Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (МЕ)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 75 (всего у книги 105 страниц)
Металлография
Металлогра'фия (от металлы и ...графия ), наука о структуре металлов и сплавов; составная часть металловедения . М. изучает закономерности образования структуры, исследуя макроструктуру и микроструктуру металла (путём наблюдения невооруженным глазом либо с помощью светового и электронного микроскопов). а также изменения механических, электрических, магнитных, тепловых и др. физических свойств металла в зависимости от изменения его структуры. Для изучения микроструктуры используют, кроме того, рентгеновскую дифракционную микроскопию (см. Рентгеновский структурный анализ ). Исследование структуры необходимо для нахождения связи «структура – свойство», а установление закономерностей образования структуры – для прогнозирования на основе этой связи свойств новых сплавов. Например, прочность однофазных сплавов связана с размером зерна; при наличии включений второй фазы расстояние между включениями влияет на прочность и температуру рекристаллизации сплава; от размера и количества включений второй фазы зависят магнитные свойства ферромагнитных материалов.
Макроструктура характеризуется формой и расположением крупных кристаллитов (зёрен), наличием и расположением различных дефектов металлов , распределением примесей (см. Ликвация ) и неметаллических включений. Микроструктура металлического материала определяется формой, размерами, относительным количеством и взаимным расположением кристаллов отдельных фаз или их совокупностей, имеющих однообразный вид. Под тонкой структурой (субструктурой) понимают строение отдельных зёрен, определяемое расположением дислокаций и др. дефектов кристаллической решётки.
Формирование и изменение внутреннего строения металла (структуры) происходит в результате фазовых превращений при нагреве или охлаждении металла, а также вследствие пластической деформации, облучения, отдыха, рекристаллизации, спекания и т.д. Структура литого металла, формирующаяся в результате возникновения и роста в расплаве центров кристаллизации, зависит от скорости охлаждения расплава, содержания примесей, направления отвода тепла (рис. 1 ) и др. факторов. Увеличение скорости охлаждения может, например, приводить к измельчению зерна. Размер зерна можно изменить, подвергнув металл пластической деформации и рекристаллизации (рис. 2 ). Микроструктура резко изменяется при протекании в твёрдом металле фазовых превращений, которые могут быть вызваны изменением температуры или всестороннего давления. И в этом случае структура зависит от условий, в которых проходит превращение, главным образом от температурного интервала и скорости охлаждения, а также от особенностей строения кристаллических решёток фаз, участвующих в превращении. Например, размеры выделений второй фазы и расстояние между ними уменьшаются, если превращение проходит при низких температурах или ускоренном охлаждении (рис. 3 ). Субструктура металла изменяется при фазовых превращениях, а также при пластической деформации и рекристаллизации. Например, после сильной деформации дислокации могут образовать скопления, разделяющие зёрна на отдельные фрагменты (рис. 4 ).
Помимо закономерностей образования структуры, М. изучает условия и причины возникновения при кристаллизации, пластической деформации и рекристаллизации текстуры металлов, которая обусловливает анизотропию свойств поликристаллического материала. (Историческую справку см. в ст. Металловедение . )
Лит.: Бочвар А. А., Металловедение, 5 изд., М., 1956; Юм-Розери В., Рейнор Г. В., Структура металлов и сплавов, пер. с англ., М., 1959; Лаборатория металлографии, 2 изд., М., 1965; Смолмен Р., Ашби К., Современная металлография, пер. с англ., М., 1970; Лившиц Б. Г., Металлография, 2 изд., М., 1971.
В. Ю. Новиков.
Рис. 3. Микроструктура сплава железа с хромом и никелем, наблюдаемая с помощью электронного микроскопа. Крупные тёмные выделения образовались при высокой температуре. Мелкие выделения, возникшие при низкой температуре, не видны, но обнаруживаются благодаря вызванным ими искажениям решётки (область искажений имеет вид кофейного зерна).
Рис. 4б. Микроструктура сплава на основе молибдена, наблюдаемая с помощью электронного микроскопа: сильно деформированный сплав (видны фрагменты, разделённые плотными скоплениями дислокаций).
Рис. 2. Микроструктура алюминия после рекристаллизации, наблюдаемая с помощью светового микроскопа в поляризованном свете.
Рис. 1. Макроструктура литого сплава на основе железа. Зёрна вытянуты в направлении отвода тепла при затвердевании.
Рис. 4а. Микроструктура сплава на основе молибдена, наблюдаемая с помощью электронного микроскопа: слабо деформированный сплав (видны дислокации в виде тёмных прерывистых линий).
Металлоиды
Металло'иды (от металлы и греч. éidos – вид, облик, образ),
1) устаревшее название неметаллических элементов, см. Неметаллы .
2) Иногда применяемое (в зарубежной и переводной литературе) общее название элементов В, Si, Ge, As, Sb, Te, Po, которые по свойствам занимают промежуточное положение между металлами и неметаллами.
Металлокерамические лампы
Металлокерами'ческие ла'мпы, электронные лампы (триоды и тетроды), вакуумплотная оболочка которых выполнена из металла и керамики. Применяются в радиотехнических устройствах для генерирования и усиления колебаний как в непрерывном, так и в импульсном режимах работы в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. М. л. разработаны в конце 30-х гг. 20 в. в Германии (фирма «Телефункен»). Оболочки М. л. изготавливают из форстеритовой керамики (2MgO×SiO2 ) и титана, которые имеют одинаковые коэффициент теплового расширения, или из алюмооксидной керамики (Al2 O3 ) и металла (обычно медь, медно-никелевый сплав, ковар, титан). Электроды в М. л. (рис. 1 ) соединены металлическими дисками с металлическими цилиндрами, к которым подсоединяется съёмная часть колебательной системы из отрезков коаксиальных линий. Применение керамики вместо стекла повысило точность установки и жёсткость крепления электродов, что позволило сократить расстояния между электродами, например до 15—20 мкм между катодом и управляющей сеткой, и, как следствие, уменьшить время пролета электронов между электродами, увеличить предельное значение рабочей частоты. Большая термостойкость керамики и меньшие её диэлектрические потери на СВЧ по сравнению со стеклом, а также хороший отвод тепла от электродов через металлические диски, спаянные с керамикой, способствовали повышению мощности (рис. 2 ) и кпд М. л. Благодаря этим преимуществам металлокерамические оболочки с 50—60-х гг. применяются также и в др. электровакуумных приборах, например клистронах, магнетронах, тиратронах.
Лит.: Антипов Г. Я., Мартаков Г. М., Генераторные металлокерамическпе лампы СВЧ диапазона, М., 1969.
В. Ф. Коваленко.
Рис. 1. Металлокерамический триод типа ГС-4В: 1 – катод; 2 – управляющая сетка; 3 – анод; 4 – вывод анода; 5 – вывод управляющей сетки; 6 – вывод катода; 7 – вывод подогревателя катода. Габариты: высота 31 мм , диаметр 23 мм . Анодное напряжение 220 в , выходная мощность около 1 вт на частоте 4,2 Ггц .
Рис. 2. Зависимость предельных значений выходной мощности металлокерамических ламп от частоты в непрерывном режиме работы.
Металлометрическая съёмка
Металлометри'ческая съёмка, то же, что литохимическая съёмка .
Металлооптика
Металлоо'птика, раздел оптики , в котором изучается взаимодействие металлов с электромагнитными волнами. Основные оптические особенности металлов: большой коэффициент отражения R (например, у щелочных металлов R ~ 99%) в широком диапазоне длин волн и большой коэффициент поглощения (электромагнитная волна внутри металла затухает, пройдя слой толщиной d ~ 0,1¸1×10-5см, см. Скин-эффект ). Эти особенности связаны с высокой концентрацией в металле электронов проводимости (см. Металлы ).
Взаимодействуя с электромагнитной волной, падающей на поверхность металла. электроны проводимости одновременно взаимодействуют с колеблющимися ионами решётки. Основная часть энергии, приобретённой ими от электромагнитного поля, излучается в виде вторичных волн, которые, складываясь, создают отражённую волну. Часть энергии, передаваемая решётке, приводит к затуханию волны внутри металла. Электроны проводимости могут поглощать сколь угодно малые кванты электромагнитной энергии ћw (ћ – Планка постоянная , w – частота излучения). Поэтому они дают вклад в оптические свойства металла при всех частотах. Особенно велик их вклад в радиочастотной и инфракрасной областях спектра. По мере увеличения w вклад электронов проводимости в оптические свойства металлов уменьшается, уменьшается и различие между металлами и диэлектриками .
Остальные валентные электроны влияют на оптические свойства металла только когда они участвуют во внутреннем фотоэффекте , что происходит при ћw ³ DE (DE – энергетическая щель между основным и возбуждённым состояниями электронов). Возбуждение электронов приводит к аномальной дисперсии волн и к полосе поглощения с максимумом вблизи частоты резонансного поглощения. Благодаря сильному электрон-электронному и электрон-ионному взаимодействию полосы поглощения в металле значительно шире, чем в диэлектрике. Обычно у металлов наблюдается несколько полос, расположенных главным образом в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра. Однако для ряда поливалентных металлов наблюдаются полосы и в инфракрасной области спектра. При частотах w ³ wп , где wп – плазменная частота валентных электронов, в металле возбуждаются плазменные колебания электронов. Они приводят к появлению области прозрачности при w » wп .
В ультрафиолетовой области коэффициент отражения R падает и металлы по своим свойствам приближаются к диэлектрикам. При ещё больших частотах (рентгеновская область) оптические свойства определяются электронами внутренних оболочек атомов и металлы по оптическим свойствам не отличаются от диэлектриков.
Оптические свойства металлов описываются комплексной диэлектрической проницаемостью :
где e' – вещественная диэлектрическая проницаемость, s – проводимость металла, или комплексным показателем преломления:
(k – показатель поглощения). Комплексность показателя преломления выражает экспоненциальное затухание волны внутри металла. При падении плоской волны на поверхность металла под углом j ¹ 0 волна внутри металла будет неоднородной. Плоскость равных амплитуд параллельна поверхности металла, плоскость равных фаз наклонена к ней под углом, величина которого зависит от j. Волны, отражённые от поверхности металла, поляризованные в плоскости падения и перпендикулярно к ней, имеют разность фаз. Благодаря этому плоскополяризованный свет после отражения становится эллиптически-поляризованным. Коэффициент отражения R волн, поляризованных в плоскости падения, у металлов, в отличие от диэлектриков, всегда ¹ 0, и лишь имеет минимум при определённом j.
Для чистых металлов при низкой температуре в длинноволновой области спектра длина свободного пробега электронов l становится > d. При этом затухание волны перестаёт быть экспоненциальным, хотя и остаётся очень сильным (аномальный скин-эффект). В этом случае комплексный показатель преломления теряет смысл и связь между падающей и преломленной волной становится более сложной. Однако свойства отражённого света при любом соотношении между l и d полностью определяются поверхностным импедансом Z , с которым связывают эффективные комплексные показатели поглощения и преломления:
nэф – i kэф = 4p/(cZ ).
При l < d величины n и k в формулах заменяются на nэф и kэф .
Для измерения n и k массивного металлического образца исследуют свет, отражённый от его поверхности, либо поляризационными методами (измеряются характеристики эллиптической поляризации отражённого света), либо методами, основанными на измерении R (в широком спектральном диапазоне) при нормальном падении его на поверхность металла. Эти методы позволяют измерить оптические характеристики в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях с ошибкой ~0,5—2%. Для измерения тонкой структуры полос поглощения используются методы, основанные на модуляции свойств металла, приводящей к модуляции интенсивности отражённого света, которая и измеряется (термоотражение, пьезоотражение и т.п.). Указанные методы позволяют с большой точностью определить изменения R при изменении температуры, при деформации и т.п. (см. табл.), а также исследовать тонкую структуру полос поглощения. Особое внимание уделяется приготовлению поверхности исследуемых образцов. Поверхности нужного качества получаются электрополировкой или испарением металла в вакууме с последующим осаждением его на полированные подложки.
Оптические характеристики некоторых металлов
| l = 0,5 мкм | l = 5,0 мкм | |||||
| n | k | R % | n | k. | R % | |
| Na* | 0,05 | 2,61 | 99,8 | – | – | - – |
| Cu Ag Au | 1,06 0,11 0,50 | 2,70 2,94 2,04 | 63,2 95,5 68,8 | 3,1 2,4 3,3 | 32,8 34,0 35,2 | 98,9 99,2 98,95 |
| Zn | – | – | – | 3,8 | 26,2 | 97,9 |
| Al In | 0,50 – | 4,59 – | 91,4 – | 6,7 9,8 | 37,6 32,2 | 98,2 96,6 |
| Sn Pb | 0,78 1,70 | 3,58 3,30 | 80,5 62,6 | 8,5 9,0 | 28,5 24,8 | 96,2 95,0 |
| Ti | 2,10 | 2,82 | 52,2 | 3,4 | 9,4 | 87,4 |
| Nb V | 2,13 2,65 | 3,07 3,33 | 56,0 56,6 | 8,0 6,6 | 27,7 17,5 | 96,2 92,7 |
| Mo W | 3,15 3,31 | 3,73 2,96 | 59,5 51,6 | 4,25 3,48 | 23,9 21,2 | 97,2 97,0 |
| Fe Co Ni | 1,46 1,56 1,54 | 3,17 3,43 3,10 | 63,7 65,9 61,6 | 4,2 4,3 4,95 | 12,5 14,6 18,5 | 90,8 92,9 94,8 |
| Pt | 1,76 | 3,59 | 65,7 | 7,6 | 20,2 | 93,7 |
* Оптические характеристики относятся к l = 0,5893 мкм.
М. позволяет по оптическим характеристикам, измеренным в широком спектральном диапазоне, определить основные характеристики электронов проводимости и электронов, участвующих во внутреннем фотоэффекте. М. имеет также и прикладное значение. Металлические зеркала применяются в различных приборах, при конструировании которых необходимо знание R , n и k в различных областях спектра. Измерение n и k позволяет также установить наличие на поверхности металла тонких плёнок (например, плёнки окиси) и определить их оптические характеристики.
Лит.: Соколов А. В., Оптические свойства металлов, М., 1961; Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., М., 1970; Гинзбург В. Л., Мотулевич Г. П., Оптические свойства металлов, «Успехи физических наук», 1955, т. 55, в. 4, с. 489; Мотулевич Г. П., Оптические свойства поливалентных непереходных металлов, там же, 1969, т. 97, в. 2, с. 211; Кринчик Г. С., Динамические эффекты электро– и пьезоотражения света кристаллами, там же, 1968, т. 94, в. 1, с. 143; Головашкин А. И., Металлооптика, в кн.: Физический энциклопедический словарь, т. 3, М., 1963.
Г. П. Мотулевич
Металлоорганические соединения
Металлооргани'ческие соедине'ния, органические соединения, содержащие атом какого-либо металла, непосредствнно связанный с атомом углерода.
Все М. с. можно подразделить на две группы: 1. М. с. непереходных и часть М. с. переходных металлов. Эти соединения содержат одинарную (s) связь металл – углерод. 2. М. с. переходных металлов (в т. ч. карбонилы металлов ), построенные путём заполнения s -, p – и d -орбиталей атома металла p-электронами различных ненасыщенных систем, например ароматических, олефиновых, ацетиленовых, аллильных, циклопентадиенильных.
Из М. с. 1-й группы наиболее полно изучены производны Li, Na, К, Be, Mg, Zn, Cd, Hg, B, Al, Tl, Ge, Sn, Pb, As и Sb. Свойства этих соединений определяются характером связи М—С (М – атом металла), зависящей главным образом от природы металла, а также от характера и числа органических радикалов, связанных с атомом металла. В М. с. щелочных металлов связь М—С сильно поляризована, причём на атоме металла сосредоточен частичный положительный, а на атоме углерода – частичный отрицательный заряд:
Поэтому такие М. с. весьма реакционноспособны: они энергично разлагаются водой и очень чувствительны к действию кислорода. Практически их используют только в растворах (углеводороды, эфир, тетрагидрофуран и др.), защищая от влаги, CO2 и кислорода воздуха. Аналогичные свойства присущи соединениям щёлочноземельных металлов (Mg, Ca), а также Zn, Cd, В и Al. Например, такие вещества, как (CH3 )2 Zn, (CH3 )3 B, (C2 H5 )3 Al, воспламеняются на воздухе. Более стабильны смешанные М. с. этих элементов, в которых металл связан с органическим радикалом и с 1 или 2 кислотными остатками, например (C2 H)2 AICI, C2 H5 AlCl2 . С возрастанием электроотрицательности металла полярность связи М – С уменьшается, и соединения таких металлов, как Hg, Sn, Sb и т.п., по существу ковалентны. Это перегоняющиеся жидкости или кристаллические вещества, устойчивые к действию кислорода и воды. При нагревании они распадаются с образованием металла и свободных органических радикалов, например:
(C2 H5 )4 Pb ® Pb + 4C2 H5 .
М. с. 1-й группы могут быть получены взаимодействием металлов с галогеналкилами (или галогенарилами):
н-C4 H9 Br + 2Li ® н-C4 H9 Li + LiBr
присоединением гидридов или солей металлов по кратной связи:
3CH2 =CH2 + AlH3 ® (C2 H5 )3 Al
взаимодействием диазосоединений с солями металлов:
2CH2 N2 + HgCl2 ® ClCH2 HgCH2 Cl + 2N2
взаимодействием М. с. с галогенидами металлов, металлами и друг с другом:
3C6 H5 Li + SbCl3 ® (C6 H5 )3 Sb + 3LiCl
(C2 H5 )2 Hg + Mg ® (C2 H5 )2 Mg + Hg
(CH2 =CH)4 Sn + 4C6 H5 Li ® (C6 H5 )4 Sb + 4CH2 =CHLi.
М. с. переходных металлов, относящиеся к 1-й группе, склонны к гомолитическому распаду (алкильные производные Ag, Cu и Au); арильные и алкенильные соединения этих элементов более стабильны, очень прочны ацетилениды, а также метильные соединения платины, например (CH3 )3 PtI и (CH3 )4 Pt.
В М. с. 2-й группы атом металла взаимодействует со всеми атомами углерода p-электронной системы. Типичные представители этого класса М. с. – ферроцен, дибензолхром, бутадиен-железо-трикарбонил. Для соединений этого типа, полученных сравнительно недавно, классическая теория валентности оказалась непригодной (об их электронном строении см. Валентность ).
М. с. сыграли большую роль в развитии представлений о природе химической связи . Их используют в органическом синтезе, особенно литийорганические соединения и магнийорганические соединения . Многие из М. с. нашли применение в качестве антисептиков, лекарственных и физиологически активных веществ, антидетонаторов (например, тетраэтилсвинец ), антиокислителей , стабилизаторов для полимеров и т.д. Очень важно получение чистых металлов через карбонилы и М. с. при производстве полупроводников и нанесении металлопокрытий. М. с. – промежуточные вещества в ряд важнейших промышленных процессов, катализируемых металлами, их солями и комплексными металлоорганическими катализаторами (например, гидратация и циклополимеризация ацетилена, анионная, в том числе и стереоспецифическая, полимеризация олефинов и диенов, карбонилирование непредельных соединений). См. также Алюминийорганические соединения , Мышьякорганические соединения , Сераорганические соединения , Сурьмаорганические соединения , Цинкорганические соединения , Гриньяра реакция , Несмеянова реакция , Кучерова реакция , Вюрца реакция , Переходные элементы , Ферроцен , Полимеризация .
Лит.: Химия металлоорганических соединений, под ред. Г. Цейсса, пер. с англ., М., 1964; Рохов Ю., Херд Д., Льюис Р., Химия металлоорганических соединений, пер. с англ., М., 1963.
Б. Л. Дяткин.
Металлопласт
Металлопла'ст, листовой конструкционный материал, состоящий из полосы (листа) и полимерной плёнки, нанесенной с одной или двух сторон. Толщина полосы обычно 0,3—1,2 мм, полимерной плёнки 0,05—1 мм. Для изготовления М. пригодно большинство листовых материалов (сталь, алюминий и его сплавы, титан и др.). Плёнка может быть из фторопластов, пластифицированного и др. полимеров. М. получают путём нанесения на полосу заранее изготовленной плёнки, погружением полосы в расплав полимера, нанесением полимерной пасты или напылением полимера в порошкообразном состоянии (см. Напыление полимеров ). Покрытие может быть одно– или многоцветным, гладким или рельефным, имитировать ценные породы дерева, мрамор и др. материалы. М. не расслаивается в процессе деформации металла при штамповок, или вырубке. Изделия не нуждаются в антикоррозионной защите и декоративной отделке.
М. впервые получен в начале 40-х гг. 20 в. в Германии. Применяют в для отделки зданий, перил балконов, крыш, водосточных желобов, внутренней обшивки стен, изготовления дверных и оконных рам, а также для корпусов автомобилей, холодильников, стиральных машин, радиоприёмников, телевизоров, тары для хранения агрессивных материалов, для внутренней отделки салонов пассажирских самолётов, вагонов, автофургонов и т.д.
Лит: Шумная В. А., Вернк Р. А., Производство рулонного проката с полимерными покрытиями, «Лакокрасочные материалы и их применение», 1969. № 5; Полякова К. Ю., Полимерные покрытия полосового проката, М., 1971.
А. Л. Черников.
