СПЛАВЫ


СПЛАВЫ
СПЛАВЫ

       
макроскопически однородные в-ва, получаемые сплавлением двух или более металлов, неметаллов, окислов, органич. в-в и т. п. Особенно важную роль в технике играют металлич. С. (основной вид конструкц. материалов). В общем случае С. не являются механич. смесью компонентов. При сплавлении компоненты могут образовывать разл. системы, входящие в состав С.: а) твёрдые растворы; б) хим. соединения (см. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ), в) смеси фаз — эвтектики, продукты разл. превращений. В немногих случаях С. содержит просто хим. элементы (С, Si, Pb и др.).
Варьируя состав С., а также методы его получения и обработки, можно получать материалы с весьма разнообразными св-вами. Получение С. осуществляется кристаллизацией из расплава, металлокерамич. способом, конденсацией из паров, электроосаждением из раствора, диффузионным насыщением и др. методами. Механич., электрич. и др. св-ва С. могут быть изменены их термич., термомеханич., радиац., механич. и др. видами обработки. Фазовое состояние С. в равновесном состоянии при данном составе, темп-ре и давлении можно определить из диаграммы состояния.
С. классифицируют: по числу компонентов (двойные, тройные и т. д.), по числу фаз — однофазные (тв. растворы, металлиды) и многофазные. Строение С. изучается методами рентгеновского структурного анализа, электронной и ионной микроскопии, нейтронографии и др.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

СПЛАВЫ
- макроскопически однородные многокомпонентные системы, <в к-рых хотя бы один из компонентов обладает металлич. свойствами. В болеешироком смысле термин «С.» относят также к полупроводниковым, оксидным, <солевым, органическим и др. многокомпонентным системам (см. Гиббса правилофаз). Обычно С. находятся в кристаллнч. состоянии, однако нек-рые изних могут быть получены в аморфном состоянии (напр., металлические стёкла).

С. подразделяются на однофазные (гомогенные) и многофазные (гетерогенные).Среди отд. фаз в С. различают: твёрдые растворы, в к-рыхатомы или ионы компонентов, смешиваясь в произвольных соотношениях, <образуют общую кристаллич. решётку, характерную для одного из компонентов; интерметаллическиесоединения, для к-рых характерно определ. соотношение между составляющимиих элементами и кристаллич. решётки к-рых отличны от решёток образующихих элементов. Для нек-рых групп С. используют традиц. названия: чугуныи стали (Fe - С), латуни (Си - Zn), бронза (Си - Sn).

Классификация. Кроме классификации С. по числу фаз, находящихся в равновесии, <С. различают по характеру диаграмм состояния (твёрдые растворы, эвтектич. <С., эвтектоидные С., перетектич. С. и др.; см. Диаграмма состояния), поосн. компоненту (ферросплавы, медные С. и т. п.) или по двум осн. компонентам(железо-углеродистые С., медно-никелевые С. и т. п.), а также по осн. свойствуили назначению (магн. С., сверхпроводящие С. и т. п.). Наиб. последовательнаклассификация С. по степени упорядочения атомов: жидкий или аморфный С.(отсутствуют и дальний и ближний порядок в расположении атомов разногосорта); неупорядоченные твёрдые растворы замещения; твёрдые растворы замещенияс ближним порядком; твёрдые растворы внедрения; кристаллич. фаза с упорядоченнымраспределением атомов, когда атомы компонентов С. образуют неск. вставленныхдруг в друга кристаллич. подрешёток.

Термодинамическое описание. В качестве независимых термодинамическихпеременных системы рассматривают обычно темп-ру Т и состав - кол-вомолей компонентов ( п 1, n2, ..., ni )илиих молярные доли 8062-54.jpg. Внеш. давление р принимают постоянным и равным 1 атм = 1,013*105 Па. Характеристич. ф-циями служат энтальпия Н, энтропия S и Гиббсаэнергия G= U - TS - pV (U - внутр. энергия, V- объём).Для описания компонентов С. используют парциальные молярные величины, напр. химическийпотенциал 8062-55.jpg. Относительные парциальные молярные величины описывают различие междупарциальной молярной величиной i-ro компонента С. и молярной величинойдля того же компонента в виде чистого вещества. Относительные парциальныемолярные величины наз. энтальпией HM, энтропией SM и энергией Гиббса GM смешения, напр.:
8062-56.jpg

где индекс «О» относится к чистому i -му компоненту. В термодинамикеС. особое значение имеют относительные интегральные молярные величины Н M,SM, GM, напр. относительная интегральнаямолярная энтальпия (теплота смешения):
8062-57.jpg

Это теплота, к-рую необходимо затратить, напр., для образования одногомоля сплава из xi молей чистого вещества А и x2 молей чистого вещества В (т. е. величина, непосредственно измеряемаякалориметрически). Условие образования С.: HM<0, что возможно, <когда силы притяжения между атомами разного сорта преобладают над силамиотталкивания (при Т= 0 К). Ур-ния типа (2) для относительных интегральныхмолярных величин справедливы как для гомогенных, так и для гетерогенныхС. Фазовый состав С. в зависимости от Т и х описывается диаграммойсостояния, число фаз С., сосуществующих в равновесии, определяется правиломфаз Гиббса.

Микроскопическое описание сплавов базируется на одноэлектронной моделитвёрдого тела. Осн. задачи микроскопич. теории - расчёт диаграмм состояния, <термодинамич. ф-ций, кинетики, упорядочения и т. п. Расчёты из первых принципов, <когда в качестве параметров входят только ат. номера и массы атомов, возможнылишь в немногих случаях. В феноменологич. теориях рассматривают ряд факторов, <влияющих на структуру и свойства С.: различие размеров атомов и их валентностей, <перераспределение заряда между атомами разного сорта, взаимодействие Ван-дер-Ваальсамежду ионными остовами (см. Межатомное взаимодействие, Межмолекулярноевзаимодействие).

В эмпирич. правилах У. Юм-Розери (W. Hume-Rothery) сформулированы нек-рыезакономерности, связывающие роль этих факторов с особенностями структурыС.: 1) если различие в атомных радиусах 8062-58.jpg15%, то взаимная растворимость компонентов ограничена; 2) разница валентностейблагоприятствует образованию интерметаллич. соединений и сужает областьсуществования твёрдых растворов; 3) при нек-рых отношениях числа валентныхэлектронов к числу атомов образуются т. н. электронные соединения с определ. <типами кристаллич. решёток (фазы Ю м - Р о з е р и).

Получение сплавов. Осн. метод - кристаллизация из расплава. Перспективнанаправленная кристаллизация, при к-рой в кристаллизующемся С. искусственносоздаётся градиент темп-ры, что даёт возможность управлять микроструктуройС. (см. Металлофизика). Быстрая кристаллизация-охлаждение расплавасо скоростью порядка 106 К/с позволяет фиксировать метастабильныефазы в С., в частности стеклообразные состояния. К аналогичным результатамприводят сверхбыстрая закалка и распыление, когда мелкие капли расплаваС. охлаждаются на холодной поверхности или в потоке холодного инертногогаза.

В металлокерамич. методе порошки компонентов С. спекают при Т< Т ПЛ. Этот метод обычно используют для получения С. из тугоплавких компонентов(W, Мо, Та и др.). В т. н. методе горячего изостатич. прессования порошкиодновременно подвергают воздействию высоких давлений и темп-р. Для получениятонких плёнок и слоев С. применяют методы конденсации из паровой фазы, <электроосаждения из раствора, диффузионного насыщения и т. п.

Фазовые превращения. При изменении темп-ры, давления или под действиеммагн. поля в С. могут происходить фазовые переходы, при к-рых имеетместо изменение кристаллич. структуры, хим. состава и, как правило, физ. <свойств (см., напр., Алмаз и Углерод, Мартенситное превращение). Измененияструктуры, не сопровождающиеся изменением состава, характерны для полиморфныхпревращений в С. (см. Полиморфизм )и упорядочения твёрдых растворов. <Изменение хим. состава без изменения типа кристаллич. решётки имеет местопри расслоении (спинодальном распаде) твёрдых растворов. В большинствеслучаев при фазовых превращениях одновременно меняются и структура и составС.

Фазовые превращения в С. (в твёрдом состоянии) являются фазовыми переходами1-го и 2-го рода. Мерой отклонения от термодинамич. равновесия, или термодинамич. <движущей силой фазовых превращений, при постоянных темп-ре и давлении являетсяуменьшение энергии Гиббса G; изменение G в точке фазового переходадостигается либо путём появления в результате флуктуации малых областей(зародыша) новой фазы с заметным отличием её структуры и свойств от структурыи свойств исходной фазы (при фазовом переходе 1-го рода), либо путём бесконечномалых изменений структуры и свойств во всём объёме (при фазовом переходе2-го рода). Большинство фазовых превращений в С. являются фазовыми переходами1-го рода, в процессе к-рых возникает гетерогенное состояние. На кинетикуфазовых переходов в С. существ. влияние оказывают дислокации, границызёрен и др. дефекты кристаллич. структуры.

Свойства сплавов. Различают структурно-нечувствительные свойства, зависящиетолько от состава и типа кристаллич. решётки, и структурно-чувствительные, <к-рые, кроме того, зависят от реальной структуры С. (т. е. концентрацииразл. дефектов). Механич. свойства ( пластичность, упругость )гораздосильнее зависят от реальной структуры, чем электронные (электрич., магн.,оптич. и др. свойства, определяемые электронной системой). Как правило, <структурно-нечувствительные свойства гомогенных С. аддитивны, а структурно-чувствительныеотклоняются от аддитивности.

Отличие кинетич. свойств С. от свойств чистых металлов проявляется ввиде примесных вкладов в электропроводность, теплопроводность и др. Длясопротивления С. справедливо Маттиссена правило:8062-59.jpg, где 8062-60.jpgобусловлено рассеянием электронов на фононах (зависит от темп-ры Т),8062-61.jpg- остаточное сопротивление, зависящее от состава С. (рис. 1). Величинаr ост растёт пропорционально квадрату разности валентностей 8062-62.jpgкомпонентов С. (рис. 2). Для разбавленных С. немагн. металлов с переходнымии редкоземельными металлами характерно появление минимума сопротивленияпри низких темп-pax (см. Кондо эффект).

В отличие от сверхпроводящих металлов, для к-рых характерно наличиеодного критич. поля Н с (при Н = Н с магн. <поток полностью проникает в металл), сверхпроводящие С. являются сверхпроводникамивторого рода, т. е. имеют 2 критич. поля (при 8063-2.jpg начинается проникновение магн. поля в С., при H=8063-3.jpg С. полностью переходит в нормальное состояние), критич. темп-pa Т с и критич. поля Hc1 и Hc2 не зависятот реальной структуры С., в то время как величина критич. плотности тока j с сильно зависит от параметров реальной структуры.
8063-1.jpg

Рис. 1. Температурные зависимости удельного сопротивления сплавовСи типа твёрдых растворов: 1) чистая Си; 2) Сu- In(1,03%); 3) Сu- Ni (1,12%);4) Сu - Sb (0,4%); 5) Сu - Sn (0,89%); 6) Сu - Ni (2,16%); 7) Сu - Мn (1,2%);8) Сu-Fe(0,61 %); 9) Си - Ni (3,32%); 10) Сu- Fe(0,87%); 11) Сu-Sb(l,13%);12) Сu - As (1,01%).
8063-4.jpg

Рис. 2. Остаточное сопротивление 8063-5.jpgна 1% атомных концентраций примесей. Для верхней кривой 8063-6.jpg8063-7.jpg;для нижней кривой8063-8.jpg

Магн. свойства С. разнообразны. В нек-рых С. реализуется ферримагн. <состояние (см. Ферримагнетизм), другие являются неупорядоченнымимагнетиками - спиновыми стёклами. Мн. свойства ферромагнитных С.(коэрцитивная сила, остаточная индукция, магнитная проницаемость и др.) структурно-чувствительны и зависят от фазового состава С., размерови формы кристаллов, текстуры, плотности дислокаций и др. дефектов.

Специфическими для С. процессами переноса являются диффузия (движениеатомов в направлении, обратном градиенту концентрации) и электроперенос(направленное перемещение атомов под действием пост. электрич. тока). Осн. <механизм - обмен местами атомов и вакансий.

Особенности механич. свойств С. обусловлены различием упругих свойствобразующих их фаз (изменение электронной структуры, образование нехарактерныхдля металлов кристаллич. решёток и т. д.), а также протеканием фазовыхпревращений под действием механич. напряжений и др. В С. наблюдаются эффектыупрочнения в результате закрепления дислокаций на примесных атомахи торможения их движения, выделения частиц 2-й фазы и т. д. В условияхдеформации под действием пост. нагрузки (ползучесть) при движении дислокацийсо скоростью, превышающей скорость диффузии примесных атомов, имеет местоотрыв дислокаций от атмосферы примесей (атмосферы Котрелла), при замедлениидислокаций они вновь захватываются атмосферой примесей (деформац. старение),что приводит к изменению пластичности и прочности. В эвтектоидных С. приопределённых температурно-скоростных условиях деформации наблюдается явлениесверхпластичности - резкое падение сопротивления деформации, возрастаниепластичности, отсутствие упрочнения (см. Механические свойства). Экспериментальныеметоды исследования сплавов разделяются на структурные, физические и механические. <К структурным методам относятся оптич. микроскопия в рассеянном или поляризов. <свете (металлография), электронная микроскопия, рентг. микроскопия, <автоионная микроскопия (см. Ионный проектор )и др. Для фазовогоанализа используют дифракц. методы ( рентгенография материалов, нейтронография, <электронография). Физ. методы необходимы для построения диаграмм состоянияС., изучения фазовых превращений, процессов упорядочения и т. п. наиб. <распространены измерения сопротивления, магнитной восприимчивости, внутреннеготрения и др. при высоких темп-pax. Для изучения диффузии служат в осн. <радионуклиды. Для исследования электронной и магн. структуры С. применяютметоды рентгеновской спектроскопии, Мё'ссбауэровской спектроскопии идр.

Лит.:Progress in material science, v. 1-32-, N. Y.- Oxf., 1949-88-;Solid state physics, v. 1-42-, N. Y., 1955-89-; Вагнер К., Термодинамикасплавов, пер. с англ., М., 1957; Д е л и н г е р У., Теоретическое металловедение, <пер. с нем., М., 1960; Физическое металловедение, пер. с англ., 3 изд.,т. 1-3, М., 1987; Пирсон У., Кристаллохимия и физика металлов и сплавов, <пер. с англ., ч. 1-2, М., 1977; У м а н-с к и и Я. С., С к а к о в Ю. А.,Физика металлов, М., 1978; Пасынков В. В., Сорокин B.C., Материалы электроннойтехники, 2 изд., М., 1986; Циммерман Р., Гюнтер К., Металлургия и материаловедение. <Справочник, пер. с нем., М., 1982; Физическое материаловедение в СССР. <История, современное состояние, перспективы развития, К., 1986. В. А. <Финкель.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "СПЛАВЫ" в других словарях:

  • СПЛАВЫ — СПЛАВЫ, застывшие растворы металлов друг в друге. Вследствие появления у С. целого ряда новых свойств, отсутствующих у чистых металлов, вошедших в их состав, С. получили большое распространение и применение в технике. При сплавлении металлов… …   Большая медицинская энциклопедия

  • СПЛАВЫ — металлические, макроскопические однородные системы, состоящие из двух (например, латунь) или более металлов (реже металлов и неметаллов, например сталь) с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавы любые однородные системы,… …   Современная энциклопедия

  • СПЛАВЫ — СПЛАВЫ, материалы, представляющие собой сочетание двух или более металлов. Свойства сплава отличаются от свойств исходных элементов. Сплавы обычно тверже и прочнее, и у них более низкая точка плавления. Сочетания с наиболее низкой точкой… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • СПЛАВЫ — макроскопически однородные вещества, образованные в результате охлаждения и затвердевания высокотемпературных жидких систем, состоящих из двух или нескольких компонентов (химически индивидуальных веществ), а также полученные методом (см.). С.… …   Большая политехническая энциклопедия

  • СПЛАВЫ — металлические макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов), с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавами называют любые однородные системы, полученные сплавлением… …   Большой Энциклопедический словарь

  • СПЛАВЫ — материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов …   Энциклопедия Кольера

  • Сплавы — I Сплавы         металлов, металлические сплавы, твёрдые и жидкие системы, образованные главным образом сплавлением двух или более металлов (См. Металлы), а также металлов с различными неметаллами. Термин «С.» первоначально относился к материалам …   Большая советская энциклопедия

  • Сплавы — [alloys] однородные системы из двух или более элементов, претерпевающие переход из жидкое в твердое агрегатное состояния и обладающие характерными металлическими свойствами. Первые сплавы были природно легированными, их состав и свойства… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • СПЛАВЫ — макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов) с характерными металлич. св вами. В более широком смысле С. любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, неорг. соед …   Химическая энциклопедия

  • Сплавы* — (хим.). До самого последнего времени о природе С. не существовало точных и верных представлений и они вместе с растворами, стеклами и изоморфными смесями относились к классу неопределенных химических соединений. В настоящее время с очевидностью… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Книги

Другие книги по запросу «СПЛАВЫ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.