Этапы развития материаловедения
Материаловедение – это раздел науки, который изучает изменение свойств материалов в твердом и жидком состоянии в зависимости от ряда факторов.
К свойствам, которые изучаются материаловедением относятся:
- Строение вещества.
- Термические свойства.
- Электронные свойства.
- Магнитные свойства.
- Оптические свойства.
Материаловедение, как наука начало свое развитие с древних времен. Первый этап начался со специализированного изготовления керамики. В России особый вклад в развитие материаловедения внесли Менделеев и Ломоносов. Ломоносовым был разработан курс по химической атомистики и физической химии, который подтвердил теорию атомно-молекулярного строения веществ. Менделеев разработал периодическую системы для химических элементов. И Менделеев и Ломоносов особое внимание уделяли проблемам, связанным с производством стекла.
В 19 веке существенный вклад в развитие материаловедения внесли такие ученые, как Белелюбский, Обручев, Ферсман, Левинсон-Лессинг и Федоров. В тое время началось массовое производство новых материалов - гипс, портландцемент, полимерные материалы, цементные бетоны и т.п. Металловедения, благодаря широкому использованию металлов и сплавов в машиностроении, стало неотъемлемой частью современного материаловедения. Аносовым была установлена связь между строением стали и ее свойствами, он смог раскрыть секрет изготовления булатной стали восточными мастерами. Его булатная сталь выделялась высокими показателями вязкости и твердости. Аносов считается зачинателем производства стали высокого качества, он первым использовал микроскоп, чтобы определить структуру стали и является основоположником изучения закономерной связи между свойствами сплавов и структурой. В 1868 году Чернов открыл фазовые превращения в сталях. Открытие им критических точек позволило дать обоснованное объяснение таинственным процессам, которые происходили в сталях во время термической обработки. Существенный вклад в развитие знаний о металлах также внесли Гуляев, Курнаков, Бочноа, Байков, Курдюмов, Гудцов, Штейиберг, Осмонд, Бейн, Мейл, Ганеман и Тамман.
В 20 веке были достигнуты значительные достижения в практическом и теоретическом материаловедении, были созданы высокопрочные материалы для изготовления инструментов, начали использоваться свойства полупроводников, были разработаны композиционные материалы, усовершенствовались методы термической и химико-термической обработки.
Тенденции и перспективы развития материаловедения
Главная цель создания новых изделий - увеличение качества и эффективности уже существующих: увеличение давлений, температуры и скорости условий эксплуатации, снижение массы изделия на единицу мощности. В современном машиностроении существует тенденция снижения эффективной массы, то есть массы приходящейся на одну единицу производительности или мощности оборудования. Такая тенденция обуславливает развитие разработки материалов, в которых сочетаются высокая прочность и малая плотность. Примером такого материала является сплав лития и магния, изделия из которых по сопротивлению деформации превосходят конструкции из титана и стали такой же массы. Газонаполненные материалы сейчас используются в качестве легких заполнителей для силовых конструкций, звукоизолирующих элементов и т.п.
Сейчас изучаются перспективы использования деталей из керамики в двигателях внутреннего сгорания. Цель заключается в возможности увеличения рабочей температуры в камере сгорания при одновременном уменьшении массы агрегата, что будет способствовать увеличению коэффициента полезного действия.
Двигатель внутреннего сгорания – это вид теплового двигателя, в котором топливная смесь сгорает в рабочей камере, то есть внутри двигателя.
В связи с ужесточением технико-экономических требований к материалам и ограниченностью сырьевых ресурсов растет потребление традиционных материалов с усиливающими составляющими - композиционные материалы. Их применение способствует увеличению работоспособности техники, организации гибких производств и уменьшению конечной стоимости готовой продукции. Однако, производство ряда материалов связано с опасностью для человека и создает проблемы в плане защиты окружающей среды. Таким образом главная задача данного направления развития современного материаловедения заключается в разработке мероприятий, позволяющих извлекать максимальную выгоду. Современное материаловедения делится на:
- Теоретическое материаловедения, задача которого - изучение закономерностей строения материалов и процессов, которые происходят в них под действием внешних сил.
- Прикладное материаловедения, задача которого заключается в определении оптимального строения и технологии переработки материалов при производстве деталей, машин, конструкций и прочих изделий.
