Polimery

• Podstawowe własności polimerów:

– Mała gęstość,
– Izolacyjne własności cieplne i

elektryczne ( z wyjątkiem
przewodzących prąd elektryczny),

– Słabo odbijają światło iu zwykle są

przezroczyste,

– W większości są giętkie i odkształcalne,
– Nie nadają się do pracy w podwyższonej

temperaturze.

Podstawowe grupy polimerów

• Podstawowe grupy polimerów
• Ze względu na własności użytkowe polimery dzielą się na:

– Plastomery, które dzielą się na:

• Plastomery termoplastyczne (termoutwardzalne)
• Polimery utwardzone (duroplasty)

– elastomery

• Plastomerami są polimery charakteryzujące się wydłużeniem przy

rozerwaniu zwykle nie przekraczającym 200%, chociaż polietylen lub
polipropylen wykazujące maksymalne wydłużenie kilkaset procent też są
zaliczane do tej grupy polimerów.

• Elastomerami są polimery cechujące się skłonnością do dużych odkształceń

sprężystych, a po poddaniu dużemu odkształceniu w temperaturze pokojowej
i po odciążeniu powracają do pierwotnej postaci lub bardzo do niej zbliżonej.

• Procesy technologiczne polimerów

Zwykle surowcem do wytwarzania polimerów jest ropa naftowa. W tej
technologii łączenie monomerów w makrocząstki następuje podczas
polireakcji, tj. polimeryzacji, kopolimeryzacji lub poliaddycji.

Materiały ceramiczne

• Ceramika są to materiały nieorganiczne, powstające w wyniku

połączenia wiązaniami kowalencyjnymi, wytwarzane zwykle w
wysokotemperaturowych procesach związanych z przebiegiem
nieodwracalnych reakcji oraz szkła, beton i cement.

• Surowce: gliny (tlenki aluminium, tlenki krzemu [krzemionka] SiO2).
• Materiały ceramiczne są wytwarzane w wyniku połączenia licznych

metali (zielone) i siedmiu kluczowych pierwiastków niemetalicznych
(różowe)

• <układ okresowy pierwiastków>
• Wiele stosowanych materiałów ceramicznych zawiera związki lub

roztwory więcej niż dwóch spośród wskazanych pierwiastków
chemicznych.

• Układ okresowy pierwiastków chemicznych, metale zaznaczono na

zielono, a główne pierwiastki tworzące materiały ceramiczne
zaznaczone na różowo (B, C, N, O, Si, P, S).

• Metale: aluminium, cyrkon.

Klasyfikacja materiałów

ceramicznych

• Materiały ceramiczne są to związki

tlenu, węgla i azotu z pierwiastkami
takimi jak aluminium, cyrkon i krzem.

• Powstają w wysokich temperaturach

w wyniku reakcji chemicznych.

Ceramika i jej właściwości

• Tworzywa ceramiczne i szkło można podzielić na 5 grup:

– Szkła – wszystkie na bazie SiO2 z dodatkami obniżającymi

temperaturę topnienia lub poprawiającymi inne właściwości
materiału,

– Tradycyjne tworzywa wielofazowe z dużym udziałem fazy szklistej i

gliny (iłów) używane w dużych ilościach do wyrobu naczyń
domowych (porcelany), ceramiki sanitarnej, dachówek, cegieł itp,

– Nowoczesne tworzywa ceramiczne o szczególnych

właściwościach, stosowane w narzędziach skrawających, w
narzędziach do obróbki plastycznej, częściach silników oraz
maszyn i w innych wyrobach, od których wymaga się dużej
odporności na zużycie (zawierają azotki, borki, tlenki,
węgliki),

– Cement i beton – wielofazowa mieszanina ceramiczna, która jest

jednym z podstawowych materiałów budowlanych,

– Skały i minerały (kamień, lód).

Właściwości tworzyw

ceramicznych

• Zalety:

– Wysoka twardość i znaczna odporność na ścieranie,
– Duża sztywność,
– Odporność na wysokie temperatury (termoodporność – do

temperatur w jakich została wytworzona [nie będzie się
topić]),

– Mały współczynnik rozszerzalności cieplnej,
– Obojętność chemiczna, biozgodność.

• Wady:

– Kruche pękanie spowodowane obciążeniami

mechanicznymi lub naprężeniami cieplnymi.

– Większy rozrzut wytrzymałości odporności na obciążenia

dynamiczne niż metal.

Wytrzymałość ceramiki na

pękanie

• Kruchość jest to skłonność materiału do

pękania bez wystąpienia wyraźnej strefy
odkształcenia plastycznego.

• Kruchość zależy od:

– Czynników materiałowych:

• Rodzaju materiału, składu fazowego, strukturalnego,

– Czynników zewnętrznych:

• Stanu naprężeń i sposobu obciążenia, temperatury,

rodzaju środowiska.

• Wszystkie ceramiki są twardymi, kruchymi

ciałami stalymi.

Ceramika konstrukcyjna a

właściwości

• Wytrzymałość mechaniczna ceramiki zależy głównie

od dwóch czynników:

– Krytycznego współczynnika intensywności naprężeń(K(IC)),
– Wzór napisany w word (Kic = o- pierwiastek(pi * a) [Mpa *

m(1/2)]

• Gdzie:
• Jest to zależność między wielkością pękania „a”, a

dopuszczalną wartością naprężenia o-, powyżej
którego zachodzi szybkie rozprzestrzenianie się
pękania.

– Rozkładu wielkości mikropęknięć w objętości.

Ceramiki konstrukcyjne o

szczególnych właściwościach

1. Diament, od wielu lat jest używany na narzędzia

skrawające, narzędzia do obróbki plastycznej i do
wiercenia skał oraz jako materiał ścierny. Jest materiałem
drogim i dlatego ma ograniczone zastosowania.

2. Nową klasą tworzyw ceramicznych, o większej Wartości

K(IC) połączonej z ograniczeniem rozrzutu rozkładu
małych mikropęknięć.

Ceramika

Typowy skład

chemiczny

Typowe

zastosowanie

Korund o dużej

gęstości

Al2O3

Narzędzia skrawające,

narzędzia do obróbki

plastycznej; odporne

na zużycie powłoki,

łożyska; implanty;

części silników i

turbin, pancerze.

Węglik i azotek

krzemu

SiC, Si3N4

Sialony

Np.. Si2AlON3

Dwutlenek cyrkonu

(regularny)

ZrO2 + 5%wag. MgO

Materiały kompozytowe

• Materiały kompozytowe są połączeniami dwóch lub więcej odrębnych i

nierozpuszczających się w sobie faz, z których każda odpowiada innemu
podstawowemu materiałowi inżynierskiemu, zapewniającymi lepszy zespół
własności i cech strukturalnych, od właściwych dla każdego z materiałów
oddzielnie

• Metale
• Osnowa metalowa, włókno ceramiczne
• Osnowa metalowa, włókno polimerowe
• Osnowa ceramiczna, włókno metalowe
• Osnowa polimerowa, włókno metalowe
• Ceramika
• Polimery
• Osnowa ceramiczna
• Włókno polimerowe
• Osnowa polimerowa
• Włókno ceramiczne

Klasy materiałów

kompozytowych

• Klasy materiałów kompozytowych ze względu na

osnowę:

– Metalową,
– Polimerową,
– Ceramiczną.

• Zastosowanie: w sprzęcie kosmicznym, samolotach,

samochodach, łodziach, jachtach, szybowcach i sprzęcie
sportowym.

• Faza powodująca wzmocnienie kompozytów nazywa się

także zbrojeniem, może być wprowadzona w postaci:

– Drobnych cząstek,
– Dyspersyjnych, krótkich włókien lub płatków,
– Włókien ciągłych.

Właściwości kompozytów

•

Istotną cechą współczesnych kompozytów jest
to, że można z dość znaczną dokładnością
przewidzieć uzyskanie żądanych właściwości.

•

Jakakolwiek właściwość fizyczna materiału jest
efektem oddziaływania fizycznego X
wywołującego skutek Y (efekt X-Y).

•

X [ ]  Y

•

Efekt X Y w materiale jednorodnym

•

W kompozytach komponenty mają własne
zespoły efektów X – Y. Kombinacja tych efektów
określa właściwości kompozytów.