Bozony

Z 12 rodzajów bozonów 8 to tak zwane gluony. Są to obojętne cząstki o masie spoczynkowej zero, obdarzone jednocześnie ""kolorem" i "antykolorem". Gluony są podobne do mezonów, jednak są kolejnym rodzajem cząstek fundamentalnych - nie są zbudowane z kwarków, ani nie są kwarkami. W przypadku gluonów kolor i antykolor nie znoszą się wzajemnie: istnieją gluony niosące kolor "czerwony"/"antyzielony", co w przypadku mezonów nie jest możliwe. Gluony są odpowiedzialne za przenoszenie oddziaływań silnych.

Gluon to bezmasowa cząstka elementarna pośrednicząca w oddziaływaniach silnych. Gluon jest nośnikiem oddziaływań silnych, co oznacza że oddziaływania te polegają na wymianie gluonów między kwarkami lub między innymi gluonami. Gluon przenosi ładunek kolorowy. Gluony są kwantami pola Yanga-Millsa. Gluony nie mają ładunku elektrycznego.

Oddziaływania podstawowe:

 ddziaływanie grawitacyjne (grawiton - cząstka hipotetyczna)

 oddziaływanie słabe (bozon W±, bozon Z)

 oddziaływanie elektromagnetyczne (foton)

 oddziaływanie silne (gluony)

Grawiton to hipotetyczna cząstka elementarna, która nie posiada masy, ani ładunku elektrycznego i przenosi oddziaływanie grawitacyjne. Teoria grawitonu jest podstawą różnych kwantowych teorii grawitacji, będących wersją kwantowej teorii pola, ale nie Modelu Standardowego.Grawiton jest kwantem pola grawitacyjnego. W teorii względności pole to jest tożsame z tensorem metrycznym, można więc interpretować grawiton jako "zmarszczkę" czasoprzestrzeni. W Teorii grawitacji kwantowej grawiton jest bozonem cechowania, co oznacza, że oddziaływanie grawitacyjne polega na wymianie wirtualnych grawitonów. Grawitony mogą oddziaływać same ze sobą, stąd równania grawitacji są nieliniowe.

Kwark - cząstka elementarna, fermion, posiadający ładunek koloru (czyli podlegający oddziaływaniom silnym). Według obecnej wiedzy cząstki elementarne będące składnikami materii można podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią kwarki, drugą grupą są leptony. Każda z tych grup zawiera po sześć cząstek oraz ich antycząstki. Istnieje więc sześć rodzajów kwarków oraz odpowiednio sześć rodzajów ich antycząstek - antykwarków.

Pojęcie liczby kwantowej pojawiło się w fizyce wraz z odkryciem mechaniki kwantowej. Okazało się, że właściwie wszystkie wielkości fizyczne mierzone w mikroświecie atomów i cząsteczek podlegają zjawisku kwantowania, tzn. mogą przyjmować tylko pewne ściśle określone wartości. Na przykład elektrony w atomie znajdują się na ściśle określonych orbitach i mogą znajdować się tylko tam, z dokładnością określoną przez zasadę nieoznaczoności. Z drugiej strony każdej orbicie odpowiada pewna energia. Bliższe badania pokazały, że w podobny sposób zachowują się także inne wielkości np. pęd, moment pędu czy moment magnetyczny (kwantowaniu podlega tu nie tylko wartość, ale i położenie wektora w przestrzeni albo jego rzutu na wybraną oś). Wobec takiego stanu rzeczy naturalnym pomysłem było po prostu ponumerowanie wszystkich możliwych wartości np. energii czy momentu pędu. Te numery to właśnie liczby kwantowe.

W zależności od wielkości, którą opisują, liczby kwantowe mogą przyjmować wartości całkowite dodatnie (np. energia), całkowite dowolnego znaku (np. moment pędu) lub ułamkowe (np. liczby związane ze spinem elektronu). Na gruncie mechaniki kwantowej liczby kwantowe odpowiadają określonym wartościom własnym i stanom własnym operatorów kwantowych, opisujących energię oraz inne własności układów kwantowych. Podanie odpowiedniego zestawu liczb kwantowych może w pełni scharakteryzować stan atomu.

Symbole liczb kwantowych są ustalone tradycją. Na przykład elektronowi w atomie wodoru lub wodoropodobnym (mającym tylko jeden elektron) przypisane są następujące liczby kwantowe:

główna liczba kwantowa (n = 1,2,3...) opisuje energię elektronu, a w praktyce oznacza numer jego orbity (powłoki elektronowej),

poboczna liczba kwantowa (l = 0,1,...,n − 1) oznacza wartość bezwzględną orbitalnego momentu pędu, którą obliczyć można używając relacji J2 = l(l + 1)(h / 2π)2, gdzie h jest stałą Plancka, a w praktyce oznacza numer podpowłoki, do której przypisany jest elektron,

magnetyczna liczba kwantowa (m = − l,..., − 1,0,1,...,l) opisuje rzut orbitalnego momentu pędu na wybraną oś, którego długość oblicza się używając wzoru Jz = mh / 2π,

spinowa liczba kwantowa s oznacza spin elektronu, stały dla danej cząstki elementarnej i w przypadku elektronu wynoszący 1/2 (ze względu na stałą wartość tej liczby kwantowej jest ona niekiedy pomijana),

magnetyczna spinowa liczba kwantowa (ms = − s,s = 1 / 2, − 1 / 2) pokazuje, w którą stronę skierowany jest spin, danej cząstki elementarnej (tu elektronu).

Analogiczną symbolikę stosuje się do opisu stanu elektronu w atomie wieloelektronowym, ale tam liczby te nie są liczbami kwantowymi w sensie ścisłym (np. orbitalny moment pędu pojedynczego elektronu nie ma ścisłego sensu fizycznego). Małymi literami (l, s) oznacza się liczby kwantowe opisujące stan jednego elektronu. Liczby kwantowe opisujące stany wieloelektronowe oznacza się wielkimi literami (L, S).

Podobny do podanego wyżej dla atomu zestaw liczb kwantowych konstruuje się opisując w kategoriach mechaniki kwantowej np. jądro atomowe. Liczby kwantowe występują we wszystkich dziedzinach fizyki wywodzących się z mechaniki kwantowej. Jako przykład może posłużyć fizyka cząstek elementarnych, w której cząstki klasyfikuje się, podając odpowiednie liczby kwantowe, które je charakteryzują.

Zakaz Pauliego głosi, że w danym stanie kwantowym może znajdować się jeden fermion - albo inaczej, że żadne dwa fermiony nie mogą w jednej chwili występować w dokładnie tym samym stanie kwantowym.

W sformułowaniu szczególnym - Jeżeli wśród stanów jednocząstkowych
wystąpią choćby dwa jednakowe stany, np. ψ1 = ψ2, to wyznacznik Slatera znika tożsamościowo

Wiązania pierwotne: jonowe, kowalencyjne, metaliczne

Wiązania wtórne (zawsze w obecności wiązania pierwotnego):

- elektrostatyczne przyciąganie się atomów lub cząsteczek z asymetrycznym rozkładem ładunków,

- istotny wpływ na właściwości niektórych materiałów (np. polimery, grafit),

Gaz Fermiego, (gaz elektronowy Fermiego, gaz fermionów) jest to model opisujący idealny gaz kwantowy nieoddziałujących fermionów. Jest kwantowomechanicznym odpowiednikiem klasycznego gazu doskonałego dla cząstek podlegających statystyce Fermiego-Diraca. Zachowanie elektronów w metalach i półprzewodnikach, neutronów w gwiazdach neutronowych może być z pewnym przybliżeniem w niektórych sytuacjach opisywane przez idealny gaz Fermiego.

Materiały: ciała stałe o właściwościach umożliwiających ich stosowanie przez człowieka do wytwarzania produktów

Materiały naturalne, wymagające jedynie nadania kształtu

Materiały inżynierskie: tworzywa metalowe, tworzywa ceramiczne, polimery, kompozyty

Metale są materiałami, charakteryzujące się w stanie stałym następującymi własnościami:

 plastyczność,

 połysk,

 dobre przewodnictwo elektryczności i ciepła.

Własności te wynikają z metalicznego wiązania występującego między atomami tworzącymi metal oraz krystalicznej budowy. Możemy je podzielić na dwie grupy: żelazne oraz nieżelazne -kolorowe.

Polimery nazywamy również tworzywami wielkocząsteczkowymi. Dzielimy je na sztuczne i naturalne. Sztuczne powstają na skutek łączenia najczęściej kowalencyjnymi wiązaniami wielu identycznych małych ugrupowań atomów, które zwane są monomerami. Naturalne, które są nazywane biopolimerami otrzymuje się przez obróbkę oraz częściową modyfikację naturalnych surowców.

POLIMERY

Pierwiastkami budującymi polimery są głównie: węgiel, wodór oraz inne w większości niemetaliczne pierwiastki.

Przynajmniej od 60 lat sztuczne tworzywa mają coraz większe zastosowania w różnych dziedzinach życia codziennego i techniki. Stosowane z początku jako namiastki tradycyjnych a zarazem deficytowych tworzyw produkowanych z naturalnych surowców, stały się potem materiałami pełnowartościowymi o nowych, dotychczas nie spotykanych właściwościach. Umożliwiało to zajęcie im równoprawnej, a nawet w niektórych dziedzinach wiodącej pozycji wśród innych materiałów. W obecnym czasie tworzywa sztuczne dorównują nie tylko szeregiem własności takim materiałom jak np.: drewno, metale, włókna naturalne, skóra, szkło, kauczuk naturalny, wyroby ceramiczne, ale także pod wieloma względami je przewyższają.

Polimery można podzielić na dwie grupy, w zależności od rodzaju merów budujących cząsteczkę danego polimeru. Zgodnie z tą klasyfikacją wyróżnia się homopolimery i kopolimery. Homopolimerami nazywa się polimery złożone jednakowych merów, czyli monomerów. Natomiast kopolimery zbudowane są więcej niż jednego rodzaju merów.

Istnieje również inny podział polimerów - ze względu na kształt i strukturę tych cząsteczek. Zgodnie z nim wyróżnia się cztery typy polimerów:

- polimery liniowe (inaczej: łańcuchowe) - mery ułożone w długi łańcuch.

- polimery rozgałęzione - występują boczne łańcuchy odgałęziające się od łańcucha głównego.

- polimery usieciowione - ich cząsteczki tworzą sieć przestrzenną. Np. żywice poliestrowe, żywice fenolowo - formaldehydowe.

Charakterystyka tworzyw sztucznych:

 Łatwość formowania wyrobów mających skomplikowane kształty w końcowej postaci,

 Dość duża, a nawet często bardzo duża chemiczna odporność,

 Dobre właściwości mechaniczne, a także często bardzo dobre właściwości elektryczne

 Mała gęstość oraz najczęściej z tym związany bardzo korzystny stosunek mechanicznej wytrzymałości do gęstości

 Możliwość łatwego otrzymywania produktów o estetycznym wyglądzie

 Możliwość barwienia oraz uzyskiwania przezroczystych wyrobów.

Kolejna zaleta tworzyw sztucznych to możliwość ich stosowania w różnej postaci. Mogą być one stosowane jako materiały powłokowe, tworzywa konstrukcyjne, kleje i kity, włókna syntetyczne, spoiwa. Jednak najważniejszym kierunkiem wykorzystywania tworzyw sztucznych jest ich używanie w charakterze konstrukcyjnych materiałów, do wytwarzania elementów urządzeń i maszyn oraz przedmiotów codziennego użytku. Tworzywa sztuczne posiadają oczywiście również wady, ograniczające ich wykorzystanie. Odznaczają się, w porównaniu z metalami, niższą wytrzymałością mechaniczną oraz mniejszą twardością, a także płyną pod dużo mniejszym obciążeniem (proces pełzania) oraz mają w większości niewielką odporność cieplną.

MATERIAŁY CERAMICZNE

Materiały ceramiczne są nieorganicznymi związkami metali z azotem, tlenem, borem, węglem, a także innymi pierwiastkami. W cząsteczkach atomy połączone są wiązaniem kowalencyjnym i jonowym. Po uformowaniu materiały ceramiczne są wygrzewane w podwyższonych temperaturach.

Ceramika jest wytwarzana z masy ceramicznej, w której skład wchodzą:

 materiały schładzające (np. piasek), które zmniejszają kurczliwość podczas wypalania i suszenia;

 materiały plastyczne (np. kaoliny, gliny), które ułatwiają formowanie;

 topniki, ułatwiające proces związania cząstek.

Surowce stosowane przy produkcji ceramiki podzielić można na:

 podstawowe (substancje mające dużą zawartość czystego węgla, takie jak: węgiel drzewny, sadza, grafit naturalny);

 wiążące ( ich zadaniem jest związanie mieszaniny zmielonych drobno cząstek);

 dodatkowe ( są stosowane w celu nadania materiałom specjalnych właściwości).

Ceramikę podzielić możemy na:

 ceramikę budowlaną - materiały te muszą być wytrzymałe na działania mrozu zginanie, ściskanie;

 ceramiczne wyroby ogniotrwałe - materiały te muszą być zdolne do przeciwstawiania się działaniu podwyższonych temperatur w jakich pracują.

Własności kompozytu determinują:

•własności osnowy

•doskonałość powiązania osnowy i włókien

•Ilość włókien (proszku)

•własności i geometria fazy wzmacniającej

(wielkość cząstek, długość i orientacja włókien)

WŁASNOŚCI WYROBÓW CERAMICZNYCH:

 twardość,

 kruchość,

 duża odporność cieplna,

 ogniotrwałość,

 wysoka odporność na korozję,

 duża wytrzymałość mechaniczna,

 dobra przewodność cieplna i elektryczna.

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE

Rodzaje kompozytów:

Kompozyty strukturalne - w których występują ciągłe struktury komponentów konstrukcyjnych - warstwy (np. sklejka), pręty (np. żelbet) lub regularne struktury trójwymiarowe np. przypominające plaster miodu,

laminaty - które składają się z włókien zatopionych w lepiszczach - w zależności od sposobu uporządkowania włókien rozróżnia się taśmy kompozytowe - włókna ułożone w jednym kierunku - maty kompozytowe - w dwóch prostopadłych kierunkach - lub nieuporządkowane np. pykret,

mikrokompozyty i nanokompozyty - w których regularna struktura dwóch lub więcej składników jest zorganizowana już na poziomie nadcząsteczkowym - tego rodzaju kompozyty występują w organizmach naturalnych - np. drewno - jest rodzajem mikrokompozytu, w skład którego wchodzą zorganizowane w skręcone pęczki włókna celulozowe, "sklejone" ligniną - współcześnie próby sztucznego otrzymywania tego rodzaju kompozytów są prowadzone w ramach badań nanotechnologicznych,

stopy strukturalne - które są rodzajem stopów metali, metali z niemetalami, polimerów między sobą oraz polimerów z metalami i niemetalami o bardzo regularnej mikrostrukturze - przykładem tego rodzaju kompozytu jest stal damasceńska i duraluminium.

Kompozyt to tworzywo, które powstaje przez połączenie dwóch i więcej materiałów. Jeden z nich jest wiążącym, natomiast inne spełniają wzmacniającą rolę i wprowadzane są w postaci włóknistej, ziarnistej albo warstwowej. Na skutek tego procesu uzyskiwana jest kombinacja własności (chodzi tu najczęściej o właściwości mechaniczne) niemożliwa do osiągnięcia w wyjściowych materiałach. Cenną własnością kompozytów jest możliwość planowania ich struktury w celu uzyskania założonych właściwości. W wyniku tego kompozyty są szeroko stosowane we współczesnej technice oraz przewiduje się ich dalszy dynamiczny rozwój.

W skład kompozytów wchodzi osnowa i rozmieszczony w niej drugi składnik o znacznie wyższych własnościach wytrzymałościowych lub zwiększonej twardości zwany zbrojeniem.

Kompozyty to połączenia dwóch lub więcej nie rozpuszczalnych w sobie, odrębnych faz, z których dowolna odpowiada innemu zasadniczemu inżynierskiemu materiałowi zapewniającymi lepszy zespół cech strukturalnych i własności, od właściwych każdemu materiałowi składowemu oddzielnie. Materiały te znajdują zastosowanie np.: w samolotach, sprzęcie kosmicznym, jachtach, łodziach, samochodach.

Osnowa jest zwykle polimerem, może być także metalem, np. miedź, glin, tytan lub ceramiką, np. tlenek glinu. Przytoczone materiały różnią się bardzo takimi właściwościami jak: sztywność, odporność na rozciąganie, temp. użytkowania, wytrzymałość na pękanie kruche, a w głównej mierze różnią się między sobą ciężarem właściwym. Zwykle osnowę stanowią polimery, ponieważ mają łatwość kształtowania i odpowiedni ciężar właściwy. Jednak niezależnie od tego, jaki jest to jest surowiec osnowa pełni w kompozycie wspomniane funkcje.

Osnowa pełni następujące zadania:

 zlepia zbrojenie,

 umożliwia przemieszczanie się naprężeń na włókna,

 decyduje o własnościach cieplnych i chemicznych kompozytu,

 dobrze scala się ze zbrojeniem,

 nadaje pożądany kształt wyrobom.

Zbrojenie może być w postaci włókien lub proszku. Jest dodawane do kompozytu w sporej ilości. Zbrojenie zwykle tylko fizycznie oddziałuje na osnowę.

Zadaniem zbrojenia jest:

 poprawa określonych właściwości mechanicznych i/lub użytkowych wyrobu,

 niekiedy zmniejszenie kosztu wsadu surowcowego (tyczy się to proszkowych napełniaczy).

Kompozyty sklasyfikować można według kształtu i rodzaju fazy umacniającej - zbrojenie kompozytu lub rodzaju osnowy.

Uwzględniając pochodzenie kompozytu wyróżnić możemy:

 kompozyty naturalne (np. drewno),

 kompozyty sztuczne (wytworzone przez człowieka).

Uwzględniając rodzaj zbrojenia wyróżnić możemy kompozyty:

 proszkowe,

 włókniste,

 porowate pianki lub ciała stałe.

Kompozyty umacniane przez włókna podzielić można na: umacniane włóknami ciągłymi oraz krótkimi - ciętymi, a zależnie od kierunku układu włókien możemy wyróżnić kompozyty umacniane równoległymi i nierównoległymi włóknami, plecionkami, tkaninami, matami.

Odrębnym rodzaj kompozytu to laminat, czyli warstwowy kompozyt, umacniany przez warstwy papieru, tkanin, drewna, przy czym osnową jest syntetyczna żywica. Są też wykorzystywane laminaty w rodzaju "plaster miodu" albo warstwowe kompozyty o metalowej osnowie. Kompozyty możemy podzielić wg typu materiału włókien (polimerowe, ceramiczne węglowe, metalowe) lub też osnowy (ceramika, metal, tworzywa sztuczne, węgiel).

Zależnie od tego, jaki jest rodzaj zbrojenia otrzymujemy kompozyty włókniste lub kompozyty proszkowe. Włókna są ciągłe lub ułożone w jednym kierunku, albo cięte jednokierunkowo lub rozmieszczone w chaotyczny sposób. Właściwości kompozytu będą zależały od kształtu zbrojenia, jego rodzaju oraz sposobu rozmieszczenia.

Kompozyty, które są zbrojone proszkami, albo statystycznie rozmieszczonymi ciętymi włóknami mają jednakowe właściwości w każdym kierunku - izotropia.

Kompozyty, które są zbrojone włóknem ciągłym albo zorientowanym ciętym włóknem mają wyższe wytrzymałościowe właściwości wzdłuż włókien, aniżeli w poprzek do włókien - anizotropia.

KOMPOZYTY CERAMICZNE.

Dobrą twardość i sztywność ceramiki czasami można połączyć z wytrzymałością na dynamiczne obciążenia metali czy polimerów, poprzez wytworzenie kompozytu. Przykład mogą stanowić tworzywa sztuczne wzmocnione szklanymi lub węglowymi włóknami. Włókna węglowe lub szklane usztywniają dosyć miękki polimer. Jeśli włókno pęknie, to pękniecie rozejdzie się w polimerze, ulegnie w nim spowolnieniu, nie uszkadzając pozostałej reszty przekroju. Przykładem może być także cermetal. Drobiny twardego węglika wolframu powiązane są metalicznym kobaltem, podobnie jak żwir scalony smołą daje wytrzymałą na ścieranie jezdną nawierzchnię. Kość stanowi naturalny kompozyt ceramiczny - cząstki hydroksyapatytu - ceramiki spojone są kolagenem (polimerem)

Podstawowe procesy metalurgiczne to:

wstępna przeróbka rudy

wzbogacanie rudy

proces hutniczy

rafinacja

Metalurgia to dział techniki

zajmujący się procesami otrzymywania metali z rud, ich rafinacji, obróbki oraz wytwarzania stopów

Właściwości metali są kształtowane metodami obróbki cieplenej. Powierzchnia elementów uszlachetniana jest metodami inżynierii powierzchni.

Metalurgia proszków - metoda wytwarzania przedmiotów z proszków metali bez topienia ich. Oddzielne cząstki proszków łączą się ze sobą w jednolitą masę podczas wygrzewania silnie sprasowanych kształtek w atmosferze redukującej lub obojętnej. Proces metalurgii proszków jest ekonomiczną metodą wielkoseryjnej produkcji elementów o niewielkich prostych kształtach, w wyniku której uzyskuje się w pełni zwarte sprasowane komponenty. Technologia ta umożliwia uzyskanie jednorodnej mikrostruktury wolnej od niemetalicznych wtrąceń i defektów.

Produkty metalurgii proszków charakteryzują się wyjątkowymi właściwościami mechanicznymi i odpornością na zużycie, dzięki czemu znajdują szerokie zastosowanie w różnych branżach, takich jak m.in. przemysł lotniczy i kosmonautyczny, przemysł drzewny (zęby pił) itp.

Metodami metalurgii proszków wytwarzamy:

przedmioty z metali trudno topliwych jak np. wolfram, molibden, tantal, iryd,

spieki metali i niemetali wykazujących znaczne różnice temperatury topnienia jak np. materiały na styki elektryczne z wolframu i srebra, szczotki do maszyn elektrycznych z grafitu i miedzi,

materiały porowate na łożyska samosmarujące,

materiały, które w stanie ciekłym są gęstopłynne i trudne do odlewania jak np. materiały na specjalne magnesy trwałe.

Korzyści wynikające z zastosowania metalurgii proszków w zastępstwie konwencjonalnej metalurgii:

można otrzymać materiały których innymi metodami wytworzyć się nie da,

własności fizyczne i chemiczne otrzymanych wyrobów można regulować w szerokim zakresie,

można uzyskać materiał o określonej, zaprojektowanej i wolnej od segregacji strukturze, o kontrolowanej niejednorodności lub o kontrolowanej anizotropii,

porowatość i przepuszczalność wyrobów może się zmieniać w szerokich granicach.

:

- odlew

- przeróbka plastyczna

- obróbka skrawaniem

- metalurgia proszków

Zużycie pośrednie obejmuje wartość wyrobów i usług, zużytych jako nakłady w procesie produkcji, wyłączając środki trwałe, których zużycie rejestrowane jest jako amortyzacja środków trwałych.

Zużycie pośrednie w szczególności obejmuje wartość zużytych materiałów, surowców (w tym opakowań), paliw, energii, gazów technicznych, usług obcych (obróbka obca, usługi remontowe, usługi transportowe, wynajem sprzętu, usługi telekomunikacyjne, obliczeniowe, prowizje aktualnie płacone za usługi bankowe oraz tzw. usługi pośrednictwa finansowego mierzone pośrednio), wydatki na podróże służbowe oraz inne koszty (np. koszty reklamy, reprezentacji, koszty najmu itp.).

Ceramika - w rozumieniu tradycyjnym, tworzywa i wyroby otrzymywane w wyniku wypalenia odpowiednio uformowanej gliny. Nazwa tych wyrobów wywodzi się z greckiego określenia κεραμικος (keramikos), które pochodzi z kolei od słowa κεραμος (keramos - ziemia, glina).

Obecnie, przez ceramikę rozumie się wszystkie tworzywa i wyroby nieorganiczno-niemetaliczne, w trakcie otrzymywania których istotnym procesem jest obróbka cieplna, np. spiekanie lub prażenie.

Proces produkcyjny

Klasyczny proces produkcji wyrobów ceramicznych polega na dokładnym wymieszaniu odpowiednich surowców, formowaniu, wysuszeniu i wypaleniu (jednokrotnym lub wielokrotnym). Proces wypalania odbywa się w piecach: tunelowych, komorowych (ceramika budowlana, sanitarna itp.) oraz w piecach grafitowych i innych, często o kontrolowanej atmosferze wypalania (ceramika specjalna). Temperatura wypalania mieści się w zakresie od 900 °C (ceramika budowlana) do 2000 °C (ceramika węglikowa). W wysokich temperaturach zachodzi zjawisko spiekania, w wyniku którego otrzymuje się czerep o pożądanej gęstości, znacznie mniejszej od gęstości surowca, ze względu na usunięcie wody podczas obróbki termicznej. Niektóre wyroby ceramiczne po wypaleniu pokrywa się szkliwem.

Zastosowanie

Ceramika znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach gospodarki, np. w budownictwie, elektronice, hutnictwie, a także w przemyśle kosmicznym itp. Powszechne są również ceramiczne elementy wyposażenia domu, zwłaszcza kuchni, takie jak: zastawa stołowa, niewielkie pojemniki i inne akcesoria oraz wyroby dekoracyjne. Wyroby ceramiczne bardzo często stosowane są w miejscach narażonych na działanie czynników atmosferycznych, agresywnych substancji, wysokich temperatur itp.

Biomateriał (zwany też materiałem biomedycznym) - materiał, z którego można produkować urządzenia i elementy, mające bezpośredni kontakt z tkankami organizmu. Z biomateriałów produkuje się implanty (np. protezy ortopedyczne, naczyniowe), a także pokrywa się nimi powierzchnie urządzeń wszczepianych do wnętrza organizmu (np. rozrusznik serca, sztuczne zastawki serca, elektrody endokawitarne, stenty), lub przeznaczonych do długotrwałego kontaktu z organizmem (np. rurki intubacyjne, cewniki, dreny, nici chirurgiczne).

Podstawową cechą biomateriałów jest ich biozgodność, czyli brak toksyczności oraz minimalne oddziaływanie na system immunologiczny. Biomateriały będące w styczności z krwią nie mogą wywoływać hemolizy.

Do najczęściej stosowanych biomateriałów zalicza się:

polimery syntetyczne - takie jak: (polietylen, polisiloksany i inne)

polimery półsyntetyczne - modyfikowane biopolimery, takie jak: oczyszczona chityna

materiały ceramiczne

niektóre metale i ich stopy

Pełzanie - powolna zmiana kształtu materiału (odkształcenie) wskutek działania stałych, długotrwałych obciążeń, mniejszych od granicy sprężystości materiału. Pełzanie przebiega znacznie szybciej w wysokich temperaturach, np. w przypadku rurociągów, w których znajduje się gorący czynnik pod ciśnieniem, czy elementów turbin gazowych obciążonych statycznie, ale pracujących w wysokich temperaturach. Pełzanie metali przy rozciąganiu - powolne, ciągłe plastyczne wydłużanie się metalu pod stałym obciążeniem i przy stałej temperaturze.

Nanomateriały - wszelkie materiały, w których występują regularne struktury na poziomie molekularnym, tj. nie przekraczającej 100 nanometrów. Granica ta może dotyczyć wielkości domen jako podstawowej jednostki mikrostruktury, czy grubości warstw wytworzonych lub nałożonych na podłożu. W praktyce granica poniżej której mówi się o nanomateriałach jest różna dla materiałów o różnych właściwościach użytkowych i na ogół wiąże się to z pojawieniem szczególnych właściwości po jej przekroczeniu. Zmniejszając rozmiar uporządkowanych struktur materiałów można uzyskać znacznie lepsze właściwości fizyko-chemiczne, mechaniczne, itp.

Nanomateriały można podzielić na następujące trzy grupy:

nanomateriały zerowo-wymiarowe (nanomateriały punktowe) zbudowane z osnowy, w której rozmieszczone są cząstki o wymiarach nanometrów;

nanomateriały jedno- bądź dwuwymiarowe, np. warstwy o grubości nanometrów typu jednofazowego lub wielofazowego;

nanomateriały trójwymiarowe (lub nanokrystaliczne), tj. złożone z krystalicznych domen i klasterów faz o wymiarach rzędu nanometrów.

Nanomateriały mają odmienne właściwości fizyczne w porównaniu z materiałami tradycyjnymi. Technologie stosowane do wytwarzania nanomateriałów pozwalają otrzymać tworzywa o składzie i właściwościach niemożliwych do uzyskania metodami dotychczas znanymi.

Wiele struktur biologicznych (np. skóra), jest w istocie rodzajem nanomateriałów.

Korozja - ogólna nazwa procesów niszczących mikrostrukturę materiału, które prowadzą do jego rozpadu. Korozja zachodzi pod wpływem chemicznej i elektrochemicznej reakcji materiału z otaczającym środowiskiem.

Korozja rozpoczyna się zwykle drobnymi zmianami zaatakowanej powierzchni występującymi najczęściej w miejscach zagięcia materiału, a następnie postępuje w głąb, niszcząc substancje najbardziej podatne na korozję. Produkty korozji tworzą czasami warstwę pasywną chroniącą przed dalszym rozkładem, w innych zaś przypadkach mogą być kolejnym czynnikiem powodującym korozję. Typowym przykładem korozji jest powstawanie rdzy na powierzchni stopów żelaza.

Czynniki wpływające na proces korozji:

obecność zanieczyszczeń

odczyn środowiska

zmiany temperatury i ciśnienia

naprężenie materiału

struktura krystaliczna materiału

Prosta sieciowa - każda prosta przechodząca przez co najmniej dwa węzły sieci.

WWskaźnikowanie elementów sieci przestrzennej:

Współrzędne węzła sieci przestrzennej określają trzy liczby x, y, z odpowiadające krotnościom przemieszczenia punktu początkowego układu współrzędnych X, Y, Z o wektor translacji .
Współrzędne kierunku krystalograficznego odpowiadają współrzędnym najbliższego węzła sieci, przez który przechodzi prosta poprowadzona z początku układu, równoległa do rozpatrywanego kierunku. Oznaczamy jako [ u v w ].
Współrzędne płaszczyzny krystalograficznej wyznaczają trzy liczny nazywane wskaźnikami Millera o ogólnym symbolu ( h k l ). Płaszczyzny równoległe opisane są za pomocą jednakowych wskaźników Millera.spółczynnik wypełnienia komórki, wyrażony stosunkiem objętości kryształu zajętej przez kuliste atomy do całkowitej objętości kryształu.

Płaszczyzna sieciowa - każda płaszczyzna przechodząca przez co najmniej trzy i węzły sieci nie leżące na jednej prostej.

Występujące w przyrodzie kryształy wykazują wiele odstępstw od modelu idealnego. Odstępstwa te nazywamy defektami struktury krystalicznej. Defekty te decydują o właściwościach kryształów.
Rozróżniamy defekty punktowe, liniowe, powierzchniowe

• Defekty punktowe - stanowią nieobsadzone przez atomy lub cząsteczki węzły sieci kryształu. Przejście atomu na powierzchnię kryształu (defekt Schottky'ego) lub w pozycję międzywęzłową (defekt Frenkla) spowoduje nieobsadzenie węzła sieci przestrzennej i utworzenie wakansu ( luki).
Atomy międzywęzłowe - atomy które cechują się tym, że w sieci krystalicznej zbudowanej z identycznych atomów jeden z nich znajduje się między węzłami sieci kryształu, powodując przesunięcie sąsiednich atomów z ich położeń równowagi - defekty tego rodzaju w odniesieniu do kryształów jonowych są zwane defektami Frenkla.
Atomy domieszek - w położeniach międzywęzłowych czyli lukach. Są to atomy o średnicach atomowych znacznie mniejszych od atomów osnowy.
Defekty złożone - np. atomy domieszki z wakancją, podwójna wakancja lub skupisko większej liczby wakancji.

• Defekty liniowe struktury kryształu stanowią dyslokacje. Dyslokacja powstaje w krysztale w wyniku wprowadzenia dodatkowej płaszczyzny atomowej (dyslokacja krawędziowa) lub wzajemnego przesunięcia płaszczyzn atomowych (dyslokacja śrubowa)
Pojęcie dyslokacji wprowadzone do fizyki ciała stałego zostało przez Taylora w celu wytłumaczenia mechanizmu odkształcenia plastycznego, a zwłaszcza rozbieżności między teoretyczną i rzeczywistą granicą plastyczności metali.
Dyslokacje mogą być głównym czynnikiem powodującym umocnienie kryształów.
Większość dyslokacji występujących w kryształach ma zdolność przemieszczania się.


Rozróżnia się dwa podstawowe mechanizmy ruchu dyslokacji w krysztale:
- poślizg (ruch zachowawczy) dominuje w niskich temperaturach
Poślizg dyslokacji odbywa się po płaszczyznach poślizgu charakteryzujących się dużą gęstością atomów, w kierunku poślizgu, odpowiadającym najgęstszemu ułożeniu atomów w tej płaszczyźnie.
- wspinanie (ruch niezachowawczy) charakterystyczny dla wysokich temperatur.
Wspinanie dyslokacji może zachodzić przez dyfuzję do dyslokacji wakansów lub odrywanie się od dyslokacji atomów. Obydwa procesy związane są z dyfuzyjnym transportem masy, a więc są aktywowane cieplnie.

• Defekty powierzchniowe -
Do defektów powierzchniowych zalicza się dwuwymiarowe defekty struktury krystalicznej jak: granice ziarn i błędy ułożenia
- Granica ziarna - jest wąską strefą materiału, w której atomy ułożone są w sposób nieuporządkowany, kompensując niedopasowanie struktury sąsiednich ziarn.
W zależności od wielkości kata dezorientacji rozróżnia się granice wąskokątowe i szerokokątowe ( charakteryzują się stosunkowo dużą energią).

- Błąd ułożenia powstaje w kryształach o sieci RSC w wyniku zakłócenia kolejności ułożenia warstw atomowych na płaszczyznach {1 1 1} opisanych sekwencją ABC ABC ABC. Obecność błędów ułożenia możemy zaobserwować podczas badań na transmisyjnym mikroskopie elektronowym.

Pierwiastki tworzące odmiany altropowe - tlen wegiel fosfor siarka żelazo

---