Основы материаловедения

Г. Г. Бондаренко, Т. А. Кабанова,
В. В. Рыбалко

ОСНОВЫ
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

УЧЕБНИК

У Ч Е Б Н И К   Д Л Я   В Ы С Ш Е Й   Ш К О Л Ы

Москва
Лаборатория знаний
2023

4-е издание, исправленное,
электронное

Под редакцией
доктора физико-математических наук, профессора,
заслуженного деятеля науки РФ
Г. Г. Бондаренко

Рекомендовано УМО по образованию
в области прикладной математики и управления качеством
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальности 220501
«Управление качеством»

УДК 620.22
ББК 30.3я7
Б81

С е р и я
о с н о в а н а
в
2009 г.
Р е ц е н з е н т ы:
заместитель заведующего кафедрой вакуумной электроники
Московского физико-технического института
(государственного университета)
доктор ф.-м. наук, профессор Е. П. Шешин
заведующий кафедрой техники и электрофизики высоких
напряжений Томского политехнического университета
доктор ф.-м. наук, профессор В. В. Лопатин

Бондаренко Г. Г.
Б81
Основы
материаловедения
:
учебник
/
Г. Г. Бондаренко,
Т. А. Кабанова, В. В. Рыбалко ; под ред. Г. Г. Бондаренко. — 4-е изд.,
испр., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2023. — 763 с. — (Учебник 
для высшей школы). — Систем. требования: Adobe Reader XI ;
экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-93208-667-4
Настоящий учебник является одним из наиболее полных современных
учебных изданий по материаловедению. В нем систематизированы фундаментальные 
сведения о строении и физико-химических свойствах, фазовых
превращениях и физических процессах широкого спектра материалов,
в том числе наноструктурированных, рассмотрены методы исследования их
структуры и свойств. Широко проиллюстрированы возможности применения
наноструктур для решения разнообразных технических задач. Приведенные
в приложении к учебнику тестовые задания с вариативными ответами
предназначены для промежуточного и итогового контроля, повышения
эффективности усвоения изучаемого материала.
Для студентов и аспирантов, специализирующихся в области физики
конденсированных сред и материаловедения, а также специалистов различных 
областей техники и технологий.
УДК 620.22
ББК 30.3я7

Деривативное издание на основе печатного аналога: Основы материаловедения : 
учебник / Г. Г. Бондаренко, Т. А. Кабанова, В. В. Рыбалко ; под
ред. Г. Г. Бондаренко. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. — 760 с. :
ил. — (Учебник для высшей школы). — ISBN 978-5-9963-0639-8.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от
нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

ISBN 978-5-93208-667-4
© Лаборатория знаний, 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 9

Глава 1. Управление качеством промышленной продукции и материалы 
технического назначения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  11
1.1. Показатели качества .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  13
1.2. Управление качеством и жизненный цикл продукции .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  16
1.3. Нормативно-правовая база управления качеством .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  20

Глава 2. Атомно-кристаллическое строение материалов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  23
2.1. Типы химических связей   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  23
2.2. Аморфные и кристаллические тела .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  25
2.3. Типы кристаллических решеток .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  26
2.4. Индексы Миллера .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  30
2.5. Индексы Миллера–Бравэ   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  32
2.6. Анизотропия свойств кристаллов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  34
2.7. Кристаллизация   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  34
2.8. Классификация дефектов кристаллического строения материалов  .  .  .  .  .  36
2.9. Точечные дефекты .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  36
2.10. Дислокации .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  42
2.10.1. Краевая дислокация   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  43
2.10.2. Винтовая дислокация   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  44
2.10.3. Вектор Бюргерса и его свойства   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  46
2.10.4. Смешанные дислокации.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  47
2.10.5. Движение дислокаций .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  48
2.10.6. Плотность дислокаций.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  52
2.10.7. Энергия дислокации .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  55
2.10.8. Сила, действующая на дислокацию  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  55
2.10.9. Образование и размножение дислокаций.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  56
2.11. Двумерные (поверхностные) дефекты кристаллов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  60
2.11.1. Границы зерен и субзерен .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  60
2.11.2. Дефекты упаковки   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  63
2.12. Частичные дислокации .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  66
2.13. Призматические и сидячие дислокационные петли   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  68
2.14. Дислокация (барьер) Ломер–Коттрелла .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  71
2.15. Взаимодействие дислокаций с точечными дефектами .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  72
2.16. Объемные (трехмерные) дефекты .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  77
2.17. Энергетические дефекты .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  77
2.18. Особенности дефектов кристаллической структуры 
в неметаллических материалах.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  78
2.19. Собственные точечные дефекты в ионных кристаллах   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  79
2.20. Центры окраски   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  81
2.20.1. Электронные центры окраски   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  81
2.20.2. Дырочные центры окраски  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  82
2.21. Экситоны  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  83

Оглавление

2.22. Дислокации в ионных кристаллах.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  85
2.23. Особенности поведения точечных дефектов в полупроводниковых 
материалах.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  88
2.24. Дислокации в полупроводниковых материалах .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  91

Глава 3. Элементы теории сплавов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  95
3.1. Химические соединения   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  96
3.2. Твердые растворы   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  97
3.3. Эвтектики .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  98
3.4. Правило фаз.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  99
3.5. Фазовые диаграммы равновесия.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .100
3.5.1. Фазовая диаграмма равновесия эвтектического типа системы 
двух компонентов, неограниченно взаимно растворимых 
в жидком состоянии и нерастворимых в твердом .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .101
3.5.2. Правило отрезков   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .106
3.5.3. Фазовая диаграмма равновесия системы двух компонентов, 
неограниченно взаимно растворимых в жидком и твердом 
состояниях   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .107
3.5.4. Фазовая диаграмма равновесия эвтектического типа системы 
двух компонентов, неограниченно взаимно растворимых 
в жидком состоянии и ограниченно растворимых в твердом .  .  .  .  .109
3.5.5. Фазовая диаграмма равновесия перитектического типа системы 
двух компонентов, неограниченно взаимно растворимых 
в жидком состоянии и ограниченно растворимых в твердом .  .  .  .  .112
3.5.6. Фазовые диаграммы равновесия систем двух компонентов, 
неограниченно взаимно растворимых в жидком состоянии 
и образующих химическое соединение.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .114
3.5.7. Фазовые диаграммы равновесия систем двух компонентов, 
претерпевающих полиморфные превращения   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .116
3.6. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов 
и сплавов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .118
3.7. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированных металлов 
и сплавов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .120
3.7.1. Возврат металлов и сплавов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .121
3.7.2. Рекристаллизация металлов и сплавов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .122
3.8. Термическая обработка металлов и сплавов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .125
3.8.1. Виды термической обработки   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .125
3.8.2. Отжиг первого рода   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .126
3.8.3. Отжиг второго рода   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .128
3.8.4. Закалка.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .129
3.8.5. Отпуск и старение  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .130
3.8.6. Параметры термообработки   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .132
3.8.7. Термообработка и фазовые диаграммы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .133
3.9. Химико-термическая и термомеханическая обработка металлов 
и сплавов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .134
3.10. Применение термической, химико-термической 
и термомеханической обработки металлов и сплавов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .135

Глава 4. Электрические свойства твердых тел  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .138
4.1. Электрические свойства металлических материалов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .141
4.2. Электрические свойства тонких металлических пленок .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .145
4.3. Контактная разность потенциалов и термо-ЭДС .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .147

Оглавление 
5

4.4. Электрические свойства полупроводников   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .147
4.4.1. Электропроводность полупроводников   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .152
4.4.2. Электронно-дырочный переход (р–n-переход) .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .154
4.5. Электрические свойства диэлектриков.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .156

Глава 5. Магнитные свойства твердых тел   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .159
5.1. Характеристики магнитных свойств   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .159
5.2. Классификация материалов по магнитным свойствам.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .161
5.3. Доменная структура ферромагнетиков .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .163
5.4. Магнитная анизотропия   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .164
5.5. Намагничивание и перемагничивание. Петля гистерезиса  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .165
5.6. Магнитные свойства в переменных полях .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .169
5.7. Зависимость магнитных свойств от температуры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .170

Глава 6. Тепловые свойства твердых тел .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .172

Глава 7. Диэлектрические свойства материалов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .176
7.1. Поляризация диэлектриков   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .176
7.1.1. Характеристики поляризации  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .178
7.1.2. Классификация диэлектриков .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .181
7.1.3. Поляризация диэлектриков в электрическом поле .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .182
7.1.4. Поляризация диэлектриков при отсутствии электрического 
поля. Спонтанная (самопроизвольная) поляризация   .  .  .  .  .  .  .  .  .188
7.1.5. Зависимость диэлектрической проницаемости от различных 
факторов.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .189
7.2. Диэлектрические потери  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .190
7.2.1. Характеристики диэлектрических потерь   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .191
7.2.2. Виды диэлектрических потерь .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .194
7.3. Электрическая прочность твердых диэлектриков.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .199
7.3.1. Виды пробоя в твердых диэлектриках   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .199
7.3.2. Электрический пробой   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .200
7.3.3. Тепловой (электротепловой) пробой  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .201
7.3.4. Другие виды пробоя .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .202
7.3.5. Влияние различных факторов 
на электрическую прочность .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .202

Глава 8. Механические и технологические свойства твердых тел .  .  .  .  .  .  .  .  .206
8.1. Механические свойства .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .206
8.1.1. Общие понятия и механические характеристики .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .206
8.1.2. Упругая деформация. Модули упругости.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .211
8.1.3. Неупругие явления.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .214
8.1.4. Эффект Баушингера .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .224
8.1.5. Пластическая деформация материалов.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .226
8.1.6. Деформационное упрочнение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .232
8.1.7. Деформационное старение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .238
8.1.8. Упрочнение сплавов частицами второй фазы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .239
8.1.9. Особенности пластической деформации поликристаллических 
материалов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .240
8.1.10. Теоретическая и реальная прочность материалов.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .243
8.1.11. Разрушение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .244
8.1.12. Ползучесть   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .256
8.1.13. Сверхпластичность   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .262

Оглавление

8.1.14. Усталость   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .264
8.1.15. Изнашивание .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .273
8.1.16. Твердость   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .275
8.1.17. Прочность и пластичность неметаллических материалов .  .  .  .  .  .  .276
8.2. Технологические свойства   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .277

Глава 9. Проводниковые и резистивные материалы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .281
9.1. Материалы высокой проводимости .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .281
9.2. Материалы низкой проводимости (высокоомные, или резистивные).  .  .  .283
9.3. Металлические проводниковые и резистивные материалы для 
электроники   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .285
9.4. Сверхпроводящие материалы   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .287

Глава 10. Полупроводниковые материалы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .292
10.1. Тенденции развития полупроводниковой микроэлектроники   .  .  .  .  .  .  .292
10.2. Общие сведения о технологии полупроводников .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .296
10.3. Методы получения монокристаллов полупроводниковых материалов   .  .298
10.3.1. Коэффициент сегрегации   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .300
10.3.2. Методы направленной кристаллизации .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .300
10.3.3. Методы зонной кристаллизации   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .302
10.3.4. Методы кристаллизации из раствора и газовой фазы  .  .  .  .  .  .  .  .304
10.4. Методы эпитаксиального наращивания полупроводниковых пленок.  .  .305
10.4.1. Жидкофазная эпитаксия .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .306
10.4.2. Газофазная эпитаксия.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .306
10.4.3. Молекулярно-лучевая эпитаксия .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .307
10.4.4. Контроль качества эпитаксиальных слоев.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .308
10.5. Планарная технология.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .308
10.5.1. Процессы получения тонких пленок .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .309
10.5.2. Процессы травления   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .310
10.5.3. Процессы легирования .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .311
10.5.4. Литографические процессы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .314
10.6. Основные группы полупроводниковых материалов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .316
10.7. Элементарные полупроводники .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .316
10.7.1. Элементарные полупроводники IV группы Периодической 
системы. Германий, кремний .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .318
10.7.2. Элементарные полупроводники других групп   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .325
10.8. Полупроводниковые соединения   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .327
10.8.1. Полупроводниковые соединения типа А3В5.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .328
10.8.2. Полупроводниковые соединения типа А2В6.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .333
10.8.3. Другие полупроводниковые соединения   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .335
10.9. Органические полупроводники   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .336

Глава 11. Диэлектрические материалы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .340
11.1. Эксплуатационные свойства диэлектриков   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .340
11.2. Классификация диэлектриков .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .342
11.3. Твердые органические электроизоляционные и конденсаторные 
материалы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .344
11.3.1. Пластмассы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .344
11.3.2. Полимеры.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .345
11.3.3. Эластомеры.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .362
11.3.4. Электроизоляционные лаки, эмали, компаунды .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .367
11.4. Твердые неорганические электроизоляционные и конденсаторные 
материалы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .369
11.4.1. Электроизоляционные стекла .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .369

Оглавление 
7

11.4.2. Ситаллы (стеклокерамика).  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .373
11.4.3. Электротехническая керамика   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .376
11.4.4. Материалы подложек интегральных микросхем .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .382
11.5. Активные (нелинейные) диэлектрики   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .382
11.5.1. Материалы твердотельных лазеров .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .383
11.5.2. Сегнетоэлектрики .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .384
11.5.3. Пьезоэлектрики .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .386
11.5.4. Электреты.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .388
11.5.5. Жидкокристаллические материалы   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .390

Глава 12. Магнитные материалы   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .395
12.1. Классификация магнитных материалов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .395
12.2. Металлические магнитно-мягкие материалы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .400
12.3. Магнитно-мягкие ферриты.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .402
12.4. Металлические магнитно-твердые материалы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .403
12.5. Магнитно-твердые ферриты  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .405
12.6. Металлопорошковые материалы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .405
12.7. Магнитодиэлектрики   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .406
12.8. Материалы для магнитных носителей информации   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .406
12.9. Нанокристаллические магнитные материалы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .411

Глава 13. Конструкционные материалы   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .414
13.1. Сплавы системы «железо—углерод».  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .415
13.1.1. Общая характеристика  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .422
13.1.2. Углеродистые стали .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .423
13.1.3. Термическая обработка стали  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .426
13.1.4. Сверхупругость и эффект памяти формы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .440
13.1.5. Химико-термическая обработка стали .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .444
13.1.6. Холодная пластическая деформация .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .445
13.1.7. Чугуны   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .446
13.1.8. Легированные стали.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .448
13.2. Цветные металлы и сплавы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .451
13.2.1. Медь и сплавы на ее основе   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .452
13.2.2. Алюминий и сплавы на его основе .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .460
13.2.3. Магний и сплавы на его основе .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .472
13.2.4. Титан и сплавы на его основе   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .475
13.2.5. Бериллий и сплавы на его основе .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .479
13.2.6. Припои  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .481
13.3. Специальные конструкционные металлические материалы   .  .  .  .  .  .  .  .483
13.3.1. Коррозионностойкие стали и сплавы   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .484
13.3.2. Жаропрочные стали и сплавы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .500
13.3.3. Жаростойкие стали и сплавы   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .505
13.4. Неметаллические конструкционные материалы   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .509
13.5. Композиционные конструкционные материалы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .512
13.5.1. Неорганические композиционные материалы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .513
13.5.2. Пластики  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .515

Глава 14. Нанообъекты и наноструктурированные материалы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .526
14.1. Терминология и исходные понятия .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .527
14.2. Строение и свойства нанообъектов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .534
14.2.1. Графит .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .534
14.2.2. Алмаз   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .535
14.2.3. Карбин   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .535

Оглавление

14.2.4. Графен.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .536
14.2.5. Фуллерены и фуллереноподобные нанообъекты .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .543
14.2.6. Нанотрубки и родственные нанообъекты .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .558
14.2.7. Астралены   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .594
14.2.8. Квантовые нанообъекты .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .595
14.3. Методы получения нанообъектов и наноструктурированных 
материалов.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .602
14.3.1. Плазменный метод   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .603
14.3.2. Метод лазерной абляции .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .608
14.3.3. Метод каталитического разложения углеводородов .  .  .  .  .  .  .  .  .610
14.3.4. Другие методы получения нанообъектов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .612
14.4. Механизмы образования нанообъектов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .618
14.5. Примеры практического применения и перспективы использования 
нанообъектов и наноструктурированных материалов   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .621
14.5.1. Использование наноматериалов в машиностроении   .  .  .  .  .  .  .  .622
14.5.2. Использование наноматериалов в электронике   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .626
14.5.3. Применение наноматериалов в энергетике и на транспорте .  .  .  .633
14.5.4. Применение наноматериалов в приборостроении .  .  .  .  .  .  .  .  .  .639
14.5.5. Использование наноматериалов в химической отрасли.  .  .  .  .  .  .644
14.5.6. Применение наноматериалов в строительной индустрии.  .  .  .  .  .644
14.5.7. Использование наноматериалов в медицине .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .647
14.5.8. Применение наноматериалов в других отраслях 
промышленности и в быту.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .649

Глава 15. Методы анализа материалов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .656
15.1. Электронно-лучевые методы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .656
15.1.1. Просвечивающая электронная микроскопия.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .658
15.1.2. Растровая электронная микроскопия   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .666
15.1.3. Электронная оже-спектроскопия.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .676
15.1.4. Рентгеновский микроанализ.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .680
15.1.5. Автоионная проекционная микроскопия .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .686
15.2. Сканирующие зондовые методы исследования .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .688
15.2.1. Сканирующая туннельная микроскопия   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .689
15.2.2. Атомно-силовая микроскопия   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .694
15.2.3. Магнитосиловая зондовая микроскопия   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .696
15.3. Квантовые методы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .696
15.3.1. Микроскопия ближнего поля .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .696
15.3.2. Конфокальная микроскопия   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .701
15.3.3. Фотолюминесцентный анализ   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .704
15.3.4. Рентгеноструктурный анализ   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .708
15.3.5. Метод комбинационного рассеяния .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .713
15.4. Ионно-лучевые методы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .715
15.4.1. Спектроскопия обратного рассеяния Резерфорда .  .  .  .  .  .  .  .  .  .716
15.4.2. Ионный микроанализ и ионная масс-спектрометрия .  .  .  .  .  .  .  .720

Список литературы   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .727

Приложение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .729
Тестовые задания   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .729

Ответы к тестовым заданиям  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .746

Предметный указатель   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .748

ВВЕДЕНИЕ

Развитие техногенной цивилизации, к которой мы относимся, тесным образом 
связано с разработкой, аттестацией и применением принципиально 
новых технических и технологических продуктов. Появление подавляющего 
большинства из них является следствием создания новых материалов 
или открытия ранее неизвестных свойств традиционно используемых материалов.

Необходимость удовлетворения возрастающих требований различных 
отраслей промышленности к материалам и структурам с улучшенными 
свойствами делает особо значимыми вопросы обеспечения и управления 
качеством их производства и применения. При этом построение системы 
управления качеством промышленных материалов требует знаний не только 
об их марках и составе, но и о тех процессах, в результате которых характеристики 
материалов могут изменяться. Это обстоятельство и определило 
подбор и компоновку сведений, представленных в настоящей книге.
Задача данного учебника — сформировать у будущих специалистов 
в области управления качеством ясное и систематизированное представление 
о свойствах материалов и закономерностях их изменения под действием 
технологической среды. Это представление позволит прогнозировать 
и корректно учитывать влияние на качество продукции таких важных факторов, 
как эксплуатационные и технологические характеристики материалов (
статические и динамические).
В главе 1 рассказывается об управлении качеством промышленной продукции 
применительно к материаловедению. В главах 2–8 описываются 
строение и основные свойства материалов, важных с точки зрения обеспечения 
качества материальных объектов исследования, разработки и производства. 
Главы 9–13 содержат сведения о традиционных конструкционных 
и функциональных материалах, в том числе используемых в функциональной 
электронике.
В главе 14 рассматриваются нанообъекты и наноструктурированные 
материалы, их свойства, способы получения и применения в науке и промышленности. 
Внимание авторов здесь сосредоточено в основном на углеродсодержащих 
наноматериалах. Такой выбор обусловлен несколькими 
факторами. Во-первых, основной объем предложений по практическому 
использованию наноматериалов относится именно к углеродсодержащим. 
Во-вторых, благодаря тому, что человек является углеродной формой 
жизни, именно эта группа материалов имеет наиболее обоснованные 

Введение

перспективы применения в столь важных областях, как медицина (протезирование, 
нанохирургия, интроскопия на клеточном уровне и т. д.), генная 
инженерия, биоинформационные технологии и др. В-третьих, углеродсодержащие 
нанообъекты образуют разнообразный набор структур, 
а следовательно, характеризуются широким спектром возможных прикладных 
применений.
Глава 15 введена в состав учебника исходя из двух взаимодополняющих 
обстоятельств: с одной стороны, без знания методов анализа, контроля 
и измерений не может быть управления качеством, а с другой — отсутствие 
тех же знаний делает невозможным диагностику свойств материалов. Рассмотренные 
в этой главе полтора десятка наиболее часто используемых методов 
являются лишь небольшой частью аналитического инструментария, 
которым владеют инженеры и исследователи.
Завершают изложение тестовые задания и ответы к ним.
Учебник написан преподавателями Московского института электроники 
и математики Национального исследовательского университета «Высшая 
школа экономики».

ГЛАВА 1

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ 
ПРОМЫШЛЕННОЙ ПРОДУКЦИИ 
И МАТЕРИАЛЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Одним из основных принципов управления качеством является выбор 
стратегии принятия решений на основе фактического материала. Для того 
чтобы принять правильное решение, проводят анализ ситуации, в результате 
чего:
• устанавливают причину, которая выходит за заданные рамки допусков 
параметра диагностируемого продукта (процесса или изделия), т. е. 
причину возникновения несоответствия;
• вносят изменения в процессы, связанные с корректировкой параметров 
продукта (разрабатывают и реализуют корректирующие действия, 
устраняющие причину возникшего несоответствия).
Основная группа факторов, влияющих на принятие решения, приведена 
на рис. 1.1 в виде классической укрупненной диаграммы Исикавы 
(ее также называют «скелетом рыбы» — Fishbone Diagram). Диаграмма 
позволяет наглядно представить в графическом виде связь несоответствия 
с причинами, влияющими на его возникновение. На диаграмму 
Исикавы наносят основные «кости» (категории), которые имеют отношение 
к рассматриваемой проблеме. Для каждой категории строят 
дополнительные «кости», представляющие собой отдельные причины, 
а у тех, в свою очередь, добавляются свои подпричины. Продолжая детализацию, 
получим разветвленное дерево (скелет), связывающее причины 
возникновения несоответствия, находящиеся на разном уровне 
детализации.
Уже в укрупненной диаграмме присутствует в качестве одного из основных 
факторов, принимаемых во внимание при управлении качеством, 
категория «материалы». Однако если продолжить детализацию анализа 
причин, то для реального производства среди подпричин, относящихся 
к прочим основным причинам (оборудование, технология, измерения, 
человек), обнаруживается влияние свойств материалов. На рисунке 1.2 
приведена часть диаграммы, построенной для технологического процесса 
монтажа системы управления сборочным конвейером.

Глава 1. Управление качеством промышленной продукции

Рис. 1.1. Исходная диаграмма Исикавы

Рис. 1.2. Фрагмент диаграммы, построенной для технологического 
процесса монтажа системы управления сборочным конвейером

Рассмотрим некоторые подпричины.
Нарушение правил последовательности монтажа может быть вызвано 
несколькими причинами, в том числе разрушением маркировочных знаков, 
что вносит путаницу в сборку. Первопричиной здесь является низкая 
стойкость материалов, использованных при изготовлении маркеров, 
к воздействиям технологической среды (кислоты, щелочь, вода, трение 
и т. п.).
Неточная подгонка и неправильное соединение элементов в монтажных узлах 
возникают вследствие отклонения от заданных параметров как материала, 
из которого выполнены коммутационные элементы монтажных узлов, 
так и материала, из которого изготовлен инструмент и оснастка.

1.1. Показатели качества 
13

Даже в первопричинах «человеческого фактора» могут лежать свойства 
материалов. Рассеяние внимания работника (приводящее к снижению качества 
продукции) возможно, например, из-за раздражения, связанного 
с качеством ткани спецодежды, фактурой поверхности ручного инструмента 
и т. д. Ряд примеров, показывающих, насколько многосторонним 
является влияние свойств материалов на качество продукции, можно продолжить. 
Таким образом, эффективное управление качеством в производстве 
невозможно без учета (а следовательно, и знания) свойств используемых 
материалов.

1.1.  
Показатели качества

Под качеством подразумевается совокупность свойств продукции, обусловливающих 
ее пригодность удовлетворять определенные потребности 
в соответствии с ее назначением.
Основные факторы, оказывающие влияние на качество продукции, 
приведены на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Факторы, оказывающие влияние на качество продукции

Качество продукции может быть оценено с помощью набора характеристик 
свойств продукции, которые называются п о к а з а т е л я м и 
к а ч е с т в а.
Показатель технического эффекта или назначения позволяет оценить 
полезный эффект от применения продукции по назначению. Например, 
концентрация (плотность) дислокаций в кремниевом монокристалле, 

Глава 1. Управление качеством промышленной продукции

предназначенном для производства больших интегральных схем или твердость 
и износостойкость сплава для производства пар трения.
Показатели надежности характеризуют способность изделия (в частности, 
материала как изделия) сохранять заданные свойства в течение определенного 
срока при наличии оговоренных внешних воздействий.
В число показателей надежности входят безотказность (вероятность 
возникновения отказа при определенных условиях), время наработки 
на отказ, сохранность, ресурс или срок службы. Применительно к материалам 
сюда же относят предел временной усталости, температуростойкость 
и другие показатели, рассмотренные в последующих главах.
Показатели экономического использования позволяют оценить затраты 
материальных ресурсов, связанные с изготовлением продукции и ее последующим 
применением.
Если речь идет о материалах, то экономические показатели включают 
в себя также оценку экономической эффективности замены ранее использованных 
материалов на новые, обладающие улучшенными свойствами.
Например, пластики с повышенной текучестью в рабочем диапазоне 
температур дают возможность использовать более простые по конструкции, 
а значит, и менее дорогие пресс-формы. Замена быстрорежущей стали 
на более прочную и износостойкую металлокерамику позволяет выпускать 
режущий инструмент, имеющий больший ресурс работы. В результате сокращаются 
материальные и временные затраты на переналадку станков 
и периодическую замену инструмента.
Эргономические показатели дают возможность оценить качество продукции 
с точки зрения приспособленности ее к применению (эксплуатации) 
человеком. Обычно данные показатели носят характер экспертной оценки.
Экологические показатели характеризуют уровень вредных воздействий 
на природу при использовании промышленной продукции.
Показатели безопасности позволяют оценить безопасность персонала, 
использующего или обслуживающего изделие. Для материалов это в первую 
очередь их токсичность.
Гигиенические показатели. К ним относятся уровень шума, вибрации, 
излучения, запыленность и др. Очевидно, что эти параметры, характеризующие 
устройства, определяются также и свойствами материалов, из которых 
данные устройства изготовлены.
Кроме перечисленных основных используют также антропометрические 
и физиологические показатели, но они относятся в большей степени 
к конструкции изделий, а не к материалам, из которых они выполнены.
В частных случаях могут применяться дополнительные показатели качества, 
а именно:
• технологичность;
• наукоемкость;
• патентная чистота;
• патентоспособность и др.
Качество любой промышленной продукции, исключая программное 
обеспечение объекты интеллектуальной собственности, в значительной 

1.1. Показатели качества 
15

степени зависит от свойств примененных в ней материалов. Это обусловлено 
тем, что требования к качеству материалов и связанных с ними технологий 
лежат в основании логической последовательности процесса развития 
техники (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Логическое развитие объектов техники

Применительно к материалам система управления качеством направлена 
в первую очередь на обеспечение воспроизводимости заданной для 
данного материала группы свойств и максимально возможного улучшения 
показателей этого материала, а также технологических процессов, с ним 
связанных. Причем разнообразие промышленно применимых материалов 
и их основных технологических и потребительских свойств огромно.
Не затрагивая экономические показатели, рассмотрим следующий 
пример. При производстве полупроводниковых кристаллов не контролируются 
механические свойства готовой продукции. В то же время 
выпускающий завод должен обеспечить заданный уровень таких характеристик, 
как плотность дислокаций в монокристалле, время жизни 
неравновесных носителей заряда, тип проводимости и ее величина, 
допустимые уровни концентраций примесей, перечень этих примесей, 
и др.

Глава 1. Управление качеством промышленной продукции

Напротив, при производстве бериллиевых бронз, предназначенных 
для изготовления упругих элементов в контакторах, система мероприятий 
по управлению качеством продукции должна обеспечить прежде всего заданные 
значения механических свойств выпускаемых сплавов (пределы 
упругости и прочности, твердость и др.), величины электро- и теплопроводности.


1.2.  
Управление качеством и жизненный цикл продукции

Система управления качеством представляет собой совокупность технических 
и организационных мер, реализуемых на всех стадиях жизни промышленной 
продукции — от изучения рынка (маркетинговых исследований) 
и формулирования технического задания на разработку изделия до утилизации 
и переработки продукции в конце срока ее службы (см. рис. 1.3).
На рисунке 1.5 изображена замкнутая цепь, состоящая из звеньев (этапов) 
жизненного цикла промышленной продукции.

Рис. 1.5. Этапы жизненного цикла промышленной продукции

Предпроизводственная стадия. К ней относятся первые четыре этапа, 
отмеченные на рис. 1.5. На этой стадии исследуют потребности рынка 
и возможности предприятия по их удовлетворению. На основании исследований 
вырабатывают требования к перспективной конкурентоспособной 
продукции, реализация которой могла бы удовлетворить имеющийся