Жоспар (талқыланатын сұрақтардың тізімі)
1. Материалтану курсының зерттеу мәні. Металдың жалпы сипаттамасы.
2. Металдардың құрылуы. Кристалдық тор.
3. Кристалдық құрылу ақаулары және олардың кристалдық құрылу қасиеттеріне әсері.
4. Кристалл анизотроптігі.
5. Полиморфтік түрленіс.
Әрбір сұраққа қысқаша мағлұмат (анықтама, түсіндірме және де әр қарай) Материалтану — техникалық материалдардың құрылысы мен қасиеттері жөніндегі қолданбалы ғылымды айтады. Болашақ маманның жалпы техникалық білімінде және инженерлік дайындағына қажет техникада қолданылатын конструкциялық материалдардың құрылысы, құрамы, құрылымы, касиеті, өңдеу түрі және олардың арасындағы байланысты, сонымен қатар материалдарды тиімді пайдалануды осы пән қарастырады.
Машина бөлшектерін, құрал-саймандарды (аспаптарды), құрылымдық құралжабдықтардың бөлшектерін дайындау үшін әр түрлі қасиетті материалдар қажет: қатты және жұмсақ, серпімді және созылымды, тозуға төзімді, әр түрлі жағдайларда және жылысалқынды орталарда жұмыс істеуге қабілетті, коррозияға төзімді және т.б. Жұмыс жасау жағдайы үшін материалды дұрыс таңдау, осы материалдардың қасиеттері туралы білімге негізделеді.
Металға мынандай анықтама беруге болады: металл-жылтырауық, созымтал, қатты дене. Өзінің түсі ашық әрі созуға келеді. Бұл анықтама осы күнге дейін маңызын жойған жоқ. Металдың бұл қасиеті алтын, күміс, мыс, қолайы, темір, қорғасын секілді денелерге тән. Металл жылу мен электр тоғын өткізеді. Табиғи жағдайда кездесетін 106 элементің 76-ға жуығы металдарға жатады. Оның оң
жағында металл емес элементтер орналасқан. Мынандай элементтер Si, Ge, As, Se, Te металл және металл емес аралықтағы элементтер ретінде қарастырылады. Металл қатты және кейбірде сұйық күйде мынандай өзіне тән қасиеттерге иемденген:
— жоғарғы жылу және электр өткізгіштік;
— электр кедергісінің оң температуралық коэффициенті; таза металдардың электр кедергісі температура көтерілген сайын үлкейтеді;
— аса өткізгіштік; көп металдар (~30) асаөткізгіштікке иемденген; осы металдарда абсолюттік нольге жақын температурада электр өткізгіштік нольге дейін секірмелі түрде
төмендейді;
— термоэлектрондық эмиссия, яғни қыздырған кезде электронды сыртқа шығару икемділігі;
— жақсы шағылыстыру қабілеттілігі; металдар мөлдір емес, бірақ металдық жалтыраққа иемденген;
— илемді деформацияға жоғарғы қабілеттілігі.
Барлық металдар және металдық қорытпалар кристалдық дене болып есептеледі.
Атомдар (иондар) металда заңды түрде орналасады. Олар кристалдық торды құрады.
Металдар – кристалды дене, оларға тән қасиеттер:
1) жоғары жылу және электр өткізгіштік;
2) қыздырған кезде электрон шығарушылық;
3) деформацияға бейімділік;
4) металдық жылтырлық және т.б.
Металл қатты күйде кристалды дене, олардың атомдары кеңістікте белгілі бір
заңдылықпен ретті түрде орналасқан. Металл атомы оң зарядталған ядродан, оны қоршаған
теріс зарядты электрондардан тұрады. Ядроның өзі оң зарядты бөлшек-протон мен зарядсыз
бөлшек-нейтрондардан тұрады. Атом протонының саны электрон санына тең, ал электрон саны
элементтің периодтық жүйесіндегі реттік санымен анықталады.
Кристалды тор. Металл атомдарының кеңістікте белгілі бір заңдылықпен, геометриялық
дұрыс пішінмен, орналасқанын білдік. Кристалл көлемінде үш бағытта қайталанып отыратын
атомдардың ретті орналасу жиынтығы кристалды немесе кеңістік тормен сипатталады. Берілген
металдың кристалдық құрылыс ерекшелігін сипаттайтын ең кіші көлемді элементар кристалды
ұяшық деп атайды. Ұяшық үш қыр (а,b,c) және үш бұрыш (α, β, γ) арқылы сипатталады.
Барлық кристалл 7 жүйеге бөлініп, кеңістік торының 14 түрі құрылады. Олар мыналар:
1) триклиндік;
2) қарапайым моноклиндік;
3) көлемді центрленген моноклиндік;
4) қарапайым ромбылық;
5) негізді центрленген ромбылық;
6) көлемді центрленген ромбылық;
7) жақты центрленген ромбылық;
9) көлемді центрленген тетрагониалық;
10) гексагониалық;
11) ромбыэдрлық;
12) қарапайым текше;
13) көлемді центрленген текше;
14) жақты центрленген текше.
Ең жиі кездесетін тор: көлемді центрленген текше (1, а-сурет), жақты центрленген текше
(1, б-сурет), гексагониалық тығыз орналасқан (1, в-сурет).
а) б) в)
Сурет — 1. Металл кеңістік торы
Кеңістік торының негізгі параметрлері: период; атомдық радиус; координациялық сан;
жинақылық коэффициенті; базис.
Кристалл анизотроптігі. Кристалл қасиеті атомдардың өзара әрекетімен анықталады.
Кеңістік торының әр бағытындағы атом саны, оның ара қашықтығы әр түрлі болғандықтан
кристалдың бағыт бойынша қасиеті де (механикалық, физикалық, химиялық) әр түрлі болады.
Кристалл қасиетінің бағытқа байланыстылығын анизотроптік деп атайды.
Нақты кристалл тор ақауы. Металдың кристалдық құрылысын қарастырғанымызда
тор атомдары ретті түрде орналасқан дегеніміз идеал кристалл туралы болатын. Ал нақты
кристалда әр түрлі себептерден тордың жетілмегендігі орын алып, атомдар идеал түрде
орналаса алмай, ақау кездеседі. Металл кристалдық құрылысын жетілмегендігін немесе ақауын
үш топқа бөледі: 1) нүктелік; 2) сызықтық; 3) беттік.
Нүктелік ақаудың негізгі түрі: 1-бос орын; 2-түйін аралық атом; 3-орын басу кірме
атомы; 4-ену кірме атомы (2-сурет).
Сурет — 2. Нүктелік ақау
Полиморфтік түрленіс немесе аллотропия. Металдың қатты күйде, белгілі бір
температура (қысым) аралығында тұрақты болып келетін, әр түрлі кристалды торы болуын
полиморфтік немесе аллотроптік деп атайды. Кристалдық тор түрін полиморфтік
модификация, бір тордың екінші торға қайта құрылуын полиморфтік түрленіс, ал тор өзгеру
температурасын полиморфтік түрлену температурасы деп атайды.
Полиморфтік модификацияны элемент символына грек әрпін (α,β,γ,δ) қосып жазу арқылы
белгілейді. Мысалы, кобальттің төменгі температуралық модификациясы Соα деп белгіленсе,
жоғары температуралық модификациясы – Соβ.