Materiale de constructii

Organismele cu particule mai puțin ordonate sau distribuite în mod aleatoriu, care tind corpuri amorfe are loc numai rânduială locale, care nu se extinde dincolo de un anumit set de particule. În acest caz, se spune că există o ordine cu rază scurtă. Randomness indică amplasarea sistemului agregatelor o stare instabilă, ca și capacitatea de a schimba sub influența factori interni și externi. corp amorfi, de exemplu, nu au puncte de topire definite.

Fiecare stat agregat corespunde unui anumit raport între potențiale și cinetice energiile particulelor de materie. În solide energia potențială a particulei mai cinetică. Deci, ei iau în corpul unei poziții relativ bine definită la alte particule și fluctuează numai în jurul valorii de aceste poziții.

In gazele, energia cinetică a particulelor este mai mare decât potențialul, prin urmare, moleculele de gaz sunt întotdeauna într-o stare de mișcare haotică. Forțele de coeziune dintre moleculele sunt absente, astfel încât gazul să umple întregul volum oferit de el.

La raportul dintre energiile fluide tinde spre unitate, adică. E. Particulele sunt legați unul de altul, dar nu greu. Prin urmare, fluidul sunt capabile să curgă, dar sunt în acest volum constant de temperatură. Conform structurii de lichid care amintește de solide amorfe; fiecare particulă este înconjurată de același număr de particule mai apropiate învecinate fluide, adică Lichidul caracteristic „ordinea de rază scurtă“ a particulelor de interacțiune.

Deci, ce este microstructura și macrostructura? Uneori, în clădire materiale menționa „material prezinta“. Rezumând declarația existentă în această privință. soldat Gorbunov pe bună dreptate, în opinia noastră, oferă distinge numai între microstructura și macrostructură de materiale de constructii. Microstructură - o structură de material care poate fi considerat, studiate cu ajutorul optice, electronice și alte dispozitive rentgenovsih ;. Macrostructură - este structura materialului, care poate fi văzut cu ochiul liber. În mod tradițional microstructură împărțit într-un cristalin, amorf și semicristalin.

Cele de mai sus permite să dea următoarea definiție a „Crystal Structura“. Structura de cristal - este o astfel de structură, care este aranjament ordonat caracteristic particulelor în puncte și spațiale bine definite care formează rețeaua cristalină. Această ordonare permite experimental si teoretic explora complet structura în stare solidă și a fenomenelor asociate cu natura interacțiunii forțelor în solide cristaline.

Pentru fiecare anizotropie de cristal caracteristic și temperatura de tranziție pronunțată într-o stare lichidă. Cristalele sunt caracterizate prin simetrie în aranjamentul exterior al particulelor, care se exprimă prin trei elemente de simetrie: axa centrală și planul de simetrie. Centrul de simetrie - un punct de legătură între bisectoare toate suprafețele exterioare ale liniei drepte de cristal trasată prin ea, în orice direcție. Planul de simetrie împarte cristalul în două părți legate între ele ca un obiect cu imaginea sa în oglindă. Axa de simetrie - este o astfel de linie, atunci când porniți-l în jurul valorii de la un anumit unghi de a obține un meci plin de noua poziție cu fostul. Cu cât mai mare elementele de simetrie, cu atât simetria externă a cristalului. Perfect figura simetric este o minge.

În prezent, diversitatea formelor cristaline printr-o combinație de elemente de simetrie (simetrie) este redusă la șapte tipuri: regulate (cubi), trigonale, hexagonală, tetragonal, ortorombic, monoclinic și triclinice. Tabelul 3.2. prezintă clasificarea cristalelor prin simetrie.

Tabelul 3.2. cristale de clasificare syngony

Multe substanțe în stare cristalină se caracterizează prin polimorfism. și anume Capacitatea unei substanțe de a exista în structuri cristaline multiple cu diferite proprietăți. Polimorfismul de substanțe simple, numite allotropism. Cunoscute modificări polimorfe ale carbonului (diamant, grafit), cuarț (α-cuart, β-cuart), fier, tungsten și altele.

Dacă două materiale diferite au aceeași structură cristalină cu formula chimică similară și nu diferă foarte mult în dimensiune a particulelor constituente, ele pot forma cristale mixte. Astfel de substanțe sunt numite izomorfe capacitatea lor de a forma cristale mixte - izomorfism. Exemplu: compoziție similară și structură, dar diferită în proprietățile cristalelor sunt caolinit Al2 O3. 2SiO2. 2H2O, pirofilitul Al2 O3. 4SiO2. 2H2O și montmorillonit Al2 O3. 4SiO2. 3H2 O.

Cristale Real. Leagana- În practică avem de a face cu kristallmi reale, care diferă de perturbațiile ideale (defecte) ale rețelei cristaline formate prin schimbarea condițiilor de echilibru ale creșterii cristalelor, captarea impurităților în timpul cristalizării, precum și sub influența diferitelor tipuri de influențe externe.

Există următoarele defecte:

sau de zero-dimensional punct - acest post, atomii interstițiale, etc;

liniare sau unidimensionale - l dislocațiilor (muchie, cu șurub)

sau o suprafață bidimensională - ea limitele grăunților și gemeni, limite de fază, stivuire particule defecte pe suprafața fisurii (fisura Griffiths);

incluziuni ea golurile, dintr-o a doua fază și așa mai departe - sau volumetrice tridimensionale.

defectelor punctuale sunt clasificate în energie, electronice și atomice.

Prin defecte includ energia fononului - vibratii termice cuante care umplu și cristalele distribuite în acesta în conformitate cu condițiile de echilibru termic. Același tip de defecte zăbrele includ excitație prin iradiere cu lumina de cristale, si alte radiografii.

Prin defecte electronice sunt prezența electroni în exces sau lipsa acestora.

Prin defecte atomice includ tulburări sub formă de posturi vacante (cu defecte Schottky), deplasare (defecte Frenkel), exces sau deficit de atomi, precum și atomii de impuritate străine.

Dislocații numite defecte liniare cauzate în timpul creșterii sau deformarea plastică a cristalului. Distinge margine și cu șurub dislocările.

Formarea dislocațiilor în timpul creșterii cristalului apare în acele cazuri în care blocurile în creștere față și boabele sunt rotite una față de cealaltă. Atunci când astfel de blocuri sunt formate intergrowth plane atomice redundante - dislocare.

În procesul de deformare plastică nu se produce deplasare simultană a unui plan dat de atomi, și mișcarea secvențială a legături între atomii, situată pe ambele părți ale liniei de alunecare. O astfel de redistribuire a legăturilor determină mișcarea dislocațiilor de la un grup de atomi la alta. Numărul de dislocații în corpurile solide cristaline este foarte mare. Numărul dislocărilor intersectează zona 1 cm2 în interiorul cristalului poate ajunge la 10 cu 4 6 sau de 10 acompaniat de mai multe.

Prezența dislocațiilor reduce semnificativ puterea de cristale, mai multe ordine de mărime. Dislocații afectează proprietățile electrice, optice, magnetice și alte tipuri de materiale.

Cu toate acestea, a observat că, în anumite circumstanțe dislocările și alte defecte de cristal crește rezistența materialelor. Acest lucru are loc atunci când a acumulat o cantitate considerabilă de dislocații, care interacționează unele cu altele, prevenind dezvoltarea și deplasarea acestora. Împiedica mișcarea dislocațiilor și a atomilor de impuritate, limita de bloc, includerea separată multiple în zăbrele. Prin urmare, un număr de cercetători au ajuns la concluzia influența pozitivă a dislocațiilor asupra proprietăților mecanice ale materialelor. Aparent, toate la fel, este mai bine să nu aibă defecte decât să le aibă într-o cantitate mare, care crește ușor rezistența materialului în comparație cu o anumită rezistență minimă, care are un material nefavorabil, inclusiv defecte. Rezistența unui material fără defecte este de sute de ori mai mare putere de material cu numărul „optim“ al defectelor. De asemenea, trebuie remarcat posibilitatea acumulării locale de dislocații care pot cauza concentrațiile de stres locale, care sunt capabile să formeze embrioni microfisuri (Griffiths fisura).

3.2. Structura amorfă

O structură amorfă este una dintre stările fizice ale solidelor, substanțele amorfe sunt caracterizate prin două caracteristici. În primul rând, proprietățile acestor substanțe nu depinde de direcția aleasă, adică, în condiții normale, ei - izotropă. În al doilea rând, la temperaturi mai ridicate există o înmuiere a substanței amorfe și tranziția treptată la starea lichidă. Punctul de topire exactă este absent.

Comună la cristalină și stările amorfe ale materiei este lipsa de particule de traducere și menținerea acestora numai mișcarea oscilând în jurul poziției de echilibru. Diferența dintre ele este prezența unui grilaj geometric regulat în cristale și absența ordinii pe distanțe lungi în aranjamentul atomilor din materiale amorfe.

Stare amorfă a unei substanțe, comparativ cu un cristalin, întotdeauna stabil și are alimentare cu mai puțin excesivă a puterii interne. În acest sens, în anumite condiții, în mod spontan o tranziție de la amorfă la starea cristalină.

Solide în stare amorfă poate fi obținută în două moduri. Prima cale - răcirea rapidă a topiturii de substanțe cristaline, de preferință, structura ionică și covalentă. Un reprezentant tipic al acestor materiale amorfe - silicat de sticlă, bitum, rășini și așa mai departe.

A doua modalitate - dispersia structurilor cristaline. Ca rezultat, dispersia solidelor cristaline formate de dispersie amorfizare sub formă de coloizi și soluții. Distruse sau condensare, dispersia schimbă starea de agregare. soluții suprasaturate, de exemplu, se poate transforma într-un gel și formează un polimer sau cristalizează.

substanțele amorfe sunt împărțite în vitroidy (sticlă), dispersii și polimeri.

Vitroidy - un corp solid în stare amorfă având o structură sticloasă. După cum sa menționat deja, sticla formată prin răcirea rapidă, de preferință topiturilor silicat. Răcirea rapidă împiedică crearea unei structuri ordonate. Mai ales în cazul în care moleculele voluminoase, iar viteza de răcire este ridicată.

Sisteme disperse - cea mai mică dimensiune a particulei de 10 -7 -10 -9 m și includ coloizi, coloizi (organosols, hidrosoli), paste, adezivi, vopsele masticuri, latexuri, etc. Prin sistemele amorfe sub formă de particule sunt, de asemenea, unele minerale (pământ de diatomee, vasul .. ) având formula generală SiO2. O nh2; iar silicea activă, care se formează prin descompunerea argilei în timpul încălzirii.

Polimeri - o substanță care este caracteristică o dimensiune mare și o mare de molecule cu greutate moleculară. Mai mult, moleculele sunt combinate într-o unitate structurală, care cuprinde un 10 3 -10 5 molecule monomeri.