Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

МАТЕРИАЛОВЕ́ДЕНИЕ

  • рубрика

    Рубрика: Химия

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 19. Москва, 2011, стр. 360-362

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Ю. Д. Третьяков, Ю. Г. Метлин

МАТЕРИАЛОВЕ́ДЕНИЕ, ком­плекс фун­да­мен­таль­ных на­уч. зна­ний и тех­но­ло­гич. приё­мов, на­прав­лен­ных на соз­да­ние ма­те­риа­лов, удов­ле­тво­ряю­щих по­треб­но­сти че­ло­ве­ка. Под об­щим тер­ми­ном «ма­те­риа­лы» в М. обыч­но под­ра­зу­ме­ва­ют про­стые или слож­ные ве­ще­ст­ва, их сме­си, ге­те­ро­ген­ные ком­по­зи­ции, ис­поль­зуе­мые или при­год­ные к ис­поль­зо­ва­нию для ре­ше­ния прак­тич. за­дач. Пред­ме­том М. яв­ля­ет­ся ус­та­нов­ле­ние за­ко­но­мер­но­стей взаи­мо­свя­зей «со­став – струк­ту­ра (элек­трон­ная, атом­ная, на­но-, ме­зо-, мик­ро-, мак­ро-) – тех­но­ло­гия по­лу­че­ния – функ­цио­наль­ные (ме­ха­нич., тер­мич., элек­трич., маг­нит­ные, оп­тич. и др.) свой­ст­ва» ма­те­риа­ла, а так­же на­прав­лен­ное со­вер­шен­ст­во­ва­ние свойств уже из­вест­ных ма­те­риа­лов и соз­да­ние но­вых ма­те­риа­лов с за­дан­ны­ми свой­ст­ва­ми. За­да­чи, ре­шае­мые совр. М., пре­до­пре­де­ля­ют раз­ви­тие энер­ге­ти­ки, элек­тро­ни­ки, ин­фор­ма­ци­он­ных и на­но­тех­но­ло­гий, хи­мич. и др. от­рас­лей пром-сти, транс­пор­та, ме­ди­ци­ны и здра­во­охра­не­ния.

Ос­но­во­по­ла­гаю­щая чер­та совр. М. – меж­дис­ци­п­ли­нар­ность, по­сколь­ку стоя­щие пе­ред ним за­да­чи не мо­гут быть ре­ше­ны в рам­ках од­ной на­уч. дис­ци­п­ли­ны. Фун­да­мен­том совр. М. яв­ля­ют­ся та­кие раз­де­лы фи­зи­ки, хи­мии и био­ло­гии, как ста­ти­стич. фи­зи­ка, тер­мо­ди­на­ми­ка и ки­не­ти­ка (осн. об­лас­ти ис­сле­до­ва­ния – диа­грам­мы со­стоя­ния, твер­до­фаз­ные пре­вра­ще­ния, ста­биль­ность ма­те­риа­лов при экс­плуа­та­ции); фи­зи­ка твёр­до­го те­ла и кван­то­вая ме­ха­ни­ка (элек­трон­ные, те­п­ло­вые, маг­нит­ные, хи­мич., струк­тур­ные и оп­тич. свой­ст­ва ма­те­риа­лов, ди­фрак­ци­он­ные ме­то­ды ис­сле­до­ва­ния ма­те­риалов); ме­ха­ни­ка (взаи­мо­связь мик­ро­струк­ту­ры и ме­ха­нич. по­ве­де­ния ма­те­риа­лов, рео­ло­гия, три­бо­ло­гия, по­ве­де­ние по­то­ков жид­ко­сти и ан­самб­лей час­тиц); хи­мия твёр­до­го те­ла (тео­рия хи­мич. свя­зи, кри­стал­лич. струк­ту­ра, то­чеч­ные и про­тя­жён­ные де­фек­ты, со­став ма­те­риа­лов, ме­то­ды их син­те­за); кол­ло­ид­ная хи­мия и хи­мия по­ли­ме­ров (по­ли­ме­ры и пла­ст­мас­сы, жид­кие кри­стал­лы и кол­ло­ид­ные рас­тво­ры, на­но­объ­ек­ты); ин­те­гра­ция ма­те­риа­лов в био­ло­гич. сис­те­мы и их ис­поль­зо­ва­ние в ме­ди­ци­не.

В ос­но­ву об­щей клас­си­фи­ка­ции ма­те­риа­лов по­ло­же­но раз­де­ле­ние их по про­ис­хо­ж­де­нию на при­род­ные и ис­кус­ст­вен­ные. К пер­вым, как пра­ви­ло, от­но­сят как не­ор­га­нич. (напр., гли­ны, ми­не­ра­лы), так и ор­га­нич. (дре­ве­си­на, бу­ма­га, ко­жа, во­лок­на при­род­ные и др.) ма­те­риа­лы. По аг­ре­гат­но­му со­стоя­нию ма­те­риа­лы под­раз­де­ля­ют на га­зо­об­раз­ные (напр., па­ро­во­дя­ные или га­зо­вые те­п­ло­но­си­те­ли, то­поч­ные га­зы), жид­кие (ла­ко­кра­соч­ные ма­те­риа­лы, сма­зоч­ные ма­те­риа­лы) и твёр­дые. Твёр­дые ма­те­риа­лы – наи­бо­лее мно­го­числ. груп­па – мо­гут быть как кри­стал­ли­че­ски­ми (напр., не­ли­ней­ные оп­ти­че­ские ма­те­риа­лы), так и аморф­ны­ми (смо­лы син­те­ти­че­ские); боль­шин­ст­во твёр­дых ма­те­риа­лов мно­го­ком­по­нент­ны и мно­го­фаз­ны.

Историческая справка

Ран­ние эта­пы раз­ви­тия ци­ви­ли­за­ции по­лу­чи­ли на­зва­ния, свя­зан­ные с при­ро­дой наи­бо­лее ши­ро­ко ис­поль­зо­вав­ших­ся че­ло­ве­ком ма­те­риа­лов (ка­мен­ный, брон­зо­вый, же­лез­ный век). Ка­мень в ка­че­ст­ве ма­те­риа­ла для из­го­тов­ле­ния про­стей­ших ору­дий тру­да и ору­жия на­ча­ли ис­поль­зо­вать бо­лее 300 тыс. лет на­зад, про­из-во ке­ра­мич. ма­те­риа­лов (из­де­лий из обож­жён­ной гли­ны) воз­ник­ло ок. 29 тыс. лет на­зад. К пе­рио­ду не­оли­та от­но­сят­ся пер­вые по­пыт­ки об­ра­бот­ки (в 8-м тыс. до н. э. бы­ла ос­вое­на де­ко­ра­тив­ная ков­ка и че­кан­ка са­мо­род­ной ме­ди) и вы­плав­ки ме­тал­лов (при­бли­зи­тель­но в 5-м тыс. до н. э. нау­чи­лись из­вле­кать жид­кую медь из ма­ла­хи­та и азу­ри­та и от­ли­вать пред­ме­ты разл. фор­мы, в 35 в. до н. э. на­ча­ли вы­плав­лять же­ле­зо, при­год­ное для ис­поль­зо­ва­ния в де­ко­ра­тив­ных це­лях). При­мер­но в 3-м тыс. до н. э. во­шёл в упот­реб­ле­ние пер­вый из­вест­ный ме­тал­лич. сплав – брон­за. В 9–7 вв. до н. э. от­крыт спо­соб из­го­тов­ле­ния ста­ли из же­ле­за и при­бли­зи­тель­но в 3 в. до н. э. раз­ра­бо­та­на тех­но­ло­гия раз­лив­ки ста­ли в из­лож­ни­цы, что по­слу­жи­ло на­ча­лом совр. ме­тал­лур­гии. Вто­рой по­сле ке­рами­ки не­ме­тал­лич. ма­те­ри­ал – стек­ло по­лу­чен при­бли­зи­тель­но в 4-м тыс. до н. э., стек­ло­дув­ное про­из-во воз­ник­ло в 1 в. до н. э. В ан­тич­ный пе­ри­од и в сред­ние ве­ка раз­ви­тие М. сво­ди­лось в осн. к соз­да­нию кон­ст­рук­ци­он­ных ма­те­риа­лов и строи­тель­ных ма­те­риа­лов (ка­мень, кир­пич, стро­ит. рас­тво­ры, мно­го­цвет­ные гла­зу­ро­ван­ные ке­ра­мич. плит­ки, дре­ве­си­на, че­ре­пи­ца, кро­вель­ное же­ле­зо). В этот пе­ри­од раз­ви­ва­ет­ся так­же про­из-во фар­фо­ра, кра­си­те­лей при­род­ных, кле­ёв при­род­ных, хру­ста­ля и др.

Важ­ней­ший про­рыв в ста­нов­ле­нии на­уч. М. сде­лан в кон. 19 – нач. 20 вв.: в 1869 Д. И. Мен­де­ле­ев от­крыл Пе­рио­дич. за­кон, на ос­но­ве ко­то­ро­го ста­ло воз­мож­ным свя­зать свой­ст­ва про­стых и слож­ных ве­ществ с ха­рак­те­ри­сти­ка­ми об­ра­зую­щих их ато­мов; в 1876 Дж. Гиббс из­ло­жил об­щую тео­рию тер­мо­ди­на­мич. рав­но­ве­сия и ме­тод тер­мо­ди­на­мич. по­тен­циа­лов, что по­зво­ли­ло оп­ре­де­лять на­прав­ле­ние хи­мич. ре­ак­ций и ус­ло­вия рав­но­ве­сия для сме­сей лю­бой слож­ности; в 1913 Н. Бор соз­дал пер­вую кван­то­вую тео­рию ато­ма, по­зво­лив­шую по­нять фи­зич. при­ро­ду пе­рио­дич­но­сти свойств хи­мич. эле­мен­тов и их со­еди­нений.

Су­ще­ст­вен­но­му про­грес­су М. спо­соб­ст­во­ва­ло раз­ви­тие ме­то­дов ис­сле­до­ва­ния и ха­рак­те­ри­за­ции ма­те­риа­лов. Осн. ме­то­да­ми ис­сле­до­ва­ния со­ста­ва и строе­ния объ­ём­ных ма­те­риа­лов яв­ля­ют­ся рент­ге­нов­ские ди­фрак­ци­он­ные ме­то­ды (см. в ст. Рент­ге­но­гра­фия ма­те­риа­лов), ме­то­ды тер­ми­че­ско­го ана­ли­за и ка­ло­ри­мет­рия, хи­ми­че­ские ме­то­ды ана­ли­за и хро­ма­то­гра­фия. Для ис­сле­до­ва­ния по­верх­но­сти ма­те­риа­лов и на­но­раз­мер­ных объ­ек­тов ис­поль­зу­ют спек­тро­ско­пич. ме­то­ды (фо­то­элек­трон­ную спек­тро­ско­пию, оже-спек­тро­ско­пию, ком­би­на­ци­он­ное рас­сея­ние све­та и ряд дру­гих), ска­ни­рую­щую и про­све­чи­ваю­щую элек­трон­ную мик­ро­ско­пию, атом­но-си­ло­вую мик­ро­ско­пию, мик­ро­зон­до­вый ана­лиз, масс-спек­тро­мет­рию вто­рич­ных ио­нов. Для кон­тро­ля тех­но­ло­гич. свойств ис­поль­зу­ют­ся ме­то­ды ис­пы­та­ния ма­те­риа­лов.

Современное состояние науки

Ис­то­ри­че­ски сло­жи­лось, что с нач. 19 в. и до сер. 20 в. в на­уч. ми­ре (рав­но как и в со­дер­жа­нии со­от­вет­ст­вую­щих дис­ци­п­лин в ву­зах) по­ня­тие «М.» пол­но­стью ас­со­ции­ро­ва­лось с по­ня­ти­ем «ме­тал­ло­ве­де­ние». На­чи­ная с 1960-х гг. эта об­ласть нау­ки су­ще­ст­вен­но рас­ши­ри­лась и вклю­ча­ет зна­чи­тель­но бо­лее ши­ро­кий спектр ис­сле­дуе­мых ма­те­риа­лов, в т. ч. ме­тал­лы и их спла­вы, ке­ра­ми­ку, по­ли­мер­ные ма­те­риа­лы, ком­по­зи­ци­он­ные ма­те­риа­лы, стёк­ла, по­лу­про­вод­ни­ко­вые ма­те­риа­лы, маг­нит­ные ма­те­риа­лы, био­ма­те­риа­лы, ор­га­нич. ма­те­риа­лы.

Не­смот­ря на су­ще­ст­вую­щую тен­ден­цию за­ме­ны ме­тал­лов на др. клас­сы ма­те­риа­лов, ме­тал­лы в обо­зри­мом бу­ду­щем со­хра­нят свою роль осн. кон­ст­рукц. ма­те­риа­лов. Фун­да­мент совр. ме­тал­ло­ве­де­ния соз­дан тру­да­ми вы­даю­щих­ся иностр. и отеч. учё­ных и ин­же­не­ров (Г. Бес­се­мер, П. Мар­тен, П. П. Ано­сов, Д. К. Чер­нов, Н. С. Кур­на­ков, И. П. Бар­дин, А. А. Боч­вар, В. Д. Са­дов­ский, А. М. Са­ма­рин, Г. В. Кур­дю­мов и др.). В ре­ше­нии ак­ту­аль­ных про­блем соз­да­ния но­вых ме­тал­лич. ма­те­риа­лов важ­ней­шая роль при­над­ле­жит ака­де­ми­че­ским, от­рас­ле­вым ин-там и ву­зам, вклю­чая Ме­тал­лур­гии и ма­те­риа­ло­ве­де­ния ин­сти­тут им. А. А. Бай­ко­ва РАН, Фи­зи­ки ме­тал­лов ин­сти­тут УрО РАН, Ме­тал­лур­гии ин­сти­тут УрО РАН, На­уч. центр по­рош­ко­во­го ма­те­риа­ло­ве­де­ния (Пермь), Ин-т элек­тро­свар­ки им. Е. О. Па­то­на Нац. АН Ук­раи­ны, Авиа­ци­он­ных ма­те­риа­лов ин­сти­тут, Мо­с­ков­ский тех­нич. ун-т им. Н. Э. Бау­ма­на, Мо­с­ков­ский ин-т ста­ли и спла­вов и др.

К гл. на­прав­ле­ни­ям раз­ви­тия ме­тал­лур­гии на совр. эта­пе от­но­сят­ся: со­вер­шен­ст­во­ва­ние тех­но­ло­гий по­лу­че­ния ме­тал­лов и из­де­лий из них (не­пре­рыв­ная раз­лив­ка ста­ли, элек­тро­ме­тал­лур­гич. тех­но­ло­гии, на­прав­лен­ная кри­стал­ли­за­ция, мо­ди­фи­ци­ро­ва­ние по­верх­но­сти ста­лей ла­зер­ной об­ра­бот­кой, плаз­мо­хи­мич. ле­ги­ро­ва­ни­ем, ион­ной им­план­та­ци­ей по­верх­но­сти, тех­но­ло­гии по­рош­ко­вой ме­тал­лур­гии и др.); по­вы­ше­ние проч­но­сти, из­но­со­стой­ко­сти и кор­ро­зи­он­ной ус­той­чи­во­сти ста­лей при вы­со­ких дав­ле­ни­ях и темп-рах; соз­да­ние ком­плекс­но ле­ги­ро­ван­ных спла­вов с ми­ним. со­дер­жа­ни­ем де­фи­цит­ных ме­тал­лов и де­шё­вых жа­ро­стой­ких спла­вов на ос­но­ве алю­ми­ни­дов же­ле­за и ни­ке­ля; по­лу­че­ние но­вых ме­тал­лич. ма­те­риа­лов (сверх­чис­тые ме­тал­лы, аморф­ные маг­нит­ные спла­вы, кор­ро­зи­он­но­стой­кие био­ло­ги­че­ски со­вмес­ти­мые спла­вы для им­план­та­тов, спла­вы с па­мя­тью фор­мы и др.).

Важ­ны­ми по­ка­за­те­ля­ми на­уч­но-тех­нич. про­грес­са во мно­гих об­лас­тях нар. хо­зяй­ст­ва яв­ля­ют­ся уро­вень и тем­пы рос­та про­из-ва по­ли­мер­ных ма­те­риа­лов, их но­менк­ла­ту­ра и ка­че­ст­во. Ста­нов­ле­ние нау­ки о по­ли­ме­рах тес­но свя­за­но с при­клад­ны­ми ас­пек­та­ми их ис­поль­зо­ва­ния. Ис­сле­до­ва­ния, про­во­ди­мые до сер. 19 в., бы­ли в осн. на­прав­ле­ны на мо­дифи­ци­ро­ва­ние при­род­ных по­ли­ме­ров для при­да­ния им тре­буе­мых свойств за счёт хи­мич. ре­ак­ций при­род­ных ве­ществ с низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ны­ми со­еди­не­ния­ми; важ­ней­шие дос­ти­же­ния в этом на­прав­ле­нии – от­кры­тие вул­ка­ни­за­ции на­ту­раль­но­го кау­чу­ка в 1839 Ч. Гудь­и­ром (США) и в 1843 Т. Хэн­ко­ком (Ве­ли­ко­бри­та­ния) и по­лу­че­ние в нач. 1830-х гг. нит­ро­цел­лю­ло­зы (позд­нее во­лок­на и пла­ст­мас­сы на её ос­но­ве). На­уч. пред­став­ления о строе­нии по­ли­ме­ров воз­ник­ли по­сле соз­да­ния А. М. Бут­ле­ро­вым тео­рии хи­мич. строе­ния и по­лу­чи­ли раз­ви­тие в фун­дам. ра­бо­тах Г. Штау­дин­ге­ра. По­сле син­те­за в 1908 твёр­дой тер­мо­ре­ак­тив­ной смо­лы (амер. хи­мик Л. Ба­ке­ланд), а в 1938–39 – най­ло­на (У. Ка­ро­зерс) на­чал­ся ре­во­люц. про­рыв в по­ли­мер­ном М. Ис­сле­до­ва­ния К. Циг­ле­ра и Дж. Нат­ты (от­кры­тие в 1954 ме­тал­ло­ком­плекс­но­го ка­та­ли­за) име­ли не толь­ко вы­даю­щее­ся на­уч. зна­че­ние, но при­ве­ли к прин­ци­пи­аль­но но­во­му и про­сто­му пу­ти по­лу­че­ния од­но­го из важ­ней­ших пром. по­ли­ме­ров – по­ли­эти­ле­на и син­те­зу сте­рео­ре­гу­ляр­ных по­ли-α-оле­фи­нов, в ча­ст­но­сти по­ли­про­пи­ле­на. Раз­ви­тие по­ли­мер­но­го М. в на­шей стра­не свя­за­но с име­на­ми С. В. Ле­бе­де­ва, К. А. Ан­д­риа­но­ва, П. А. Ре­бин­де­ра, В. А. Кар­ги­на, В. А. Ка­ба­но­ва и др. Ис­сле­до­вания по­ли­мер­ных ма­те­риа­лов про­во­дят­ся в Вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ных со­еди­не­ни­й ин­сти­ту­те РАН, Син­те­тических по­ли­мер­ных ма­те­риа­лов ин­сти­ту­те им. Н. С. Ени­ко­ло­по­ва РАН, Эле­мен­то­ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний ин­сти­ту­те им. А. Н. Не­смея­но­ва РАН и др. на­уч. уч­ре­ж­де­ни­ях.

При­ме­не­ние по­ли­мер­ных ма­те­риа­лов по­зво­ля­ет су­ще­ст­вен­но сни­зить ме­тал­ло­ём­кость и вес ма­те­риа­лов, ис­поль­зуе­мых в ма­ши­но­строе­нии и строи­тель­ст­ве. Сре­ди кон­ст­рукц. пла­ст­масс сле­ду­ет на­звать по­ли­ами­ды, по­ли­кар­бо­на­ты, по­ли­фе­ни­ле­нок­си­ды, по­ли­ак­ри­ла­ты и ряд др. Наи­бо­лее пер­спек­тив­ным пред­став­ля­ет­ся раз­ра­бот­ка та­ких по­ли­мер­ных ма­те­риа­лов, как тер­мо­стой­кие (до 500 °С) по­ли­ме­ры, тер­мо­пла­стич­ные по­ли­уре­та­ны с вы­со­ким мо­ду­лем эла­стич­но­сти и со­про­тив­ле­ни­ем из­но­су, био­по­ли­ме­ры и по­ли­мер­ные спла­вы для из­го­тов­ле­ния ис­кусств. кро­ве­нос­ных со­су­дов, жид­ко­кри­стал­лич. сег­не­то­по­ли­ме­ры для мик­ро­элек­тро­ни­ки и плё­ноч­ные по­ли­ме­ры с уни­по­ляр­ной ион­ной про­во­ди­мо­стью, по­ли­мер­ные мем­бра­ны с вы­со­кой се­лек­тив­но­стью и про­из­во­ди­тель­но­стью для раз­де­ле­ния жид­ких и га­зо­об­раз­ных сред и др.

Од­но из ве­ду­щих мест сре­ди кон­ст­рукц. ма­те­риа­лов за­ни­ма­ет ке­ра­ми­ка. Мно­го­об­ра­зие ке­ра­мич. ма­те­риа­лов вклю­ча­ет в се­бя лю­бые по­ли­кри­стал­лич. ма­те­риа­лы, по­лу­чен­ные спе­ка­ни­ем не­ме­тал­лич. по­рош­ков при­род­но­го или ис­кусств. про­ис­хо­ж­де­ния. Ке­ра­мич. ма­те­риа­лы спо­соб­ны функ­цио­ни­ро­вать в бо­лее ши­ро­ком, чем др. ма­те­риа­лы, ин­тер­ва­ле темп-р. Од­на­ко обыч­но ке­ра­ми­ка яв­ля­ет­ся хруп­ким ма­те­риа­лом, имею­щим прин­ци­пи­аль­но иной, по срав­не­нию с ме­тал­ла­ми, ме­ха­низм раз­ру­ше­ния, в ко­то­ром оп­ре­де­ляю­щая роль от­во­дит­ся воз­ник­но­ве­нию и рас­про­стра­не­нию мик­ро­тре­щин. По­то­му ус­пе­хи раз­ви­тия кон­ст­рукц. ке­ра­мич. ма­те­риа­лов тес­но свя­за­ны с со­вер­шен­ст­во­ва­ни­ем тео­рии хруп­ко­го раз­ру­ше­ния.

Ке­ра­мич. ма­те­риа­лы ус­лов­но под­раз­де­ля­ют на два клас­са – кон­ст­рук­ци­он­ные (строи­тель­ная ке­ра­ми­ка, тех­ни­че­ская ке­ра­ми­ка) и функ­цио­наль­ные (ди­элек­три­ки, пье­зо­элек­три­ки, сег­не­то­элек­три­ки, пи­ро­элек­три­ки, маг­нит­ная ке­ра­ми­ка, сверх­про­вод­ни­ки, ма­те­риа­лы с уни­по­ляр­ной ион­ной или элек­трон­но-ион­ной про­во­ди­мо­стью, оп­ти­че­ски про­зрач­ная ке­ра­ми­ка и др.). И ес­ли пер­вый класс име­ет мно­го­ве­ко­вую ис­то­рию раз­ви­тия, то вто­рой воз­ник и ин­тен­сив­но раз­ви­вал­ся на­чи­ная со 2-й пол. 20 в. Зна­чит. вклад в ис­сле­до­ва­ние и раз­ра­бот­ку ке­ра­мич. ма­те­риа­лов вне­сли нем. фи­зи­ко­хи­мик К. Ваг­нер, амер. учё­ные У. Д. Кин­ге­ри, Р. Рой, Дж. Гу­де­наф, сов. хи­ми­ки П. П. Буд­ни­ков, И. В. Та­на­на­ев, И. В. Гре­бен­щи­ков и др. Ке­ра­мич. ма­те­риа­лы ус­пеш­но соз­да­ют­ся и ис­сле­ду­ют­ся в Хи­мии си­ли­ка­тов ин­сти­ту­те им. И. В. Гре­бен­щи­ко­ва РАН, Об­щей и не­ор­га­ни­че­ской хи­мии ин­сти­ту­те им. Н. С. Кур­на­ко­ва, Струк­тур­ной мак­ро­ки­не­ти­ки и про­блем ма­те­риа­ло­ве­де­ния ин­сти­ту­те РАН, Ин-те про­блем ма­те­риа­ло­ве­де­ния им. И. Н. Фран­це­ви­ча Нац. АН Ук­раи­ны, Рос. хи­ми­ко-тех­но­ло­гич. ун-те им. Д. И. Мен­де­лее­ва и в МГУ им. М. В. Ло­мо­но­со­ва (здесь в 1991, впер­вые для клас­сич. ун-тов Рос­сии, соз­дан ф-т на­ук о ма­те­риа­лах), в С.-Пе­терб. гос. по­ли­тех­нич. ун-те, С.-Пе­терб. гос. тех­но­ло­гич. ун-те и др.

К ак­ту­аль­ным за­да­чам ке­ра­мич. М. сле­ду­ет от­не­сти по­лу­че­ние сверх­пла­стич­ной ке­ра­ми­ки и кон­ст­рукц. ке­ра­ми­ки для дви­га­те­лей внутр. сго­ра­ния и тур­бин, ке­ра­ми­ки для ре­жу­ще­го ин­ст­ру­мен­та на ос­но­ве ок­си­дов, нит­ри­дов и кар­би­дов, ра­диа­ци­он­но­стой­кой ке­ра­ми­ки для ней­трон­ной за­щи­ты ядер­ных ре­ак­то­ров, ке­ра­мич. во­ло­кон и пен из про­стых и слож­ных ок­си­дов для вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ной изо­ля­ции, био­ке­ра­ми­ки на ос­но­ве гид­ро­ксиа­па­ти­та для за­ме­ны и вос­ста­нов­ле­ния по­вре­ж­дён­ных сус­та­вов, но­вых функ­цио­наль­ных ке­ра­мич. ма­те­риа­лов.

Сте­пень раз­ви­тия во­ен­ной, авиа­ци­онной и кос­мич. тех­ни­ки, транс­пор­та, строи­тель­ст­ва и др. оп­ре­де­ля­ет­ся уров­нем ис­поль­зо­ва­ния ком­по­зиц. ма­те­риа­лов. Ком­по­зи­ты пред­став­ля­ют со­бой ге­те­ро­ген­ную сис­те­му, со­стоя­щую из двух или боль­ше­го чис­ла фаз, имею­щих разл. фи­зи­ко-хи­мич. при­ро­ду; для та­кой сис­те­мы ха­рак­тер­но на­ли­чие раз­ви­той сис­те­мы внутр. по­верх­но­стей раз­де­ла, гра­ди­ен­тов кон­цен­тра­ций и внутр. на­пря­же­ний. Сре­ди наи­бо­лее раз­ви­вае­мых на­прав­ле­ний сле­ду­ет на­звать раз­ра­бот­ку ар­ми­ро­ван­ных ни­те­вид­ны­ми мо­но­кри­стал­лич. во­лок­на­ми кон­ст­рукц. ме­тал­лич. ма­те­риа­лов; сверх­пла­стич­ных ком­по­зи­тов на ос­но­ве алю­ми­ния, уп­роч­нён­но­го ульт­ра­дис­перс­ным кар­би­дом крем­ния; уп­роч­нён­ной во­лок­на­ми ке­ра­ми­ки для ди­зель­ных дви­га­те­лей; хи­ми­че­ски стой­кой стек­ло­ке­ра­ми­ки, уп­роч­нён­ной ди­ок­си­дом цир­ко­ния; гиб­ких пье­зо­элек­трич. ком­по­зи­тов на по­ли­мер­ной ос­но­ве; по­ли­мер­ных ком­по­зиц. ма­те­риа­лов на ос­но­ве уг­ле­род­ных во­ло­кон, по­ли­ими­дов и др.

Раз­ви­тие энер­ге­ти­ки, элек­тро­ни­ки, ма­ши­но­строе­ния, ме­ди­ци­ны, ре­ше­ние про­блем эко­ло­гии на совр. эта­пе свя­зы­ва­ют с при­ме­не­ни­ем на­но­ма­те­риа­лов. К на­но­ма­те­риа­лам от­но­сят ма­те­риа­лы с раз­ме­ром час­тиц, не пре­вы­шаю­щим (в од­ном или не­сколь­ких из­ме­ре­ни­ях) 100 нм, и про­яв­ляю­щие (в си­лу кван­то­во-раз­мер­но­го эф­фек­та) прин­ци­пи­аль­но от­ли­чаю­щие­ся от объ­ём­ных ма­те­риа­лов фи­зи­ко-хи­мич. свой­ст­ва. Это от­кры­ва­ет пер­спек­ти­вы соз­да­ния но­вых по­ко­ле­ний ма­те­риа­лов: тер­мо- и кор­ро­зи­он­но­стой­ких на­но­по­кры­тий, ак­ку­му­ля­то­ров, вы­со­ко­се­лек­тив­ных мем­бран, сен­со­ров, ме­тал­ло­ком­плекс­ных низ­ко­раз­мер­ных ка­та­ли­за­то­ров, фо­то­ка­та­ли­за­то­ров, средств це­ле­вой дос­тав­ки ле­карств и ди­аг­но­стики, маг­нит­ных ма­те­риа­лов для уст­ройств с вы­со­кой плот­но­стью за­пи­си и мно­гих дру­гих.

Лит.: Cahn R. W. The coming of materials scien­ce. Amst.; N. Y., 2001; Треть­я­ков Ю. Д., Пут­ля­ев В. И. Вве­де­ние в хи­мию твер­до­фаз­ных ма­те­риа­лов. М., 2006; Askeland D. R., Fulay P. P. Essentials of materials science and en­gi­neering. 2nd ed. Stamford, 2009.

Вернуться к началу