История человечества неразрывно связана с разработкой и освоением новых материалов. Вспомним: костяной век, каменный, бронзовый, железный…

Основами научно-технического прогресса являются энергетика, автоматизация и материалы, причём в этой триаде материалы занимают особое место, так как от уровня их разработки зависит развитие и энергетики и автоматизации. С разработкой материалов неразрывно связаны вопросы экологии.

Современная наука и техника не могли бы существовать, если бы человечество не располагало самыми разнообразными материалами: то сверхтвёрдыми, то очень пластичными, то высокотемпературными, то с низкой температурой плавления, то удивительно химически стойкими, то легко поддающимися действию различных реагентов и т. п. Высокотемпературные сверхпроводники, радиационностойкие, жаростойкие, жаропрочные, высокоизносостойкие и другие материалы с ценными свойствами активно вторгаются
в нашу жизнь.

Материаловедение – наука, изучающая связь между составом, структурой и свойствами материалов. Материаловедение явилось естественным продолжением металловедения, развитие которого неразрывно связано с работами гениального русского учёного Михаила Васильевича Ломоносова (1711–1765). Определяя металл как «светлое тело, которое ковать можно», он подчеркнул высокую отражательную способность металлических тел
и их высокую пластичность. Кроме того, М.В. Ломоносов подметил кристалличность самородных меди и золота. Понятие о кристалличности твёрдых металлов легло в основу современной научной трактовки ряда характеристик металлов.

Основоположниками современного металловедения явились наши соотечественники – заводские инженеры Павел Петрович Аносов (1799–1851) и Дмитрий Константинович Чернов (1839–1921).

Работы П.П. Аносова по производству стали приобрели всемирную известность. Наряду с такими выдающимися открытиями и технически ценными разработками, как новый способ закалки в «сгущённом» (т. е. сжатом) воздухе, приготовление литой стали и другими методами, им впервые в мире была применена газовая цементация металла, которая
в настоящее время нашла широкое распространение. В 1831 г. П.П. Аносов первым в мире применил обычный микроскоп для изучения строения стали на полированных и травлёных шлифах, положив тем самым начало микроскопическому анализу металлов. Лишь в 1863 г. этот же метод исследования был применён английским учёным Сорби. Российский учёный-инженер первым раскрыл тайну булата. Благодаря своим беспримерным свойствам, булатная сталь Аносова прославила Россию на весь мир. В результате исследований П.П. Аносов установил влияние строения стали на ее свойства.

Заслуга Д.К. Чернова состоит в преобразовании металловедения из чисто описательного направления в науку, указывающую пути изменения структуры и свойств металлов
в зависимости от условий их кристаллизации, механической и термической обработки.

В 1868 г. на заседании Императорского русского технического общества Д.К. Черновым было сделано сообщение об открытии, значение которого невозможно переоценить. Невооружённым глазом, не имея прибора для определения температуры раскалённой стали, он установил, что при её охлаждении в тот момент, когда цвет становится уже тёмно-красным, в стали происходит какое-то превращение, в результате которого цвет становится вновь ярче и светлее. Д.К. Чернов связал обнаруженные им изменения цвета с изменением внутреннего строения стали.

Д.К. Черновым было введено понятие о критических точках – тех температурах, при которых в сплавах происходят внутренние превращения. Он показал, что с изменением содержания главной примеси к железу – углерода – положение критических точек изменяется. Построив температурную зависимость положения этих точек от содержания углерода, Д.К. Чернов, по существу, предложил диаграмму состояния железоуглеродистых сплавов
в её части, относящейся к сталям, что послужило теоретическим фундаментом для создания науки о металлах.

В 1878 г. Д.К. Чернов опубликовал работу, посвящённую кристаллизации металлов
и строению слитка, где с исключительной прозорливостью указал перспективность таких развивавшихся в 20-м столетии новейших методов литья, как литьё с направленной кристаллизацией, центробежное литьё, литьё  с кристаллизацией под давлением.

Заслуги Д.К. Чернова в развитии науки о металлах настолько велики и бесспорны, что даже иностранцы, не всегда признававшие приоритет русской науки, не могли отрицать их значение. В 1900 г. на открытии Всемирной выставки в Париже, собравшей крупнейших металлургов того времени, председательствовавший на собрании французский металлург Монгольфье заявил: «Считаю своим долгом открыто и публично заявить в присутствии стольких знатоков и специалистов, что наши заводы и все сталелитейное дело обязаны настоящим своим развитием и успехом в значительной степени трудам и исследованиям русского инженера Чернова и приглашаю Вас выразить ему нашу признательность
и благодарность от имени всей металлургической промышленности».

В 1903 г. известный американский металлург Х. Гоу, весьма критически относившийся к разного рода достижениям, свой первый в мире большой труд по металловедению «Железо, сталь и другие сплавы» посвятил Д.К. Чернову, назвав его «отцом металлографии железа».

Развитие металловедения неразрывно связано с работами русских академиков Николая Семёновича Курнакова (1860–1941), Александра Александровича Байкова (1870–1946) и их школ, английских учёных Г.К. Сорби и Робертс-Аустена, французских учёных Осмонда и Ле-Шателье, немецкого учёного Таммана и др.

Открытие Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834–1907) периодической системы химических элементов в 1869 г. сыграло решающую роль в обеспечении научной физико-химической базы не только металловедения, но и материаловедения в целом.

Бурное развитие в 20-м столетии металловедения привело к тому, что уже в 50–60-х гг. из металлов было «выжато» практически всё. Потребности промышленности требовали создания материалов, способных эксплуатироваться в условиях высоких температур, скоростей и напряжений, агрессивных сред. Науке и технике требуются современные жаропрочные, коррозионностойкие, сверхтвердые, высокоизносостойкие, сверхпроводящие, диэлектрические, полупроводниковые и другие материалы. Поэтому металловедение как бы уступает место материаловедению. Создаются кафедры, лаборатории, отделы, институты и департаменты, где занимаются не узкоотраслевыми проблемами, а разрабатываются принципы формирования материалов с заданными свойствами. Металловедческие журналы переименовываются в материаловедческие, создаются новые журналы по материалам. Статус материаловедения возрастает: наука о материалах становится в одном ряду с физикой, химией, биологией и другими естественными науками.

Особенно велика роль в создании науки о материалах члена-корреспондента АН УССР Григория Валентиновича Самсонова. За короткую жизнь (1918–1975), промелькнувшую как очень яркий метеор, он сделал столько, сколько редко кому удавалось. Он выполнил фундаментальные исследования, вскрывающие физико-химические основы образования практически всех классов тугоплавких соединений: боридов, карбидов, нитридов, силицидов, фосфидов, алюминидов, антимонидов и др. Им были проведены глубокие исследования в области химической связи и электронного строения тугоплавких соединений с использованием квантово-химических расчетов, в области теории и технологии порошковой металлургии. Эти исследования, отражающие принципы формирования материалов с заданными свойствами, явились основой для разработки промышленных технологий получения около пятисот соединений, которые коллеги в честь их создателя назвали «самсонидами». Свыше сорока монографий и справочников написано Г.В. Самсоновым лично или в соавторстве. Среди его учеников – более ста семидесяти кандидатов и около двадцати докторов наук, в том числе авторы настоящей книги.

Авторы предлагаемого учебного пособия принадлежат к школе Г.В. Самсонова. Они являются специалистами в области синтеза неорганических материалов, авторами ряда монографий по тугоплавким и интерметаллическим соединениям.

Учебное пособие соответствует учебной программе курса «Материаловедение и технология материалов», который читается в Сибирской государственной геодезической академии студентам, обучающимся по специальности 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», и рекомендуется для использования в процессе изучения учебной дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов» студентами специальностей: 200107 – Технология приборостроения, 200200 – Оптотехника, 200203 – Оптико-электронные приборы и системы, 200501 – Метрология и метрологическое обеспечение, 170101 – Испытание и эксплуатация техники (электроника).

Пособие написано на основе как «старых», но не устаревших по своему духу и ставших классическими, учебников, так и вышедших в последние годы, а также с учётом новой научной литературы, собственного научно-исследовательского, педагогического и производственного опыта авторов.

При подготовке издания большую помощь оказала кафедра материаловедения в машиностроении Новосибирского государственного технического университета, за что авторы считают своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность её коллективу (зав. кафедрой доктор технических наук, профессор А.А. Батаев).

Выражаем признательность рецензенту, доктору технических наук А.Б. Каплуну, а также старшему преподавателю кафедры технологии оптического производства СГГА
Т.В. Лариной за полезные советы, заведующему кафедрой БЖД СГГА профессору
В.И. Татаренко за помощь в издании пособия.

Авторы благодарны А.В. Перминову за финансовую поддержку издания и адресуют свою признательность студентам, с помощью которых они учились как писать более совершенные книги.

Мы будем благодарны за все критические замечания и пожелания в адрес настоящего издания.