Матеріалознавство

Матеріалознавство – це наука, що вивчає в загальному зв’язку склад, будову, структуру і властивості матеріалів, а також закономірності їх зміни під тепловими, хімічними, механічними та іншими впливами.

В інженерній практиці для розв’язання багатьох технічних задач необхідно засвоїти основні поняття матеріалознавства.

Матеріал – речовина, призначена для виготовлення будь чого.

У виробничих процесах матеріали розглядають в залежності від їх призначення як основні та допоміжні.

Основні матеріали безпосередньо витрачаються на виготовлення продукції і складають її головний речовий склад.

Допоміжні матеріали застосовуються для виробництва продукції, але які не входять до її складу.

 

Склад матеріалу – кількісна характеристика вмісту в ньому компонентів. Склад розрізняють за природою компонентів. Так розглядають хімічний, мінеральний склад.

Хімічний склад – кількісна характеристика вмісту в матеріалі хімічних елементів чи їх сполук.

Мінеральний склад – кількісна характеристика вмісту мінералів в матеріалі чи корисних копалинах.

Будова матеріалу – сукупність стійких зв’язків речовини, що забезпечують його цілісність і тотожність самому собі, тобто забезпечення його властивостей.

Структура матеріалу – форма, розміри та характер взаємного розташу-

вання утворюючих матеріал компонентів.

Властивості матеріалу – признак, який складає відмітну особливість даного матеріалу.

Метою вивчення "Матеріалознавства" є встановлення зв’язків складу, будови і структури матеріалів з їх властивостями і на цій основі формування і забезпечення необхідних властивостей. Основна практична задача матеріалознавства в галузі гірничої справи – вибір матеріалу, що має заданий комплекс властивостей, та його раціональне використання для підвищення ефективності технологічних процесів гірничого виробництва.

 

Можливість використання матеріалу визначається його складом, будо-

вою, структурою, і як наслідок властивостями. Вимоги, що ставляться до матеріалів в промисловості в залежності від умов їх використання, експлуатації чи споживання, визначаються поняттям якість матеріалу.

Якість матеріалу – це сукупність його властивостей забезпечувати його придатність задовольняти певні потреби у відповідності з його призначенням.

Якість матеріалу залежить від комплексу хімічних, фізичних і біологічних властивостей, а також від відповідності їх функціональним, гігієнічним, ергономічним, естетичним і економічним вимогам. Від якості залежить призначення та термін придатності, експлуатації матеріалу.

Якість матеріалу визначається системою показників, які встановлюють шляхом дослідження та випробувань.

Якість промислової продукції залежить від багатьох факторів: вихідної сировини і матеріалів, конструкції виробів, технологічної обробки, рівня стандартизації, а також пакування, транспортування та збереження. Безпосередній вплив на формування якості продукції мають перші три фактори.

Вихідна сировина. Сировина – це різні речовини, що використовують для виробництва   продукції. Ці речовини розрізняють по хімічному складу та походженню. Знання  природи, будови та властивостей вихідної сировини дозволяє судити про властивості і особливості готових виробів.

 

Конструкція виробів є важливим фактором при визначенні споживчої вартості готових виробів. Вана включає форму, розмір, способи з'єднання та взаємодії деталей та вузлів виробу, співвідношення між окремими елементами та інше.

Технологічна обробка – це певні дії з сировиною чи матеріалами, які формують властивість та якість виробу. При цьому вихідна сировина піддається механічній, термічній, хімічній чи комплексній обробці.

 

Під класифікацією розуміють розподіл матеріалів, виробів, властивостей чи явищ на окремі  види, групи, підгрупи чи інші категорії. Признаками кла-

сифікації матеріалів можуть бути походження, форма, розмір, колір, властивості, призначення, спосіб отримання чи інше. Сучасне поширення отримала галузева класифікація матеріалів, тому що в її основу покладено найменування галузі народного господарства, що безпосередньо пов’язана з виробництвом даного матеріалу. В Державній системі стандартизації прийнята така класифікація матеріалів (витримка з стандарту):

1. Корисні копалини;
2. Нафтові продукти;
3. Метали;
4. Електротехнічні матеріали;
5. Будівельні матеріали;
6. Силікатно-керамічні та вуглецеві матеріали;
7. Хімічні продукти, гумові та азбестові вироби;
8. Хімічні волокна, полімери, пластмаси;
9. Текстильні, шкіряні матеріали
10. Лісоматеріали, целюлоза, картон, папір;

Однак дана класифікація не дає можливості встановити взаємозв'язок складу, будови, структури та властивостей матеріалів і часто ускладнює визначення належності матеріалу до той чи іншої групи.

Найбільші можливості для розв’язання задач матеріалознавства дає класифікація матеріалів за їх агрегатним станом в нормальних умовах, їх походженням, природою та будовою:

Системна класифікація матеріалів

по хімічному складу:           

• одно- багатокомпонентні сплави
• одно- багатокомпонентні розчини

по виду утворених часток:   

• атомні     
• іонні       
• молекулярні

по атомній (молекулярній) будові:   

• кристалічні     
• аморфні   
• полімерні

по структурі:                         

• однофазні
• багатофазні
• композиційні

За фізичною природою:     

• провідники     
• напівпровідники   
• діелектрики
• нормальні розчини
• рідкі кристали

 

 

Будова матеріалів визначається характером сил взаємодії між його структурними частинками (атомами, молекулами або іонами). Ці сили визначають об'єм фізичного тіла. Зміна характеру і величини цих сил приводить до зміни агрегатного стану речовини.

Взаємодія структурних частинок  речовини, що обумовлює його внутрішню будову, називається зв'язком. В матеріалах можуть реалізовуватися наступні види хімічного зв'язку:

ковалентний – здійснюється парою електронів, що знаходяться в сумісному володінні двох атомів, утворюючих зв'язок (Н2,