Podstawy budowy ciał

stałych

Materiałoznawstwo a inżynieria
materiałowa



Materiałoznawstwo – nauka o

materiałach (budowie,
właściwościach i metodach badań).



Inżynieria materiałowa – nauka

o kształtowaniu właściwości
materiałów przez zmianę struktury.

Podział materiałów



Materiały dzielimy na:

1.

Materiały metalowe (metale i ich stopy),

2.

Materiały niemetalowe ( szkło, ceramika,
drewno, materiały lakiernicze, kleje, guma
i inne)

3.

Polimery (związki wielocząsteczkowe)

4.

Kompozyty ( substancje stanowiące
połączenie przynajmniej dwóch materiałów
w celu uzyskania nowego tworzywa)

Budowa ciał stałych



Ze względu na sposób
uporządkowania atomów w sieci
wyróżniamy:

1.

Materiały amorficzne( atomy są
chaotycznie rozmieszczone) np.
szkło

2.

Materiały krystaliczne ( atomy są
uporządkowane) np. metal

Budowa atomowa metali
(typy sieci krystalicznych)

Sieć
regularna
przestrzennie
centrowana
A2

Sieć
regularna
płaskocentro
wana A1

Fe

α,

, Mn, Cr, W, Mo, V, Nb, Li

…..

Fe

γ,

, Al., Cu, Ag, Co, Pb, Ni, Au

…..

Budowa atomowa metali c.d.

Sieć heksagonalna zwarta A3

Mg, Zn, Cd, Be, Co,……

Defekty sieci krystalicznej



Ze względu na cechy geometryczne defekty dzielimy na:

1.

Punktowe – mają niewielkie wymiary i są wynikiem drgań

cieplnych oraz działania sił zewnętrznych, którym

podlegają atomy w sieci, brak atomu w sieci nazywamy

luką, a defekt utworzony przez dodatkowy atom -

atomem międzywęzłowym. Defekty osłabiają

wytrzymałość mechaniczną. Gromadzenie się luk

powoduje pęknięcia. Liczba defektów rośnie wraz ze

wzrostem temperatury, a więc ze wzrostem dyfuzji.

2.

Liniowe – dyslokacje krawędziowe, śrubowe i mieszane

powstają w wyniku utworzenia się w sieci krystalicznej

dodatkowej płaszczyzny atomowej, tworzą się w czasie

krzepnięcia, a także podczas obróbki plastycznej.

3.

Powierzchniowe. Występują zazwyczaj na granicach

ziaren na skutek ich naturalnego rozrostu, prowadzą do

zmniejszenia własności wytrzymałościowych.

Zależność właściwości metalu od
jego budowy krystalicznej.



Anizotropia – właściwość, która objawia się

zróżnicowaniem badanej cechy w zależności od

kierunku badania,



Polimorfizm – możliwość występowania tego samego

pierwiastka w różnych sieciach krystalograficznych,

zwanych odmianami alotropowymi

Niektóre metale mają więcej niż jedną odmianę

alotropową np. żelazo w temperaturze do 912 ºC

posiada odmianę alotropową Fe () o sieci A2,

natomiast w temperaturze powyżej 912 ºC posiada

odmianę alotropową Fe () o sieci A1. Zmiana

ułożenia atomów Fe skutkuje zmianą własności np.

mechanicznych, chemicznych i fizycznych np. Fe ()

jest ferromagnetykiem a Fe () nie daje się

namagnesować.

Zależność właściwości metalu od jego
budowy krystalicznej – c.d.



Defekty sieci krystalicznej

Z

a

kr

e

s

w

y

tr

zy

m

a

ło

śc

i

m

e

ta

li

i

st

o

p

ó

w

t

e

ch

n

ic

zn

y

ch

Gęstość wad budowy krystalicznej

W

y

tr

zy

m

a

ło

ś

ć

Wytrzymałość
teoretyczna

wiskersy

Zakres gęstości wad budowy

krystalicznej w metalach i ich stopach