Методы исследования в материаловедении

Как было сказано выше, в материаловедении одним из важных терминов является «структура». В практическом материаловедении под термином структура обычно подразумевается микроструктура материалов, изучаемая с помощью микроскопов (тип и относительное количество фаз, форма, размеры и взаимное расположение кристаллов этих фаз, частиц). В зависимости от размеров этих частиц и применяемых методов их выявления различают понятия: макроструктура – структура, видимая невооруженным глазом или с помощью лупы; размер объектов до 10^-4 м, или 0,1 мм; микроструктура – структура, наблюдаемая с помощью оптического микроскопа; размер объектов до 10^-7 м, или 0,1 мкм; тонкая структура – структура, изучаемая с помощью рентгеноструктурного анализа, непосредственно наблюдается в электронном микроскопе, размер объектов (молекул и атомов, расположение элементарных частиц в молекулах и кристаллах) до 10^-10 м, или 0,1 нм; наноструктура – объекты в материале, имеющие величину от долей нанометра до 100 нм (1 нм = 10^-9 м). Некоторые из указанных характеристик структуры материалов можно изучать невооруженным глазом, другие – лишь с помощью микроскопа, соответственно, различают методы макроскопического и микроскопического анализа (макро- и микроанализа). Макроанализ – это анализ макроструктуры материалов, изучаемой невооруженным глазом или с помощью лупы (увеличение до 50 раз). Понятно, что такой метод исследования дает ограниченную информацию о структуре материала, однако, в силу его доступности и возможности одновременного изучения большой площади изделия, он широко применяется в заводской практике для контроля качества литых, кованых, сварных и термически обработанных заготовок и изделий. С его помощью выявляются дефекты, расположенные на поверхности изделий: это трещины различной природы (литейные, деформационные, закалочные и др.), несплошности (усадочные пустоты, газовые раковины в литом металле), неметаллические включения (шлаковые, фрагменты литейной формы). Часто даже такой простой способ контроля позволяет сделать заключение о возможности дальнейшего использования изделия. Микроанализ – исследование структуры материалов с помощью микроскопов. Большие увеличения позволяют определять в этом случае размеры, форму, взаимное расположение и количество кристаллов различных фаз, т.е. микроструктуру материала. Наибольшее распространение имеют оптические микроскопы. Их полезное максимальное увеличение достигает примерно 1500 раз, а разрешающая способность (наименьшее расстояние между двумя точками, при котором они видны раздельно) 0,2 мкм (200 нм). Поскольку металлы в видимом свете непрозрачны, для исследования их структуры в металлографическом оптическом микроскопе используется метод отражения падающего светового потока от специально подготовленной поверхности образца. Для анализа субмикроструктуры (структуры внутри зерен), кроме световых микроскопов, используют электронные микроскопы с большой разрешающей способностью (увеличение до миллиона крат). Изображение формируется при помощи потока быстро летящих электронов. Электронные лучи дают возможность различать детали объекта, соответствующие по своим размерам межатомным расстояниям.

Задание 13. Укажите соответствия: термин – определение.

Задание 14. Представьте текст в виде схем.

Схема 1. Классификация понятий, связанных с термином «структура».

Схема 2. Методы анализа структуры материалов.

Схема 3. Материалы, качество которых контролируется с помощью макроанализа.

Схема 4. Дефекты, выявляющиеся с помощью макроанализа.

Схема 5. Микроструктура материала.

Задание 15. Устно опишите методы макроскопического и микроскопического анализа (макро- и микроанализа).