Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для вузов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2007. — 535 с: ил.

Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для вузов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2007. — 535 с: ил.

Пароль к архиву:bamper.info
Прямая ссылка:Скачать

В учебнике на современном уровне изложены основы строения металлических и неметаллических материалов, включая полимерные. Рассматривается физика явлений, имеющих место в диэлектрических, полупроводниковых, проводниковых и магнитных материалах, находящихся в электрическом, магнитном или тепловом поле, а также в конструкционных материалах при воздействии на них температуры или механического напряженния. Приведены данные об электрических, физико-химических и механических свойствах материалов, используемых в электро- и радиотехнике. Более подробно рассмотрены: электропроводность, диэлектрические потери и пробой полимерной изоляции; влияние на электрическую прочность молекулярной и надмолекулярной структуры полимеров; механизм электрического старения полимерной и другой изоляции; поверхностный пробой электроизоляционных конструкций. Описаны новые электроматериалы: сверхпроводники, активные диэлектрики и др. Рассмотрены строение и механические свойства металлов и сплавов, используемых в качестве конструкционных материалов в электроустановках, и их термическая обработка (закалка, отжиг и т. д.). Описаны основные виды технологии обработки материалов (сварка, литье, резание и т. д.).


ОГЛАВЛЕНИЕ
Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ В КУРС «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ». . 6
Глава 1. Основные сведения о строении материалов..........6
1.1. Роль материалов в развитии электро- и радиотехники.......6
1.2. Классификация материалов, используемых в электро и радиотехнике.........................8
1.3. Строение материалов...................... 10
1.4. Типы связей......................... 14
1.5. Классификация кристаллических структур............ 20
1.6. Дефекты кристаллической решетки............... 25
1.7. Полимеры.......................... 28
1.7.1. Строение макромолекул и полимерного тела........ 28
Надмолекулярная структура аморфных полимеров...... 31
Надмолекулярная структура кристаллизующихся полимеров . . 33
1.7.2. Три физических состояния полимеров........... 37
1.7.3. Влияние введения пластификаторов и твердых наполнителей на Тс и Тт полимеров................... 39
1.8. Зонная теория твердого тела.................. 40
Раздел 2. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ........... 43
Глава 2. Поляризация диэлектриков................ 44
2.1. Основные понятия и определения............... 44
2.1.1. Физическая сущность поляризации диэлектриков...... 44
2.1.2. Поле внутри диэлектрика................. 46
2.1.3. Диэлектрическая проницаемость.............. 49
2.2. Уравнения диэлектрической поляризации............ 52
2.3. Виды поляризации....................... 55
2.4. Зависимость диэлектрической проницаемости от различных факторов........................... 62
2.4.1. Газообразные диэлектрики................ 62
2.4.2. Жидкие и твердые диэлектрики молекулярного строения неполярные....................... 63
2.4.3. Жидкие и твердые диэлектрики молекулярного строения полярные........................ 64
2.4.4. Твердые диэлектрики ионного строения с плотной упаковкой решетки ионами................ 65
2.4.5. Диэлектрики ионного строения аморфные и кристаллические с неплотной упаковкой решетки ионами.......... 65
2.4.6. Неполярные полимеры.................. 66
2.4.7. Полярные полимеры................... 66
2.4.8. Композиционные материалы............... 67
Глава 3. Электропроводность диэлектриков............. 68
3.1. Определения и основные понятия................ 68
3.1.1. Электропроводность объемная и поверхностная....... 68
3.1.2. Токи смещения, абсорбции и сквозной проводимости .... 69
3.1.3. Зависимость электропроводности диэлектриков, концентрации носителей зарядов и их подвижности от температуры..................... 73
3.1.4. ТКр диэлектриков.................... 75
3.2. Электропроводность газообразных диэлектриков......... 75
3.2.1. Зависимость j от Е в широком интервале.......... 76
3.3. Электропроводность жидких диэлектриков............ 77
3.3.1. Ионная проводимость................... 77
3.3.2. Электрофоретическая проводимость............ 80
3.3.3. Электропроводность жидких неполярных диэлектриков ... 81
3.3.4. Электропроводность жидких полярных диэлектриков .... 81
3.3.5. Зависимость j и у от Е в широком интервале........ 81
3.4. Электропроводность твердых диэлектриков............ 82
3.4.1. Электропроводность твердых диэлектриков молекулярного строения........................ 82
3.4.2. Электропроводность твердых диэлектриков ионного строения........................ 83
3.4.3. Зависимость у и j от Е в широком интервале........ 85
3.4.4. Поверхностная электропроводность твердых диэлектриков . . 85
3.4.5. Электропроводность полимерных диэлектриков....... 87
Глава 4. Диэлектрические потери.................. 89
4.1. Определения и основные понятия................ 89
4.2. Эквивалентные схемы замещения диэлектрика с потерями .... 90
4.3. Виды диэлектрических потерь.................. 93
4.4. Диэлектрические потери в газообразных диэлектриках...... 97
4.5. Диэлектрические потери в жидких диэлектриках......... 98
4.6. Диэлектрические потери в твердых диэлектриках........ 100
4.6.1. Твердые диэлектрики ионного строения.......... 100
4.6.2. Твердые диэлектрики молекулярного строения....... 101
4.6.3. Полимерные диэлектрики................ 102
Глава 5. Пробой диэлектриков.................. 105
5.1. Основные понятия и определения............... 105
5.2. Пробой газообразных диэлектриков.............. 107
5.2.1. Пробой газов в однородном электрическом поле...... ПО
5.2.2. Пробой газов в неоднородном электрическом поле..... 115
5.2.3. Пробой неоднородных диэлектриков........... 117
Поверхностный разряд в однородном электрическом поле.......................... 118
Поверхностный разряд в резконеоднородном электрическом поле........................ 122
Пробой двухслойного диэлектрика............ 124
5.3. Пробой жидких диэлектриков................. 127
5.3.1. Теория теплового пробоя................. 127
5.3.2. Теория электрического пробоя.............. 128
5.3.3. Пробой технически чистых жидких диэлектриков...... 129
5.3.4. Мероприятия по повышению пробивного напряжения жидких диэлектриков в электроустановках........ 133
5.4. Пробой твердых диэлектриков................. 134
5.4.1. Электрический пробой.................. 135
5.4.2. Электротепловой пробой................. 136
5.4.3. Электрохимический пробой............... 141
Старение под действием ионизационных процессов..... 142
Старение под действием тепловых процессов, протекающих в порах изоляции, заполненных влагой.......... 149
Старение под действием электролитических процессов ... 149
5.4.4. Влияние природы и строения твердых диэлектриков и внешних условий на электрическую прочность...... 150
Влияние природы диэлектриков............. 150
Влияние температуры.................. 151
Влияние частоты и времени приложения напряжения. ... 152
Влияние пористости диэлектриков............ 152
Влияние толщины диэлектриков............. 153
Влияние площади электрода............... 153
5.4.5. Электрическая прочность полимерных диэлектриков .... 154
Влияние кристалличности, размера надмолекулярных образований и ориентации образцов............ 154
Влияние пластификаторов и твердых наполнителей..... 156
Влияние молекулярной массы.............. 157
5.5. Профилактическое испытание изоляции повышенным напряжением......................... 158
Глава 6. Механические и физико-химические свойства
диэлектриков...................... 159
6.1. Механические свойства диэлектриков.............. 159
6.2. Влажностные свойства диэлектриков.............. 161
6.3. Тепловые свойства диэлектриков................ 164
6.4. Химические свойства диэлектриков............... 168
Глава 7. Диэлектрические материалы. Строение и свойства...... 171
7.1. Жидкие диэлектрики..................... 173
7.1.1. Нефтяные электроизоляционные масла.......... 174
Нефтяное трансформаторное масло............ 174
Старение нефтяного трансформаторного масла....... 178
Нефтяное конденсаторное масло............. 180
Нефтяное кабельное масло................ 180
7.1.2. Синтетические жидкие диэлектрики............ 181
7.1.3. Растительные масла................... 182
7.2. Термопласты......................... 183
7.2.1. Неполярные термопласты................ 184
7.2.2. Полярные термопласты................. 192
7.3. Реактопласты......................... 198
7.4. Пластические массы..................... 202
Пресс-материалы с порошкообразным наполнителем (пресс-порошки).................... 204
Пресс-материалы с волокнистым наполнителем...... 205
Пресс-материалы с листовым наполнителем........ 205
7.5. Резины........................... 207
7.6. Природные смолы, целлюлоза и ее эфиры........... 210
7.7. Воскообразные диэлектрики.................. 213
7.8. Волокнистые материалы.................... 214
7.9. Электроизоляционные лаки, эмали и компаунды........ 217
7.10. Неорганические стекла.................... 220
7.11. Керамические диэлектрики.................. 225
7.12. Слюда и материалы на ее основе............... 232
7.13. Асбест и материалы на его основе............... 236
7.14. Минеральные диэлектрики.................. 237
7.15. Активные диэлектрики.................... 238
7.15.1. Сегнетоэлектрики................... 238
7.15.2. Пьезоэлектрики.................... 247
7.15.3. Электрооптические материалы............. 252
Жидкие кристаллы.................. 254
7.15.4. Люминофоры..................... 256
7.15.5. Электреты...................... 259
Раздел 3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ......... 264
Глава 8. Физические процессы в полупроводниках и их практическое применение....................... 265
8.1. Общие сведения и классификация полупроводниковых материалов.......................... 265
8.2. Собственные и примесные полупроводники........... 267
8.2.1. Электропроводность собственных полупроводников..... 267
8.2.2. Электропроводность примесных полупроводников..... 268
8.2.3. Виды примеси..................... 269
8.2.4. Определение типа электропроводности полупроводников . . 273
8.3. Зависимость удельной электропроводности примесных полупроводников от температуры................... 274
8.3.1. Терморезисторы..................... 277
8.4. Фотопроводимость...................... 281
8.4.1. Фоторезисторы..................... 285
8.5. Электропроводность полупроводников в слабых и сильных электрических полях..................... 287
Термоэлектронная ионизация.............. 288
Туннельный эффект (электростатическая ионизация) .... 289
Ударная ионизация................... 289
8.6. Вентильные свойства полупроводников ............ 291
8.6.1. Варикапы....................... 297
8.7. Пробой p-n-перехода..................... 298
8.7.1. Стабилитроны..................... 302
8.7.2. Нелинейные резисторы (варисторы)........... 303
Глава 9. Строение, свойства и технологии получения полупроводниковых материалов.............. 307
9.1. Технологии очистки и получения монокристаллических слитков и эпитаксиальных слоев................... 308
9.2. Простые полупроводники................... 313
9.2.1. Кремний........................ 313
9.2.2. Германий....................... 317
9.2.3. Селен......................... 319
9.3. Полупроводниковые химические соединения и многофазные материалы ......................... 320
9.3.1. Химические соединения типа AIV BIV............ 322
9.3.2. Химические соединения типа A,nBv............ 324
9.3.3. Химические соединения типа A"Bvih другие полупроводниковые материалы.............. 330
Раздел 4. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ОБРАБОТКИ.................... 336
Глава 10. Общие сведения о строении и свойствах металлов и сплавов....................... 337
10.1. Классификация металлов................... 337
10.2. Строение и свойства металлов................ 338
10.2.1. Механические свойства металлов............ 338
10.2.2. Строение металлов.................. 342
10.2.3. Влияние дефектов строения металлов на их механическую прочность...................... 344
10.3. Металлические сплавы, строение и свойства.......... 346
10.3.1. Сплавы, образующие гетерогенные структуры...... 347
10.3.2. Сплавы, образующие твердые растворы......... 349
Сплавы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии................. 351
Сплавы с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии................. 352
10.3.3. Сплавы, образующие химические соединения...... 354
10.4. Строение и свойства железоуглеродистых сплавов....... 356
10.4.1. Строение и свойства железа.............. 357
10.4.2. Компоненты и фазы в сплавах системы «железо—углерод» . . 358
10.4.3. Диаграмма состояния сплавов системы «железо—углерод» . . 360
10.5. Понятие о термической обработке сталей........... 365
10.5.1. Сущность и назначение термической обработки..... 365
10.5.2. Фазовые превращения в сталях при термической обработке...................... 366
10.5.3. Виды термической обработки сталей.......... 368
10.6. Строение и свойства сталей................. 372
10.6.1. Влияние углерода и постоянной примеси на свойства сталей........................ 372
10.6.2. Общие сведения, классификация и маркировка углеродистых сталей.................. 373
10.6.3. Общие сведения, классификация и маркировка легированных сталей................. 376
Глава 11. Общие сведения о технологиях обработки металлов .... 379
11.1. Сварка, резка и пайка.................... 379
11.1.1. Общие сведения.................... 380
Свариваемость металлов................ 380
Виды сварных соединений .............. 381
11.1.2. Дуговая сварка.................... 382
11.1.3. Контактная сварка.................. 383
11.1.4. Газовая сварка и огневая резка............. 384
11.1.5. Пайка. Припои и флюсы................ 384
11.2. Литейное производство................... 387
11.2.1. Общие сведения.................... 387
11.2.2. Основные виды литья................. 389
11.3. Обработка металлов давлением................ 393
11.3.1. Общие сведения.................... 393
11.3.2. Основные виды обработки металла давлением...... 395
11.4. Обработка металлов резанием................ 399
11.4.1. Общие сведения.................... 400
11.4.2. Основные виды обработки металла резанием....... 403
Раздел 5. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ............ 409
Глава 12. Основные свойства проводников............. 409
12.1. Общие сведения и классификация............... 409
12.2. Проводники в электрическом поле.............. 411
12.3. Физические процессы в металлических проводниках...... 415
12.3.1. Зависимость удельного электрического сопротивления металлических проводников от их строения и внешних факторов....................... 415
Влияние примеси на удельное сопротивление...... 418
Удельное сопротивление металлических сплавов..... 418
Влияние деформации на удельное сопротивление .... 420
Влияние температуры на удельное сопротивление .... 420
Влияние размеров проводника на удельное сопротивление ....................... 422
Влияние частоты напряжения на сопротивление металлических проводников.............. 423
12.3.2. Эмиссионные и контактные явления в металлах..... 425
12.3.3. Тепловые свойства металлов.............. 427
Тепловое расширение................. 427
Теплопроводность................... 427
Теплоемкость..................... 428
Теплота плавления.................. 429
12.4. Механические свойства металлических проводников...... 429
Глава 13. Проводниковые материалы. Строение и свойства...... 430
13.1. Проводниковые материалы высокой проводимости....... 430
13.1.1. Медь и ее сплавы................... 430
Сплавы меди..................... 434
13.1.2. Алюминий и его сплавы................ 436
Сплавы алюминия.................. 439
13.1.3. Биметаллические проводники............. 442
13.2. Сверхпроводники...................... 444
13.3. Криопроводники...................... 449
13.4. Материалы высокого сопротивления.............. 451
13.4.1. Металлические сплавы, образующие твердые растворы . . 451
13.4.2. Пленочные резистивные материалы........... 454
13.4.3. Сплавы для термопар................. 454
13.5. Проводниковые металлы различного назначения........ 454
13.5.1. Тугоплавкие металлы................. 455
13.5.2. Металлы со средним значением температуры плавления . 458
13.5.3. Легкоплавкие металлы................. 460
13.5.4. Благородные металлы................. 462
13.6. Материалы для подвижных контактов............. 464
13.6.1. Материалы для скользящих контактов.......... 466
13.6.2. Материалы для разрывных контактов.......... 468
Раздел 6. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.............. 471
Глава 14. Основные свойства магнитных материалов......... 471
14.1. Основные сведения о магнитных свойствах и классификация магнитных материалов.................... 471
14.1.1. Диамагнетики..................... 473
14.1.2. Парамагнетики.................... 474
14.1.3. Ферромагнетики................... 475
14.1.4. Антиферромагнетики................. 477
14.1.5. Ферримагнетики................... 478
14.2. Магнитные свойства ферромагнетиков............. 478
14.2.1. Природа ферромагнетизма............... 478
14.2.2. Магнитная анизотропия................ 481
14.2.3. Магнитострикция................... 483
14.2.4. Причины, приводящие к образованию доменов..... 483
14.2.5. Механизм технического намагничивания и магнитный гистерезис...................... 484
14.2.6. Магнитная проницаемость............... 489
14.2.7. Магнитные потери.................. 491
Глава 15. Магнитные материалы. Строение и свойства........ 495
15.1. Магнитомягкие материалы.................. 495
15.1.1. Низкочастотные магнитомягкие материалы....... 496
Железо........................ 497
Сталь низкоуглеродистая электротехническая нелегированная.................... 499
Кремнистая электротехническая сталь.......... 500
Пермаллои...................... 503
Альсиферы...................... 507
15.1.2. Высокочастотные магнитомягкие материалы....... 508
Магнитодиэлектрики................. 508
Ферриты....................... 509
15.2. Магнитотвердые материалы.................. 514
Легированные стали, закаленные на мартенсит..... 516
Литые высококоэрцитивные сплавы.......... 517
Металлокерамические и металлопластические магниты . . 518
Магнитотвердые ферриты............... 519
Пластически деформируемые сплавы.......... 520
Сплавы на основе редкоземельных элементов...... 520
Материалы для магнитных носителей информации.... 520
15.3. Магнитные материалы специализированного назначения .... 521
Литература........................... 525

...

Похожие книги: