М. В. Шкаруба
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Учебное пособие
Омск
Издательство ОмГТУ
УДК 620.22
ББК 30.3
Ш 66
Рецензенты:
В. К. Федоров, проф. кафедры «Электротехника и электрификация
сельского хозяйства» ОмГАУ;
Ю. К. Машков, д-р техн. наук, проф. СибАДИ
Шкаруба, М. В.
Ш 66 Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учеб. пособие / М. В. Шкаруба. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. − 116 c.
ISBN 978-5-8149-0991-6
Учебное пособие включает описания лабораторных работ, выполняемых студентами по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», и состоит из двух частей.
В первой части приведены описания лабораторных работ на стендах, которые можно выполнять только в лаборатории. Описания содержат подробные теоретические положения и фотографии стендов.
Во второй части приведены описания лабораторных работ на ЭВМ, которые студенты могут выполнять как в компьютерном классе кафедры, так и на домашних компьютерах.
|
|
Пособие предназначено для студентов дневной, очно-заочной и заочной форм обучения специальности 140211 – «Электроснабжение» и направления 140200 – «Электроэнергетика».
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета
УДК 620.22
ББК 30.3
ISBN 978-5-8149-0991-6 © ГОУ ВПО «Омский государственный
технический университет», 2010
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» относится к числу общепрофессиональных дисциплин специальности «Электроснабжение» и направления «Электроэнергетика».
Приведем основополагающие термины этой дисциплины.
Материаловедение – наука, изучающая строение, свойства материалов, связь между строением и свойствами, а также влияние на них внешних воздействий (теплового, механического, химического и т. д.).
Технология – совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства [7].
Существует несколько классификаций материалов. По назначению материалы бывают:
1) электротехнические;
2) конструкционные;
3) триботехнические;
4) инструментальные;
5) рабочие тела;
6) топливо;
7) технологические.
В данной дисциплине для специальности «Электроснабжение» и направления «Электроэнергетика» рассматриваются только электротехнические и конструкционные материалы, которые широко применяются в электроэнергетике. Причем изучению электротехнических материалов отведено больше времени, чем изучению конструкционных.
|
|
Электротехнические материалы предназначены для изготовления изделий, применяемых для производства, передачи, преобразования и потребления электроэнергии, и характеризуются определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю. Электротехнические материалы могут подвергаться воздействиям как отдельно электрических и магнитных полей, так и их совокупности. В данном курсе рассматривается только отдельное воздействие электрических и магнитных полей.
Классификация материалов по электрическим свойствам
Все материалы в зависимости от их электрических свойств можно разделить на диэлектрики, проводники и полупроводники. Различие между диэлектриками, проводниками и полупроводниками наиболее наглядно можно показать с помощью энергетических диаграмм зонной теории твердых тел [2]. В энергетической диаграмме твердого тела различают три зоны: заполненная электронами, запрещенная (такие энергии электроны данного материала иметь не могут) и зона проводимости (свободная зона) (рис. 1).
У диэлектрика запрещенная зона настолько велика ( 3,5 эВ), что свободные электроны практически не возникают и электроны в обычных условиях не наблюдается, так как энергию 3,5 эВ имеют лишь фотоны космических лучей и радиоактивного излучения.
Полупроводники имеют узкую запрещенную зону (3,5 < < 0), которая может быть преодолена за счет внешних воздействий (облучение полупроводника, нагрев и т. д.), и у материала появляется проводимость.
У проводников заполненная электронами зона вплотную прилегает к зоне проводимости или даже перекрывается ею ( ). Вследствие этого электроны из заполненной зоны могут свободно переходить на незанятые уровни зоны проводимости под влиянием слабой напряженности электрического поля и вызывать протекание тока.
Рис. 1. Энергетические диаграммы диэлектриков (а),
полупроводников (б), проводников (в)