Қатты денелердің ішкі құрылымы
Мазмұны
Кіріспе 3
І тарау. Әдебиеттерге шолу 10
1.1 Қатты дененің ішкі құрылымы 10
1.2 Моно - және поликристалды қатты денелер 15
1.3 Химиялық элементтердің кристалдық құрылымдары 16
1.4 Полиморфизм құбылысы 21
1.5 Кристалдардағы құрылым жетіспеушілігі (құрылым кемшілігі) және ақаулар 23
1.6 Қатты денелердің механикалық және жылулық қасиеттері 30
1.6.1 Серпімді және пластикалық деформация 30
1.6.2 Кристалдардың пластиктивті ағуының негізгі заңдылықтары 32
1.6.3 Механикалық екілену 37
1.7 Кристалдар ығысуының практикалық және теориялық беріктілігі 39
1.7.1 Дислокация жөнінде жалпы түсінік 41
1.7.2 Дислокацияны қозғалтуға қажет болған күштер 46
1.7.3 Дислокация көздері. Кристалдың беріктелінуі 48
1.7.4 Қатты денелердің жылулық қасиеттері 54
ІІ – тарау 65
2.1 Зерттеу әдістері 65
2.2 Қатты денелердің жарамдылық мерзімі және беріктілік кинетикалық концепциясының негіздері 68
2.3 Жарамдылық мерзімді анықтау тәсілі 71
Кіріспе
Денелердің беріктілігін зерттеу проблемасы қайтадан қаралу барысына негізделген. Қайтадан қараудың екі негізгі себебі бар:
- біріншіден, дене қирау мәселені жаңа көзқараспен қарастырудың дамуы, қирау процесінде атом және молекулалардың жылулық қозғалысын есепке алу, яғни қирауды кинетикалық процес деп түсіну;
- екіншіден, әртүрлі физикалық және физика – химиялық әдістер атом молекулалық деңгейде жүктелген денелерде өтетін құбылыстарды анықтауда кеңінен қолдана бастауы.
әрине , беріктілік ғылымының дамуына материалдарға қойылатын талап пен қолдану мүмкіншіліктері тез өзгеруі, беріктілікті интенсивті түрде өзінің әсерін тигізеді және ғылыми нәтижелерді практикада қолдануды қажет етеді.
І тарау. Әдебиеттерге шолу
1.1 Қатты дененің ішкі құрылымы
Қатты денелердің ішкі құрылымын сипаттау үшін кеңістік немесе кристалл торы деген түсінікті енгізу ыңғайлы.
1.2 Моно - және поликристалды қатты денелер
Қатты денелердің бөлшектері кристал торында біртекті қатар-қатар орналасқан деп есептейік (Кристалдардағы ақауларды ескермейміз).
1.3 Химиялық элементтердің кристалдық құрылымдары
Қатты күйдегі химиялық элементтер ішкі ретті құрылымды кристалдық денелерді құрайды. Кристалл құрылымының түрін негізінен құрылым бөлшектердің (атомдар, иондар, молекулалар) арасындағы байланыс күштің түрі анықтайды. Бұл бөлшектер арасында 4 негізгі байланыс болғандықтан 4 типті кристалл торын құрайды: ионды немесе координационды тор, бұл торда атомдар арасындағы негізгі байланыс ионды болады; поляризационды немесе молекулярлы тор; мұндағы молекулалар арасындағы байланыс Ван-дер-Вальс күштері арқылы болады; валентті байланысты атомдық тор және металды байланысты металл торлары болады.
1.4 Полиморфизм құбылысы
Бірнеше қатты денелерде екі және одан да көп кристалдар құрылымына және қасиеттерге ие, әрбір құрылым әр түрлі температурада және қысымда тұрақты болады. Мұндай құрылымдарды полиморфты форма немесе заттың модификациясы деп атайды, ал бір модификациядан екінші модификацияға өтуді полиморфты түрлену деп атайды.
1.6 Қатты денелердің механикалық және жылулық қасиеттері
1.6.1 Серпімді және пластикалық деформация
Кристалдарға сыртқы бір бағытта тарту күштің әсерінен атомдардың бір-бірінен ара қашықтығы өседі және олардың кристалдағы тепе-теңдікте орналасуы бұзылады. Тордағы атомдардың тепе-теңдікте болуына сәйкес атомдардың бірін-бірі тарту және бірін-бірі тебу күштерінің теңдік шартының бұзылуына алып келеді, соның арқасында атомдарды бұрынғы тепе-теңдік орнына алып келетін ішкі күш пайда болады. Кристалдың бірлік көлденең қимасына келетін күш шамасын кернеу деп атайды. Қайтымды шексіз баяу жылдамдықпен кристалды созғанда кристалдың кез-келген ауданында пайда болған ішкі күш сыртқы әсер ететін күшті компенсациялайды.
1.6.2 Кристалдардың пластиктивті ағуының негізгі заңдылықтары
Пластиктивтілік кристалдарды созып және қысып сынағанда сырттан әсер ететін кернеу ағу шегінен жоғары болғанда қалдық деформация пайда болады. Бірақ қалдық деформацияның пайда болуына созу және қысу себепті емес. Кристалды созу дәрежесі өскен сайын күш бағытына перпендикуляр бағыттағы атомдар жазықтығының ара қашықтығы өседі, белгілі дәрежеге жеткенде атомдардың өзара тарту күші сыртқы күшті теңестіре алмай, сонымен кристалл қирайды. Ал кристалды қысқан кезде атом жазықтары бір-біріне жақындай түседі, бұл процесс атомдар арасында тебу күшін тудырады. Тебу күштің шамасы сыртқы күшке теңескенге дейін өседі. Бұл жағдайда идеал серпімді деформация өтеді және тор бөлшектерінің қайтымсыз ығысуына алып келмейді, яғни пластикалық деформацияға алып келмейді.
1.7.4 Қатты денелердің жылулық қасиеттері
а. Қатты дене жылу сыйымдылығының классикалық теориясы. Дюлонг және Пти заңы. Қатты денелердегі бөлшектер бір-бірімен әсерлесу энергиясы минималды мәнге ие белгілі тепе-теңдік күйге сәйкес «бекітілген» болады. Мұндай жағдайдағы бөлшектердің негізгі қозғалу формасы тепе-теңдік орынның қасында тербелу болып есептеледі.
ІІ – тарау
2.1 Зерттеу әдістері
Жоғарыда негізделген гетерогендік және поликристалдық материалдарының беріктілігінің температуралық уақыттылық тәуелділігін зерттеу бойынша тәжірибелік мәліметтер қаралады. Бұл материалдар үшін Маргетроид гипотезасының әділдігі туралы жорамал мүмкін және т.б. , олар беріктіліктің уақытқа тәуелділігін бұзылу процестің кинетикалық табиғатының көрінуі ретінде емес, уақыт өте келе беріктілікті төмендететін арнайы факторлар салдары ретінде қарайды.
Осыған байланысты беріктіліктің кинетикалық концепсиясының негізгі жағдайларын дамыту және растау үшін монокристалдарды зерттеу маңызды қызығушылық туғызады.
2.2 Қатты денелердің жарамдылық мерзімі және беріктілік кинетикалық концепциясының негіздері
Жүктелген қатты денелердің жарамдылық мерзімін, негізінде, үлгіні бір бағытта созу арқылы анықтаған. Ол үшін үлгіні пленкадан немесе фольгадан не болмаса топталған талшықтардан арнайы жасайды. Үлгі полимер пленка тәрізді болса, металл жұқа фольга тәрізді болса, арнайы пышақ арқылы жасалады:
Топталғанталшық болса:
2.3 Жарамдылық мерзімді анықтау тәсілі
Жоғарыда айтылғандай материалдың жарамдылық мерзімін бір бағытта үлгіні тарту (созу) арқылы анықталады.Ол үшін үлгі біртекті деформацияланып, көлемі өзгермейтін жағдайда үлгінің көлденең кесімі деформацияның арқасында былай азаяды: