Большая Советская Энциклопедия (МЕ)
ModernLib.Net / Энциклопедии / БСЭ / Большая Советская Энциклопедия (МЕ) - Чтение
(стр. 68)
Автор:
|
БСЭ |
Жанр:
|
Энциклопедии |
-
Читать книгу полностью
(3,00 Мб)
- Скачать в формате fb2
(16,00 Мб)
- Скачать в формате doc
(1 Кб)
- Скачать в формате txt
(1 Кб)
- Скачать в формате html
(15,00 Мб)
- Страницы:
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90
|
|
М. присущи многие общие химические свойства, обусловленные слабой связью валентных электронов с ядром атома: образование положительно заряженных ионов (катионов), проявление положительной валентности (окислительного числа), образование основных окислов и гидроокисей, замещение водорода в кислотах и т.д. Металлические свойства элементов можно сравнить, сопоставляя их электроотрицательность [способность атомов в молекулах (в ковалентной связи) притягивать электроны, выражена в условных единицах]; элементу присущи свойства М. тем больше, чем ниже его электроотрицательность (чем сильнее выражен электроположительный характер).
В
Менделеева (табл. 1) в пределах каждого периода, начиная со 2-го, с увеличением атомного номера электроотрицательность возрастает от 2 до 7, начиная со щелочного металла и кончая галогеном (переход от М. к неметаллам). В пределах подгрупп (а и б) с увеличением атомного номера электроотрицательность в общем уменьшается, хотя и не всегда последовательно. В семействах лантаноидов и актиноидов она сохраняется примерно на одном уровне.
Если расположить М. в последовательности увеличения их
,получим т. н. ряд напряжений или
(табл. 2 и 3). Рассмотрение этого ряда показывает, что по мере приближения к его концу - от щелочных и щёлочноземельных М. к Pt и Au - электроположительный характер членов ряда уменьшается. М. от Li по Na вытесняют H
2из H
2O на холоду, а от Mg по Tl - при нагревании. Все М., стоящие в ряду выше H
2, вытесняют его из разбавленных кислот (на холоду или при нагревании). М., стоящие ниже H
2, растворяются только в кислородных кислотах (таких, как концентрированная H
2SO
4при нагревании или HNO
3), а Pt, Au - только в царской водке (Ir нерастворим и в ней).
М. от Li по Na легко реагируют с O
2на холоду; последующие члены ряда соединяются с O
2только при нагревании, а lr, Pt, Au в прямое взаимодействие с O
2не вступают.
Окислы М. от Li по Al (табл. 2) и от La по Zn (табл. 3) трудно восстановимы; по мере продвижения к концу ряда восстановимость окислов увеличивается, а окислы последних его членов разлагаются на М. и O
2уже при слабом нагревании. О прочности соединений М. с кислородом (и др. неметаллами) можно судить и по разности их электроотрицательностей (табл. 1): чем она больше, тем прочнее соединение.
Табл. 2. - Нормальные электродные потенциалы непереходных металлов
Система |
Нормальный потенциал при 25 °С,
в |
Система |
Нормальный потенциал при 25 °C,
в |
Система |
Нормальный потенциал при 25 °С,
в |
Li Ы Li
++ е |
-3,0245 |
Mg Ы Mg
2++ 2е |
-2,375 |
Sn Ы Sn
2++ 2e |
-0,140 |
Cs Ы Cs
++ e |
-3,020 |
Be Ы Be
2++ 2e |
-1,69 |
Pb Ы Pb
2++ 2e |
-0,126 |
Rb Ы Rb
++ e |
-2,990 |
Al Ы Al
3++ 3e |
-1,67 |
Ha Ы 2H
++ 2e |
0 |
К Ы K
++ e |
-2,925 |
Ga Ы Ga
3++ 3e |
-0,52 |
Sb Ы Sb
3++ 3e |
+0,20 |
Ra Ы Ra
2++ 2е |
-2,92 |
Ga Ы Ga
2++ 2e |
-0,45 |
Bi Ы Bi
3++ 3e |
+0,23 |
Ba Ы Ba
2++ 2e |
-2,90 |
In Ы ln
3++ 3e |
-0,34 |
Po Ы Po
3++ 3e |
+0,56 |
Sr Ы Sr
2++ 2e |
-2,89 |
Tl Ы Tl
++ е |
-0,338 |
Po Ы Po
2++ 2е |
+0,65 |
Ca Ы Ca
2++ 2e |
-2,87 |
In Ы ln
2++ 2e |
-0,25 |
Tl Ы Tl
3++ 3e |
+0,71 |
Na Ы Na
++ е |
-2,714 |
|
|
Pb Ы Pb
4++ 4е |
+0,80 |
Табл. 3. - Нормальные электродные потенциалы переходных металлов
Система |
Потенциал при 25 °С,
в |
Система |
Потенциал при 25 °C,
в |
Система |
Потенциал при 25 °C, e |
Ac Ы Ac
3++ 3e |
-2,60 |
Cr Ы Cr
3++ 3е |
-0,74 |
Ru Ы Ru
2++ 2e |
+0,45 |
La Ы La
3++ 3e |
-2,52 |
Fe Ы Fe
2++ 2e |
-0,44 |
Mn Ы Mn
3++ 3e |
+0,47 |
Y Ы Y
3++ 3e |
-2,37 |
Cd Ы Cd
2++ 2e |
-0,402 |
Cu Ы Cu
++ e |
+0,522 |
Sc Ы Sc
3++ 3e |
-2,08 |
Re Ы Re
3++ 3e |
-0,3 |
Rh Ы Rh
2++ 2e |
+0,60 |
Hf
Ы Hf
4++ 4е |
-1,70 |
Co Ы Co
2++ 2e |
-0,277 |
W Ы W
6++ 6e |
+0,68 |
Ti Ы Ti
3++ 3е |
-1,63 |
Ni Ы Ni
2++ 2е |
-0,25 |
Rh Ы Rh
3++ 3e |
+0,70 |
Zr Ы Zr
4++ 4е |
-1,56 |
Те Ы Te
2++ 2e |
-0,24 |
0s Ы Os
2++ 2e |
+0,70 |
V Ы V
2++ 2e |
-1,18 |
Mo Ы Mo
3++ 3е |
-0,20 |
Ag Ы Ag
+++с |
+0,779 |
Mn Ы Mn
2++ 2e |
-1,18 |
H2 Ы 2H
++ 2e |
0,000 |
Pd Ы Pd
2++ 2e |
+0,83 |
Nb Ы Nb
3++ 3e |
-1,10 |
Fe Ы Fe
3++ 3e |
+0,036 |
Hg Ы Hg
2++ 2e |
+0,854 |
V Ы V
3++3e |
-0,87 |
W Ы W
3++ 3e |
+0,11 |
lr Ы lr
3++ 3e |
+1,0 |
Cr Ы Cr
2++ 2e |
-0,86 |
Cu Ы Cu
2++ 2e |
+0,346 |
Pt Ы Pt
2++ 2e |
+1,2 |
Zn Ы Zi
3++ 2e |
-0,761 |
Co Ы Co
3++ 3e |
+0,40 |
Au Ы Au
3++ 3e |
+1,5 |
|
|
|
|
Au Ы Au
++ e |
+1,7 |
Валентности (точнее, окислительные числа) непереходных М. равны: +1 для подгруппы I а; +2 для II a; +1 и +3 для III a; +2 и +4 для IV a; +2, +3 и +5 для V a; - 2, +2, +4, +6 для VI a. У переходных М. наблюдается ещё большее разнообразие окислительных чисел: +1, +2, +3 для подгруппы I б, +2 для II б; +3 для III б; +2, +3, +4 для IV б; +2, +3, +4, +5 для V б; +2, +3, +4, +5, +6 для VI б, +2, +3, +4, +5, +6, +7 для VII б, от +2 до +8 в VIII б. В семействе лантаноидов наблюдаются окислительные числа +2, +3 и +4, в семействе актиноидов - от +3 до +6. Низшие окислы М. обладают основными свойствами, высшие являются ангидридами кислот (см.
)
.М., имеющие переменную валентность (например, Cr, Mn, Fe), в соединениях, отвечающих низшим степеням окисления [Cr (+2), Mn (+2), Fe (+2)], проявляют восстановительные свойства; в высших степенях окисления те же М. [Cr (+6), Mn (+7), Fe (+3)] обнаруживают окислительные свойства. О химических соединениях М. друг с другом см. в ст.
,о соединениях М. с неметаллами см. в статьях
,
,
,
,
и др.
Лит.:Некрасов Б. В., Основы общей химии, 2 изд., т. 1-3, М., 1969-70; Дей М. К., Селбин Дж., Теоретическая неорганическая химия, пер. с англ., 2 изд., М., 1971; Барнард А., Теоретические основы неорганической химии, пер. с англ., М., 1968; Рипан Р., Четяну И., Неорганическая химия, т. 1-2, Химия металлов, пер. с рум., М., 1971-72. См. также лит. при ст.
.
С. А. Погодин.
Физические свойства.Большинство М. кристаллизуется в относительно простых структурах - кубических (кубические объёмноцентрированная ОЦК и гранецентрированная ГЦК решётки) и гексагональных ПГУ, соответствующих наиболее плотной упаковке атомов. Лишь небольшое число М. имеет более сложные типы кристаллических решёток. Многие М. в зависимости от внешних условий (температуры, давления) могут существовать в виде двух или более кристаллических модификаций (см.
)
.Полиморфные превращения иногда связаны с потерей металлических свойств, например превращение белого олова (b-Sn) в серое (a-Sn).
Электрические свойства. Удельная электропроводность М. при комнатной температуре s ~ 10
-6-10
-4
ом
-1см
-1(табл. 1), тогда как у
,например у серы, s ~ 10
-17
ом
-1см
-1.Промежуточные значения s соответствуют
.Характерным свойством М. как проводников электрического тока является линейная зависимость между плотностью тока и напряжённостью приложенного электрического поля (
)
.Носителями тока в М. являются электроны проводимости, обладающие высокой подвижностью. Согласно квантово-механическим представлениям, в
электроны проводимости (при полном отсутствии тепловых
) вообще не встречают сопротивления на своём пути. Существование у реальных М. электросопротивления является результатом нарушения периодичности кристаллической решётки. Эти нарушения могут быть связаны как с тепловым движением атомов, так и с наличием примесных атомов,
,
и др.
.На тепловых колебаниях и дефектах (а также друг на друге) происходит рассеяние электронов. Мерой рассеяния служит длина свободного пробега - среднее расстояние
lмежду двумя последовательными столкновениями электронов. Величина удельной электропроводности s связана с длиной свободного пробега
lсоотношением:
s =
ne
l/p
F, (1)
где
n- концентрация электронов проводимости (~10
22-10
23
см
-3)
,е - заряд электрона, p
F= 2ph (3n/8p)
1/3- граничный фермиевский импульс (см.
), h -
.Зависимость а или удельного электросопротивления р от температуры Т связана с зависимостью
lот
Т. При комнатных температурах в М.
l~ 10
-6
см.
При температурах, значительно превышающих
,сопротивление r обусловлено главным образом тепловыми колебаниями кристаллической решётки и возрастает с температурой линейно:
r = r
ост(1 + aТ). (2)
Постоянная a называется температурным коэффициентом электропроводности и имеет при температуре
Т= 0 °C типичное значение a = 4Ч10
-5
град
--1.При более низких температурах, когда влиянием тепловых колебаний атомов на рассеяние электронов можно пренебречь, сопротивление практически перестаёт зависеть от температуры. Это предельное значение сопротивления называется остаточным. Величина r
остхарактеризует концентрацию дефектов в решётке М. Удаётся получить столь чистые (сверхчистые) и свободные от дефектов М., что их остаточное сопротивление в 10
4-10
5раз превышает сопротивление этих М. в обычных условиях. Длина свободного пробега электронов в сверхчистых М. l ~ 10
-2
см.Теоретическое рассмотрение показывает, что при низких температурах формула для удельного электросопротивления имеет вид:
r=r
ост+АТ
2+ВТ
5(3)
где А и В - величины, не зависящие от
Т. Член
BT
5связан с рассеянием электронов на тепловых колебаниях атомов, а член
AT
2- со столкновениями электронов друг с другом и даёт заметный вклад в сопротивление лишь у некоторых М., например у Pt. Однако закономерность (3) выполняется лишь приближённо.
У некоторых М. и
при определённой температуре, называемой критической, наблюдается полное исчезновение сопротивления - переход в сверхпроводящее состояние (см.
)
.Критические температуры чистых металлов лежат в интервале от сотых долей К до 9 К (табл. 1).
Если металлический образец, по которому течёт ток, поместить в постоянное магнитное поле, то в М. возникают явления, обусловленные искривлением траекторий электронов в магнитном поле в промежутке между столкновениями (
)
.Среди них важное место занимают
и изменение электросопротивления М. в магнитном поле (
)
.Влияние магнитного поля тем больше, чем больше длина свободного пробега
l, т. е. чем ниже температура и чем меньше примесей в М. При комнатной температуре магнитное поле 10
7-10
5
эизменяет сопротивление М. лишь на доли %. При T Ј 4 К в сверхчистых М. сопротивление может измениться во много раз. Зависимость электросопротивления М. от внешнего магнитного поля существенно зависит от характера энергетического спектра электронов, в частности от формы поверхности ферми. У многих металлических
(Au, Cu, Ag и др.) наблюдается сложная
сопротивления в магнитном поле.
В магнитных полях ~ 10
4-10
5
эи при низких температурах у всех металлических монокристаллов наблюдается осциллирующая зависимость электросопротивления от магнитного поля (Шубникова - де Хааза эффект). Это явление - следствие квантования движения электронов в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля. Как правило, квантовая осциллирующая зависимость в виде небольшой «ряби» наложена на обычную зависимость сопротивления от магнитного поля.
При нагревании М. до высоких температур наблюдается «испарение» электронов с поверхности М. (
)
.Число электронов, вылетающих в единицу времени, определяется законом: n~exp (-j/kT), где k - Больцмана постоянная, j -
электронов из М. (см.
)
.Величина j различна у разных М. и зависит также от состояния поверхности. Эмиссия электронов с поверхности М. происходит также под действием сильных электрических полей ~10
7
в/смв результате туннельного просачивания электронов через сниженный полем потенциальный барьер (см.
)
.В М. наблюдаются явления
,
и
.Перепад температуры вызывает в М. появление электрического тока или разности потенциалов (см.
)
.
Тепловые свойства.
М. (табл. 1) обусловлена как ионным остовом (решёточная теплоёмкость
С
р), так и электронным газом (электронная теплоёмкость
С
э). Хотя концентрация электронов проводимости в М. очень велика (см. выше) и не зависит от температуры, электронная теплоёмкость мала и у большинства М. наблюдается только при температурах ~ нескольких К. Возможность измерения
С
эсвязана с тем, что при уменьшении температуры
С
рубывает пропорционально
T
3, а С
э~ Т. Для Cu:
С
э= 0,9Ч10
-4
RT, для Pd: С
э= 1,6Ч10
-3
RT(R - газовая постоянная).
М. осуществляется главным образом электронами проводимости. Поэтому между удельными коэффициентами электропроводности и теплопроводности существует простое соотношение, называемое
.
Взаимодействие М. с электромагнитными полями. Переменный электрический ток при достаточно высокой частоте течёт по поверхности М., не проникая в его толщу (см.
)
.Электромагнитное поле частоты w проникает в М. лишь на глубину скин-слоя толщиной d.
Например, для Cu при (w = 10
8
гцd
=6Ч10
-4
см.В таком слое поглощается незначительная часть электромагнитной энергии. Основная часть энергии переизлучается электронами проводимости и отражается (см.
)
.В чистых М. при низких температурах длина свободного пробега электронов
lчасто превышает глубину d. При этом напряжённость поля существенно изменяется на длине свободного пробега, что проявляется в характере отражения электромагнитных волн от поверхности М. (аномальный скин-эффект).
Сильное постоянное магнитное поле существенно влияет на электродинамические свойства М. В М., помещенных в такое поле, при условии, если частота электромагнитного поля кратна частоте прецессии электронов проводимости вокруг силовых линий постоянного магнитного поля, наблюдаются резонансные явления (см.
)
.При определённых условиях в толще М., находящегося в постоянном магнитном поле, могут распространяться слабо затухающие электромагнитные волны, т. е. исчезает скин-эффект. Электродинамические свойства М., помещенного в магнитное поле, сходны со свойствами
в магнитном поле и являются одним из основных источников информации об электронах проводимости.
Для электромагнитных волн оптического диапазона М., как правило, практически непрозрачны и обладают характерным блеском (см.
,
)
.В поглощении света в видимом и ультрафиолетовом диапазонах некоторую роль играет внутренний
.Отражение от поверхности М. плоскополяризованного света, падающего под произвольным углом, сопровождается поворотом плоскости поляризации и появлением эллиптической поляризации (см.
)
.Это явление используется для определения оптических констант М.
Общая структура характеристических рентгеновских спектров М. и диэлектриков одинакова. Тонкая же структура линий, соответствующая квантовым переходам электронов из зоны проводимости на глубокие уровни, отражает распределение электронов проводимости по уровням энергии.
Магнитные свойства. Переходные металлы с недостроенными
f-и
d-электронными оболочками являются
.Некоторые из них при определённых температурах переходят в магнитоупорядоченное состояние (см.
,
,
,
)
.Магнитное упорядочение существенно влияет на все свойства М., в частности на электрические свойства: в электросопротивление вносит вклад рассеяние электронов на колебаниях магнитных моментов. Гальваномагнитные явления при этом также приобретают специфические черты.
Магнитные свойства остальных М. определяются электронами проводимости, которые вносят вклад в диамагнитную и парамагнитную восприимчивости М., и диамагнитной восприимчивостью ионного состава (см.
,
)
.Магнитная восприимчивость c большинства М. относительно мала (c ~ 10
-6) и слабо зависит от температуры.
При низких температурах
Ти в больших магнитных полях
Н³ 10
4
kTу всех металлических монокристаллов наблюдается сложная осциллирующая зависимость суммарного магнитного момента от поля Н (см.
)
,природа которого та же, что и у эффекта Шубникова - де Хааза. Исследование осцилляционных эффектов позволяет определить форму поверхности Ферми.
Механические свойства. Многие М. обладают комплексом механических свойств, обеспечивающим их широкое применение в технике, в частности в качестве
.Это, в первую очередь, сочетание высокой
со значительной
и сопротивлением деформации, причём соотношение этих свойств может регулироваться в большом диапазоне с помощью механической и термической обработки М., а также получением сплавов различного состава.
Исходной характеристикой механических свойств М. является
G, определяющий сопротивление кристаллической решётки упругому деформированию и непосредственно отражающий величину сил связи в кристалле. В монокристаллах эта величина, как и остальные механические характеристики, анизотропна и коррелирует с температурой плавления М. (например, средний модуль сдвига G изменяется от 0,18Ч10
11
эрг/см
3
для легкоплавкого Na до 27Ч10
11
эрг/см
3
для тугоплавкого Re).
Сопротивление разрушению или пластической деформации идеального кристалла ~ 10
-1G. Но в реальных кристаллах эти характеристики, как и все механические свойства, определяются наличием дефектов, в первую очередь дислокаций. Перемещение дислокаций по плотноупакованным плоскостям приводит к элементарному акту скольжения - основному механизму пластической деформации М. Др. механизмы
и сбросообразование) существенны только при пониженных температурах. Важнейшая особенность М. - малое сопротивление скольжению дислокации в бездефектном кристалле. Это сопротивление особенно мало в кристаллах с чисто металлической связью, которые обычно имеют плотноупакованные структуры (гранецентрированную кубическую или гексагональную). В М. с ковалентной компонентой межатомной связью, имеющих объёмноцентрированную решётку, сопротивление скольжению несколько больше, однако всё же мало по сравнению с чисто ковалентными кристаллами. Сопротивление пластической деформации, по крайней мере в М. с гранецентрированной кубической и гексагональной решётками, связано с взаимодействием движущихся дислокаций с др. дефектами в кристаллах, с др. дислокациями, примесными атомами, внутренними поверхностями раздела. Взаимодействие дефектов определяется искажениями решётки вблизи них и пропорционально G. Для отожжённых монокристаллов начальное сопротивление пластической деформации (предел текучести) обычно ~ 10
-3-10
-4G. В процессе деформации число дислокаций в кристаллической решётке (плотность дислокаций b) увеличивается от 10
6-10
8до 10
12
см
-2.Соответственно растет сопротивление пластической деформации
(
d- межатомное расстояние). Это называют деформационным упрочнением или наклёпом. Для монокристаллов М. характерно наличие трёх стадий деформационного упрочнения. На 1-й стадии значительная часть дислокаций выходит на поверхность и коэффициент упрочнения Q (коэффициент пропорциональности между напряжением и деформацией) мал; на 2-й стадии дислокации накапливаются в кристалле, их распределение становится существенно неоднородным: Q~G/300. На 3-й стадии b, G и Q уменьшаются вследствие аннигилляции дислокаций, выдавливаемых из их плоскостей скольжения. Значение этой стадии больше для М. с объёмноцентрированной решёткой.
Степень «привязанности» дислокации к плоскости скольжения определяется шириной дислокации в этой плоскости, которая, в свою очередь, зависит от энергии g дефекта упаковки (величина g/Gd в М. с гранецентрированной решёткой изменяется от 10
-2для Al, имеющего узкие дислокации, до 10
-4для сплавов Cu с широкими дислокациями). Процесс разрядки дислокационной плотности ускоряется при повышении температуры и может привести к релаксации и значительному восстановлению свойств кристаллов. Чем выше температура и меньше скорость деформирования, тем больше успевают развиться процессы релаксации и тем меньше деформационное упрочнение.
При
Т> 0,5
Т
плв пластической деформации начинают играть существенную роль точечные дефекты, в первую очередь вакансии, которые, оседая на дислокациях, приводят к их выходу из плоскостей скольжения. Если этот процесс достаточно интенсивен, то деформация не сопровождается упрочнением: М. течёт с постоянной скоростью при неизменной нагрузке (
). Протекание процессов релаксации напряжений и постоянная разрядка дислокационной структуры обеспечивают высокую пластичность М. при их горячей обработке, что позволяет придавать изделиям из М. разнообразную форму. Отжиг сильно деформированных монокристаллов М. нередко приводит к образованию
с малой плотностью дислокаций внутри зёрен (рекристаллизация).
Достижимые степени деформации М. ограничены процессом разрушения. По мере роста плотности дислокаций при холодной деформации растёт неравномерность их распределения, приводящая к концентрации напряжений в местах сгущения дислокаций и зарождению здесь очагов разрушения - трещин. В реальных кристаллах такие концентрации напряжений имеются и в исходном недеформированном состоянии (скопление примесей, частицы др. фаз и т.п.). Но вследствие пластичности М. деформация вблизи опасных мест снимает напряжения и предотвращает разрушение. Однако, если сопротивление движению дислокаций растет, то релаксационная способность материала падает, что под нагрузкой приводит к развитию трещин (хрупкое разрушение). Это особенно проявляется в М. с объёмноцентрированной решёткой, в которых подвижность дислокаций резко уменьшается при понижении температуры (из-за взаимодействия с примесями и уменьшения числа кристаллографич. возможных плоскостей скольжения). Предотвращение
- одна из важнейших технических проблем разработки конструкционных металлических материалов. Др. актуальная проблема - увеличение прочности и сопротивления деформации при высоких температурах. Зародышами разрушения в этих условиях служат микропоры, образующиеся в результате скопления вакансий. Эффективный способ повышения высокотемпературной прочности - уменьшение диффузионной подвижности точечных дефектов, в частности
.
Применяемые в технике конструкционные металлические материалы являются поликристаллическими. Их механические свойства практически изотропны и могут существенно отличаться от свойств монокристаллов М. Межфазные границы вносят дополнительный вклад в упрочнение. С др. стороны, они могут быть местами предпочтительного разрушения (межзёренное разрушение) или деформации. Изменяя число и строение межфазных границ, форму и пространственное расположение отдельных структурных составляющих многофазных систем (поликристаллов, гетерофазных агрегатов, возникающих вследствие фазовых превращений, или искусственно полученных композиций), а также регулируя состав и дефектную структуру отдельных кристаллов, можно получить огромное разнообразие механических свойств, необходимых для практического использования металлических материалов.
А. Л. Ройтбурд.
Лит.:Френкель Я. И., Введение в теорию металлов, 2 изд., М. - Л., 1950; Бете Г., Зоммерфельд А., Электронная теория металлов, пер. с нем., М. - Л., 1938; Лифшиц И. М., Азбель М. Я., Каганов М. И., Электронная теория металлов, М., 1971; Абрикосов А. А., Введение в теорию нормальных металлов, М., 1972; Слэтер Дж., Диэлектрики, полупроводники, металлы, пер. с англ., М., 1969; Шульце Г., Металлофизика, пер. с нем., М., 1971.
Металлы в технике.Благодаря таким свойствам, как прочность, твёрдость, пластичность, коррозионная стойкость, жаропрочность, высокая электрическая проводимость и многое др., М. играют громадную роль в современной технике, причём число М., находящих применение, постоянно растет. Характерно, что до начала 20 в. многие важнейшие М. - Al, V, W, Mo, Ti, U, Zr и др. - либо не производились вообще, либо выпускались в очень ограниченных масштабах; такие М., как Be, Nb, Ta, начали сравнительно широко использоваться лишь накануне 2-й мировой войны 1939-45. В 70-х гг. 20 в. в промышленности применяются практически все М., встречающиеся в природе.
Все М. и образованные из них сплавы делят на чёрные (к ним относят железо и сплавы на его основе; на их долю приходится около 95% производимой в мире металлопродукции) и цветные, или, точнее, нежелезные (все остальные М. и сплавы). Большое число нежелезных М. и широкий диапазон их свойств не позволяют классифицировать их по какому-либо единому признаку. В технике принята условная классификация, по которой эти М. разделены на несколько групп по различным признакам (физическим и химическим свойствам, характеру залегания в земной коре), специфичным для той или иной группы:
(например, Al, Mg), тяжёлые М. (Cu, Pb и др.),
(W, Mo и др.),
(Au, Pt и др.), рассеянные металлы (Ga, In, TI), редкоземельные М. (Sc, Y, La и
, см.
), радиоактивные металлы (Ra, U и др.). М., которые производят и используют в ограниченных масштабах, называются
. К ним относят все рассеянные, редкоземельные и радиоактивные М., большую часть тугоплавких и некоторые лёгкие М.
Большая способность М. к образованию многочисленных соединений разного типа, к различным фазовым превращениям создаёт благоприятные условия для получения разнообразных
, характеризующихся требуемым сочетанием полезных свойств. Число используемых в технике сплавов превысило уже 10 тыс. Значение сплавов как
, электротехнических материалов, материалов с особыми физическими свойствами (см.
) непрерывно возрастает. В то же время в связи с развитием полупроводниковой и ядерной техники расширяется производство ряда особо
(чистотой например, 99,9999% и выше).
Применение того или иного М. (или сплава) в значительной мере определяется практической ценностью его свойств; однако существенное значение имеют и др. обстоятельства, в первую очередь природные запасы М., доступность и рентабельность его добычи. Из наиболее ценных и важных для современной техники М. лишь немногие содержатся в земной коре в больших количествах: Al (8,8%), Fe (4,65%) Mg (2,1%), Ti (0,63%). Природные ресурсы ряда весьма важных М. измеряются сотыми долями процента (например, Cu, Mn, Cr, V, Zr) и даже тысячными долями (например, Zn, Sn, Pb, Ni, Co, Nb). Некоторые ценные М. присутствуют в земной коре в ещё меньших количествах. Так, содержание урана - важнейшего источника ядерной энергии - оценивается в 0,0003%, вольфрама, являющегося основой твёрдых сплавов, - 0,0001% и т.д. Особенно бедна природа благородными и т. н. редкими М.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90
|
|