ZESTAW I
1) Przykład ceramiki gęstej o najmniejszej przewodności. ⇒ SiAlON
2) Jak wpływają wstrząsy termiczne na własności mechaniczne. ⇒ Osłabiają własności mechaniczne, powodują pękanie, powstają mikropęknięcia.
3) Przykład glinokrzemianu szkieletowego. ⇒ 3∞[(SiAl)O2] np. ortoklaz K[AlSi3O8]
4) W czym występuje Mullit. ⇒ Mullit występuje w układzie SiO2-Al2O3. Materiały mullitowe są materiałami ogniotrwałymi.
5) Jakie parametry wpływają na przewodnictwo cieplne. ⇒ Temp. pracy, gęstość gazu, który wypełnia pory, średnia prędkość fononów, defekty, średnia droga swobodna fononów..
6) AlN - rodzaje wiązań. ⇒ Kowalencyjne (elektrony walencyjne są wspólne dla całego materiału).
7) Jaki materiał ceramiczny ma największą teoretyczną twardość. ⇒ B4C-SiC. (diament?)
8) Rodzaj defektów liniowych (lub płaskich). ⇒ Defekty liniowe wynikające z obecności lub braku dodatkowych półpłaszczyzn. Defekty powstałe w ten sposób nazywa się defektami krawędziowymi: - dyslokacja krawędziowa - obecność dodatkowej półpłaszczyzny. - dys. śrubowa - na skutek skręcenia o pewien kąt płaszczyzny. Wielkość skręcenia mierzy się wektorem Burgersa - wektor, o który trzeba przekręcić, aby uzyskać strukturę niezdefektowaną. Defekty płaskie: - niskokątowa granica skośna (zbiór dyslokacji krawędziowych uszeregowanych jedna nad drugą tworzy płaskie zaburzenia rozdzielające kryształy na dwie części o płaszczyznach sieciowych nachylonych względem siebie pod niewielkim kątem θ). - niskokątowa granica skręcenia (uszeregowany zbiór dyslokacji śrubowych oddzielający dwie części kryształu skręcone względem siebie o kąt θ). - zaburzenie płaskie powstałe w wyniku rozszczepienia się dyslokacji doskonałych na dyslokacje częściowe.
9) Jaki materiał ma wytrzymałość mechaniczną bliską teoretycznej. ⇒ Wiskersy, tj. włoskowate monokryształy. Przyczyną odbiegania rzeczywistej wytrzymałości materiałów od wytrzymałości teoretycznej jest występowanie w ich mikrostrukturze nieciągłości. Naprężenia wewnętrzne u wierzchołka pęknięcia są wielokrotnością przyłożonych obciążeń zewnętrznych. Naprężenia te mogą osiągać w związku z tym wielkość równą wytrzymałości teoretycznej już przy niezbyt dużych zewnętrznych obciążeniach.
10) Przy jakiej odmianie kwarcu następuje największy ubytek objętości. ⇒ Przy przejściu z αkwarc na βkwarc.
ZESTAW II
1) Wiązania w Si3N4. ⇒ Kowalencyjne.
2) Defekty Schottky'ego. ⇒ Powstawanie par wakancji kationowych i anionowych. Przejście atomu na powierzchnię kryształu.
3) Co powoduje dodatek CaO i X2Y3 w tlenkach cyrkonu. ⇒ Dodatek CaO powoduje obniżenie ogniotrwałości i powoduje stabilizacje w podwyższonych temperaturach.
4) Jak zachowuje się metal, a jak materiał ceramiczny pod obciążeniem. ⇒ Metal - po obciążeniu rozładowuje naprężenia poprzez odkształcenie plastyczne. Materiał ceramiczny - po obciążeniu występuje trójosiowy stan naprężeń, rozładowywany jest poprzez powstawanie pęknięć w materiale, zachodzi ryzyko kruchego pękania mogące prowadzić do dekohezji.
5) Co wpływa na materiał ceramiczny, który ulega odkształceniu w wysokiej temp., bez pęknięć. ⇒ Mikrododatki; Temperatura, rodzaj gazu, środowisko, siła grawitacji.
6) Co wpływa na współczynnik „K”. ⇒ Na K wpływa: szybkość obciążenia, parametr bezwymiarowy X, który zależy od szybkości obciążenia, rodzaju pęknięcia i geometrii próbki
7) Jaki tlenek wykorzystuje się do powstawania szkła. ⇒ SiO2 (tetraedr krzemowy) jest podstawowym składnikiem struktury.
8) Jakie układy są najmniej asymetryczne. ⇒ regularny, tetragonalny, rombowy.
9) Sposoby transportu ciepła. ⇒ Konwekcja - ciepło przenoszone przez cząstki obdarzone energią cieplną, występuje w gazach. Promieniowanie - energia cieplna jest wymieniana między oddalonymi od siebie powierzchniami stałymi. Gorąca powierzchnia wypromieniowuje ciepło, a zimna powierzchnia je absorbuje. Przewodnictwo fononowe - przenoszenie ciepła jest możliwe poprzez zderzenia obdarzonych energią molekuł, które wykonują chaotyczne ruchy.
10) Jaka jest LK dla wiązań jonowych. ⇒ 6 lub 8. W ciałach stałych o wysokim stopniu jonowości wiązań LK mieści się w granicach 6<LK<8. Musi zachodzić równowaga sił odpychania i przyciągania, czyli kationy otoczone są tylko przez anion i na odwrót.
ZESTAW III
1) Wymień defekty punktowe. ⇒ Def. Frankla - przejście atomu z pozycji węzłowej w międzywęzłową. Def. Schottkyego - powstawanie par wakancji kationowych i anionowych. Przejście atomu na powierzchnię kryształu.
2) Jaka figura geometryczna odpowiada LK=4. ⇒ tetraedr.
3) Jakie wiązania występują w MgO. ⇒ Jonowe
4) Jaki mat. ceramiczny ma największą rozszerzalność cieplną. ⇒ MgO (Szkło kwarcowe?)
5) Dlaczego H2O wpływa na odkształcenia pakietów 2:1. ⇒ Pomiędzy warstwy pakietu może wchodzić woda, co powoduje odpychanie pakietów od siebie i pęcznienie materiału. Woda działa smarująco w związku z czym pakiety mogą przesuwać się względem siebie. Materiał jest plastyczny i pod wpływem obciążenia odkształca się plastycznie.
6) Co występuje w układzie MgO-Al2O3 (jaki związek). ⇒ Spinel - MgOAl2O3.(czyste MgO i Al2O3)
7) Jak zmienia się przewodnictwo fononowe w krysztale wraz ze wzrostem temp. ⇒ Przewodnictwo fononowe maleje wraz ze wzrostem temperatury. W przenoszeniu ciepła zaczynają dominować fonony o większej częstotliwości i mniejszej długości fali, które charakteryzują się mniejszą długością drogi swobodnej wskutek występowania procesów przerzutu.
8) Jaki jest rozkład naprężeń wokół porów. ⇒ Pory zwiększają koncentrację naprężeń i obniżają wytrzymałość mechaniczną materiału. Wokół poru występują naprężenia rozciągające, dalej od poru występują naprężenia ściskające,
9) Metody zapobiegania kruchemu pękaniu. ⇒ Zmiana powierzchni szkła - rysa pod wpływem naprężeń rozprzestrzenia się na całe szkło będzie skruszone. Hartowanie szkła - ogrznie szkła do wys. tem. Schłodzenie w wodzie (występują na powierzchni naprężenia ściskające wewnątrz rozciągające). Wytworzenie szkła sklejonego - wytworzenie laminatu, pęknięcie zatrzymuje się na polimerze.
10) Odmiany polimorficzne kwarcu. ⇒ α kwarc(573 0C)-β kwarc (870 0C)-α trydymit (1470 0C)-α krystobalit.
ZESTAW IV
1) Rodzaje wiązań w Cr2O3. ⇒ jonowe (powłoki walencyjne tworzą się na anionach, kationy pozbawione są powłok walencyjnych).
2) Ile wynosi LK dla wiązań kowalencyjnych. ⇒ LK=4.
3) Jaka faza występuje w układzie SiO2-Al2O3. ⇒ Mullit.
4) Jak zmienia się przewodnictwo cieplne szkła w zal. od temp. ⇒ W szkle obserwuje się niskie wartości przewodności cieplnej, jak i małe jej zmiany pod wpływem temperatury. Wynika to z bardzo małej długości drogi swobodnej fononów w znacznie zaburzonej budowie atomowej substancji amorficznych, co powoduje, iż rola procesów przerzutu w obniżeniu drogi swobodnej jest znikoma. Przewodnictwo cieplne szkła w niewielki sposób wzrasta liniowo
5) Jakie warunki musi spełniać związek aby tworzył z innymi związkami roztwór stały. ⇒ Musi zajść wejście obcego kationu w węzeł sieci krystalicznej danego monokryształu. Tworzenie się roztworów stałych-to def punktowe wynikające z podstawień izomorficznych, czyli w miejsce jednego kationu wchodzi inny. Atom, który dostaje się w pozycję międzywęzłową musi mieć mniejszą średnicę atomową w stosunku do atomu rozpuszczającego. Atom, który dostaje się w pozycję różnowęzłową musi mieć podobną średnicę w stosunku do atomu rozpuszczanego.
6) Od czego zależy kruche pękanie ceramiki. ⇒ Na kruche pękanie duży wpływ mają nieciągłości: pęknięcia, pory, rysy, które są statycznie rozprowadzone w materiale.
7) Wyjaśnij wsp. koncentracji naprężeń. ⇒ Ki = σm/σ0 = 2(a/pt)1/2 .Wpływ na pękanie mają: - obecność porów, - geometria porów.
8) Naprężenia I rodzaju. ⇒ Naprężenia cieplne I rodzaju związane są z anizotropią materiału. Naprężenia te powstają po podgrzaniu a zanikają po ochłodzeniu. Po podgrzaniu i powrocie do temperatury otoczenia pojawiają się mikropęknięcia i powstają tzw. histerezy. Pęknięcia rozładowują energię odkształceń sprężystych nie powodując w ten sposób dekohezji materiału. W związkach wielofazowych w wyniku różnych wartości współczynników rozszerzalności cieplnej dla różnych ziarn. Naprężenia na granicach ziarn.
9) Co jest głównym składnikiem ceramiki krzemianowej. ⇒ Tetraedr krzemianowy. Krzemiany w większości tworzone są przez polikondensację tetraedrycznych zespołów koordynacyjnych [SiO4], złożonych z centralnego atomu krzemu i czterech atomów tlenu w narożach tetraedrów, tak, że atomy krzemu połączone są ze sobą przez mostki tlenowe.
10) Struktura ceramiki. ⇒ Granice między ziarnowe, pory, fazy amorficzne, kryształy.
ZESTAW V
1) Co to jest komórka elementarna. ⇒ Równoległościan określony przez wektory a, b i c.
2) Defekty Frankla. ⇒ Przejście atomu z pozycji węzłowej w pozycję międzywęzłową. Złożone z par atomów (jonów) międzywęzłowych oraz wakancji tego samego rodzaju.
3) Co to są własności mechaniczne. ⇒ Własności mechaniczne materiałów charakteryzują ich reakcję na obciążenia mechaniczne sprowadzające się do odkształcenia i dekohezji. Odkształcenie jest wprost proporcjonalne do obciążenia σ = EЄ - odkszt. sprężyste - odkszt. odwracalne, - odkszt. plastyczne - odkszt. nieodwracalne, - utrata spójności materiału - dekohezja (zniszczenie) Dekohezja: kruche pękanie - jest to dekohezja bez wystąpienia wcześniej znaczących odkształceń. Zwiększając naprężenia przyłożone do materiału powodujemy zwiększenie odkształcenia i koncentracji naprężeń. Odkształcenie plastczne jest bardzo małe na jsgo końcu następuje zniszczenie.
4) Co to jest LK. ⇒ Jest to idealna geometria równowagowych położeń atomów w zespołach koordynacyjnych tj. zespołach złożonych z danego atomu przyjętego za centralny i powiązanych z nim pierwszorzędnymi wiązaniami, równoległych do niego, najbliższych sąsiadów. Jest to liczba atomów powiązanych wiązaniami pierwszorzędnymi z atomem centralnym i mu najbliższych oraz równoległych do niego.
5) Wiązania w Al2O3. ⇒ jonowe
6) Dlaczego związek.......... jest związkiem niestechiometrycznym. ⇒ Niestechiometryczność wynika z różnego stopnia utlenienia związku w materiale, zależy od ciśnienia cząsteczkowego tlenu. Duża obecność kationów w pozycjach międzywęzłowych.
7) Jak na materiał wpływa strumień ciepła. ⇒ Materiał, na który oddziaływuje strumień ciepła zwiększa swą temperaturę, zmienia wymiary. Powstają naprężenia wewnętrzne. Przewodzą ciepło.
8) Jak powstają naprężenia II rodzaju. ⇒ Naprężenia te mają charakter stały. Mogą powodować pęknięcia. Przyczyną tych naprężeń jest nierównomierny rozkład temperatur w materiale. Powstają, gdy następuje nagłe ogrzanie i ochłodzenie materiału (nieustalone warunki przepływu ciepła) lub gdy następuje powolne nagrzanie i ochłodzenie materiału (ustalone war. przepł. ciepła.)
9) Od czego zależy odporność na kruche pękanie. ⇒ Sposobu obciążenia mechanicznego - rozwieranie pęknięcia, rozwój pęknięć zachodzi w warunkach płaskiego stanu odkształceń (występuje trójosiowy stan naprężeń). Mikrostruktury materiału -występowanie nieciągłości (pęknięcia, pory, rysy)rozchodzenie się naprężenia na mniejsze, uniemożliwienie zmiany wymiarów ziaren oraz odpowiedniego ukształtowania mikrostruktury. Sposobu ogrzewania i chłodzenia materiału (wstrząsy termiczne i powstawanie pęknięć).
ZESTAW VI
1) Jakie wiązania występują w SiO. ⇒ Jonowe. (SiC - kowalencyjne)
2) Dlaczego nie można wyrobić zwartej ceramiki z cyrkonu Zr. ⇒ Przy podgrzaniu występuje przemiana ze struktury jednoskośnej na tetragonalną (duża zmiana objętości). Przy chłodzeniu materiał pęka.
3) Ile wynosi LK dla wiązań kowalencyjnych. ⇒ LK=4.
4) W jakim materiale występuje największy moduł sprężystości. ⇒ Węgliki βSiC,TiC (diament)
5) Na czym polegają defekty punktowe tworzące niestechiometryczność. ⇒ Polegają na lokowaniu się atomów w sieci w przestrzeniach międzywęzłowych. Nie tworzą się roztwory stałe. W wyniku tych defektów powstają związki, dla których nie możemy napisać wzorów stechiometrycznych.
6) Wyjaśnij liniową rozszerzalność cieplną. ⇒ Materiały zmieniają swoje wymiary wraz ze wzrostem temp. Zmiany te określa się przy pomocy współczynnika rozszerzalności cieplnej. αl = l/l0 * dl/dT - przyrost dł. wraz z temp., l0 -dł. początkowa.
7) Własności szkła i podobnego do niego kryształu (różnice). ⇒ W krystalicznej strukturze krzemionki każdy atom krzemu tworzy tetraedryczne zespoły koordynacyjne z najbliższymi sąsiednimi czterema stronami tlenu, których płaski rzut może być przedstawiony w postaci trójkątnych zespołu trzech atomów tlenu z umieszczonym w centrum atomem krzemu. W amorficznej krzemionce zespoły te są identyczne, lecz ich powiązanie jest nieregularne. Pozwala to na utworzenie ciągłej więźby, lecz o mniej gęstym ułożeniu atomów niż w strukturze krystalicznej. W konsekwencji, w amorficznej krzemionce muszą występować, w porównaniu z krystaliczną krzemionką, pustki niezapełnione przez atomy.
8) Dwa układy krystaliczne o najwyższej symetrii. ⇒ Regularny, tetragonalny.
9) Od czego zależy odporność na kruche pękanie. ⇒ Sposobu obciążenia mechanicznego, mikrostruktury materiału, sposobu ogrzewania i chłodzenia materiału.
10) Fononowe przewodnictwo cieplne. ⇒ Przenoszenie ciepła możliwe jest przez zderzenia obdarzonych energią molekuł, które wykonują chaotyczne ruchy. Drgania atomów, które wykazują ciepło
ZESTAW VII
1) Wiązania w TiC. ⇒ Kowalencyjne. (jon.-kow. z przew. jon.)
2) Rozkład termiczny kaolinitu. ⇒ odwodnienie kaolinitu (550 - 880 0C), określić interwał temperatur. Przy dalszym ogrzewaniu tworzą się fazy krystaliczne. Występują dwie reakcje: egzotermiczna i endotermiczna.
3) Dlaczego szkło w zasadzie nie przewodzi ciepła. ⇒ Wynika to z bardzo małej długości drogi swobodnej fononów w znacznie zaburzonej budowie atomowej substancji amorficznych, co powoduje, iż rola procesów przerzutów w obniżeniu drogi swobodnej jest znikoma.
4) Dlaczego ceramika pęka poniżej teoretycznej wytrzymałości. ⇒ Z powodu występujących w jej mikrostrukturze nieciągłości. Naprężenia wewnętrzne u wierzchołka pęknięcia są wielokrotnością przyłożonych obciążeń zewnętrznych. Naprężenia te mogą osiągać w związku z tym wielkość równą wytrzymałości teoretycznej już przy niezbyt dużych zewnętrznych obciążeniach.
5) Podaj przykład krzemianu szkieletowego. ⇒ Kwarc - [SiO2] 3∞[SiO2]n - krzemiany, glinokrzemiany, borokrzemiany
6) Podaj składniki mikrostruktury ceramiki. ⇒ kryształy, granice międzyfazowe, pory.
7) Jaką LK ma SiO. ⇒ 6-8 (LK=4 tetraedr?)
8) Co dzieje się ze stężeniem defektów punktowych wraz ze wzrostem temp. ⇒ Wraz z temp. liczba defektów punktowych rośnie, co wynika ze wzrostu drgań cieplnych atomów wraz ze wzrostem temp w krysztale. Prowadzi to do zerwania wiązań międzyatomowych a za temp. do przemieszczenia się atomów i powstania defektów.
9) W jakich warunkach powstają naprężenia cieplne II rodzaju. ⇒ Przyczyną tych naprężeń jest nierównomierny rozkład temperatur w materiale. Powstają, gdy następuje nagłe ogrzanie i ochłodzenie materiału (nieustalone warunki przepływu ciepła) lub, gdy następuje powolne nagrzanie i ochłodzenie materiału (ustalone war. przepł. ciepła.)
10) Jaki rodzaj naprężeń w obszarze pęknięcia jest najmniej korzystny dla materiału. ⇒ Naprężeń II rodzaju.
ZESTAW VIII
1) Jakie wiązania występują w CaO. ⇒ Jonowe.
2) Jakie są metody badania twardości ceramiki. ⇒ Met. Brinella - wciskanie kul z hartowanej stali, met. Rockwella - wciskanie stożka diamentowego, met. Vickersa - wciskanie ostrosłupa diamentowego.
3) LK=6. ⇒ Oktaedr
4) Podaj przykład krzemianu warstwowego. ⇒ Kaolinit - [Si4Al4O10](OH)8
5) Dlaczego w roztworach stałych wytwarzają defekty punktowe. ⇒ Ponieważ stężenie defektów jest bardzo małe
6) Jakie tlenki należy dodać aby obniżyć temperaturę eutektyki w SiO2*Al2O3. ⇒ CaO, MgO, H2O.
7) Od czego zależą naprężenia wokół porów. ⇒
8) Jak rozszerzalność cieplna wpływa na wstrząsy termiczne. ⇒ Im większa rozszerzalność cieplna tym mniejsza odporność na wstrząsy termiczne.
9) Jaki materiał charakteryzuje się wysokim fononowym przewodnictwem cieplnym. ⇒ (Al2O3, MgO, B4C, SiC) Materiały piankowe, komórkowe o objętości porów Vp>0,678. Dominuje przewodnictwo cieplne przez fazę stałą, przenoszenie ciepła drogą promieniowania między rozmaicie nagrzanymi powierzchniami ciała stałego.
10) Która odmiana polimorficzna kwarcu ma najniższą temp. ⇒ αkwarc
3