

4.5.2. Стекло 89

4.5.3. Ситаллы 91

4.5.4. Керамика 93

Керамика на основе оксидов 93

Бескислородная керамика 94

Контрольные вопросы 95

4.6. Композиционные материалы 96

4.6.1. Дисперсноупрочнённые композиционные материалы 96

4.6.2. Волокнистые композиционные материалы 97

Бор – алюминий 98

Алюминий – сталь 98

Никель-вольфрам 98

Углепласт 98

Борноволокнистые материалы 99

Контрольные вопросы 99

Список литературы 100


ВведЕние


Умение находить и использовать материалы является важнейшим условием развития человечества. Поэтому неслучайно разные периоды его развития носят названия по тому материалу, который освоил человек. Первоначально это были природные материалы: дерево и камень, из которых изготавливали орудия труда и оружие: палки, топоры, стрелы и пр.. Этот период получил название «каменный век». Его сменил «бронзовый век», когда люди научились вплавлять медь. Затем пришёл «железный век», когда повсеместно распространилось железо. Двадцатый век часто по праву называют «веком стали».

За многовековую историю своего развития человек научился создавать и использовать огромное количество различных материалов и веществ. Их к настоящему времени уже известно более 20 миллионов. Каждый материал обладает своими уникальными свойствами: тепловыми, механическими, электрическими, магнитными и др. Часто возможность создания того или иного технического устройства – самолета , подводной лодки, компьютера и др. –определяется свойствами имеющихся в распоряжении конструкторов материалов. Поэтому потребности науки, техники, производства в новых материалах всё более возрастают. Ориентироваться во всём этом многообразии невозможно без знания закономерностей формирования свойств материалов, их зависимости от химического состава, структуры, термической обработки и т.д. Изучение и выявление таких закономерностей является задачей обширной науки – материаловедения.

Данное учебное пособие является изложением курса материаловедения, предназначенного для студентов электротехнических специальностей, поэтому в первую очередь рассматриваются электрические свойства материалов. Первая часть курса, посвященная свойствам металлов и сплавов, изложена в книге [1]. В этом учебном пособии продолжено рассмотрение основных электрических свойств и процессов в неметаллических материалах: диэлектриках и полупроводниках. Во второй главе уделено внимание механическим свойствам материалов и способам их измерения. В третьей главе – процессам происходящим при нагреве металлов, их термической и химико-термической обработке. Четвёртая глава посвящена различным конструкционным материалам: металлическим – неметаллическим , органическим – неорганическим, композиционным.

Для закрепления усвоения материала в конце тематических разделов приведены контрольные вопросы.