ლითონმცოდნეობა

ლითონმცოდნეობა, ლითონგრაფია — მეცნიერება, რომელიც შეისწავლის კავშირს ლითონებისა და შენადნობების შემადგენლობას, აგებულებასა და თვისებებს შორის, აგრეთვე მათი ცვალებადობის კანონზომიერებებს თბური, მექანიკური და სხვა ზემოქმედებათა შედეგად. ლითონმცოდნეობა სხვადასხვა მექანიკური, ფიზიკური და ქიმიური თვისებების მქონე მასალის შემადგენლობის, დამზადებისა და დამუშავების ხერხების შერჩვის მეცნიერულ საფუძველს წარმოადგენს. უძველესი დროიდანაა ცნობილი ლითონთა შენადნობების (მაგ: ბრინჯაოს) მიღებისა და ფოლადის სიმტკიცისა და გამძლეობის წრთობით გაზრდის ხერხები. საუკუნის ლითონმცოდნეობა ლითონგრაფიის სახელწოდებით დამოუკიდებელ მეცნიერებად ჩამოყალიბდა. ტერმინი „ლითონმცოდნეობა“ შემოიღეს გერმანიაში საუკუნის 20-იან წლებში. ლითონმცოდნეობის დამოუკიდებელ მეცნიერებად ჩამოყალიბება განაპირობა ტექნიკურმა მოთხოვნებმა.

ლითონმცოდნეობის განვითარებაში განსაკუთრებული როლი შეასრულა რენტგენოსტრუქტურულმა ანალიზმა, რომელმაც შესაძლებელი გახადა სხვადასხვა ფაზის კრისტალური სტრუქტურის დადგენა, მათი ცვლილებების აღწერა ფაზური გადასვლების, თერმული დამუშავებისა და დეფორმაციის შედეგად. ლითონმცოდნეობის ისტორიაში მნიშვნელოვანი სიახლე იყო ფაზური გარდაქმნების თეორიის შექმნა, ლითონებისა და შენადნობების ატომურ-კრისტალური და ელექტრონული აგებულების, მექანიკური, თბური, ელექტრული და მაგნიტური თვისებების შესწავლა. ლითონების ატომურკრისტალური აგებულების შესასწავლად რენტგენოსტრუქტურული ანალიზის გარდა იყენებენ ნეიტრონოგრაფიის, მიკრორენტგენოსპექტრული ანალიზის, კალორიმეტრიის, მაგნიტომეტრიის და სხვა მეთოდებს, აგრეთვე ელექტრონულ მიკროსკოპს.

განასხვავებენ თეორიულ და გამოყენებით (ტექნიკურ) ლითონმცოდნეობას. თეორიული ლითონმცოდნეობა ლითონთა და შენადნობთა აგებულებისა და სხვადასხვა ზემოქმედების შედეგად მიმდინარე პროცესების ზოგად კანონზომიერებებს იხილავს. გამოყენებითი კი შეისწავლის ლითონური მასალის კონკრეტულ კლასებს და დამუშავების ტექნოლოგიური პროცესების საფუძვლებს. თეორიული ლითონმცოდნეობის ძირითადი ნაწილებია ლითონური მდგომარეობისა და ლითონთა და შენადნობთა ფიზიკური თვისებების თეორია, კრისტალიზაცია, ლითონებსა და შენადნობებში ფაზური წონასწორობა, დიფუზია ლითონებსა და შენადნობებში, ფაზური გარდაქმნები მყარ მდგომარეობაში, პლასტიკური დეფორმაციის, განმტკიცების, რღვევისა და რეკრისტალიზაციის პროცესების ფიზიკური თეორია. ლითონური მდგომარეობის თეორია ლითონს განიხილავს როგორც დადებითი იონების პერიოდულ ველში მოძრავ ელექტრონთა ერთობლიობას ატომთშორისი ძალების ურთიერთმოქმედების აღრიცხვის საფუძველზე. შეფასებულია ლითონური მონოკრისტალების თეორიული სიმტკიცე, რომელიც პრაქტიკულზე 100 – 1000-ჯერ მეტია. ლითონების ელექტროწინაღობა განიხილება, როგორც კრისტალურ გისოსში ატომების იდეალური განლაგების რღვევის შედეგი. ატომებს შორის ურთიერთქმედების ხასიათი განსაზღვრავს სხვადასხვა ფაზის (მოწესრიგებული მყარი ხსნარების, ელექტრონული ნაერთების, ჩანერგვის ფაზების, სიგმა ფაზებისა და სხვა) წარმოქმნას. შენადნობებში ფაზური შენადნობების შესწავლა თეორიული ლითონმცოდნეობის უმნიშვნელოვანესი ნაწილთაგანია. მრავალ ორმაგ, სამმაგ, და უფრო რთული სისტემებისთვის აგებულია მდგომარეობის დიაგრამები. გარკვეულ პირობებში (მაგ: სწრაფი გაცივებისას) შეიძლება შეიქმნას არასტაბილური მდგომარეობა, რომელიც მოცემული თერმოდინამიკური პირობებისთვის თავისუფალი ენერგიის შედარებითი მინიმუმით ხასიათდება. ფაზური გარდაქმნების კინეტიკა და არასტაბილური მდგომარეობის წარმოქმნის პირობები განისაზღვრება სისტემის წონასწორული მდგომარეობიდან გადახრის ხარისხით, ატომების ძვრადობის (დიფუზიის მახასიათებელი), საწყის და წარმოქმნილ ფაზათა სტრუქტურული და ქიმიური შესაბამისობით. მყარ მდგომარეობაში მიმდინარე გარდაქმნები (ფაზური გარდაქმნები) იწვევს დაძაბულობის ველის წარმოქმნას, პოლიმორფული მოდიფიკაციების არსებობას. განსაზღვრულ პირობებში ფაზათა საზღვარზე შეიმჩნევა კრისტალური გისოსის მოწესრიგებული გარდაქმნა. ტემპერატურულ საზღვრებში, რომლებშიც სწრაფად მიმდინარეობს რელაქსაციის პროცესები, ახალი ფაზის კრისტალები ცალკეული ატომების მოუწესრიგებელი დიფუზური გადასვლით წარმოიქმნება. რკინის შენადნობების ლითონმცოდნეობისთვის დიდი მნიშვნელობა აქვს აუსტენიტის გარდაქმნის კინეტიკურ დიაგრამას. ლითონურ შენადნობებში ხშირად მიმდინარეობს გადამეტნაჯერი მყარი ხსნარის დაშლის პროცესი, რის გამოც საგრძნობლად იცვლება მათი თვისებები.

ლითონმცოდნეობის განვითარებისთვის დიდი მნიშვნელობა აქვს პლასტიკური დეფორმაციისა და კრისტალური აგებულების დეფექტების ფიზიკურ თეორიას. კრისტალებში განსაკუთრებული დეფექტების - დისლოკაციების არსებობით აიხსნება მკვეთრი სხვაობა თეორიულად გამოთვლილ და პრაქტიკულად მიღწეულ სიმტკიცეს შორის. დისლოკაციები გადაადგილდება შედარებით მცირე ძალების ზემოქმედებით და მიმდინარეობს პლასტიკური დეფორმაცია. შინაგანი ხახუნისა და სხვა მეთოდებით დადგენილია წერტილოვანი დეფექტების - ვაკანსიების - როლი. ვაკანსიები მოქმედებს კრისტალების ფიზიკურ თვისებებზე და გავლენას ახდენს თერმული დამუშავების, ლითონების დასვენების, რეკრისტალიზაციისა და შეცხობის დროს მიმდინარე დიფუზურ პროცესებზე. სიმტკიცის თეორიული შეფასების მართებულობა დადასტურდა უდეფექტო, ძაფისებრი კრისტალების თვისებათა შესწავლით. სიმტკიცის გადიდება შესაძლებელია დისლოკაციების სიმკვრივის გაზრდით. ლითონებისა და შენადნობების თვისებებზე მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს მინარევები. მოცულობადაცენტრებული კუბური გისოსის მქონე ლითონების ცივმეტეხობის მთავარი მიზეზია მინარევების (რკინაში და ) და დისლოკაციების ურთიერთქმედება. ლითონების განმტკიცების, სიმტკიცის დაკარგვის, ცოცვადობის, რეკრისტალიზაციისა და სხვა პროცესების მიმდინარეობა განისაზღვრება დისლოკაციების მოძრაობით და ურთიერთქმედებით.
გამოყენებითი (ტექნიკური) ლითონმცოდნეობის მიზანია სხვადასხვა კონკრეტული კლასის ლითონური მასალის (მაგალითად: რკინა-ნახშირბადიანი შენადნობების, საკოსტრუქციო და უჟანგავი ფოლადების, მხურვალმტკიცე შენადნობების, ლითონკერამიკისა და სხვა) შედგენილობის, სტრუქტურის, დამუშავების პროცსებისა და თვისებების შესწავლა. ტექნიკური დარგების განვითარებამ საჭირო გახადა ლითონური შენადნობების თვისებათა განსაზღვრა რადიაციული ზემოქმედების, ძალზე დაბალი ტემპერატურის, მაღალი წნევისა და სხვა პირობებში.