Материаловедение

Свойства наноматериалов и их применение

Сверхпрочные материалы. Связи между атомами углерода в графитовом листе являются самыми сильными среди известных, поэтому бездефектные углеродные трубки на два порядка прочнее стали и приблизительно в четыре раза легче ее! Одна из важнейших задач технологии в области новых углеродных материалов заключается в создании нанотрубок «бесконечной» длины. Из таких трубок можно изготовлять легкие композитные материалы предельной прочности для нужд техники нового века. Это силовые элементы мостов и строений, несущие конструкции компактных летательных аппаратов, элементы турбин, силовые блоки двигателей с предельно малым удельным потреблением топлива и т.п. В настоящее время научились изготавливать трубки длиной в десятки микрон при диаметре порядка одного нанометра.

Высокопроводящие материалы. Известно, что в кристаллическом графите проводимость вдоль плоскости слоя наиболее высокая среди известных материалов и, напротив, в направлении, перпендикулярном листу, мала. Поэтому ожидается, что электрические кабели, сделанные из нанотрубок, при комнатной температуре будут иметь электропроводность на два порядка выше, чем медные кабели. Дело за технологией, позволяющей производить трубки достаточной длины и в достаточном количестве.

Нанокластеры. Это сверхмалые частицы, состоящие из десятков, сотен или тысяч атомов. Свойства кластеров кардинально отличаются от свойств макроскопических объемов материалов того же состава. Из нанокластеров, как из крупных строительных блоков, можно целенаправленно конструировать новые материалы с заранее заданными свойствами и использовать их в каталитических реакциях, для разделения газовых смесей и хранения газов. Большой интерес представляют магнитные кластеры, состоящие из атомов переходных металлов, лантиноидов, актиноидов. Эти кластеры обладают собственным магнитным моментом, что позволяет управлять их свойствами с помощью внешнего магнитного поля. Примером является высокоспиновая металлоорганическая молекула Mn₁₂O₁₂(CH₃COO)₁₆(H₂O)₄. Наномагниты представляют интерес при проектировании процессоров для квантовых компьютеров. Кроме того, при исследовании этой квантовой системы обнаружены явления бистабильности и гистерезиса. Если учесть, что расстояние между молекулами составляет около 10 нанометров, то плотность памяти в такой системе может быть порядка 10 гигабайт на квадратный сантиметр.

Лекционный курс. Часть 1.

Пенза,

Содержание

Лекция 1. Строение и свойства материалов. 4

1.1. Материаловедение как научная дисциплина. 4

1.2. Типы связей между атомами и молекулами. 4

1.3. Атомно-кристаллическая структура металлов. 6

1.4. Строение реальных кристаллических материалов. 8

Лекция 2. Основы теории кристаллизации. 9

2.1. Понятие фазы.. 9

2.2. Первичная кристаллизация. 10

2.3. Форма кристалла и строение слитка. 11

2.4. Вторичная кристаллизация. 12

Лекция 3. Изменение структуры и свойств металлов в процессе пластической деформации. 13

3.1. Виды деформаций. 13

3.2. Механизмы пластической деформации и деформационное упрочнение. 15

3.3. Процессы, происходящие в наклепанных металлах при нагреве. 17

Лекция 4. Основы теории сплавов. 18

4.1. Основные фазы в сплавах. 18

4.2. Диаграмма состояния. 21

Лекция 5. Диаграммы фазового равновесия. 22

5.1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. 22

5.2. Диаграмма состояния сплавов с полной нерастворимостью в твердом состоянии. 23

5.3. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии. 24

5.4. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих превращения в твердом состоянии. 25

5.5. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химическое соединение. 26

5.6. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния (правило Курнакова Н.С.) 27

Лекция 6. Железо и его сплавы.. 28

6.1. Железо как конструкционный материал. 28

6.2. Диаграмма состояния «железо - цементит». 29

6.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей. 31

6.4. Виды чугунов. 34

Лекция 7. Теория термической обработки. 38

7.1. Сущность термообработки. 38

7.2. Превращение перлита в аустенит при нагреве. 39

7.3. Превращения аустенита при охлаждении. 39

7.4. Превращения, протекающие при нагреве закаленной стали. 43

Лекция 8. Технология термической обработки. 44

8.1. Виды термической обработки. 44

8.2. Отжиг. 44

8.3. Закалка. 45

8.4. Нормализация. 48

8.4. Отпуск. 48

Лекция 9. Термомеханическая и химико-термическая обработка стали. 49

9.1. Термомеханическая обработка. 49

9.2. Химико-термическая обработка. 50

Лекция 10. Машиностроительные стали. 51

10.1. Виды машиностроительных сталей. 51

10.2. Стали, не упрочняемые термической обработкой. 51

10.3. Стали, упрочняемые в поверхностном слое. 52

10.4. Стали, упрочняемые по всему сечению.. 56

10.5. Стали с улучшенной обрабатываемостью резанием.. 58

Лекция 11. Инструментальные стали и сплавы.. 59

11.1. Требования к инструментальным сталям и сплавам.. 59

11.2. Углеродистые инструментальные стали. 59

11.3. Легированные стали для режущего инструмента. 60

11.4. Твердые сплавы.. 61

11.5. Нетеплостойкие штамповые стали. 62

11.6. Теплостойкие штамповые стали. 64

11.7. Стали для измерительного инструмента. 65

Дата добавления: 2014-01-05