Что называется структурой материалов
Определение структуры материала. Двухкомпонентные структуры и типы микроструктур
Структура – это строение материала, характеризующееся качественным и количественным соотношением составляющих, взаимным расположением и связями между ними.
Структура материалов чрезвычайно сложна, поэтому для ее изучения используют разнообразные способы. По способам изучения различают макроструктуру – строение, видимое невооруженным глазом; микроструктуру – строение материала, видимое в микроскоп, ультраструктуру – внутреннее строение вещества, составляющего материал, изучаемого методами электронной микроскопии и рентгено-структурного анализа.
На уровне ультрамикроструктуры материала изучено главным образом строение вещества, состоящего из одного или нескольких элементов, между которыми устанавливаются устойчивые связи.
Среди этих связей выделяют ионную, ковалентную, металлическую. Существуют и другие формы связи: водородная, характерная для воды, льда, донорно-акцепторная (некоторые полимеры) и др.
Свойства веществ зависят от химического строения молекул (кристаллов или других обособленных групп атомов), в которых атомы располагаются таким образом, чтобы потенциальная энергия системы была минимальной.
Идеальный кристалл имеет пространственную решетку, расположение атомов, ионов, молекул в узлах которой периодично и характерно для данного вещества. Это расположение определяется энергетической выгодностью узлов и расстояний между частицами, образующими пространственную решетку.
Строение реальных кристаллических и аморфных веществ материалов существенно отличается от идеального, что зависит от степени отклонения от совершенной кристалличности или аморфности. Такие отклонения обуславливают дефекты и дислокации в строении веществ. Наиболее характерными дефектами являются микропоры и дислокации. Дислокации –это линейные дефекты кристаллов, вызывающие местные искривления кристаллической решетки.
Например, металлическая болванка на поверхности остывает интенсивнее, чем внутри. Вследствие этого образование кристаллов происходит неодинаково:
— на поверхности – мелкокристаллическая,
— внутри – более крупнокристаллическая, что и приводит к дислокациям.
На практике фактическая прочность строительных материалов составляет 1-2 % от теоретически рассчитанной.
Макроструктуру материалов различают конгломератную (бетоны), волокнистую (древесина), мелкозернистую, ячеистую, слоистую (текстолиты), рыхлозернистую (песок, щебень).
Влияние многокомпонентных структур на свойства материалов затруднено, поэтому условно можно выделить двухкомпонентные структуры. Среди двухкомпонентных структур материалов различают структуры с базальной, поровой и контактной цементации.
По характеру связей между компонентами выделяют три типа микроструктур: коагуляционную, конденсационную и кристаллизационную.
Структура материалов
Структура (строение, расположение, порядок) – совокупность устойчивых связей тела (объекта), обеспечивающих его целостность.
2.1 Макроструктура –это видимая невооруженным глазом или при небольшом увеличении внутренняя или поверхностная часть материала. Макроструктура в целом характеризуется фазовым составом, т.е. наличием элементов структуры в виде твердого тела, жидкости и газовой среды.
При визуальном осмотре изделия выявляют зоны и участки, различающиеся пористостью, окраской, зерновым составом и другими особенностями, а также различные дефекты структуры в виде трещин, каверн и пр.
В процессе структурообразования в определенный промежуток времени, как правило, имеют место только две фазы: жидкая (расплав или раствор) и твердая (кристалл или стекло). При стабилизации структуры возможно наличие третьей (газовой фазы).
2.2 Микроструктура – строение вещества, материала различимое с помощью оптических приборов (под микроскопом). Классически выделяют три типа микроструктур: кристаллическую, аморфную, смешанную.
Кристаллическая структура – упорядоченная, наиболее устойчивая форма агрегатного состояния вещества. Кристаллическая структура формируется из термодинамически неустойчивых диспергированных систем, обладающих огромным запасом свободной энергии. Кристаллизация, как правило, самопроизвольный процесс с выделением тепла (энергии). Образующиеся кристаллы определяют физические, механические, термические, электрические, оптические и другие свойства структуры. Схема изменения состояния тела на рис 1.
Переход кристаллического тела в аморфное состояние связан с сообщением механической, химической или тепловой энергии.
Аморфная структура – промежуточное состояние между двумя периодами существования кристаллической структуры: до полной кристаллизации (левая часть схемы) и в стадии активного распада (правая часть схемы).
Кристаллическое состояние твердого тела (устойчивое)
Кристаллизация Аморфизация
Стеклообразное Жидкость, расплавы,
состояние 
твердого тела растворы, дисперсии
(малоустойчивое) Стеклообразное (неустойчивое состояние)
Рис.1 Схема изменения состояния (структуры) тела
Смешанная аморфно-кристаллическая структура, точнее стеклокристаллическая – сложная структура. Соотношение между кристаллической и аморфной фазами оказывает огромное влияние на свойства материала. Схема образования аморфно-кристаллической структуры на рис. 2. Вершины треугольника символизируют структуры (состояние вещества или материала): вершина «А» – кристаллическая структура, «В» – аморфная структура, «С» – стеклообразное состояние твердых тел.
Кристаллическая структура (устойчивая)
Стеклокристаллическая структура Стеклокристаллическая структура
(ситалловая) образованная из стекла образованная из кристаллов
Аморфно-кристал лическая структура
(созидательный процесс) (разрушительный процесс)
С В
Аморфная структура (неустойчивая)
Рис. 2 Схема образования аморфно-кристаллической структуры
Зона, расположенная выше линии, проходящей через точку «А», предполагает наличие в ней элементов ярко выраженной кристаллической или поликристаллической структуры. Ярко выраженную кристаллическую структуру имеют минералы образующие горные породы, такие горные породы, как гранит, диорит и др., клинкерные минералы цемента. Зона ниже линии «СВ» – включает природные и искусственные материалы и соединения, имеющие аморфную структуру: вулканическое стекло, стекло и изделия из него, сажа, аморфный кремнезем. Между двумя горизонтальными линиями расположена зона элементов смешанной аморфно-кристаллической структуры. Большинство строительных материалов имеют именно эту структуру: строительная керамика, бетоны, растворы и др.
Классификация материалов по структуре представлена в табл. 4.
2.3 Внутреннее строениевещества определяет его механическую прочность, твердость, теплопроводность и др. свойства, зависит от его агрегатного состояния и устойчивости и может иметь строго упорядоченное строение (т.е. кристаллическую решетку) или беспорядочное (хаотическое расположение молекул и атомов).
Природа частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки, и химические связи определяют тип кристаллической решетки: атомный, молекулярный, ионный, металлический.
Вещества с атомными решетками характеризуются высокой твердостью и тугоплавкостью, они практически не растворимы ни в каких растворителях. Таких веществ сравнительно мало, например алмаз, кремний. Молекулярную решетку имеют почти все вещества неметаллы, кроме углерода и кремния, они имеют невысокую твердость, легкоплавкие, летучие. К соединениям с ионной кристаллической решеткой относят большинство солей и некоторые оксиды. По прочности ионные решетки уступают атомным решеткам, но превосходят молекулярные, и имеют высокие температуры плавления. Металлы отличаются от других соединений атомов наличием свободных электронов, отсюда высокие электро- и теплопроводность.
Решетки разных веществ отличаются друг от друга природой образующих их частиц и расположением частиц в пространстве, образуя элементарные ячейки, которые придают веществу только ему свойственные особенности.
Дата добавления: 2015-12-01 ; просмотров: 968 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Структура материала
Структура материала – пространственное расположение составляющих материал частиц разной степени дисперсности, соединенных устойчивыми взаимными связями, определяющими характер сцепления между частицами.
[Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ и м. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.]
Полезное
Смотреть что такое «Структура материала» в других словарях:
структура — (framework): Логическая структура для классификации и организации сложной информации [3]. Источник: ГОСТ Р ИСО/ТС 18308 2008: Информатизация здоровья. Требования к архитектуре электронного учета здоровья 3.38 стру … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
СТРУКТУРА ОСАДОЧНЫХ ПОРОД АЛЕВРОПЕЛИТОМОРФНАЯ — характеризующаяся присутствием в пелитоморфной кристаллической массе более или менее равномерно рассеянной примеси обломочного материала с размерами зерен 0,01 0,1 мм. Присуща известнякам (доломитам), содер. примесь алевритового материала в… … Геологическая энциклопедия
Структура почвенного покрова — (СПП) закономерное пространственное размещение почв на небольших территориях, выявляемое при детальном картографировании их почвенного покрова и образованное многократным повторением одного или нескольких различных основных образующих её… … Википедия
СТРУКТУРА ПИРОКЛАСТИИЧЕСКАЯ — общее назв. структур вулк. туфов. Характеризуется преобладанием пирокластического материала, слабой сортировкой материала или отсутствием ее, отсутствием окатанности. Последние признаки резко выражены у наземных туфов. Геологический словарь: в 2… … Геологическая энциклопедия
Структура горных пород — (a. rock texture; н. Gefuge der Gesteine; ф. structure des roches, texture des roches; и. textura de rocas, estructura de rocas, hechura de rocas) характеристика степени кристалличности г. п., зависящей от размера и формы слагающих их… … Геологическая энциклопедия
СТРУКТУРА ПЕПЛОВАЯ — структура пирокластических п., состоящих из мелких осколков вулк. стекла дугообразной и др. причудливых форм, напоминающих черепки, и иногда мелких обломков пемзы с пузыристой текстурой. В промежутках между обломками находится еще более… … Геологическая энциклопедия
Структура правовой нормы — ее внутреннее строение, включающее диспозицию, гипотезу и санкцию. С позиции формальной логики структура правовой нормы выражается формулой: «если то иначе». В логически преобразованном виде она звучит так: если будут иметь место указанные в… … Элементарные начала общей теории права
СТРУКТУРА УЛЬТРАМИЛОНИТОВАЯ — структура интенсивно милонитизированных п., характеризующаяся полным отсутствием порфиробластов и обилием тонкораздробленного материала (0,1 0,2 мм), образующего параллельные полосы. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К … Геологическая энциклопедия
Структура материалов
Краткие выводы по вопросу состава строительных материалов
1.6.1 Вещественный (элементный) и химический составы материалов определяют многие параметры системы: химический потенциал, энергетическое состояние, термодинамику состояния (перехода) и, следовательно тип и энергию химических связей.
1.6.2 Минералогический состав предопределяет внутреннее строение, микроструктуру материала, а также его физико-химические и термические показатели.
1.6.3 Фазовый состав свидетельствует о гомогенности или гетерогенности системы, определяет взаимосвязь между элементами структуры и предопределяет упругодеформативные и термомеханические свойства материалов.
1.6.4 Гранулометрический и фракционный составы определяют макроструктуру материалов и взаимодействие его с окружающей средой и, как следствие, прочностные, тепло- и гидрофизические свойства материалов.
Структура (строение, расположение, порядок) – совокупность устойчивых связей тела (объекта), обеспечивающих его целостность.
2.1 Макроструктура –это видимая невооруженным глазом или при небольшом увеличении внутренняя или поверхностная часть материала. Макроструктура в целом характеризуется фазовым составом, т.е. наличием элементов структуры в виде твердого тела, жидкости и газовой среды.
При визуальном осмотре изделия выявляют зоны и участки, различающиеся пористостью, окраской, зерновым составом и другими особенностями, а также различные дефекты структуры в виде трещин, каверн и пр.
В процессе структурообразования в определенный промежуток времени, как правило, имеют место только две фазы: жидкая (расплав или раствор) и твердая (кристалл или стекло). При стабилизации структуры возможно наличие третьей (газовой фазы).
2.2 Микроструктура – строение вещества, материала различимое с помощью оптических приборов (под микроскопом). Классически выделяют три типа микроструктур: кристаллическую, аморфную, смешанную.
Кристаллическая структура – упорядоченная, наиболее устойчивая форма агрегатного состояния вещества. Кристаллическая структура формируется из термодинамически неустойчивых диспергированных систем, обладающих огромным запасом свободной энергии. Кристаллизация, как правило, самопроизвольный процесс с выделением тепла (энергии). Образующиеся кристаллы определяют физические, механические, термические, электрические, оптические и другие свойства структуры. Схема изменения состояния тела на рис 1.
Переход кристаллического тела в аморфное состояние связан с сообщением механической, химической или тепловой энергии.
Аморфная структура – промежуточное состояние между двумя периодами существования кристаллической структуры: до полной кристаллизации (левая часть схемы) и в стадии активного распада (правая часть схемы).
Кристаллическое состояние твердого тела (устойчивое)
Кристаллизация Аморфизация
Стеклообразное Жидкость, расплавы,
состояние 
твердого тела растворы, дисперсии
(малоустойчивое) Стеклообразное (неустойчивое состояние)
Рис.1 Схема изменения состояния (структуры) тела
Смешанная аморфно-кристаллическая структура, точнее стеклокристаллическая – сложная структура. Соотношение между кристаллической и аморфной фазами оказывает огромное влияние на свойства материала. Схема образования аморфно-кристаллической структуры на рис. 2. Вершины треугольника символизируют структуры (состояние вещества или материала): вершина «А» – кристаллическая структура, «В» – аморфная структура, «С» – стеклообразное состояние твердых тел.
Кристаллическая структура (устойчивая)
Стеклокристаллическая структура Стеклокристаллическая структура
(ситалловая) образованная из стекла образованная из кристаллов
Аморфно-кристал лическая структура
(созидательный процесс) (разрушительный процесс)
С В
Аморфная структура (неустойчивая)
Рис. 2 Схема образования аморфно-кристаллической структуры
Зона, расположенная выше линии, проходящей через точку «А», предполагает наличие в ней элементов ярко выраженной кристаллической или поликристаллической структуры. Ярко выраженную кристаллическую структуру имеют минералы образующие горные породы, такие горные породы, как гранит, диорит и др., клинкерные минералы цемента. Зона ниже линии «СВ» – включает природные и искусственные материалы и соединения, имеющие аморфную структуру: вулканическое стекло, стекло и изделия из него, сажа, аморфный кремнезем. Между двумя горизонтальными линиями расположена зона элементов смешанной аморфно-кристаллической структуры. Большинство строительных материалов имеют именно эту структуру: строительная керамика, бетоны, растворы и др.
Классификация материалов по структуре представлена в табл. 4.
2.3 Внутреннее строениевещества определяет его механическую прочность, твердость, теплопроводность и др. свойства, зависит от его агрегатного состояния и устойчивости и может иметь строго упорядоченное строение (т.е. кристаллическую решетку) или беспорядочное (хаотическое расположение молекул и атомов).
Природа частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки, и химические связи определяют тип кристаллической решетки: атомный, молекулярный, ионный, металлический.
Вещества с атомными решетками характеризуются высокой твердостью и тугоплавкостью, они практически не растворимы ни в каких растворителях. Таких веществ сравнительно мало, например алмаз, кремний. Молекулярную решетку имеют почти все вещества неметаллы, кроме углерода и кремния, они имеют невысокую твердость, легкоплавкие, летучие. К соединениям с ионной кристаллической решеткой относят большинство солей и некоторые оксиды. По прочности ионные решетки уступают атомным решеткам, но превосходят молекулярные, и имеют высокие температуры плавления. Металлы отличаются от других соединений атомов наличием свободных электронов, отсюда высокие электро- и теплопроводность.
Решетки разных веществ отличаются друг от друга природой образующих их частиц и расположением частиц в пространстве, образуя элементарные ячейки, которые придают веществу только ему свойственные особенности.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Современная классификация структур материалов
Под понятиемструктура(от лат. Structura – строение, расположение, порядок) подразумевается совокупность устойчивых связей рассматриваемого объекта. При исследовании материалов имеют в виде морфологию и внутренне строение. В большинстве случаев имеют дело с кристаллитами – реальными кристаллами. Структура реальных материалов – сложная динамическая система со свойствами нелинейности, неравновесности и необратимости.
Известно, что многие практически важные свойства кристаллов зависят не столько от правильного, периодического расположения атомов в объеме, сколько от различного типа нарушений этой периодичности. Исследование дефектов кристаллического строения является одной их важнейших задач современного материаловедения.
Реальные структуры материалов формируются в результате таких процессов, как первичная кристаллизация, пластическая деформация, фазовые переходы в твердом состоянии (вторичной кристаллизации или перекристаллизации) и рекристаллизации после деформационного упрочнения.
В металлографии размерный ряд структур традиционно подразделяют на четыре группы:
— Макроструктура (размеры крупных зерен, различные крупные включения, вид излома);
— Микроструктура (отдельные структурные составляющие в зеренном размере, дендриты, границы зерен);
— Субструктура (Структура внутри зерен, дислокации и их скопления, полигоны, ячейки, фрагменты);
— Субмикроструктура (точечные дефекты строения кристаллических решеток, размер решеток и их тип). Дополнительное название этой группы – рентгеноструктура, так как основным методом ее изучения является рентгеноструктурный анализ.
Однако успехи физики конденсированного состояния, механики твердого деформируемого тела и материаловедения привели к необходимости установления общего подхода к иерархии любых структур в этих науках.
Согласно представлениям, основанных на данных последнего времени целесообразно выделить три основных уровня исследования структуры материалов.
2 000х. Пластическая деформация на макроструктурном уровне описывается классической механикой с возможным учетом реальной структуры. Напряжения, вызывающие пластическую деформацию на макроструктурном уровне называют напряжениями первого рода, уравновешивающиеся в объеме всего образца (детали, заготовки и.т.п.).
Пластическая деформация на микроструктурном уровне описывается классической теорией дислокаций, которая успешно учитывает реальные микродефекты, но при этом значительные трудности возникают в количественных расчетах внутренних напряжений, которые называют напряжениями третьего рода, уравновешивающиеся в объеме кристаллической решетки.
Основными методами исследований мезодефектов является просвечивающая электронная микроскопия, использующая увеличение объекта от 2 000 до 20 000х. Напряжения, вызывающие возникновение дефектов структуры на этом уровне – это напряжения второго рода, уравновешивающиеся в объеме зерна.
Методы исследования структур желательно использовать в связи с другими методами исследования свойств материалов: механическими, физическими и др.