Физика и химия материалов и покрытий (290,00 руб.)

Стр.2

Стр.317

Стр.318

Стр.319

Стр.320

УДК 539.37; 620.22; 537.5 ББК 34.663:2я7 И20 Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета Рецензенты: гл. науч. сотр. ФКП «ГосНИИХП», д-р техн. наук Н. С. Латфуллин нач. лаб. АО «З-д «Элекон» канд. техн. наук Д. И. Хамидуллин И20 Иванов Н. Б. Физика и химия материалов и покрытий : учебное пособие / Н. Б. Иванов, М. Р. Файзуллина; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2017. – 320 с. ISBN 978-5-7882-2214-1 Рассмотрены вопросы теории и технологии получения различных по природе материалов и покрытий, факторы, влияющие на их структуру, физико-механические и эксплуатационные характеристики. Изложены физические основы пластичности, прочности и разрушения кристаллических материалов при их деформировании. Приведены широко используемые методы упрочнения материалов и покрытий, а также основные методы измерения и контроля традиционных и наноразмерных пленочных покрытий. Предназначено для обучающихся по специальностям 150100.62 «Материаловедение и технологии материалов» и 240300.65 «Химическая технология ЭНМ и изделий». Подготовлено на кафедре технологии твердых химических веществ. УДК 539.37; 620.22; 537.5 ББК 34.663:2я7 ISBN 978-5-7882-2214-1 © Иванов Н. Б., Файзуллина М. Р., 2017 © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2017 2

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................3 1. ТВЕРДОФАЗНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ ПО СОСТАВУ, СТРУКТУРЕ И СВОЙСТВАМ ...5 1.1. Классификация материалов по составу ...........................................5 1.2. Классификация материалов по структуре .......................................8 2. ТВЕРДОЕ ТЕЛО И ЕГО СТРУКТУРА ........................................... 11 2.1. Классификация дефектов кристаллической решетки ................... 12 2.1.1. Точечные дефекты...................................................................... 13 2.1.2. Поверхностные дефекты ........................................................... 15 2.1.3. Дислокации .................................................................................. 17 2.1.4. Некоторые свойства дислокаций ............................................... 19 2.2. Дислокационные представления об упрочнении .......................... 28 2.2.1. Упругое взаимодействие скользящих дислокаций с неподвижными дислокациями ................................................. 36 2.2.2. Пересечение скользящих дислокаций с дислокациями «леса» ... 37 2.2.3. Взаимодействие скользящей дислокации с барьерами различной протяженности ......................................................................... 37 3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ И ПУТИ ЕЕ УВЕЛИЧЕНИЯ ................................................................................ 41 3.1. Методы упрочнения металлов ...................................................... 49 3.2. Механическая и кинетическая теории прочности материалов ..... 64 4. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РАЗРУШЕНИИ МАТЕРИАЛОВ................................................................................ 77 4.1. Дислокационные механизмы зарождения трещин ....................... 84 4.2. Некоторые проблемы прочности материалов ............................... 86 4.3. Материалы с демпфирующей структурой..................................... 93 5. КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ ПО СВОЙСТВАМ И ФУНКЦИЯМ. ............................................................................... 98 5.1. Материалы с электрическими функциями .................................... 98 5.2. Материалы с магнитными функциями ....................................... 104 5.3. Материалы с оптическими свойствами ....................................... 106 5.4. Фотонные кристаллы ................................................................... 106 5.5. Материалы с биологическими функциями ................................. 107 6. НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ ........................... 109 6.1. Классификация наноматериалов ................................................. 116 6.2. Основные типы структур наноматериалов ................................. 118 317

Стр.317

6.3. Разновидности нанотехнологий .................................................. 118 6.4. Основные области применения наноматериалов ........................ 121 7. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ............................................ 132 7.1. Чугуны .......................................................................................... 135 7.2. Стали ............................................................................................ 136 7.3. Алюминиевые сплавы .................................................................. 138 7.4. Медные сплавы ............................................................................ 140 7.5. Титановые сплавы ........................................................................ 141 7.6. Магниевые сплавы ....................................................................... 142 7.7. Никелевые сплавы ....................................................................... 143 8. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ ........... 145 8.1. Сплавы с особыми тепловыми и упругими свойствами. ............ 145 8.2. Сплавы с регламентируемым температурным коэффициентом линейного расширения .................................................................. 145 8.3. Сплавы с постоянным модулем упругости ................................. 146 8.4. Металлы с памятью формы ......................................................... 147 9. АМОРФНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ ............................. 150 9.1. Методы и условия образования аморфных структур ................. 151 9.2. Области применения аморфных материалов .............................. 152 9.3. Сверхпроводящие материалы ...................................................... 156 10. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ............................................. 158 10.1. Свойства и области применения керамических материалов .... 161 11. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ...................................... 165 11.1. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы ........... 167 11.2. Волокнистые композиционные материалы ............................... 168 11.3. Слоистые композиционные материалы ..................................... 172 12. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ................................................. 175 12.1. Пластические массы................................................................... 176 12.2. Некоторые свойства пластмасс.................................................. 178 12.3. Термопласты .............................................................................. 179 12.4. Реактопласты .............................................................................. 182 13. РЕЗИНЫ ...................................................................................... 185 14. КЛЕЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ......................................................... 188 15. ПОКРЫТИЯ. РОЛЬ И МЕСТО ПОКРЫТИЙ В СОВРЕМЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ..................................... 193 15.1. Проблемы при нанесении покрытий в машиностроении и возможные пути их решения ...................................................... 195 318

Стр.318

16. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКРЫТИЙ И МЕТОДОВ ИХ НАНЕСЕНИЯ .............................................................................. 200 16.1. Методы нанесения покрытий, объединенные по фазовому состоянию среды: ........................................................................ 201 16.2. Методы нанесения покрытий по состоянию наносимого материала ..................................................................................... 201 16.3. Методы нанесения покрытий по совокупности процессов, происходящих при нанесении покрытий ................................... 202 17. СОСТОЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ НАНЕСЕНИИ ПОКРЫТИЙ .............. 205 17.1. Вещества, адсорбируемые на поверхности материалов и изделий .................................................................................... 211 18. МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ ПОКРЫТИЙ ....................................... 216 19. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПОКРЫТИЙ. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ ................................................................................ 226 19.1. Упрочнение покрытий электронно-лучевой обработкой ......... 234 19.1.1. Физические основы упрочнения при электронно-лучевой обработке ............................................................................... 235 19.2. Газодетонационный метод нанесения покрытий ...................... 238 19.2.1. Физические процессы в покрытии при ГДМ.......................... 240 19.3. Взрывная обработка покрытий .................................................. 243 19.4. Технологические особенности плазменного напыления .......... 245 19.4.1. Механизм формирования покрытий при плазменном напылении ............................................................................... 249 19.5. Нанесение покрытий из расплавленного состояния ................. 251 19.6. Метод физического осаждения из паровой фазы (PVD-метод) ................................................................................ 256 19.7. Химическое осаждение из газовой фазы(CVD – метод) ........... 260 20. ЛАЗЕРНОЕ НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ И ИХ УПРОЧНЕНИЕ ............................................................................ 267 20.1. Лазерное упрочнение покрытий ................................................ 272 21. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ........................................ 278 21.1. Лакокрасочные покрытия .......................................................... 284 21.2. Методы определения качества покрытий ................................. 286 22. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПОКРЫТИЙ.......... 288 22.1. Методы испытаний на адгезионную прочность........................ 289 22.2. Остаточные напряжения ............................................................ 292 319

Стр.319

22.3. Несплошности в покрытиях (пористость) ................................. 294 22.4. Определение толщины и равномерности покрытий ................. 296 22.5. Методы оценки функциональных свойств покрытий ............... 299 22.6. Методы контроля качества вакуумно-плазменных покрытий ..................................................................................... 304 22.7. Измерение внутренних напряжений в покрытиях .................... 309 22.8. Исследование поверхности пленок с помощью атомно-силового микроскопа ........................................................ 310 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................. 313 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................ 315 Ответственный за выпуск доц. Т. П. Евсеева Подписано в печать 08.08.2017 Бумага офсетная 20,0 уч.-изд. л. Печать ризографическая Тираж 100 экз. Формат 60´84 1/16 18,6 усл. печ. л. Заказ Издательство Казанского национального исследовательского технологического университета Отпечатано в офсетной лаборатории Казанского национального исследовательского технологического университета 420015, Казань, К. Маркса, 68 320

Стр.320