Наука и технологии

 Материалы будущего

Издательство «Химия» 1985 г.

Путь к нынешним металлам

В нашем сегодняшнем разговоре очень часто фигурируют понятия металл или металлический материал. Это связано с их особым значением в народном хозяйстве, обусловленным их свойствами. Каждый знает, что железо, медь, алюминий, золото и серебро относятся к металлам, что сталь - металлический материал и что имеется еще огромное количество металлов и материалов, изготовляемых из них.

В древнегреческом языке слово metallon означало шахта или рудник. Так название материала указывает на способ его получения. Внешним признаком металлов является блеск, который вызван их большой отражательной способностью и встречается почти только у них. Все металлы в основном светонепроницаемы, только очень тонкие их слои, так называемая металлическая фольга, частично пропускают падающий свет. Важнейшим признаком металлов является их кристаллическое строение, которое часто наблюдается в блестках на местах разломов. Все металлы, за исключением ртути, находятся при комнатной температуре в твердом агрегатном состоянии. С металлами связывают также понятие о веществе с высокой прочностью, при определенных условиях хорошо формующемся. Всем известны высокие тепло- и электропроводность металлов. Высокую реакционную способность большинства металлов и сплавов из них характеризуют коррозионные явления.

Предыдущий абзац не только знакомит нас с металлами все эти сведения указывают также на ряд связанных с ними проблем. Характерными свойствами металлов и их внутренним строением обусловлены способы их получения, методы переработки в предметы повседневного обихода, детали и части машин, тенденции развития этой отрасли народного хозяйства. Проблемы  эти необычайно  многочисленны, и поэтому мы в дальнейшем ограничимся в основном вопросами, связанными с металлическими материалами, применяемыми в машиностроении.

Хотя уже древние римляне знали золото, ртуть, серебро и свинец, а в средние века было открыто несколько новых элементов, о действительно научном подходе к исследованию металлов мы говорим лишь с середины 18 века. В это время были открыты многочисленные новые элементы со свойствами металлов, например платина, никель, марганец, вольфрам и хром. Между 1800и1850гг. были впервые получены магний, кадмий, большинство щелочных и щелочноземельных металлов, алюминий, ванадий, уран и бериллий. До конца 19 столетия последовало открытие титана, цезия, рубидия и радия, так что в периодической системе элементов осталось совсем немного незанятых клеток. Путем атомарного разложения получены новые элементы, и сейчас нам известны 105 элементов.

Индустриальный взрыв в прошлом столетии вызвал чрезвычайно быстрое развитие металлургии и техники изготовления металлических изделий, которые производились во все больших масштабах и в растущем ассортименте. Однако этот чисто технический прогресс обогнал научное исследование этих процессов. Только в недавнем прошлом эмпирически высокоразвитое знание о металлах стало истинной наукой - металловедением, включающим в себя также физику металлов. Несколько открытий позволили теоретически ясно характеризовать внутреннее строение металлов и процессы, происходящие внутри них. Это, в свою очередь, дало нам возможность целенаправленно и планомерно использовать и изменять свойства металлических материалов. В высокоразвитых индустриальных странах производится и перерабатывается более 50 металлических материалов.

Из научных соображений напрашивается деление металлов по их положению в периодической системе и по обусловленным этим свойствам. Около 70 элементов металлического характера насчитывает периодическая система, но только немногие из них играют заметную роль в промышленности. Поэтому перейдем к классификации металлов по их свойствам, важным в технике.

Общеизвестно деление металлов на черные и цветные. К черным относят, например, железо, а к цветным - медь. Хотя это и вызвано их внешним видом, но более правильно объясняется цветом руды - разноцветной, красивой в случае содержания в ней цветных металлов.

Исходя из исторического развития металлургии и принятой в народном хозяйстве градации, различают металлические материалы, содержащие или не содержащие железо.

Плотность металлов является еще одним важным критерием их деления. У легких металлов или их сплавов она составляет менее 4,4 г/см3, а у тяжелых металлов или их сплавов превышает эту величину. Важными в технике легкими металлами являются алюминий, магний и их сплавы, к важнейшим тяжелым металлам относятся медь, свинец, цинк, олово и сплавы, полученные из них. Между этими группами находится титан, который, как правило, относят к легким металлам.