Дефекты объемные: Поверхностные и объемные дефекты кристаллического строения

Содержание

Г). Объемные дефекты.

Объемные дефекты могут быть видны невооруженным глазом (например: поры, трещины). У них все размеры во всех трех направлениях имеют значительную величину.

§ 4. Анизотропия свойств кристалла.

Для ОЦК:

2 плоскости (плоскость 1 и плоскость 2)

В плоскости 1 располагаются 5 атомов.

В плоскости 2 располагаются 4 атома.

Из-за неодинакового количества атомов в разных плоскостях и вдоль разных направлений возникает анизотропия кристалла.

Анизотропия- зависимость свойств тела от направления.

Реальный металл состоит из множества кристаллов, которые по-разному повернуты друг к другу. Поэтому свойства не будут зависеть от направления. Возникает так называемая

ложная изотропия (или квазиизотропия), то есть происходит усреднение свойств (недостаток одного свойства в одном кристалле компенсируется избытком этих свойств в другом кристалле, в итоге получается хорошая картина).

Квазиизотропию можно устранить каким либо видом деформации тела, к примеру, прокаткой. То есть сам термин «квазиизотропия» применяется только к тем металлам, которые не подвергались деформациям.

21.09.07 Теоретическая прочность.

§ 5. Дислокационный механизм пластической деформации.

Важно отметить, что дислокация никогда не обрывается внутри кристалла!

Рассмотрим механизм пластической деформации в идеальном кристалле (идеальный кристалл не содержит дефектов).

Возьмем идеальный кристалл, не подвергнутый деформации.

а) б) в)

где —плоскость сдвига,

— напряжение сдвига.

Возьмем идеальный кристалл, не подвергнутый деформации (рисунок а). Под действием происходит одновременное смещение всех атомов, лежащих выше плоскости сдвига (рисунок б). Далее имеет место разрыв всех межатомных связей, пересекающих плоскость и происходит сдвиг верхней части кристалла относительно нижней (рисунок в).

Напряжение, необходимое для разрыва всех межатомных связей, лежащих выше плоскости сдвига, называется теоретической прочностью.

Теоретической прочностью занимался Френкель.

— формула Френкеля.

где модуль сдвига

межатомное расстояние в направлении движения дислокации

межплоскостное расстояние

Для железа:

Для реального железа:

Для устранения такого сильного различия между этими напряжениями сдвига была создана теория дислокации, а также особые кристаллы: усы (кристаллы с одной единственной дислокацией).

§ 2. Дислокационный механизм пластической деформации.

Рассмотрим перемещения краевой дислокации.

Видно, что дислокация вышла на поверхность.

Нижние атомы 1 на рис.1 находятся в неустойчивом положении и под действием напряжения нижняя часть экстраплоскостиI может изгибаться (перемещаться) и таким образом установится связь между атомом 1 и атомом 1’. Произойдет разрыв связи между атомом 2 и 1’. Плоскость I станет сплошной (полной). Появится экстраплоскость II.

В процессе пластической деформации при перемещении дислокации происходит разрыв только одной межатомной связи в единицу времени. Для осуществления такого сдвига требуется значительно меньшее напряжение, чем в идеальном кристалле.

Если пройдет несколько дислокаций, то кристалл изменит свою форму необратимым образом.

Пластическая деформация в реальных кристаллах осуществляется движением дислокаций.

Влияние дефектов на физические свойства кристаллов

Кристалл — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц.

Физические свойства кристаллов

Окраска — некоторые кристаллы имеют настолько чистый и красивый цвет, что их используют как краски или лаки. часто их названия применяют в обиходной речи: изумрудно- зеленый, рубиново- красный, бирюзовый, аметистовый. Окраска минералов, один из основных диагностических признаков, не является ни постоянной, ни вечной. Присутствие элементов — примесей в химической формуле кристалла приводит к специфической окраске.

Прозрачность кристалла — качество, которое отличается большой изменчивостью: непрозрачный кристалл можно легко отнести к прозрачным. Основная часть бесцветных кристаллов относятся к этой группе. Прозрачность зависит от строения кристаллов — некоторые агрегаты и мелкие зерна гипса и слюды кажутся непрозрачными или просвечивающими, в то время как кристаллы прозрачны. Но если рассматривать с лупой маленькие гранулы и агрегаты, можно видеть, что они прозрачны.

Твердость – довольно легко поцарапать кристалл кальцита кончиком ножа, но сделать это с кристаллом кварца вряд ли получится — лезвие скользнет по камню не оставив царапины. Значит, твердость у этих двух минералов различная.

Можно оценить твердость упрощенным способом. Минералы с твердостью 1 легко царапается ногтем; при они жирные на ощупь. Поверхность минералов с твердостью 2 также царапается ногтем. Медная проволока или кусочек меди царапает минералы с твердостью 3. Кончик перочинного ножа царапает кристаллы до твердости 5; хороший новый напильник — кварц. Минералы с твердостью более 6 царапают стекло твердости 5. От 6 до 8 не берет даже хороший напильник; при таких попытках летят искры. Чтобы определить твердость, испытывают образцы с возрастающей твердостью, пока они под даются; затем берут образец, который очевидно, еще тверже. Противоположным образом надо действовать, если необходимо определить твердость минерала, окруженного породой, твердость которой ниже, чем у кристалла, нужного для образца.

Легко сделать вывод на основании того. скользит ли кристалл по поверхности другого или царапает ее с легким скрипом. Могут наблюдаться следующие случаи:

Твердость одинакова, если образец и кристалл взаимно не царапают друг друга.
Возможно, что оба кристалла друг друга царапают, поскольку верхушки и выступы кристалла могут быть тверже, чем грани или плоскости спайности. Поэтому можно поцарапать грань кристалла гипса или плоскость его спайности вершиной другого кристалла гипса.

Минерал царапает первый образец, а на нем делает царапину образец, а на нем делает царапину образец более высокого класса твердости. Его твердость находится посредине между используемые для сравнения образцами, и ее можно оценить в полкласса.

Теплопроводность. Если взять в руку кусок янтаря и кусок меди, покажется, что один из них теплее другого. Это впечатления обусловлено различной теплопроводностью данных кристаллов. Так можно различить стеклянные имитации драгоценных камней; для этого нужно приложить камушек к щеке, где кожа более чувствительна к теплу.

Магнетизм. Фрагменты или порошок некоторых минералов, в основном имеющих повышенное содержания железа, можно отличить от других сходных минералов с помощью магнита. Магнит и пирротин сильно магнитны и притягивают железные опилки. Некоторые минералы, например, гематит, приобретают магнитные свойства, если их раскалить докрасна.

Следующие свойства можно определить по тому, какие ощущения они вызывают у человека. На ощупь графит, и тальк кажутся гладкими, а гипс и каолин — сухими и шероховатыми. Растворимые в воде кристаллы, такие как галит, сильвинит, эпсомит, имеют специфический вкус — соленый, горький, кислый. Некоторые минералы, такие как сера, арсенопирит и флюорит обладают легко распознаваемый запахом, который возникает сразу при ударе по образцу.

Дефекты

Одномерные дефекты представляют собой дефекты кристалла, размер которых по одному направлению много больше параметра решетки, а по двум другим — соизмерим с ним. К линейным дефектам относят дислокации и дисклинации. Общее определение: дислокация — граница области незавершенного сдвига в кристалле. Дислокации характеризуются вектором сдвига и углом ф между ним и линией дислокации. При φ=0 дислокация называется винтовой; при φ=90° — краевой; при других углах — смешанной и тогда может быть разложена на винтовую и краевую компоненты. Дислокации возникают в процессе роста кристалла; при его пластической деформации и во многих других случаях. Их распределение и поведение при внешних воздействиях определяют важнейшие механические свойства, в частности, такие как прочность, пластичность, а также электропроводность и др. Дисклинация — граница области незавершенного поворота в кристалле. Характеризуется вектором поворота.

Двухмерный дефект — Основной дефект-представитель этого класса — поверхность кристалла. Другие случаи — границы зёрен материала, в том числе малоугловые границы, плоскости двойникования, поверхности раздела фаз и др.

Трехмерные дефект — объёмные дефекты. К ним относятся скопления вакансий, образующие поры и каналы; частицы, оседающие на различных дефектах, например, пузырьки газов, пузырьки маточного раствора; скопления примесей в виде секторов и зон роста. Как правило, это поры или включения примесей фаз. Представляют собой конгломерат из многих дефектов. Происхождение — нарушение режимов роста кристалла, распад пересыщенного твердого раствора, загрязнение образцов. В некоторых случаях, например, при дисперсионном твердении объемные дефекты специально вводят в материал, для модификации его физических свойств.

Точечный дефект − это локальное нарушение кристаллической структуры, размеры которого во всех трех измерениях сравнимы с одним или несколькими (немногими) межатомными расстояниями. К простейшим точечным дефектам относятся вакансии − отсутствие атома или иона в узле кристаллической решетки и межузельные внедренные атомы, находящиеся в пустотах кристаллической решетки. Важнейшей особенностью точечных дефектов в ионных и ковалентных кристаллах является то, что они могут быть как электрически нейтральны, так и иметь заряд. Однако в целом кристалл остается электрически нейтрален. Условие электронейтральности обеспечивается образованием равного количества положительно и отрицательно заряженных дефектов, образованием сложных дефектов или свободных электронов и дырок.

Влияние дефектов на физические свойства кристаллов.

Несомненно, каждый реальный кристалл обладает всеми перечисленными и его свойства в связи с этим должны существенно отличаться от свойств идеализированных кристаллов. Дефекты структуры действительно оказывают сильное влияние на многие свойства кристаллов. К ним относятся твердость, электропроводность. Эти свойства получили названия структурно чувствительных. Однако часто оказывается, что ответственным за какое — либо определенное свойство реального кристалла является один тип дефектов. Это может быть обусловлено тем, что какой — либо дефект присутствует в гораздо большей концентрации чем прочие, либо же тем что на данное свойство прочие дефекты влияют в значительно меньшей степени.

Одним из типов дефектов, являются точечные дефекты, при которых недостает одного атома в узле кристаллической решетки обычно занимает таким атомом окружающие атомы медленно перемещаются в направлении к этому незанятному узлу. Вакансии образуются в результате термического возбуждения, при этом число вакансий на единицу объема в металл приблизительно равно числу атомов на единицу объема пара находящимся в равновесии с данным кристаллом. В больших количествах вакансии могут возникать под действием рентгеновских лучей.

Вследствие нарушения равновесных условий роста и захвата примесей при кристаллизации, а также под влиянием различного рода внешнего воздействия идеальная трехмерно — периодическая атомная структура.

Точечные дефекты являются причиной возникновения центр окрашивания кристаллов, например, мелкокристаллические порошки хлорид натрия при нагревании в парах натрия приобретают зеленовато — желтую окраску.

Избыточные ионы натрия остаются на поверхности, электроны диффундируют в объемах кристалла ионы хлора диффундируют к поверхности, оставляя равное количество анионных вакансий, обладающих эффективным положительным зарядом

Так кристаллы хлорида натрия приобретают одинаковую зеленовато — желтую окраску при нагревании их как в парах натрия, так и в парах кальция.

Литература:

http://www.jewellery.org.ua/stones/games09.htm
http://dssp.petrsu.ru/p/tutorial/ftt/Part3/part3_2.htm

Основные термины (генерируются автоматически): дефект, кристалл, твердость, кристаллическая решетка, минерал, свойство, граница области, желтая окраска, реальный кристалл, физическое свойство кристаллов.

4.4 Объёмные дефекты кристаллической решетки.

К объёмным, или трехмерным дефектам кристаллической решетки относятся трещины и поры.

Наличие трещин резко снижает прочность как материалов, поэтому они являются крайне нежелательными дефектами. Это связано с тем, что острые края трещин являются концентраторами напряжений. Причем в металлических материалах при одинаковой геометрии трещин прочность как правило остается выше, чем в неметаллических. Природа этого различия состоит в том, что в металлических материалах в области концентрации напряжений происходит пластическая деформация материала, приводящая к затуплению трещин. В неметаллических непластичных материалах затупления острых краев трещин не происходит и трещина быстро развивается.

Присутствие в материале пор также снижает прочность металлических материалов, поскольку уменьшается истинное сечение деталей. В неметаллических материалах влияние пор на свойства материала неоднозначно. Крупные поры снижают прочность материала, поскольку уменьшается сечение изделий. В то же время мелкие поры могут повышать прочность материалов. Это связано с тем, что при возникновении пор появляется свободная поверхность. У атомов, находящихся на свободной поверхности, количество соседей резко отлично от количества соседей атомов в глубинных слоях материала, следовательно, энергия атомов на поверхности материала повышена. Поверхностной энергии является причиной появления поверхностного натяжения. Таким образом, на атомы, находящиеся на поверхности пор, действуют сжимающие напряжения. Неметаллические материалы с ионной или ковалентной связью между атомами хорошо сопротивляются действию сжимающих и плохо противостоят действию растягивающих напряжений. При всех реальных схемах нагружения (например, изгиб) в материале возникают как растягивающие, так и сжимающие напряжения. При наличии пор сжимающие напряжения на их поверхности компенсируют внешние растягивающие напряжения. Поэтому присутствие мелких пор ведет к росту прочности неметаллических материалов.

Поскольку энергия атомов на поверхности объёмных дефектов повышена, то они являются источником вакансий. При нагреве трещины и поры как бы «испаряются», превращаясь в вакансии. При охлаждении вакансии вновь «конденсируются». При «конденсации» вакансионного «пара» система стремится к минимуму энергии, а следовательно, к минимуму поверхностной энергии. Таким образом, при нагреве и последующем охлаждении острые трещины превращаются в сферические поры, то есть за счет чередования нагрева с охлаждением можно превращать опасные трещины в менее опасные поры.

Уменьшение сечения материала при наличии пор и трещин, а также искажение кристаллической решетки вблизи их поверхности приводит к повышению удельного электросопротивления металлических материалов. В неметаллических материалах наличие объёмных дефектов снижает удельное электросопротивление вследствие повышения подвижности ионов по вакансиям в материалах с ионной связью и облегчения выхода электронов в материалах с ковалентной связью.

4.5 Энергетические дефекты кристаллической решетки.

Один или несколько атомов в кристаллической решетке могут обладать повышенной энергией. В этом случае говорят об энергетических дефектах кристаллической решетки. К энергетическим дефектам решетки относятся: дырки дополнительно ионизированные ионы, дислоцированные электроны, пары электрондырка или экситоны (возбужденные атомы), фононыкванты колебаний кристаллической решетки.

При поглощении ионом энергии, достаточной для отрыва электрона и образования дырки, но недостаточной для переноса электрона на относительно большое расстояние от дырки, возникает пара электрон-дырка, или экситон. Экситоны электрически нейтральны, поэтому их движение не приводит к переносу заряда, однако перемещение экситонов ведет к переносу энергии. При взаимной аннигиляции дырки и электрона выделяется квант электромагнитной энергии, который, поглощаясь каким-либо ионом, вновь приводит к образованию экситона. Поскольку в состав экситона входит свободный электрон, то при появлении в кристаллической решетке экситонов прозрачность кристалла для электромагнитного излучения падает.

В процессе тепловых колебаний атомы связно смещаются относительно положений равновесия. По кристаллу движутся упругие волны теплового возбуждения. Подобно тому, как волны электромагнитного излучения трактуются с точки зрения квантовой физики как частицы фотоны, тепловые волны можно рассматривать как квазичастицы упругих колебанийфононы. Перемещение фононов приводит к переносу тепловой энергии и определяет теплопроводность материалов. В металлических материалах подвижность фононов существенно выше по сравнению с неметаллическими. Это связано с тем, что смещение положительно заряженного иона из положения равновесия вызывает локальное изменение электрического поля и смещение электронов. В свою очередь, смещение электронов приводит к смещению ионов. В итоге электронфононного взаимодействия подвижность фононов, а следовательно, и теплопроводность металлических материалов оказывается существенно выше, чем у неметаллических материалов. Любое изменение структуры металлических материалов, приводящее к затруднению распространения электронных волн (легирование, измельчение зерен, повышение плотности дислокаций), соответственно понижает теплопроводность металлических материалов.

Дефекты кристаллического строения

Идеальные кристаллы в природе не встречаются. Реальные кристаллы, в том числе металлы, всегда имеют отклонения от правильного строения, или дефекты.

Дефекты кристаллического строения классифицируют по геометрическому признаку – по размерам. Различают точечные, линейные, поверхностные и объемные дефекты.

1) Точечными называют дефекты, которые малы во всех трех пространственных направлениях, т. е. соизмеримы с межатомным расстоянием. Это вакансии, межузельные атомы, примеси замещения и внедрения.

Вакансия – это отсутствие атома в узле кристаллической решетки, «пустое место». Атомы вокруг вакансии сближаются, так как в этом месте F_пр > F_отт. Кристалл как бы сжимается, стремится «залечить» дефект (рис. 6, а).

Вакансии играют огромную роль в процессах диффузии: они способствуют движению атомов внутри металла.

Число их растет с увеличением температуры: атомы с поверхности металла могут улетать, получив дополнительную энергию, а образовавшиеся вакансии продвигаются вглубь металла.

Межузельный атом – это собственный, «родной» атом металла, выбитый из узла. Их всегда меньше, чем вакансий. Вокруг межузельного атома соседи раздвигаются: здесь F_отт > F_пр (рис. 6, б).

Примесной атом, или примесь – это атом другого, «чужого» вещества, попавшего в металл (обычно из руды при выплавке). Примесные атомы могут замещать собственные в узлах кристаллической решетки (примесь замещения) или занимать поры между ними (примесь внедрения). Примесные атомы искажают решетку сильнее, чем собственные межузельные (рис. 7).

Из всех точечных дефектов существенное влияние на прочность металла оказывают только примеси, особенно примеси внедрения. Они затрудняют пластическую деформацию металла, поэтому повышают прочностные характеристики.

Рис. 7. Точечные дефекты: примесные атомы

2) Линейными называют дефекты, которые малы только в двух пространственных направлениях, а в третьем имеют протяженность в тысячи и миллионы межатомных расстояний. Эти дефекты называют дислокациями. Дислокации бывают краевые, винтовые и смешанные.

Краевая дислокация – это область под краем незавершенной, недостроенной атомной плоскости в металле. (Можно сказать и «над краем», так как понятия «низ» и «верх» в тонкой структуре металла не имеют значения.) Недостроенная плоскость является как бы «лишней», нарушающей идеальную структуру металла (рис. 8, а). Ее называют экстра-плоскостью.

Краевая дислокация может возникнуть при воздействии силы P, деформирующей кристалл: в верхней части кристалла сдвиг прошел до линии AB, а левее этой линии кристалл остался недеформированным. Возникла экстра-плоскость, край ее AB и есть линия краевой дислокации (рис. 8, б).

У края экстра-плоскости создается разрежение атомов, поэтому ближайшие к нему атомы сдвигаются в сторону отсутствующего ряда. Решетка здесь стремится сжаться, «закрыть» дефект. Область искажения решетки мала в двух направлениях, а в третьем может проходить через весь кристалл. Можно представить краевую дислокацию как трубку диаметром в 2-3 межатомных расстояния, но очень большой длины. В эту разреженную область должны стремиться атомы примесей, так как это энергетически выгодно.

Винтовая дислокация подобна винтовой лестнице; это атомная плоскость, закрученная в спираль и ставшая винтовой поверхностью.

Условно можно представить, что винтовая дислокация возникает, если надрезать кристалл до какой-то прямой AB, а затем сдвинуть одну надрезанную половинку вниз относительно другой на одно межатомное расстояние. В области надреза образуется ступенька на каждой атомной плоскости. Получается, что весь кристалл представляет собой винтовую поверхность, «закрученную» вокруг линии AB (рис. 9).

Чаще всего встречаются смешанные дислокации: краевая и винтовая переходят одна в другую. На рис. 10 AB – линия смешанной дислокации.

Количество дислокаций в металле характеризуют их плотностью. Плотность дислокаций ρ – это суммарная их длина в единице объема:

Дислокации возникают при зарождении и росте кристаллов, а также при деформации.

Дислокации играют важнейшую роль в теории прочности, пластичности и разрушения металлов. Влияние их на прочность неоднозначно: с появлением дислокаций прочность идеального кристалла резко снижается, но при очень большой их плотности снова начинает расти (рис. 11).

Рис. 11. Влияние плотности дислокаций на прочность:

1 – идеальный кристалл; 2 – «усы», кристаллы с минимальной плотностью дефектов;

3 – отожженные металлы; 4 – сильно деформированные металлы

с высокой плотностью дислокаций

3) Поверхностными называют дефекты, которые малы в одном направлении, а в двух других – намного больше межатомного расстояния. Это границы зерен в поликристаллах, границы субзерен и двойников:

Угол разориентировки между двумя соседними зернами может быть любым, а между двумя субзернами в зерне – не более 6º.

Рис. 12. Поверхностные дефекты: границы зерен, субзерен и двойников

Очень важно хорошо представлять, что граница зерна – это не «стена» из чего-то между соседними зернами и не пустота между ними. Это область, где нарушается строго упорядоченное строение металла: атомные плоскости в одном зерне не имеют продолжения в соседнем, там атомные плоскости расположены в другом направлении.

Надо также не забывать, что границы зерен – не линии, хотя именно так мы видим их на отполированной и протравленной поверхности металла. Это поверхности раздела между зернами, представляющими собой неправильные многогранники. Каждое зерно как бы «завернуто» в свою границу.

Влияние поверхностных дефектов на прочность металла велико: границы зерен и субзерен являются препятствиями для развития деформации, а значит – упрочняют металл. Чем больше поверхность границ в единице объема, тем прочнее металл.

4) Объемные дефекты во всех трех измерениях намного больше межатомного расстояния. Это раковины, поры, зародыши трещин, неметаллические включения. Все объемные дефекты являются очагами возможного разрушения, т. е. влияют на прочность отрицательно.

Возможно, причиной катастрофы «Титаника» послужили неметаллические включения в заклепках, соединявших листы корпуса (сварные корпуса тогда еще не делали). Пробоина от столкновения с айсбергом была не так велика, чтобы судно затонуло. Но его корпус разломился практически пополам. Исследователи нашли, что 15 % из сохранившихся заклепок имели значительные неметаллические включения, следовательно, могли разрушиться при ударе. Поэтому гибель корабля была такой стремительной.

Лекция 3

Дефекты кристаллической решетки — Объёмные дефекты кристаллической решетки

Объёмные дефекты кристаллической решетки

К объёмным, или трехмерным дефектам кристаллической решетки относятся трещины и поры. Наличие трещин резко снижает прочность как материалов на металлической основе, так и неметаллических материалов. Это связано с тем, что острые края трещин являются концентраторами напряжений. Важно отметить, что при одинаковой геометрии трещин пластичность металлических материалов остается выше, чем неметаллических. Природа этого различия состоит в том, что в металлических материалах в области концентрации напряжений облегчается генерация дислокаций, и пластическая деформация материала приводит к затуплению трещин. В неметаллических материалах кристаллическая решетка упакована неплотно, подвижность дислокаций невелика, следовательно, затупление острых краев трещин за счет пластической деформации невозможно.

Присутствие в материале пор также снижает прочность металлических материалов, поскольку уменьшается истинное сечение деталей. В неметаллических материалах влияние пор на свойства материала не столь однозначно. Крупные поры снижают прочность материала, поскольку уменьшается сечение изделий. В то же время мелкие поры могут повышать прочность материалов. Это связано с тем, что при возникновении пор появляется свободная поверхность. У атомов, находящихся на свободной поверхности, количество соседей резко отлично от количества соседей атомов в глубинных слоях материала, следовательно, энергия атомов на поверхности материала повышена. Первая производная поверхностной энергии по расстоянию является поверхностным натяжением. Таким образом, на атомы, находящиеся на поверхности пор, действуют сжимающие напряжения. Неметаллические материалы с ионной или ковалентной связью между атомами хорошо сопротивляются действию сжимающих и плохо противостоят действию растягивающих напряжений. При всех реальных схемах нагружения (например, изгиб) в материале возникают как растягивающие, так и сжимающие напряжения. При наличии пор сжимающие напряжения на их поверхности компенсируют внешние растягивающие напряжения. Поэтому присутствие мелких пор ведет к росту прочности неметаллических материалов.

Мерная посуда

В количественной химии часто необходимо проводить измерения объема с погрешностью порядка 0,1%, одна часть на тысячу. Это предполагает использование стеклянной посуды, которая может содержать или обеспечивать объем, известный до нескольких сотых миллилитра, или около нуля.01 мл. Затем можно указать количества, превышающие 10 мл, до четырех значащих цифр. Стеклянная посуда, разработанная для такого уровня точности и точности, стоит дорого и требует некоторого ухода и навыков для получения наилучших результатов. Распространены четыре основных типа мерной посуды: мерный цилиндр, мерная колба, бюретка и пипетка. Они имеют конкретное применение и будут обсуждаться индивидуально. Однако есть некоторые моменты, общие для всех типов. Это касается чистоты и правильного чтения томов.Чистота важна для хороших результатов. Химически чистое стекло поддерживает равномерную водяную пленку без видимых висящих капель. Когда закончите, тщательно промойте стеклянную посуду деионизированной водой. Если у вас есть какие-либо подозрения, вымойте его перед использованием. С некоторыми типами стеклянной посуды можно «кондиционировать» устройство, промывая его несколькими небольшими порциями раствора, который будет измеряться, перед проведением фактической работы. Это предотвращает разбавление раствора каплями воды и изменение концентрации.Более подробно о том, как это сделать, будет рассказано при обсуждении отдельных предметов из стекла. Вся мерная посуда калибруется с маркировкой, используемой для определения удельного объема жидкости с разной степенью точности. Для точного считывания этого объема нижняя часть изогнутой поверхности жидкости, мениск, должна располагаться на линии разметки желаемого объема. Часто мениск легче увидеть, если положить за аппарат белую бумагу или карточку. Если ваш глаз находится выше или ниже уровня мениска, ваши показания будут неточными из-за явления параллакса.Смотрите на мениск на уровне, перпендикулярном глазу, чтобы избежать этого как источника ошибки.

TC по сравнению с TD

Некоторые мерные изделия из стекла имеют этикетку « TC 20 ° C», что означает « для содержания при 20 ° C». Это означает, что при 20 ° C эта колба будет иметь точно указанный в ней объем. Если бы вам пришлось выливать жидкость, вам нужно было бы вылить из нее каждую каплю, чтобы получить такой объем. В качестве альтернативы, некоторые мерные стеклянные изделия имеют этикетку « TD 20 ° C», что означает « для доставки при 20 ° C».»Это означает, что при 20 ° C именно указанный объем оставит его, когда содержимому позволят вытечь из емкости. Нет необходимости собирать все до последней капли и, фактически, неточно выдувать последнюю каплю. из объемной пипетки.

Градуированные цилиндры

Большинство студентов знакомы с градуированными цилиндрами, которые используются для измерения и дозирования известных объемов жидкостей. Они изготавливаются с учетом измеренного объема с погрешностью от 0,5 до 1%. Для градуированного цилиндра на 100 мл это будет ошибка 0.От 5 до 1,0 мл. Измерения, выполненные с помощью градуированного цилиндра, могут быть представлены до трех значащих цифр.

Рисунок 1

Мерные колбы

Посмотрите фильм об использовании мерной колбы. Мерная колба, доступная в размерах от 1 мл до 2 л, предназначена для хранения определенного объема жидкости, обычно с допуском в несколько сотых миллилитра, что составляет около 0,1% вместимости колбы. На узкой части горлышка колбы нанесена калибровочная линия.Он заполнен жидкостью, поэтому дно мениска находится на этой гравированной линии. Калибровочная линия специфична для данной колбы; набор колб, предназначенных для хранения одного и того же объема, будет иметь линии в разных положениях.

Рисунок 2

Мерные колбы используются для приготовления растворов с очень точно известной концентрацией. Есть два способа сделать это. Можно начать с твердого растворенного вещества или с концентрированного исходного раствора. При работе с твердым растворенным веществом материал взвешивают с желаемой точностью и осторожно и полностью переносят в мерную колбу.Если растворенное вещество теряется при переносе, фактическая концентрация полученного раствора будет ниже расчетного значения. Поэтому твердое вещество взвешивают в химическом стакане или другой стеклянной посуде, которую можно промыть растворителем, обычно водой, и переносят в колбу. Добавляется дополнительный растворитель, но его недостаточно для заполнения широкой части колбы. Растворенное вещество растворяется при вращении колбы или при ее закрытии и повторном переворачивании. После растворения растворенного вещества добавляют еще растворитель, чтобы довести объем до отметки на колбе.Последнюю порцию нужно добавлять очень осторожно, по каплям, чтобы нижняя часть мениска оказалась на отметке. Затем колбу закрывают пробкой и несколько раз переворачивают, чтобы полностью перемешать раствор. При разбавлении основного раствора желаемый объем раствора переносится в колбу с помощью пипетки. Затем добавляют растворитель, как описано выше. Очевидно, что концентрация исходного раствора должна быть известна с точностью до такого количества значащих цифр, которое требуется для разбавленного раствора. Также передаваемый объем должен быть известен желаемым числом значащих цифр.Никогда не наполняет мерную колбу растворителем, а затем добавляет растворенное вещество. Это приводит к переполнению колбы, и объем не будет известен точно. Иногда перед добавлением растворенного вещества полезно иметь немного растворителя в колбе. Это хорошая практика при работе с летучими растворенными веществами. Мерные колбы не используются для хранения растворов. После приготовления раствора его переливают в чистую бутылку или стакан с этикеткой. Затем колбу промывают и хорошо ополаскивают. Последние несколько полосканий следует проводить деионизированной водой.

Бюретки

Бюретка представляет собой длинную узкую трубку с краном в основании.Он используется для точного дозирования различных объемов жидкостей или растворов. Он градуируется с шагом 0,1 мл, с отметкой 0,00 мл вверху и отметкой 50,00 мл внизу. Обратите внимание, что отметки не доходят до крана. Следовательно, бюретка фактически вмещает более 50,00 мл раствора. Также доступны бюретки с объемом жидкости 25,00 мл и 10,00 мл.

Рисунок 3

Посмотрите фильм о чистке и кондиционировании бюретки.Для оптимальной точности и предотвращения загрязнения бюретка должна быть чистой. Чтобы проверить бюретку на чистоту, закройте ее кран и налейте в нее небольшой объем (5-10 мл) деионизированной воды. Держите бюретку под наклоном, почти параллельно поверхности стола. Медленно поверните бюретку и позвольте жидкости покрыть ее внутреннюю поверхность. Затем держите его вертикально; жидкость должна осесть листами на дно бюретки, не оставляя капель на внутренних стенках. Если на стенках образуются капли, вымойте изнутри мыльным раствором и ополосните дистиллированной или деионизированной водой.Повторите тест на чистоту. Непосредственно перед использованием бюретку следует «кондиционировать», чтобы удалить приставшую к внутренним стенкам воду. Добавьте в бюретку ~ 5 мл жидкости, которая будет использоваться. Промойте стенки бюретки, затем слейте жидкость через кран. Повторите со вторым объемом жидкости. Теперь бюретку можно заполнить раствором. Делайте это осторожно и не допускайте попадания пузырьков воздуха в трубку. Вам может понадобиться небольшая воронка. Уровень жидкости может быть выше отметки 0,00 мл. Закрепите заполненную бюретку на месте, если это не было сделано до заполнения; Иногда при наполнении бюретку легче удерживать.Откройте запорный кран и слейте достаточно жидкости, чтобы заполнить кончик бюретки. Имейте под рукой стакан для отработанного раствора для этой и подобных операций. В трубке или на кончике бюретки не должно быть пузырьков. Это приведет к ошибкам в объеме. Если в трубке есть пузырьки, осторожно постучите по бюретке, чтобы освободить их. Используйте кран, чтобы выдавить пузыри из наконечника. Может потребоваться опорожнение и повторное наполнение бюретки. Посмотрите фильм о титровании. Когда бюретка станет чистой и без пузырьков, слейте жидкость до тех пор, пока мениск (дно изогнутой поверхности жидкости) не станет равным нулю или немного ниже него.Марка 00 мл. Нет необходимости точно выравнивать мениск на отметке 0,00 мл, так как разница между начальным и конечным объемами является желаемым измерением. Если на кончик бюретки прилипла капля жидкости, удалите ее, осторожно прикоснувшись кончиком к стеклянной поверхности, например к краю стакана для отходов, или протерев ее салфеткой Kimwipe. Объем капли составляет около 0,1 мл, что соответствует размеру деления бюретки. Найдите дно мениска и измерьте уровень жидкости в бюретке с точностью до нуля.01 мл в этот момент. Это потребует небольшой практики. Помните, вы читаете сверху вниз. Запишите это значение как начальный объем. Хотя сложно «читать между строк», помните, что последняя цифра измерения, как ожидается, будет иметь некоторую неопределенность! Одну пятую (1/5) деления (0,02 мл) можно воспроизводимо оценить, если мениск находится между отметками калибровки, после небольшой практики. Теперь налейте нужную жидкость. Если вы используете бюретку для измерения заданного количества жидкости, определите, какими должны быть окончательные показания, чтобы получить это количество.Медленно налейте жидкость в приемный сосуд. Помните, что в чистой бюретке вода будет покрывать внутренние стенки и медленно стекать. После закрытия крана зацепиться висит капельку в приемном сосуде. На данный момент это часть измерения, поэтому не кладите его в контейнер для отходов. Подождите несколько секунд, пока мениск стабилизируется, затем считайте и запишите окончательный объем с точностью до 0,01 мл. Разница между начальным и окончательным показаниями — это выданный вами объем. При использовании бюретки легче работать с точным распределенным объемом, чем пытаться выдать точный объем.Помня об этом, планируйте свою работу. Хотя бюретки иногда используются в качестве дозаторов, они гораздо чаще используются в процедурах, называемых титрованием. При титровании стараются максимально точно определить точку эквивалентности. Обычно это связано с первым стойким изменением цвета индикатора. Немного попрактиковавшись, можно дозировать фракции капель (менее 0,1 мл) в сосуд для титрования и воспроизвести результаты с точностью до 0,10 мл или меньше. Посмотрите фильм о чистке бюретки.По окончании использования бюретки слейте оставшуюся жидкость и тщательно очистите ее. Завершите несколько полосканий деионизированной водой, включая запорный кран и наконечник. Если растворенное вещество высыхает в бюретке, его может быть очень сложно удалить. Зажмите бюретку зажимом бюретки вверх дном с открытым краном, чтобы она высохла для следующего лабораторного сеанса.

Пипец

Посмотрите фильм о технике пипетирования. Пипетки предназначены для подачи известного объема жидкости. Их объемы варьируются от менее 1 мл до примерно 100 мл.Есть несколько типов, которые различаются по точности и по типу задачи, для которой они оптимальны.

Рисунок 4

Мерные пипетки предназначены для хранения одного определенного объема. Этот тип пипетки представляет собой узкую трубку с «пузырем» в центре, сужающийся конец для подачи жидкости и единственную градуировочную отметку рядом с верхом (напротив сужающегося конца) трубки. Объемные пипетки, иногда называемые переносными пипетками, являются наиболее точными пипетками.Обычно они обеспечивают указанный объем ± 0,1%, погрешность в несколько сотых миллилитра.
Большинство мерных пипеток имеют маркировку TD (доставить) и опорожняются самотеком. Если на кончике пипетки осталась капля, ее осторожно касаются приемного сосуда, чтобы слить оставшуюся жидкость, или протирать салфеткой Kimwipe. Пипетка этого типа , а не , предназначена для вытеснения остаточной жидкости продувкой.
Пипетки Мора , также называемые мерными пипетками, представляют собой прямые трубки с градуировкой (обычно на 0.Интервалы 10 мл) и сужающийся конец. Пипетки Мора не предназначены для полного опорожнения. Оператор наполняет их до определенного уровня, а затем отпускает желаемое количество жидкости. Они очень похожи на бюретки и могут использоваться для титрования малых объемов. Это

Объемный КПД

Применение: автомобили на базе GM V8
Таблицы и программы для использования:

Гистограмма сканера VCM: Это графический инструмент, используемый для записывайте процесс LTFT, STFT в реальном времени. Эта программа будет вам основанием для того, где, когда и сколько нужно менять на VE Таблица. Гистограммы сканера построены так, чтобы отразить фактическое значение VE. таблица с использованием MAP и RPM для оси.Настройка гистограммы сканера к «среднему значению» вычислит любые переходные значения во время процесс обучения.
VCM Editor Таблица VE: В зависимости от типа транспортного средства вы будете использовать либо первичную таблицу VE, либо вторичную таблицу VE (без MAF датчик присутствует).
VE Таблица: Эта таблица используется для определения массы воздуха на цилиндр в случае отказа массового расхода воздуха, а также для обеспечения основного воздушного потока значение для проверки сбоя массового расхода воздуха.Он также используется для предоставления Корректировка переходных режимов основной воздушной массы VCM расчеты. Хотя это не совсем таблица VE в в традиционном смысле для удобства он отображается в%.
LTFT: — это сокращение от Long Term Fuel Trim. Это VCM способность со временем вносить необходимые корректировки в соотношение воздух-топливо путем мониторинга датчиков O2 на складе автомобилей.
Корректировки, отображаемые в сканере, представляют собой поправку + -% к значения в таблице VE, ноль — без изменений.Эти исправления хранятся в плунжере VCM и останутся там, пока вы не удалите питание от VCM или принудительный сброс через сканер.

VCM обучается в режиме подачи топлива с обратной связью. Держа двигатель в в этом режиме вы можете покрыть достаточно мест на гистограмме, чтобы получить общий вид настройки ваших двигателей. Сделайте медленные изменения дроссельной заслонки и попытайтесь найти как можно больше мест в таблице гистограмм.
Покрытие каждого отдельного места не требуется, да и невозможно как таблица VE охватывает области, в которых двигатель никогда не обкатится.
Вы не хотите, чтобы двигатель переходил в режим обогащения мощности, поскольку это отключит подачу топлива в замкнутом контуре.

LTFT использует ячейки для «покрытия» таблицы VE. Текущая ячейка в использование называется топливной регулировочной ячейкой (FTC). Всего 16 ячеек (0 — 15). Ячейки 20,21,22 используются VCM, когда он не хочет внесите постоянную коррекцию в значения таблицы VE (примеры могут be Decel Fuel Cutoff, Power Enrich Fuel Fuel, угольная продувка канистры выкл).

Контролируя текущий номер ячейки LTFT (FTC) в сканере, вы можете решить, когда игнорировать поправку LTFT.Делать не использовать зарегистрированные гистограммы поправки для ячеек 20,21,22.

Ячейки LTFT «помещаются» в таблицу VE с помощью LTFT Low, Mid Высокие границы на вкладке «Топливо замкнутого контура».
Границы частоты вращения на образце: 1300 об / мин, 2500 об / мин, 3500 об / мин. RPM
Границы карты на образце: 32 кПа, 56 кПа, 80, кПа

Графическое представление этой схемы показано на рисунке. ниже.
Граничные значения частоты вращения показаны красным, граничные значения MAP показаны синим цветом.Линии предназначены только для отображения и не появляются в таблице VE.

Ячейки LTFT также «помещаются» в таблицу LTFT гистограммы с помощью границы LTFT Low, Mid High на вкладке Closed Loop Fuel. А графическое представление этой схемы показано на рисунке ниже.
Границы частоты вращения на образце: 1300 об / мин, 2500 об / мин, 3500 об / мин. RPM
Границы карты на образце: 32 кПа, 56 кПа, 80, кПа

Граничные значения числа оборотов в минуту показаны красным, граничные значения MAP показаны синим цветом.Линии предназначены только для отображения и не отображаются на гистограмме.

STFT: означает краткосрочную корректировку топливоподачи. Это VCM способность быстро вносить необходимые корректировки в соотношение воздух-топливо путем наблюдение за датчиками O2 автомобильного парка.
Поправки STFT — это мгновенные поправки и не использовать клетки, и это не постоянная коррекция.

Гистограмма STFT отслеживает эти изменения, поэтому у вас нет к.Коррекции, отображаемые в сканере, представляют собой коррекцию + -%. значениям в таблице VE, ноль — без изменений. Они должны быть считается «точной настройкой» для настроек ячейки LTFT. Видеть как LTFT основан на ячейках и покрывает большую часть таблицы VE, STFT исправляет условия в этих ячейках.

После того, как вы зарегистрировали достаточно данных, пришло время взглянуть на какие изменения нужно внести. Это потребует рассмотрения как данные LTFT и STFT для каждой ячейки.
Значения LTFT — это ваш индикатор того, сколько ошибок в вашем Таблица объемного КПД. Если Block Learn на 0%, все в самый раз. Если ваш STFT отличается от 0 более чем на 3%, LTFT ценность по-прежнему «обучение». Двигатель считается хорошо настроенным, чтобы иметь Значения LTFT от + до 4%. Не каждый мотор может этого добиться хотя.

Изо дня в день в обучении всегда будет 2-4% изменений. Погода, топливо и динамика двигателя довольно сильно различаются. Это VCM работа, чтобы изучить эти исправления, поэтому не тратьте время на попытки уменьшите число LTFT до 0 и оставайтесь там навсегда.Будет никогда не случится.

Поправки таблицы VE могут быть получены с помощью следующих формула:

(+ -LTFT%) + (+ -STFT%) = Окончательный% изученного

Если значение вашей гистограммы LTFT при 1600 об / мин, 30 кПа Карта равно +7, а соответствующее значение STFT равно -2, ваша общая поправка на топливо в% составляет +5. Использовать примерно 1/2 коррекции (2,5%) ячейки таблицы VE при 1600 об / мин 30 кПа Карта, чтобы избежать перерегулирования.

Повторите этот процесс для любого значения гистограммы LTFT, выходящего за пределы + — 4% диапазона.После перепрошивки VCM новой таблицей VE используйте функция VCM Controls для сброса топливных корректировок перед запуском запись новых данных. Это даст вам «чистый лист» для работы. с.

На регистрацию LTFT у вас уйдет лучшая часть дня, внесите исправления в таблицу VE, затем проверьте результаты на гистограмма снова.

Это потребует от вас отключить процесс LTFT.
Использование этого метода требует, чтобы ваша таблица VE составляла не более 10%. выкл.Если ваша таблица VE выходит за рамки этого, начните с метода LTFT первый.

В зависимости от модели вы можете включить опцию LTFT. в положение «Выкл.» или установите минимальную температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) LTFT на ее максимальное значение. Когда вы будете готовы начать процесс сканирования, чтобы запишите данные гистограммы, используйте функцию VCM Controls для сброса топливные планки.

Это позволит VCM выполнить коррекцию STFT, но не выполнить LTFT исправления.
Преимущество этого в том, что вам нужно использовать только таблицу STFT на гистограмму, чтобы получить значения поправки в% топлива.У тебя больше нет для вычисления (+ -LTFT%) + (+ -STFT%) или отслеживания LTFT номер используемой ячейки.

На регистрацию STFT у вас уйдет примерно ½ времени. внесите исправления в таблицу VE, затем проверьте результаты на гистограмма снова.

Ваши исправления в ячейках таблицы VE — ошибка + -% STFT.
Опять же, двигатель считается хорошо настроенным и имеет значения STFT между + — 4%. Однако не каждый мотор может этого добиться.

Не забудьте снова включить LTFT, когда закончите.

По мере изменения условий транспортного средства используемая ячейка таблицы VE будет менять. Плавная таблица VE поможет при смене заправки автомобиля. А неустойчивый стол VE приведет к нерегулярной заправке.

При внесении изменений в таблицу VE попробуйте изменить окружающие ячеек, чтобы помочь сохранить поток таблицы VE. это маловероятно для близких рабочих диапазонов вашего двигателя резко по объему, и поэтому ваш стол не должен или.Переходы по обрывам, гребням, шипам и другим неустойчивым данные вашей таблицы VE могут привести к менее желаемым результатам.