Методические указания при изучении каждого раздела.

При изучении раздела «Внутреннее строение и свойства материалов» особое внимание обратите на то, что энергия межатомного взаимодействия определяет многие свойства материалов: температуру плавления, модуль упругости, коэффициент теплового расширения. Следовательно, зная об одних свойствах материалов можно предсказывать другие свойства. В то же время энергию межатомного взаимодействия можно оценить исходя из типа химической связи и положения взаимодействующих атомов в таблице Менделеева. Обратите внимание на то, что тип химической связи определяет также плотность упаковки атомов в кристаллических решетках, и тем самым влияет на свойства материалов.

Помимо типа кристаллической решетки и типа химической связи на свойства материалов существенное влияние оказывают дефекты кристаллических решеток. Так дефекты кристаллической решетки влияют на электрические и механические свойства материалов. Причем влияние дефектов кристаллических решеток на электрические свойства проводниковых материалов и диэлектриков прямо противоположно. При увеличении концентрации дефектов решетки в проводниках электропроводность материалов снижается, а при увеличении концентрации дефектов в диэлектриках электропроводность растет. Влияние дефектов на электрические свойства материалов не столь однозначно. Так растворенные атомы легирующих элементов повышают прочность материала, поскольку затрудняют перемещение дислокаций. Изменяя плотность дислокаций также можно влиять на прочность материалов. Наконец плоские дефекты кристаллической решетки могут препятствовать движению дислокаций (при низких температурах) и могут способствовать уменьшению плотности дислокаций (взаимодействие дислокаций с границами зерен) при высоких температурах.

При изучении дефектов кристаллических решеток и их влияния на свойства материалов обратите внимание на то, что дефекты могут взаимодействовать друг с другом. Так, увеличение плотности дислокаций ведет к повышению концентрации вакансий, а, следовательно, к активизации диффузионных процессов. Измельчение зерен ведет к увеличению протяженности границ зерен, что влияет как на подвижность дислокаций, так и на генерацию границами зерен вакансий.

Важно также отметить, что дефекты кристаллических решеток существенно влияют на технологические свойства материалов: пластичность, свариваемость и т.д.

При изучении раздела «Металлические материалы» прежде всего, обратите внимание на то, что материалы с плотноупакованной решеткой будут иметь повышенную плотность электронного газа. Следовательно, электропроводность таких материалов должна быть высокой. В месте с тем, на электропроводность оказывает влияние не только плотность электронного газа, но и подвижность электронов. На подвижность электронов оказывают влияние правильность строения кристаллической решетки и наличие незаполненных электронных орбиталей на внешних электронных оболочках ионов переходных металлов. При наличии в структуре сплава дефектов кристаллической решетки (вакансий, атомов легирующего элемента или примеси, дислокаций, границ зерен) распространение электронной волны затрудняется, и электропроводность сплава падает. Таким образом, для того чтобы материал имел большую электропроводность необходимо, чтобы материал представлял собой чистый непереходный металл. Напротив, для повышения электрического сопротивления следует искажать кристаллическую решетку.

Обратите внимание также на то, что помимо электропроводности на эксплутационные свойства металлических материалов оказывает влияние прочность и коррозионная стойкость. Кроме того стоимость изделия будет зависеть от технологичности материала то есть от совокупности свойств, определяющих затраты при получении изделия из материала. Иначе говоря, чем выше пластичность материала, чем легче он сваривается и паяется, чем проще он обрабатывается резаньем, тем материал технологичнее. Наконец на стоимость изделия оказывает влияние и стоимость самого материала.

Выбор материала определяется также условиями его работы. В связи с этим обратите внимание на принципы выбора материалов для различных видов электрических контактов, резисторов, нагревательных элементов и проводников.

При изучении раздела «Диэлектрические материалы» обратите внимание на то, что все многообразие процессов, развивающихся в диэлектрике при их нахождении в электрическом поле, можно объяснить с позиций развития двух основных процессов: поляризации диэлектриков и их электропроводности. В связи с этим уделите особое внимание рассмотрению видов и механизмов поляризации, а также состава материала и влияния внешних условий на развитие поляризации и электропроводности.

Как отмечалось выше при развитии поляризации и электропроводности часть энергии электрического поля может рассеиваться в диэлектрике, что обусловливает диэлектрические потери.

Повышение энергии материала ведет к росту его химической активности, что может привести к ухудшению свойств материала и электрохимическому пробою. Кроме того, при превышении скорости тепловыделения над скоростью отвода тепла возможен электротепловой пробой диэлектриков. Наконец в полях высокой напряженности кинетическая энергия носителей заряда достигает уровня достаточного для разрушения структурных единиц материала, что приводит к электрическому пробою.

.

При изучении раздела «Полупроводниковые материалы» обратите внимание на то, что носителями заряда в полупроводниковых материалах являются электроны и дырки, причем подвижность дырок ниже подвижности электронов. Это обстоятельство позволяет регулировать электропроводность полупроводниковых материалов за счет изменение концентрации легирующих элементов.

При изучении раздела "Магнитные материалы" обратите внимание на то, что ферромагнетиками могут быть только те материалы, в состав которых входят атомы переходных элементов, причем отношение расстояния между атомами переходных металлов к радиусу незаполненных оболочек должно быть больше 3.

Намагничивание ферромагнетиков происходит за счет движения границ доменов. Структурные факторы, облегчающие подвижность границ доменов (большой размер зерен, однофазная структура, низкая плотность дислокаций и низкая магнитная анизотропия) обеспечивают получение магнитомягких материалов. В противном случае получаются магнитотвердые материалы.

Обратите также внимание на то, что магнитомягкие материалы чаще всего используются для концентрации переменного магнитного поля. Следовательно, в них появляются токи Фуко, поэтому магнитомягкие материалы должны обладать повышенным электрическим сопротивлением.