mapsource garmin mac

( mapsource_garmin_mac.pdf )

http://www.extrafiles.be/hp/mapsource_garmin_mac#

Podobne: baldur's gate mag, baldur's gate map, matura macmillan,

baldur's gate mage, manual audi a2, matura maj,

baldur's gate ee map, baldur's gate npc, patch reef park map,

POPULACJA? zbior ryb jednego typu zyjacych na danym terenie w okreslonym czasie.

PULA GENOWA? stanowia ja spoleczenstwo genow reprezentowanych w danej populacji.

W drugie polowce XIX stulecia poglady ewolucyjne przyjely naukowa forme, za pomoca pracy opublikowanej w 1859 roku za sprawa Karola Darwina? O

postaniu gatunkow droga doboru przyrodniczego?, w ktorej przedstawil wiele argumentow na egzystowanie ewolucji jak i rowniez jako glowny

zaproponowal wykonalny do uroczystosci jej mechanizm, opierajacy sie na doborze naturalnym.

Wieksze szanse na przetrwanie maja te osobniki, ktore istnieja lepiej dostosowane do otoczenia jakim bytuja. Ich przychowek przetrwa, gdyz odziedziczy

na rodzicach jakosci, ktore ulza im przetrwac. Taki mechanizm Darwin nazwal doborem przyrodzonym (selekcja naturalna).

O kierunku dzialania doboru decyduja zwlaszcza warunki naszego otoczenia, gdyz po to zalezy jakie osobniki sa brane sluzace do doboru. Aby dobor

naturalny zadzialal musi byc wielka rozrodczosc organizmow i nietrwalosc (zroznicowanie) katalogow potomstwa. Za posrednictwem zmiennosci przy

kazdym pochodzace z nastepnych na sobie pokolen wystepuja osobniki lepiej lub gorzej dostosowane. Niektore pochodzace z nich maja cechy

adaptacyjne (przystosowawcze) przy danych warunkach srodowiskowych. Sporadycznie zdarza sie, iz u potomstwa wystepuje swieza cecha lub

zmodyfikowana cecha, ktora juz istnieje. Jednak ma to wielkie znaczenie, bo maja mozliwosc stanowic przyczyne zmian ewolucyjnych, czyli pojawienia

sie nowatorskich, wczesniej odrzucic istniejacych postaci zywych.

Pojawienie sie ludzi nowych cech Darwin tlumaczyl, ze jest to dziedziczenie cech nabytych za sprawa organizmy w trakcie ich egzystencji. Uwazal, iz

organizmy reaguja na warunki srodowiskowe, dlatego wyksztalcaja jakosci o znaczeniu przystosowawczym, ktore przekazuja potomstwu.

U organizmow wielokomorkowych jakosci nabyte w trakcie zycia odrzucic maja szans na dziedziczenie, gdyz organizmy te wydaja potomstwo tylko w

wyniku zestawienia komorek rozrodczych.

Syntetyczna hipoteza ewolucji

Odkrycie regul dziedziczenia bylo zlaczone z postepem genetyki jak i rowniez spowodowalo progres w rozumieniu mechanizmow ewolucji. Na przelomie

lat czterdziestych i piecdziesiatych XX stulecia powstal nowy kierunek przy ewolucji, to znaczy syntetyczna hipoteza ewolucji. Przesadza ona kontynuacje

podstawowych tez Darwina, uzupelnionych elementami pozostalych dziedzin, zwlaszcza genetyki populacyjnej. Teoria ow zaklada, iz istnieje mnostwo

zrodel zmiennosci organizmow, z ktorych znaczenie ewolucyjne dzierzy jedynie nietrwalosc dotyczaca surowca genetycznego komorek linii generatywnej

(rozrodczej). Celi generatywne stanowia jedyny materialny lacznik miedzy kolejnymi pokoleniami.

Zmiennosc to zroznicowanie fenotypowe organizmow nalezacych do tego samego gatunku.Struktura atomu

Zasadnicze czastki struktury atomu

Od poczatku dwudziestego stulecia, sposrod informacji zawartych w pracach Ernesta Rutherforda, wiadomo, iz atomy istnieja zbudowane sposrod jadra

jak i rowniez krazacych wkolo niego elektronow. Jadro atomowe, ktorego promien jest rzedu ok. 10-14m, skupia po sobie niemal cala znaczna liczbe

atomu jak i rowniez jest obdarzone ladunkiem dodatnim. Promien atomu wynosi w porzadku. 10-10m. Ujemnie naladowane czasteczki powloki atomowej

kompensuje pozytywny ladunek jadra atomu. Fizycy wyrozniaja mniej wiecej 20 drobinek elementarnych wchodzacych w zestaw atomow, ktore spelniaja

po nich bardzo odpowiedzialne opcje. Aby po prosty rodzaj opisac budowe atomu, starczy poznac wlasciwosci i role protonow, neutronow i elektronow w

atomie.

Protony jak i rowniez neutrony istnieja elementami skladowymi jadra. Calosc ich mas (ok. 1, 7*10-24g kazdy) przekracza 99, 9% wagi calego atomu.

Elektrony na temat malej masie (ok. 9, 1*10-28g kazdy) rozmieszczone istnieja wokol jadra w powloce atomu. Protony maja bagaz dodatni, jakkolwiek

elektrony bagaz ujemny. Tu i tu wynosi on 1, 6*10-19C. Jest to tak zwanym. ladunek fundamentalny. Liczba elektronow w atomie jest rowna liczbie

protonow, dlatego kazdy atom okazuje sie byc elektrycznie obojetny. Z kolei numer protonow decyduje o wariantu pierwiastka (liczbie atomowej) jak

rowniez o ilosci elektronow krazacych po zewnetrznych orbitach atomu. Pierwszym przyblizeniem budowy orbit jest model Bohra. Neutrony nie moga

miec ladunku elektrycznego, a co niemiara neutronu okazuje sie byc w przyblizeniu rowna masie protonu.

Atomy znanych dotychczas pierwiastkow sposrod chemicznego punktu widzenia konstytuuja podstawowe komponenty makroskopowe materii. Roznia sie

liczba protonow po jadrze, czyli takze bagazem jadra jak i rowniez liczba elektronow wokol jadra. Chemiczny charakter pierwiastka nie zmienia sie ze

wzgledu na rozna zawartosc neutronow w 3 roznych jadrach atomowych owego samego pierwiastka. Istnieja dlatego atomy pierwiastka rozniace sie

masa, lecz nie rozniace sie bagazem elektrycznym. Tego rodzaju atomy nazywamy izotopami.

Pierwiastki oznacza sie symbolami zlozonymi z jakiejs lub 3 liter ich lacinskiej nazwy. Czesto obok symbolu pierwiastka z lewej strony, obok dolu

przekazuje sie liczbe protonow po jadrze, jakkolwiek z lewej strony symbolu u gory - stosunkowa mase atomowa rowna sumie protonow jak i rowniez

neutronow. Pod tej bazie bardzo swobodnie mozna wyznaczyc liczbe neutronow w jadrze atomu. Przykladem moze tu byc atom wodoru:

11H - wodor (H).

21H - deuter (D) zawierajacy 1 neutron.

31H a mianowicie tryt (T) zawierajacy dwie neutrony.

Przy przyrodzie okazuje sie byc tylko 20 pierwiastkow, ktore nie moga miec naturalnych izotopow. Sa to tak zwane pierwiastki czyste. Naleza do nich

metrow. in. beryl, fluor, sod, glin, srebro. Pozostale wychodza jako mieszanina swoich izotopow w innym udziale procentowym, np. izotopy litu. Wzgledna

masa atomowa pierwiastkow okazuje sie byc wiec srednia wartoscia mas atomowych konkretnych izotopow danego pierwiastka. W ten sposob wartosc ta

nie moze istniec liczba calkowita. Energia wiazania czastek elementarnych w jadrze oraz niedostatek masy takze sa owego przyczyna.

Okrutne masy atomow roznych elementow sa bardzo male. Mnostwo atomu wodoru, najlzejszego z wszystkich elementow, wynosi w porzadku. 1,

6*10-24g. Masa atomu sodu okazuje sie byc okolo 23 razy ogromniejsza, natomiast co niemiara atomu olowiu ok. 207 razy ogromniejsza. Jesli zwrocic

masy konkretnych atomow to otrzyma sie wzgledne wagi atomowe konkretnych pierwiastkow.

Nadrzedne zalozenia teorii Bohra

Niels Bohr wprowadzil dwa zalozenia sprzeczne sposrod klasyczna elektrodynamika:

1. Emitowanie kwantu promieniowania o preznosci hn okazuje sie byc mozliwa jedynie w przypadku przeskoku elektronu sposrod orbity na temat wyzszej

preznosci na orbite o mniejszej energii, jakkolwiek nie jest nadawane promieniowanie w czasie krazenia elektronu po orbicie stacjonarnej.

dwie. Elektrony maja mozliwosc w stanie stacjonarnym zajmowac jedynie takie orbity, aby ich moment pedu byl kompletna wielokrotnoscia nieustannej

h/2Pi (gdzie: h-stala Plancka h=6, 625*10-34[J*s], Pi-stala matematyczna Pi=3, 14). Postulat ten wyplywa bezposrednio sposrod mechaniki falowej, jezeli

przyjmie sie, iz elektron wedrujacy po orbicie o promieniu r konstruuje fale stojaca o dlugosci l, czyli ze jedynie takie orbity moga byc zajmowane przez

elektrony, aby 2Pr=nl (gdzie: n-liczba calkowita).

Glownym zastosowaniem jak i rowniez sukcesem teorii Bohra byla interpretacja linii widmowych atomu wodoru. Linie te zostaly usystematyzowane

wczescniej przez Balmera i byl okreslony empiryczny wzor pozwalajacy na wyliczenie wielu linii. Okazalo sie, ze na bazie teorii Bohra mozna bylo

wyprowadzic analogiczny fason, a takze wzory na linie widmowe odmiennych serii. Co wiecej obecnie uzywane oznaczenie linii widmowych

szczegolnego promieniowania rentgenowskiego oparte na modelu Bohra, zgodnie z ktorym promieniowanie, ktore powstaje w rezultacie przeskoku

elektronu z lepszych orbit elektronowych na orbite pierwsza (n=1) nazywamy promieniowaniem serii K (literami K, L, Metrow, N... oznaczono kolejne

orbity). Podobnie przeskok elektronow sposrod wyzszych orbit na orbite druga nazywamy promieniowaniem linii L i tym podobne. W ramach konkretnej

serii rozroznia sie jeszcze linie oraz, b, g w zaleznosci od rozbieznosci numerow orbit, miedzy ktorymi nastapil przeskok. Niestety fiaskiem teorii Bohra

byla niemoznosc interpretacji na jej bazie roznych delikatnych linii, jakie mozliwosci wykazalo jej niedoskonalosc. Linie te mogly zostac zinterpretowane

na podstawie mechaniki falowej, wedlug ktora stan energetyczny elektronu jest reprezentowany za pomoca nie jednej, ale czterech liczb kwantowych.

Harmonogram poziomow energetycznych powlok elektronowych w atomie, wraz z podpowlokami.

Wspolczesny obraz budowy atomu

Obecnie wykaz budowy polega na inzynierii kwantowej, wedlug ktora stan energetyczny wszelakiego elektronu okazuje sie byc okreslony czterema

liczbami kwantowymi, ped elektronu ma pewny zakres nieoznaczonosci, ruch elektronow moze byc rozwazany jako fala, a polozenie elektronow traktuje

sie po kategoriach prawdopodobienstwa. Glownym sukcesem mechaniki kwantowej byla odczytanie subtelnych linii widmowych, ktorych nie mozna stalo

wyjasnic przy uzyciu modelu atomu Bohra.

Do najwazniejszych praw i rownan mechaniki kwantowej (zwanej takze falowa) zaliczane sa:

·zasada nioznaczonosci Heisenberga;

·rownanie de Broglie\'a l=h/p (l-dlugosc fali, h-stala Plancka, p=mv-ped);

·rownanie falowe Schroedingera;

·zakaz Pauliego;

·zasada Borna (rozpatrywanie ruchu elektronu w kategoriach prawdopodobienstwa);

·statystyka kwantowa Fermiego-Diraca.

Wiele zjawisk fizycznych (np. efekt fotoelektryczny, interferencja elektronow) wskazuje na korpuskularno-falowy charakter elektronow. Oznacza to, ze nie

sposob z jednakowa dokladnoscia rownolegle okreslic polozenia elektronu wkolo atomu jak rowniez wartosci tej pedu. Sprawdzenie to jest trescia zasady

Heisenberga. Zachowanie sie elektronu okazuje sie byc zatem zlozona funkcja tej odleglosci od czasu jadra jak rowniez parametrow energetycznych

uwzgledniajacych oddzialywania innych elektronow, poruszajacych sie po blizniaczych lub w wyzszym stopniu zlozonych torach. Problem ow probowano

rozwiazac za pomoca rownan rozniczkowych. Rownanie Schroedingera w najwiekszym stopniu optymalnie charakteryzuje stan energetyczny wybranego

elektronu. Wyboru elektronu dokonuje sie poprzez przyjmowanie odpowiednich zalety brzegowych, nieodzownych do rozwiklania tego rownania.

Wynik matematycznego rozwiazania rownania Schroedingera nazwano orbitalem. Orbital wraz z przyjetym do tej rozwiazania zestawem liczb

kwantowych opisuje stan energetyczny elektronu. Kazdy elektron w atomie jest scharakteryzowany okreslonym orbitalem oraz zestawem liczb

kwantowych. W danym atomie nie moze istniec dwoch identycznych elektronow konkretnych za pomoca owego samego zestawu liczb kwantowych

(zakaz Pauliego).

Wyroznia sie nastepujace wielkosci kwantowe:

·glowna liczbe kwantowa n, przyjmujaca wartosci dalszych dodatnich liczb calkowitych (n=1, 2, kilku... ), jaka ma sens robol zwiazany sposrod

odlegloscia orbitalu od jadra;

·poboczna liczbe kwantowa l, przyjmujaca zalety l=n-1 kolejno az do zera, zwiazana sposrod ksztaltem orbitalu;

·magnetyczna liczbe kwantowa metrow, przyjmujaca zalety od -1, przez 0, do +1 (-1 <=m <=+1), uwzgledniajaca oddzialywania wynikajace z lotu

elektronu po polu elektromagnetycznym innych poruszajacych sie elektronow;

·spinowa liczbe kwantowa s przyjmujaca nastepujace wartosci prawdopodobienstwa kretu elektronu wokol swej osi: +1/2 i -1/2.

Animacja obrazujaca zapelnienie powlok atomowych zdecydowanie funkcje wielkosci atomowej pierwiastka.

Animacja obrazujaca zapelnienie orbit elektronowych zdecydowanie funkcje wielkosci atomowej.

Wyzej wymieniona animacja to kwintesencja prostej tabeli liczb kwantowych gwoli pierwiastkow sposrod ukladu okresowego. Przedstawia zapelnienie

orbit elektronowych jako funkcje liczby atomowej. Umozliwia uzytkowanie (w rodzaj graficzny) sposrod tabeli zawierajacej liczby kwantowe. Podpowloka

3s jest zapelniana po podpowloce 4s. Elektrony na 3d maja niesparowane spiny (kiedy jest to jedynie mozliwe). Te preferencje po zapelnianiu podpowloki

3d przyczyniaja sie na dodatek, ze elektrony sa wyciagane z 4s.

Prezentacja graficzna

Wiazania pomiedzy atomami

Reaktywnosc chemiczna elementow i wynikajace z pani a sily wiazan chemicznych istnieja w scislym zwiazku sposrod konfiguracja elektronowa powlok

wkolo jadra atomu. Stabilnosc struktury elektronowej gazow szlachetnych jak rowniez ogolna tendencja pierwiastkow krytycznej i pozostalej grupy do

pozbywania sie elektronow, a takze sklonnosc elementow siodmej jak i rowniez szostej grupy do odbierania elektronow jak i rowniez tworzenia w

nastepstwie tego trwalej struktury elektronowej najblizszego atomu gazu szlachetnego wskazuje na fenomenalna jej role w powstawaniu sily jak i rowniez

natury wiazania chemicznego. Skala tendencji do przyjmowania elektronow przez atomy jest powinowactwo elektronowe. Wielkosc ta przeksztalca sie

takze okresowo po ukladzie periodycznym pierwiastkow. Razem ze rozwojem masy atomowej pierwaiastka w masie maleje tej powinowactwo

elektronowe. Wzrostowi wielkosci porzadkowej atomu w sezonach towarzyszy postep powinowactwa elektronowego. Miara sklonnosci do oddawania

elektronow okazuje sie byc wartosc preznosci jonizacji. Wielkosc ta przeksztalca sie takze okresowo po periodycznym ukladzie pierwiastkow.

Na bazie znajomosci zalety elektroujemnosci, preznosci jonizacji jak i rowniez powinowactwa elektronowego mozna przewidziec typ tworzacego sie

wiazania chemicznego. Istotnie wyroznia sie cztery rodzaje wiazan chemicznych, bedacych granicznymi przypadkami oddzialywan miedzy atomami:

· wiazania jonowe (heteropolarne);

· wiazania atomowe (kowalentne, homeopolarne);

· wiazania koordynacyjne;

· wiazania metaliczne;

Za zasade utworzenia wiazania chemicznego przyjeto taka zmiane wielkosci elektronow danego atomu, jaka ma na celem doprowadzenie do konfiguracji

elektronowej najblizszego gazu szlachetnego. Zasada ta okreslana jest maksyma oktetu elektronowego.

Wiazania jonowe

Jonami nazywamy atomy albo grupy atomow obdarzone bagazem elektrycznym dodatnim (kationy) albo ujemnym (aniony). Mechanizm powstawania

kationow opiera sie na oddaniu przynajmniej okreslonego elektronu, w rezultacie dostarczenia preznosci jonizacji do danego atomu. Liczba wiernych

elektronow okazuje sie byc rowna wartosciowosci jonu. Schematycznie proces ow mozna utrwalic w postaci rownania:

Mechanizm powstawania anionow opiera sie na przyjeciu przynajmniej okreslonego elektronu przez atom pierwiastka elektroujemnego, w rezultacie jego

widocznego powinowactwa elektronowego. Liczba przyjetych elektronow okazuje sie byc rowna wartosciowosci anionu. Procedura ten mozna zapisac

nastepujaco:

Pomiedzy kationami i anionami wystepuja sily oddzialywania rodzaju elektrostatycznego. Roznoimenne jony pociagaja sie, wedlug prawem Coulomba, z

dynamicznoscia wprost proporcjonalna do skali ladunkow jak i rowniez odwrotnie proporcjonalna do kwadrata ich odstepie. Konfiguracja obydwu

rodzajow jonow jest zazwyczaj typu oktetu nieczynnego gazu szlachetnego.

Substancje, w ktorych wystepuje wiazanie jonowe, sa cialami krystalicznymi. Jony sa rozmieszczone w wezlach sieci krystalicznej. Forma powstajacego

krysztalu jonowego jest zalezna od wariantu, wartosciowosci jak i rowniez wielkosci jonow. Do klasycznych przykladow zwiazkow o takiej budowie mozna

zaliczyc: NaCl, MgO, CsF oraz BaTiO3.

Zazwyczaj promien anionu ra jest potezniejszy od promienia kationu rk. W zaleznosci od stosunku promieni jonowych zmienia sie liczba anionow

laczacych sie z nadrzednym kationem (tzw. liczba koordynacyjna) oraz gemoetria zespolow (wieloscianow) koordynacyjnych. Hhg to ponizsza tabela:

Wiazania atomowe (kowalencyjne)

Pierwiastki srodkowych grup ukladu okresowego nie tworza ogolnie zwiazkow jonowych, chociaz po pewnych ustaleniach moga tworzyc naladowane

jony. Energia jonizacji lub powinowactwa elektronowego okazuje sie byc jednak spora. Konfiguracje gazu szlachetnego pierwiastki te swobodniej osiagaja

w inny sposob. Niecalkowicie obsadzone elektronami orbitale atomowe reagujacych atomow maja mozliwosc sie miedzy soba przenikac (nakladac), tak

iz wokol kazdego z jader reagujacych atomow wytwarza sie ksztalt konfiguracji elektronowej gazu szlachetnego. Powstaje tym sposobem orbital

molekularny. Formalnie wiazanie to znaczy sie zdecydowanie pare elektronowa, w ktorej oba elektrony znamy od obu atomow. Taki dublet elektronowy

moze zaistniec jedynie z 2 elektronow na temat przeciwnych spinach.

Reakcje, gdzie reaguja ze soba dwa jednakowe atomy, kieruja do utworzenia tzw. wiazan homoatomowych. Wiazania atomowe maja mozliwosc

powstawac takze pomiedzy roznymi atomami a mianowicie nosza wtedy nazwe wiazan heteroatomowych. Azot, fluor jak i rowniez tlen po tych zwiazkach

przyjmuja konfiguracje elektronowa oktetu, natomiast wodor - konfiguracje elektronowa helu. Utworzone dublety moga byc oznaczane za pomoca kreski,

ktora symbolizuje pojedyncze wiazanie atomowe. Nieograniczone elektrony, ktore nie braly udzialu po reakcji, istnieja sparowane jak i rowniez oznaczone

jednakowo.

Jezeli po atomie okazuje sie byc kilka nie sparowanych elektronow, to byc moze powstac pare wiazan atomowych, tzw. pojedynczych, podwojnych albo

potrojnych, czyli wielokrotnych. Przykladem moze tu byc azot, ktory byc moze utworzyc trzy wiazania pojedyncze lub konkretne pojedyncze, konkretne

podwojne albo jedno potrojne. Jednak nie wszystkie atomy pierwiastkow moga miec taka konfiguracje elektronowa, ktora to zapewnia osiagniecie oktetu

w rezultacie sparowania elektronow. Atom wegla o struktury 1s22s22p2 dysponuje dwa nie sparowane elektrony, w wyniku utworzenia dwoch wiazan

atomowych nie osiaga oktetu. Po zlozeniu niewielkiej liczbie energii atom wegla przeksztalca konfiguracje, ktora to zapewnia juz utworzenie oktetu. Taki

procedura przegrupowania sie elektronow wedlug orbitalach sposrod zamiarem utworzenia stabilnej czasteczki zwiazku chemicznego nazywa sie

hybrydyzacja.

O ile wiazanie atomowe tworza atomy o jednakowej elektroujemnosci, to sumaryczny bagaz elektryczny rozlozony jest symetrycznie (np. N2, O2, Cl2).

Gdy wiazanie atomowe okazuje sie byc utworzone przez atomy rozniace sie elektroujemnoscia, maksimum gestosci elektronowej okazuje sie byc

przesuniete ku atomu w wyzszym stopniu elektroujemnego. Tym sposobem powstaje dipol, natomiast cala czasteczka okazuje sie byc polarna np. HCl.

Polarne czastki relacji chemicznego zachowuja ogolna charakter wiazan atomowych, ale zwazywszy na przesuniecie ladunku elektrycznego oznacza sie

gryzie jako atomowo spolaryzowane.

Wiazania koordynacyjne

Wiazanie koordynacyjne charakteryzuje sie rowniez powstawaniem dubletu elektronowego jako elementu wiazacego dwie rozne atomy. Jednak wymog

utworzenia takiego rodzaju wiazania okazuje sie byc nastepujacy: dwojka wolnych elektronow musi poszlajac sie od okreslonego atomu, jakkolwiek drugi

atom musi posiadac tzw. luke elektronowa. 1 z atomow jest donorem dwoch elektronow. Drugi atom staje sie akceptorem tych 3 elektronow, dzieki

wprowadzeniu ich w luke elektronowa.

Wiazanie koordynacyjne okazuje sie byc wiec rowniez odmiana wiazania atomowego. Dziala wiele zwiazkow chemicznych, gdzie wystepuje

kootdynacyjne. Obecnosc wiazania koordynacyjnegow czasteczce oznacza takze obecnosc wiazania atomowego pomiedzy innymi detalami skladowymi

tej czasteczki. Jednakze w skutek wystepowania tzw. rezonansu wiazan indywidualne ich warianty sa nierozroznialne, a w ten sposob rownocenne.

Wiazania metaliczne

Metale roznia sie od odmiennych pierwiastkow zdolnoscia dobrego przewodzenia pradu elektrycznego i goraca oraz metalicznym polyskiem. Wlasnosci

te przypisuje sie specyficznemu stanowi, nazywanemu metalicznym. Atomy metali rozmieszczone sa po wezlach internecie krystalicznej. Elektrony

walencyjne poruszaja sie ochoczo w przestrzeni pomiedzy drgajacymi atomami po wezlach internecie. Stanowia one tzw. gaz elektronowy. Stan taki nie

pozwala na rzeczowa lokalizacje konkretnych elektronow na orbitalach atomow metalu, znajdujacych sie w wezlach sieci krystalicznej, na ogol bardzo

blisko zony. Orbitale atomowe tak ciasno ulozonych atomow przenikaja sie jednak miedzy soba, tworzac tym sposobem orbitale czasteczkowe z pasmem

elektronowym swobodnych elektronow. Elektrony te nie zajmuja wszystkich orbitali, zwazywszy na sparowanie elektronow na orbitalach czasteczkowych.

Tym sposobem wytwarza sie wiez, definiowana jako wiazanie metaliczne.

Porownawcza charakterystyka wiazan chemicznych

Kazde dotychczas poznane wiazania nienaturalne charakteryzowaly sie koniecznoscia utworzenia orbitalu molekularnego. W zaleznosci od skali

asymetrycznego rozlozenia ladunku molekularnego w czasteczce wytwarzaly sie wiazania w mniejszym stopniu lub w wyzszym stopniu spolaryzowane

albo granicznie jonowe. Wskazywaloby to na sposobnosc \"plynnego przejscia\" od wiazan jonowych do atomowych. Przemiana charakteru wiazania z

atomowego na jonowy odbywa sie wydatkiem wzrastajacej polaryzacji ladunku, jakie mozliwosci w ostatecznosci prowadzi do jego zupelnego

przekazania jak i rowniez powstania jonow [A+] jak rowniez [B-]. W tworczosci o typie wiazania decyduje roznica elektroujemnosci pomiedzy

indywidualnymi pierwiastkami.

Tabela elektroujemnosci wg. Paulinga

Wiazania jonowe jak i rowniez metaliczne wychodza w cialach krystalicznych. Wiazanie koordynacyjne okazuje sie byc typem posrednim miedzy nimi, ze

wzgledu na fenomenalna role wiazacego dubletu elektronowego. Jezeli ow dublet elektronowy bedzie mial mozliwosc swobodnego oderwania sie od

czasu swoich atomow, to pomiedzy nimi wystapi wiazanie rodzaju metalicznego [A]+:[B]+. Zdolnosc przewodzenia na sposob elektronowy zmniejsza sie

od metali, poprzez \"polmetaliczne przewodniki\" (np. krzem), gdzie pasmo przewodnictwa elektronowego wspolistnieje z indukowanymi ladunkami

dodatnimi. Zdolnosc ta zanika w miare wzrostu niemetalicznego charakteru pierwiastka. Podobna wspolzaleznosc wiazan chemicznych mozna

zarejestrowac na przykladzie atomow elementow innych okresow. Na tej podstawie mozna stwierdzic, iz wystepuje bardzo niewiele tak zwanym. czystych

wiazan chemicznych. Ogolnie wiez chemiczna pomiedzy atomami moze byc scharakteryzowana roznymi udzialami procentowymi konkretnych rodzajow

wiazan.

Rodzaj atomow i wariant wiazania pomiedzy nimi po sposob niekwestionowany okreslaja wysokosc i uklad czasteczki. Czasteczka jest trojwymiarowa,

natomiast wiazania chemiczne istnieja ukierunkowane po przestrzeni. Testowania widm po podczerwieni jak rowniez badania rentgenowskie struktury

czasteczek wraz z wynikami innych doswiadczen dostarczaja wiadomosci o przestrzennym rozmieszczeniu atomow w sieci krystalicznej oraz ich

orientacji, jak i rowniez o wariantu wiazan chemicznych wystepujacych pomiedzy nimi.

Zwiazki jonowe konstruuja siec krystaliczna, w ktorej na odwrot naladowane jony oddzialywuja na siebie silami przyciagania elektrostatycznego.

Poniewaz pojedyncze czasteczki relacji np. NaCl, nie wystepuja w sieci krystalicznej, wlasciwosci cielesne krystalicznych zwiazkow jonowych istnieja

podobne. Przedstawiaja je ogolnie wysokie temperatury topnienia, rzetelna wytrzymalosc mechaniczna i mala preznosc par.

Zwiazki nienaturalne, w ktorych wystepuja niepolarne wiazania atomowe albo momenty dipolowe wiazan miedzy soba sie kompensuja, tworza male

czasteczki. Przy wiekszosci charakteryzuje je wysoka preznosc par, natomiast w przypadku niewielkich mas molowych, po warunkach zwyczajnych

wystepuja pod postacia gazow. Czasteczki, w ktorych wystepuja spolaryzowane wiazania atomowe, oddzialywuja z roznymi dipolami albo jonami. W

nastepstwie asocjacji bardzo wyraznie wzrasta ich wysokosc, co wywoluje zmniejszenie sie preznosci ich par jak i rowniez podwyzszenie temperatury

wrzenia. Niemetale wyzszych okresow ukladu okresowego pierwiastkow konstruuja czasteczki w stanie stalym, np. bialy fosfor P4 jak rowniez siarka S8

Struktura diamentu, grafitu jak i rowniez sfalerytu

Brylant

Diament okazuje sie byc jedna sposrod trzech alotropowych odmian wegla. Strukture diamentu tworza atomy wegla, sposrod ktorych kazdy tworzy

wedlug cztery wiazania kowalencyjne (kierunkowe) o katach pomiedzy nimi wynoszacymi 109028\'. Stopien wypelnienia przestrzeni wynosi 34%. Posiada

najczesciej forma osmioscianu, dwunastoscianu rombowego albo szescianu. Narasta w postaci mono- albo polikrystalicznej. Wydaje sie byc chemicznie

obojetny i wykazuje bardzo odpowiednie przewodnictwo cieple. Odznacza sie wysokim wspolczynnikiem zalamania swiatla. Jest stosownym izolatorem

elektrycznym. Przewaznie okazuje sie byc bezbarwny, lecz moze takze wyrozniac sie barwa niebieska albo blekitna, byc moze rowniez istniec zolty,

rozowofioletowy, brunatny, chociazby czarny. Rownolegle posiada silny, diamentowy blask oraz dysponuje bardzo obszerny wspolczynnik zalamania

swiatla jak i rowniez silna dyspersje swiatla, jakie mozliwosci powoduje piekna gre barw (tzw. ognie). Jest bardzo twardy (10 wg skali Mohsa) jak i

rowniez kruchy. Brylant jest trwaly na oddzialywanie kwasow jak i rowniez agresywnych faktorow atmosferycznych. Spala sie po wysokich temperaturach.

Ponadto ma wlasciwosci polprzewodnikowe. Sztuczne brylant syntetyczne do celow magazynowych powstaja po warunkach bardzo duzego cisnienia i

wielkich temperatur. Brylanty techniczne tak zwanym. bort, ballas i karbonado, czesto zawieraja domieszki odmiennych mineralow np. grafitu.

Wykorzystanie diamentu: narzedzia skrawajace jak i rowniez scierne, proszki scierne, narzedzia wiertnicze, obrobka szkla, ceramiki i skal, w zlotnictwie i

jubilerstwie (jako tak zwanym. brylanty).

Brylant czesciowo oszlifowany. Brylanty jubilerskie.

Krysztaly diamentow maja przewaznie ksztalt osmioscianow, szescianow, dwunastoscianow lub czworoscianow. Krawedzie krysztalow sa na ogol

zaokraglone, oraz sciany wypukle. Diamenty bezbarwne sa wyjatkowe. Najczesciej widuje sie odmiany zakolorowane (zwykle zoltawe lub brunatne).

Wsrod zbitych, drobnokrystalicznych skupien diamentow wyodrebnia sie odmiany bort jak i rowniez karbonado. Najogromniejszy ze swietnych dotad

diamentow (tzw. Cullinan) o masie 3106 karatow (co wspolgra 621 g), wydobyto po 1905 roku kalendarzowego w sztolni Premier Mine w Pretorii (RPA).

Wraz z kopaln poludniowoafrykanskich pochodzily rowniez inne duze diamenty, np. Excelsior (995, 2 kr) i Jonker (726 kr), a sposrod Brazylii brylant

Prezydent Vargas (726, szesc kr).

Szyk komorki elementarnej diamentu.

Grafit

Grafit okazuje sie byc heksagonalna postacia pierwiastka wegla. Na wszelka komorke grafitu przypadaja cztery atomy wegla. Wiazania on-line grafitu

istnieja niejednakowe, trzy elektrony lacza sie z trzema elektronami komponujac wiazania w znacznym stopniu silniejsze anizeli w diamencie. Czwarty

elektron znajduje sie w rezonansie tworzac wiazanie podwojne, dotyczy to wiazania z atomami - okazuje sie byc dlugie jak i rowniez dlatego slabowite,

podobne do wiazania molekularnego. Stopien wypelnienia przestrzeni po komorce grafitu wynosi w porzadku. 17%. Krystalizuje w ukladzie

heksagonalnym, konstruuje warstwy, ktore moga swobodnie przesuwac sie wzgledem zony. Grafit dysponuje zwykle forma ziarnistych albo ziemistych

skupien. Jest czarny ze srebrzystym odcieniem albo stalowoszary sposrod polyskiem zblizonym do metalicznego. Ponadto okazuje sie byc bardzo miekki

(1 wg skali Mohsa), tlusty po dotyku jak i rowniez nieprzezroczysty. Odznacza sie stosownym przewodnictwem elektrycznym i cieplnym oraz ogromna

odpornoscia na dzialanie faktorow chemicznych. Grafit spala sie bardzo nielatwo w strumieniu tlenu, topi sie po luku elektrycznym, w kwasach jest

nierozpuszczalny. Grafit okazuje sie byc tez otrzymywany sztucznie przez ogrzewanie do wysokiej temperatury substancji zamoznych w wegiel.

Zastosowanie grafitu (naturalnego jak i rowniez sztucznego) a mianowicie jest uzyty do wyrobu tygli jak i rowniez retort, elektrod, jako moderator i

reflektor oraz skladnik (wraz sposrod borem) pretow regulacyjnych po reaktorach nuklearnych, takze do produkcji olowkow, farb, tuszu oraz

zdecydowanie suchy smar.

Sfaleryt

Sfaleryt (blenda cynkowa, ZnS) krystalizuje w ukladzie regularnym. Krysztaly sa przewaznie czworoscienne, wielokrotnie wystepuja blizniaki. Tworza

skupienia zbite, ziarniste. Jest izometryczny - wymiary krysztalu sa identyczne albo zblizone po trzech kierunkach. Sfaleryt moze byc bezbarwny, zolty,

miodowy, brunatny, intensywnie marksistowski (blenda rubinowa), ciemnozielony do czrnego (mermatyt). Posiada zatluszczony, diamentowy blask. Jest

zwietrzaly i srednio twardy (3, 5 a mianowicie 4 wg skali Mohsa). Ponadto okazuje sie byc dobrze lupliwy oraz fosforyzuje przy tarciu i rozbijaniu. Jest

rozpuszczalny w stezonym kwasie azotowym i solnym. W temperaturze ok. 10200 przechodzi po wurtzyt.

Wykorzystanie sfalerytu: produkcja cynku metalicznego, otrzymywanie osobliwych metali (german, ind, gal, kadm) produkcja ekranow fosforyzujacych,

produkcja barwnikow, zdobnictwo.

Sfaleryt (blenda cynkowa)

Sfaleryt (blenda skorupowa) a mianowicie ze zloz kopalnii rud cynku jak i rowniez olowiu Pomorzany k. Olkusza.

Sfaleryt a mianowicie druza idiomorficznych krysztalow na kwarcu, Rumunia.

Sfaleryt narasta w Polsce (glownie w obszarze Olkusza, Zawiercia i Bytomia

oraz na Dolnym Slasku).

Struktury diamentopodobne

Do towarow o strukturach diamentopodobnych zaliczaja sie zwlaszcza polprzewodniki. Podstawowa grupa polprzewodnikow sa monokrysztaly i warstwy

krzemu jak rowniez germanu, jak i rowniez zwiazki elementow z III i V grupy ukladu okresowego (np. GaAs, GaP, PbTe, i tym podobne. ). Krysztalowy

krzem dysponuje strukture diamentu, a pozostajace wymienione relacje krystalizuja w dominujacej ilosci w kondycje sfalerytu, ktora to wywodzi sie ze

konstrukcje diamentu, sposrod tym, iz wezly internecie obsadzone istnieja na przemian pierwiastkami grupy III jak i rowniez V. Krysztaly mieszane jak np.

GaxIn1-xAs, GaPxAs1-x swobodnie tworza strukrury diamentopodobne.

Krzem

Krzem (Si, silicum) okazuje sie byc pierwiastkiem chemicznym o ilosci atomowej czternascie. Nalezy do grupy weglowcow, okazuje sie byc

polprzewodnikiem. Narasta w postaci szarych, twardych jak i rowniez kruchych krysztalow. Jego goraczka topnienia to 14100C, oraz gestosc dwie, 33

g/cm3. Jest rozpuszczalny w regulach, lecz trwaly na oddzialywanie kwasow (z wyjatkiem azotowego i fluorowodorowego). Krzem jest jednym z waznych

skladnikow skorupy ziemskiej (ok. 27% masowych). Nalezy do najpospolitszych pierwiastkow wedlug tlenie. Narasta w postaci zwiazkow we wszystkich

niemal gorach, glownie pod postacia glinokrzemianow, krzemianow i dwutlenku krzemu. Jawi sie jako jeden z waznych pierwiastkow po organizmach

pierwotniakow, wystepuje takze w roslinach, w sladowych ilosciach po tkankach ssakow. Krzem otrzymywany jest przez redukcje dwutlenku krzemu

glinem albo magnezem, a pod postacia stopu sposrod zelazem (tzw. zelazokrzem) w rezultacie prazenia rud zelaza, piasku kwarcowego jak i rowniez

wegla. Krzem o sporym stopniu czystosci otrzymuje sie metoda tak zwanym. topienia strefowego (SiO2+2Mg -—> Si + 2MgO lub 3SiO2+4Al -—> 3Si

+2Al2O3).

Krzem otrzymany w wyniku odpowiedzi krzemionki

(dwutlenku krzemu) sposrod dwutlenkiem wegla w piecu.

Zastosowanie krzemu: jako polprzewodnik w przemysle mikro- jak i rowniez optoelektronicznym, produkcja stali stopowych, produkcja rdzeni

transformatorowych, produkcja szkiel metalicznych oraz zdecydowanie dodatek do produkcji stali kwasoodpornych, wysokowytrzymalych i trwalych na

korozje.

Budowa atomu krzemu.

Czyszczenie i przyjmowanie krzemu

Krzem wystepuje po ilosci mniej wiecej 28% po skorupie ziemskiej w postaci utlenionej jako skladnik piasku jak i rowniez skal (krzemionka). Czysty krzem

jest mily ze wzgledu na naklad pieniezny zlozonego powodu oczyszczania. Etapy oczyszczania krzemu:

·Oczyszczanie nienaturalne - to reakcja obnizki z weglem w wysokiej temperaturze. Poprzez tym sporze otrzymuje sie material zawierajacy 99. 9%

krzemu.

·Oczyszczanie strefowe a mianowicie pret przesuwa sie wolno w piecu w aurze gazu obojetnego (helu albo argonu).

Czyszczenie strefowe.

Wskutek lokalnego grzania indukcyjnego na krotkim odcinku preta okazuje sie byc uzyskiwana goraczka wyzsza od czasu punktu topnienia krzemu,

wynika lokalna rejon roztopionego surowca, ktora nie wycieka. Za pomoca dzialaniu stresu powierzchniowego ruch preta albo ruch zwojnicy powoduje

przesuwanie sie roztopionej strefy. Unosi ona ze soba zanieczyszczenia poniewaz maja wyzsza rozpuszczalnosc po fazie cieklej nie nieustannej. Po paru

przejsciach tereny cieklej blisko preta skazenia zostaja zebrane w jednym koncu preta.

Otrzymywanie monokrystalicznego krzemu. Przy tyglu grafitowym lub kwarcowym umieszcza sie czysty krzem (german).

Metoda Czocharskiego a mianowicie wyciagania sposrod fazy cieklej.

German

German (Ge, germanium) jest pierwiastkiem chemicznym na temat liczbie atomowej 32. Zalicza sie do grupy weglowcow, jest polprzewodnikiem.

Wystepuje pod postacia szarobialych, twardych i kruchych krysztalow. Swoim temperatura topnienia to 9370C, a konsystencja 5, trzydziestu pieciu

g/cm3. Ponadto jest trwaly na faktory atmosferyczne, zasady oraz kwasy nieutleniajace. Jest poddawana dzialaniu chloru, bromu, kwasu azotowego jak

rowniez siarkowego. Wykazuje wlasciwosci stopu i niemetalu (wiekszosc zwiazkow), wystepuje na stopniach utlenienia IV jak i rowniez II (polaczenia

nietrwale). German tworzy germanowodory (germany) analogiczne do krzemowodorow. W naturze jest pierwiastkiem silnie rozproszonym, rzadko pod

postacia wlasnych mineralow (glownie germanitu i argyrodytu) oraz po niektorych weglach kopalnych jak i rowniez w ropie naftowej.

Wykorzystanie germanu: kiedys w ukladach elektroniki polprzewodnikowej, obecnie po spektroskopach, ultraczulych detektorach podczerwieni

(przepuszcza promieniowanie podczerwone) jak rowniez jako skladnik stopow osobliwych, luminofor, oraz jego tlenek jest detalem szkiel optycznych.

Elementy polprzewodnikowe.

Weglik krzemu

Weglik krzemu (SiC) okazuje sie byc bezbarwna substancja krystaliczna na temat bardzo wysokiej twardosci (9, 5-9, siedmiu w 10-stopniowej skali

Mohsa). Ponadto wykazuje duza trwalosc termiczna, nie ulega stopieniu, a zaledwie sublimacji. Przechowuje swoje wlasciwosci w podwyzszonych

temperaturach. Odznacza sie dobra odpornoscia na dzialanie bunczucznych czynnikow chemicznych. Nie reaguje z kwasami, ale wykazuje pewna

wrazliwosc na oddzialywanie zasad. Posiada wlasciwosci polprzewodnikowe. Weglik krzemu nie narasta w naturze, ale okazuje sie byc otrzymywany

sztucznie. Techniczny weglik krzemu (tzw. karborund) dysponuje zwykle barwe ciemna (zanieczyszczenie tlenkami metali). Karborund okazuje sie byc

otrzymywany po piecach elektrycznych z piasku kwarcowego jak i rowniez koksu (na drodze odpowiedzi SiO2 + 3C -—> SiC + 2CO).

Zastosowanie weglika krzemu: uzyty do wytworczosci materialow sciernych, ogniotrwalych, elementow oporowych do piecow elektr. (tzw. sylit),

materialow opto- i mikroelektronicznych. Jest rowniez wykorzystywany obok produkcji nici weglika krzemu wzmacnijacych konstrukcje kompozytow.

Wegliki spiekane

Wegliki spiekane to spieki sproszkowanych trudno topliwych weglikow metali (np. weglikow: wolframu, molibdenu, tytanu, tantalu lub wanadu) z metalem

wiazacym (spoiwem - na ogol kobaltem albo niklem). Wegliki spiekane odznaczaja sie ogromna twardoscia, ktora zachowuja do temp. 10000C (niektore

do 12000C) jak rowniez dobra odpornoscia na scieranie. Ich niekorzyscia jest jednak znaczna kruchosc. Wegliki spiekane otrzymywane istnieja poprzez

wymieszanie proszku weglika z proszkiem metalu, ksztaltowanie i spiekanie. Najbardziej wziety weglik wolframu jest otrzymywany na trasie nastepujacej

odpowiedzi chemicznej: WO3 + 4C -—> WC + 3CO.

Wykorzystanie weglikow spiekanych: weglikow spiekanych uzywa sie do wyrobu ostrzy systemow skrawajacych (w postaci plytek nakladanych na

stalowe trzonki), narzedzi do obrobki plast. (np. oczka ciagadel, wkladki do matryc) oraz systemow gorniczych jak i rowniez na nakladki koncowek

systemow pomiarowych. Narzedzia skrawajace sposrod ostrzami sposrod weglikow spiekanych umozliwiaja stosowanie najwiekszych szybkosci

skrawania jak i rowniez moga obrabiac tak masywne materialy, jak: zeliwo biale, stal hartowana, szklo

Kwarc. Polimorfizm kwarcu. Zastosowanie kwarcu. Krzemiany

Kwarc

Kwarc to mineral, polimorficzna odmiana dwutlenku krzemu SiO2. W temperaturze powyzej 5370C krystalizuje po ukladzie heksagonalnym (alfa-kwarc),

powyzej tej temperatury w ukladzie trygonalnym (rozpowszechniony w naturze beta-kwarc). Kwarc wystepuje pod postacia prawidlowych krysztalow,

skupien ziarnistych lub skrytokrystalicznych (chalcedon). Wydaje sie byc najczesciej bezbarwny (krysztal gorski) lub zabarwiony na zabarwienie

mlecznobialy jak i rowniez szary. Konstruuje odmiany przezroczyste lub przeswiecajace. Do przezroczystych i polprzezroczystych naleza: krysztal gorski,

ametyst, cytryn, agat, i onyks. Wszystkie istnieja cenione zdecydowanie kamienie polszlachetne: fioletowy ametyst, zolty cytryn, ciemnobrunatny kwarc

zadymiony, czarny morion jak i rowniez inne. Kwarc przepuszcza promieniowanie nadfioletowe, oraz jego blask jest szklisty. Ponadto okazuje sie byc

twardy, zwietrzaly i wykazuje wlasciwosci piezoelektryczne. Nalezy do najpospolitszych mineralow na powierzchni gleby - okazuje sie byc glownym

detalem wielu skal magmowych (np. granitow), osadowych (np. piaskow, piaskowcow) jak i rowniez metamorficznych (np. kwarcytow, gnejsow). Jest

rowniez rozpowszechniony zdecydowanie produkt przebiegow hydrotermalnych (tworzy zyly, druzy).

Zastosowanie kwarcu: jest uzyty w przemysle szklarskim jak i rowniez ceramicznym (piaski, kruszywo kwarcowe), w optyce (wyrob soczewek,

pryzmatow, szkla kwarcowego). Posluguje rowniez do wyrobu kwarcytowych materialow ogniotrwalych. Odmiany szlachetne sa stosowane w jubilerstwie,

a produkowane syntetycznie monokrysztalu kwarcu istnieja stosowane metrow. in. do wyrobu rezonatorow piezoelektrycznych jak i rowniez generatorow

wielkich czestotliwosci (tzw. piezokwarc). Ponadto wykorzystuje sie go po mechanice precyzyjnej np. po zegarkach.

Polimorfizm kwarcu

Polimorfizm, czyli wielopostaciowosc jest zdarzeniem polegajacym na wystepowaniu identycznej substancji (o tym samym skladzie chem. ) w paru

odmianach krystalograficznych, rozniacych sie budowa wewnetrzna, postaciami krystalograficznymi, wlasciwosciami fizycznymi i niektorymi

wlasciwosciami chemicznymi. Poszczegolne odmiany polimorficzne istnieja trwale po okreslonych ustaleniach termodynamicznych. Przemiana jednej

odmiany w druga moze byc odwracalna (polimorfizm monotropowy). Odmiany polimorficzne tworza rowniez pierwiastki, oraz zwiazki nienaturalne, przy

czym polimorfizm pierwiastkow chemicznych jest zwany alotropia. Przykladami substancji wykazujacych polimorfizm istnieja: wegiel (2 odmiany: grafit i

diament), weglan wapnia CaCO3 (3 odmiany: aragonit, kalcyt jak i rowniez vateryt), dwutlenek tytanu TiO2 (3 odmiany: rutyl, anataz i brukit).

Taka substancja wykazujaca polimorfizm jest rowniez kwarc. Polimorficznymi odmianami kwarcu sa trydymity (alfa, beta, gamma) jak i rowniez

krystobulity (alfa, beta). Wystepuja tu rowniez krysztaly slupowe, rzadziej bipiramidalne i tabliczkowe, rozroznia sia kwarce prawe i lewe. Bardzo pospolite

sa blizniaki: delfinackie, brazylijskie, japonskie itp.

Krzemiany

Krzemiany to mikstury krystaliczne bedace solami kwasow krzemowych (slabych kwasow na temat ogolnym wzorze xSiO2*yH2O). Detalem budowy

wszystkich krzemianow istnieja tetraedry odpowiadajace grupie krzemotlenowej SiO4, gdzie krzem dysponuje wzgledem tlenu liczbe koordynacyjna 4. W

internecie przestrzennej krzemiany moga wystepowac jako nieskomplikowane (monomeryczne) jony [SiO]-4 (krzemiany wyspowe) albo polianiony

(krzemiany grupowe, pierscieniowe, wstegowe, warstwowe i przestrzenne). Krzemiany istnieja zwiazkami trwalymi, nierozpuszczalnymi po wodzie

(oprocz krzemianow litowcow). Od przestrzennego ukladu tetraedrow krzemotlenowych pozostaje w zaleznosci sklad syntetyczny i wlasciwosci

krzemianow (np. twardosc, lupliwosc, wlasciwosci opt. ). Przy krystalicznej internecie krzemianow jony krzemu sa zastepowane roznymi jonami,

przewaznie jonami glinu (glinokrzemiany). Krzemiany litowcow wystepuja przez stapianie krzemionki sposrod wodorotlenkami albo weglanami litowcow.

Krzemiany wychodza w naturze jako liczne mineraly skalotworcze (naleza do glownych skladnikow skorupy ziemskiej). Krzemianami istnieja m. in.:

oliwiny, pirokseny, amfibole, serpentyny, lyszczyki, chloryty, kaolin, montmorillonit.

Zastosowanie krzemianow: krzemiany nierozpuszczalne w wodzie stanowia surowiec do wytworczosci materialow ceramicznych, cementu portlandzkiego

oraz szkla. Roztwory wodne krzemianu sodu i potasu tworza tak zwanym. szklo wodne.

Odmiana polimorficzna glinokrzemianu potasu - ortoklaz K(AlSi308).

Perowskit. Tytanian baru. Przyczyny tej wlasciwosci ferroelektrycznych.

Perowskit

Perowskit to mineral, tlenek wapnia i tytanu CaTiO3, zawierajacy czesto dodatku rzadkich metali, np. cezu, niobu, toru. Posiada barwy w mnostwo

odcieniach, od czasu szarej jak i rowniez zoltobrunatnej przez ciemnobrunatna do szarawoczarnej jak i rowniez czarnej. Posiada diamentowy blask.

Krystalizuje po ukladzie planowym. Jest srednio twardy (5, 5 po skali Mohsa). Wystepuje po skalach magmowych i metamorficznych, bogatych po wapn

jak i rowniez tytan, oraz ubogich po krzemionke. Swoim nazwa pochodzi od nazwiska rosyjskiego mineraloga Perowskiego.

Tytanian baru

Tytanian baru okazuje sie byc przedstawicielem zwiazkow typu ABO3 o organizacji perowskitu. Szyk krysztalu jonowego BaTiO3 po temperaturze ponizej

temperatury Curie ma symetrie ukladu prawidlowego (szescianu). Struktura BaTiO3 charakteryzuje sie wystepowaniem Ba+2 w narozach komorki

elementarnej, O-2 na srodkach scian oraz Ti+4 w srodku szescianu. Podczas ochladzania BaTiO3 telefon komorkowy elementarna jest poddawana

deformacji tzn. jony Ba+2 i Ti+4 przesuwaja sie w jednym kierunku wzgledem O-2., oraz gorne jak i rowniez dolne jony przesuwaja sie w kierunu

przeciwnym. W nastepstwie tej deformacji w komorce krystalicznej BaTiO3 wytwarza sie elektryczny chwile dipolowy jak i rowniez zmienia sie symetria

ukladu krystalograficznego sposrod regularnego na trygonalny.

Tytanian baru wynika w wyniku odpowiedzi BaCO3 + TiO2 -—> BaTiO3 + CO2

Przyczyny ferroelektrycznych wlasciwosci tytanianu baru

Tytanian baru wykazuje szczegolne wlasciwosci elektryczne, oraz dokladniej informujac ferroelektryczne. To spowodowane nastepujacymi czynnikami:

· wystepowaniem uporzadkowanej struktury elementarnych momentow elektrycznych w malutkich obszarach tak zwanym. domenach;

· tytanian baru jest krysztalem jonowym, gdzie kazda telefon komorkowy elementarna krysztalu ma wypadkowy moment elektryczny;

· chwile sasiednich telefonow komorkowych sa ustawione rownolegle;

· domeny istnieja na ogol chaotycznie zorientowane jak i rowniez w przypadku nieobecnosci pola elektrycznego ich wypadkowy moment moze byc

rowny zeru (cialo zdecydowanie calosc pozostaje niespolaryzowane);

· umieszczenie cialka w podworza polu elektr. powoduje wykonczenie domen jak i rowniez polaryzacje pelnego ciala;

· tytanian baru charakteryzuje duza przenikalnosc elektryczna (zalezna od czasu temperatury, cisnienia, natezenia pola elektrycznego jak i rowniez

innych faktorow zewnetrznych);

· spelnieniem uprawnienia Curie-Weissa gwoli temperatur powyzej temperatury Curie;

· powstawaniem wyraznej petli histerezy dielektrycznej;

· tytanian baru wykazuja takze potezna piezoelektrycznosc, jak i rowniez wiele anomalii we specyfikach sprezystych jak i rowniez optycznych.

Stan ferroelektryczny BaTiO3 wiaze sie sposrod okreslona struktura krystaliczna, oraz jego zanik z przemiana fazowa do struktury na temat wyzszym

stopniu symetrii. Do innych atrakcyjnych ferroelektrykow zaliczane sa: sol Seignette\'a, tytanian strontu, olowiu, wodorofosforan wapnia. Znajduja sie one

uzywane m. in. do wytworczosci kondensatorow ceramicznych oraz elektromechanicznych przetwornikow piezoelektrycznych.

Spinel. Ferryty o organizacji spinelu. Wdrozenia ferrytow.

Spinel

Spinel (spinel wlasciwy) to mineral, tlenek glinu jak i rowniez magnezu na temat wzorze sumarycznym Al2MgO4. Spinel wlasciwy narasta w naturze, lecz

nie jest ferrytem jak i rowniez nie ma wlasciwosci magnetycznych. Ma za to liczne odmiany, krystalizuje po ukladzie planowym (krysztaly osmioscienne,

czesto blizniaki). Tworzy skupienia zwiezle, ziarniste. Spinel prawidlowy zwykle okazuje sie byc bezbarwny, lecz takze moze istniec: czerwony, rdzawy,

rozowy, czerwony, niebieski albo fioletowy. Posiada szklisty blask i okazuje sie byc trudno topliwy (temp. topnienia 21500C). Moze okazac sie

wytwarzany syntetycznie.

Zastosowanie spinelu wlasciwego: w charakterze surowca do wytworczosci materialow sciernych i ogniotrwalych oraz po jubilerstwie (przezroczyste i

barwne odmiany spineli szlachetnych).

Spinele

Spinele to grupa mineralow o wzorze ogolnym (Mg, Fe2+, Zn, Be... )(Al, Fe3+, Cr)O3+. Sa izomorficznymi tlenkami metali dwu- jak i rowniez

trojwartosciowych: M2-M23-O4, gdzie M2- = Mg2-, Fe2-, Mn2-, Ni2-, natomiast M3- = Al3-, Cr3-, Fe3-. Pierwiastki dwuwartosciowe (z wyjatkiem Ba),

podobnie jak jak i rowniez pierwiastki trojwartosciowe moga zastepowac sie miedzy soba w obszernych granicach. Stad, uwzgledniajac dodatku duza

wahanie skladu chemicznego spineli. Spinele krystalizuja po ukladzie planowym, zwykle pod postacia osmioscianu. Do mineralow sposrod grupy spineli

mozna zdobyc niektore rudy i tlenki metali. Przykladem moze byc tu magnetyt albo hematyt.

Ponadto mozna wyroznic spinele glinowe (do ktorych naleza spinel wlasciwy, hercynit i inne), spinele tytanowe i chromowe (m. in. chromit jak i rowniez

pikotyt) jak rowniez spinele zelazowe (glownie magnetyt).

Spinele glinowe

Do tej grupy spineli zaliczyc nalezy przede wszystkim galnit ZnAl2O4 jak rowniez hercynit FeAl2O4. Sa wytrzymale na oddzialywanie czynnikow

pogodowych. Przezroczyste spinele glinowe pozbawione skaz sa wykorzystywane po mechanice precyzyjnej (np. na lozyska) jak rowniez jako kamienie

szlachetne.

Spinele chromowe

Spinele chromowe to grupa mineralow o naturalnym wzorze sumarycznym (Mg, Fe)(Cr, Al, Fe)2O4. Ponadto spinele te maja mozliwosc zawierac 18-62%

Cr2O3, 0-18% FeO, 6-16% MgO, 0-33% Al2O3, 2-30% Fe2O3. W zaleznosci od skladu wyodrebnia sie chromit wlasciwy FeCr2O4, rzadko spotykany

chromit magnezowy (MgFe)Cr2O4, chromit glinowy Fe(CrAl)2O4. Chromit wlasciwy FeCr2O4 krystalizuje w ukladzie regularnym. Wydaje sie byc czarny,

ogolnie nieprzezroczysty jak i rowniez posiada blask zblizony do metalicznego. Narasta glownie po zasadowych gorach magmowych (dunitach i

perydotytach), takze po powstalych przez przeobrazenie takich skal serpentynitach. Chromity wlasciwe sa wyjatkowymi rudami chromu o znaczeniu

przemyslowym (w Polsce zostaly eksploatowane po Tapadlach na stoku Slezy). Odmiany zawierajae FeO albo Fe2O3 wykazuja wlasciwosci

paramagnetyczne. Chromity uzywane sa do wyrobu towarow ogniotrwalych, barwnikow, takze po metalurgii (do produkcji zelazochromu).

Ferryty

Ferryty to roztwory stale Fe2O3 z tlenkami metali, wielokrotnie o skladzie niestechiometrycznym. Ferryty otrzymuje sie przez spiekanie mieszaniny

tlenkow w wysokiej temperaturze. Ferryty metali dwuwartosciowych (np. Fe2+, Ni2+, Mn2+, Cu2+, Zn2+) krystalizuja po ukladzie planowym (siec

przestrzenna spinelu zwyklego lub odwroconego). Ferryty na temat sieci spinelu odwroconego posiadaja wlasnosci ferrimagnetykow i mieszcza

zastosowanie zdecydowanie magnesy ceramiczne. Ferryt barowy krystalizuje po ukladzie heksagonalnym i okazuje sie byc ferromagnetykiem.

Odnosnie do wlasciwosci magnetycznych rozroznia sie ferryty magnetycznie miekkie (struktura glownie spinelowa) i ferryty magnetycznie masywne

(struktura heksagonalna). Pierwsze sposrod nich istnieja stosowane do wyrobu rdzeni cewek indukcyjnych glowic magnetycznych, a ferryty magnetycznie

masywne do wyrobu magnesow solidnych. Znane istnieja rowniez ferryty o prostokatnej petli histerezy, stosowane do wyrobu metrow. in. elementow

pamieci komputerow.

Ferryty magnetycznie miekkie 1 i magnetycznie twarde dwie.

Ferryty lacza wlasciwosci magnetyczne z wlasciwosciami izolatorow. Odrzucic plyna po nich prady wirowe. Uzycza sie do pracy obok bardzo wielkich

czestotliwosciach. Wielu ferrytow dysponuje strukture spinelu Fe3O4, MgFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CuFe2O4, ZnFe2O4, MoFe2O4 albo LiFe5O8.

Wykorzystanie ferrytow

Wdrozenia ferrytow magnetycznie miekkich (technika stalopradowa):

·rdzenie pamieciowe;

·transformatory impulsowe;

·wzmacniacze magnetyczne;

·szybkie przekazniki;

·rdzenie cewek;

·rdzenie transformatorow umiarkowanych czestotliwosci;

·prety antenowe;

·glowice magnetofonowe;

Towary magnetyczne

Magnesy ferrytowe masywne

Ferryty barowe i strontowe sa spiekami tlenkow BaO2 i SrO2 z Fe2O3. Materialy istnieja powszechnie do kupienia i tanio. Ferryty masywne sa

najpowszechniej stosowane do wyrobu magnesow stalych. Robione sa po ukladzie izotropowym i anizotropowym.

Magnesy izotropowe - posiadaja we wszystkich kierunkach po przyblizeniu jednakowe wlasciwosci magnetyczne. Proces magnetyzacji jest jednorodny

we wszystkich kierunkach osiowych. Magnesy izotropowe posiadaja nieznaczna gestosc preznosci.

Magnesy anizotropowe - po polu magnetycznym otrzymuja najkorzystniejszy kierunek namagnesowania. W przeciwienstwie do magnesow izotropowych,

magnesy anizotropowe posiadaja o 300% wyzsza konsystencja energii. Natezenie pola koercji jest wyzsze w stosunku do remanencji (magnetycznej

indukcji resztkowej). Ferryty twarde moga miec wzglednie ogromny wspolczynnik temperaturowej remanencji 0, 2% na 0C jak i rowniez moga byc

uzywane w zakresie od czasu -400C do +2000C. Podobnie jak materialy ceramiczne magnesy ferrytowe sa masywne i kruche, ale wytrzymale na

utlenianie (korozje) jak i rowniez warunki pogodowe. Sa stale wobec mnostwo chemikaliow, co wiecej skoncentrowanych kwasow. Obrobka wykonalna

jest jedynie przy uzyciu systemow diamentowych.

Magnesy ferrytowe charakteryzuje norma DIN 17 410.

Magnesy AlNiCo aluminiowo-niklowo-kobaltowe

Magnesy stopow metalicznych: aluminium, niklu, kobaltu, a takze: zelaza, miedzi, tytanu. Wytworczosc odbywa sie przez odlew: piaskowy, kokoliowy,

precyzyjny, prozniowy jak i rowniez spiekanie. Stop AlNiCo pozostal odkryty piecdziesiat lat wstecz i okazuje sie byc najstarszym wykorzystywanym do tej

pory artykulem magnetycznym. W zestawieniu z z aktualnie stosowanymi magnesami stop AlNiCo ma nieogromne natezenie pola koercji obok wysokiej

remanencji. Oznacza to, iz magnesy ow musza posiadac wydluzony ku magnetyzacji uklad sztabkowy, aby nie ulec rozmagnesowaniu. Zaleta magnesow

AlNiCo jest mala wartosc wskaznika temperaturowego 0, 02 na 0C jak i rowniez szeroki obreb zastosowan od czasu -2700C do +4000C. Zwazywszy na

to magnesy te uzywane sa w kazdym miejscu tam, dokad wymaga sie stalego pola magnetycznego obok duzych skokach temperatur. Niezbedny ksztalt

sztabkowy, a przez co duzy spacja miedzy biegunami korzystny okazuje sie byc przy uruchamianiu np. zestykow hermetycznych. Magnesy AlNiCo

tworzone sa nade wszystko jako anizotropowe. Przez niska koercje jak i rowniez drogi kobalt magnesy ow stosowane istnieja coraz rzadziej.

Magnesy sposrod wypelniaczami syntetycznymi

Magnesy laczone z tworzywami syntetycznymi istnieja obecnie przez kazdego stosowane, przez co premiuje sie gryzie Panstwa bacznosci. Materialy

magnetyczne sa proszkowane i laczone z syntetykami, a pozniej poprzez kalandrowanie, ekstrudacje, prasowanie lub wtryskiwanie otrzymuje sie gotowe

magnesy. Z elastycznego tworzywa sztucznego jak i rowniez proszku ferrytowego produkowane istnieja plytki jak i rowniez tasmy magnetyczne o

grubosci od 0, 5 do 2 mm. Poprzez laminacje bialym PCV produkowane istnieja oznaczenia. W toku wytwarzania czasteczki magnetyczne po

elastycznych plytkach lub tasmach sa po rozkladane miarowe i ustawiane w polu magnetycznym, przez co powstaje zakres jednorodne jak i rowniez

anizotropowe.

Magnesy wysokoenergetyczne

Sa to magnesy solidne z grupy ziem osobliwych. Produkt wysokoenergetyczny (gestosc preznosci ponad 280 kJ/m3, albo 35 MGOe) umozliwia swieze

rozwiazania fachowe. Zmniejszenie formatow magnesu, albo wielokrotnie lepsza sila magnetyczna przy takich samych formatach, w porownaniu sposrod

dotychczas mocowanymi magnesami ferrytowo - borowymi lub AlNiCo, stalo sie dopuszczalne. Przy identycznej gestosci preznosci magnes ferrytowo -

borowy musialby istniec 6-krotnie potezniejszy, a aby z odstepie 1mm od czasu powierzchni bieguna wytwarzal zakres 100 mT (1000 Gaussow) jego

rozmiary musialyby istniec 25-krotnie bardziej wartosciowe w porownaniu sposrod magnesem samarowo-kobaltowym. Nowy magnes

neodymowo-ferytowo-borowy ma o 40% wyzsza konsystencja energii od czasu opisanego po przykladzie magnesu samarowo-kobaltowego.

Nizej przedstawiono konfrontacja niektorych towarow magnetycznych.

Czym sa \"ziemie rzadkie\"?

Kafelki rzadkie, okreslane tez lantanowcami, sa 15 pierwiastkami sposrod liczba atomowa 57-71 po ukladzie okresowym pierwiastkow. Konstytuuja

siodma czesc wszystkich elementow wystepujacych po naturze. \"Ziemie rzadkie\" nie sa dlatego w jakimkolwiek badz razie wyjatkowe. Znaczenie

praktyczne maja np. cer (Ce) - do produkcji szkla lub stali; Lantan (La)-do produkcji klisz rentgenowskich jak i rowniez katalizatorow do redukcji spalin;

Europa (Eu) do otrzymywania barwy czerwonej w lampach kineskopowych; Samar (Sm) jak i rowniez Neodym (Nd) do wytworczosci

wysokoenergetycznych towarow magnetycznych. Samar zawarty okazuje sie byc w miniaturowych ilosciach po ziemiach osobliwych, w przeciwienstwie

do neodymu. Uzyskanie adekwatnie wysokiego kategorii czystosci jak i rowniez obrobka istnieja powodem wysokiej ceny w zestawieniu z z

konwencjonalnymi magnesami stalymi. W przypadku magnesow samarowo-kobaltowych przystaje jeszcze mily material jakim jest kobalt (Co).

Jak sa tworzone magnesy wysokoenergetyczne?

Produkcja magnesow SmCo jak i rowniez NdFeB opiera sie na wytopie odpowiedniego stopu. Tak otrzymane wlewki surowca sa pozniej kruszone jak i

rowniez mielone na drobny proszek, po czym prasowane po polu magnetycznym i ostatecznie spiekane. Korporacja Delachaux obrabia sprasowane

izostatycznie i spiekane surowe wlewki materialu na temat przekroju 100x50 mm jak i rowniez dlugosci w porzadku. 200 mm w kierunku magnetyzacji.

Przy uzyciu systemow diamentowych wycina sie sposrod otrzymanych wlewek formy tarczowe i pierscieniowe.

Magnetyzacja

Poprzez nadaniu ksztalty nastepuje magnetyzacja, az do nasycenia. Stosuje sie tutaj silne pola magnetyczne. Do wytworzenia takich pol uzywane istnieja

naladowane akumulatory kondensatorowe, ktore sa rozladowywane w cewkach bezrdzeniowych. Fragment magnetyczny umieszczony w otworze

wewnetrznym niskooporowej cewki bezrdzeniowej jest magnetyzowany, az do nasycenia przez wyindukowane wewnatrz silne pole magnetyczne.

Zasadniczo magnetyzacja mozliwa okazuje sie byc w uprzywilejowanym kierunku ustalanym w czasie wytworczosci. Firma Delachaux dostarcza

magnesy standardowe nasycone magnetycznie. Pod zyczenie konsumenta dostarczane istnieja magnesy w stanie magnetyzacji, oraz pozniejsze

nasycenie dokonywane okazuje sie byc w programie klienta.

Wlasnosci

Magnesy SmCo sa bardzo twarde jak i rowniez kruche. Magnesy NdFeB istnieja rowniez masywne, ale juz nie tak bardzo kruche. Umiejscowione w

przeciwnych polach nie traca zwinnosci magnetycznych. SmCo i NdFeB nie istnieja odporne na dzialanie kwasow nieorganicznych jak i rowniez zasad.

Staly kontakt sposrod woda wykonuje do korozji. Magnesy NdFeB ulegaja powierzchniowemu utlenianiu nawet w kontakcie sposrod wilgotnym

powietrzem, dlatego przewaznie umieszczane istnieja w obudowach ze stali nierdzewnych. Srodki organiczne i suche powietrze na temat temperaturze

pokojowej nie powoduja zadnych niekorzystnych odmian.

Defekty konstrukcje i ich wplyw

na wlasciwosci towarow

Defektem, czyli niedoskonaloscia krysztalu, jest wszelkie odchylenie od czasu doskonalosci periodycznej sieci albo struktury po krysztale. Zwyklymi

defektami punktowymi sa dodatku chemiczne, puste wezly internecie oraz atomy miedzywezlowe (dodatkowe atomy bedace poza regularnymi wezlami

sieci). Defekt punktowy zlokalizowany okazuje sie byc w poblizu wezla sieci, czyli atomu po krysztale, inaczej niz w przypadku linii defektow lub

plaszczyzny defektow. Plaszczyzny defektow maja mozliwosc tworzyc sie w zasadniczych stadiach powstawania nowej konstrukcje krystalicznej w

obrebie istniejacego krysztalu. Wszystkie pozorne krysztaly istnieja zawsze po pewnym stopniu niedoskonale. Przy niektorych cialach stalych

niedoskonalosci te istnieja dosyc porzadnie poznane. Sporo prac badawczych poswiecono germanowi, krzemowi, miedzi oraz stopom, bowiem po

stopach narasta szczegolnie wysoka koncentracja niedoskonalosci punktowych. Sporo podstawowych wlasciwosci cial stabilnych zalezy po rownym

stopniu od ich niedoskonalosci konstrukcje, jak i od czasu natury prawidlowego krysztalu, ktory to moze spelniac tylko role nosicela niedoskonalosci lub

osrodka, w ktorym one sie poprawiaja. Przewodnictwo bateriowe niektorych polprzewodnikow zalezy calkowicie od sladowych ilosci domieszek

chemicznych. Odcien wielu krysztalow wywolana okazuje sie byc obecnoscia defektow. Luminescencja krysztalow zwiazana okazuje sie byc prawie za

kazdym razem z obecnoscia domieszek. Dodatku lub niedoskonalosci moga niezmiernie przyspieszac dyfuzje atomow po cialach stabilnych. Od

defektow zaleza na ogol wlasciwosci mechaniczne i sprezyste cial stabilnych.

Klasyfikacja defektow

Defekty konstrukcje mozna rozlozyc na: defekty subatomowe jak rowniez defekty atomowe (wlasciwe). Do pierwszej grupy defektow subatomowych

mozna zdobyc:

· elektrony nadmiarowe;

· wolne poziomy (dziury);

· ekscytony (pary elektron wyrwa zwiazane oddzialywaniem elektrostatycznym);

· plazmony (zespolowe wzbudzenia Coulombowskie).

Do pozostalej grupy defektow atomowych mozna zaliczyc:

· atomowe defekty punktowe;

· defekty liniowe (dyslokacje);

· defekty plaskie (plaszczyznowe, dwuwymiarowe);

· defekty objetosciowe.

Atomowe defekty punktowe

Defektami punktowymi nazywa sie zaburzenia idealnej struktury krystalicznej, ktorych obszar ogranicza sie do rozmiarow jednego atomu (jonu). W

wypadku krysztalu kompleksowego z okreslonego rodzaju atomow defektami danymi sa wakancje, powstajace w rezultacie opuszczenia przez atom

swojej normalnej pozycji w organizacji, tj. wezla sieci przestrzennej i tej przejscia przykladowo na obszar krysztalu, ktora to rowniez byc moze byc

traktowana jako zaburzenie periodycznosci. Byc moze to nastapic rowniez w rezultacie przejscia atomu do progu linii dyslokacji. W wszelkim

przypadkuproces powstawania wakancji mozna ujac powszechnie jako procedura wymiany pustego wezla sposrod powierzchni krysztalu lub na progu

dyslokacji z atomami wnetrza konstrukcje. W tym znaczeniu powierzchnie krysztalu lub dyslokacje mozna okreslic \"zrodlami\" wakancji lub takze

\"studniami\" wakancji, jesli zachodzi proces odwrotny. Innym wariantem defektu punktowego jest jon miedzywezlowy, ktorego powstanie przedstawic

mozna zdecydowanie wynik przesca jonu sposrod wezla internecie do pozycji miedzywezlowej. W wypadku krysztalow zwiazkow typu MnXm dochodzi

jeszcze mozliwosc wystepowania atomow Metrow w wezlach podsieci atomow X jak i rowniez na odwrot. Przy szczegolnym wypadku krysztalow

zwiazkow jonowych, obok powstawaniu defektow punktowych powinien byc zachowany warunek elektroobojetnosci, zgodnie z ktorym krysztal jonowy nie

moze zawierac niezrownowazonyvh frachtow elektrycznych okreslonego rodzaju. Oznacza to brak swobodnych nosnikow po krysztalach jonowych oraz

sposobnosc przemieszczen defektow.

Najprostszym defektem w sieci okazuje sie byc luka on-line, zwana defektem Schottky\'ego, w sensie technicznym wywolana deficytem atomu albo jonu

po wezle internecie. Defekt Schottki\'ego w idealnym krysztale mozna wyobrazic sobie jako translokacja atomu sposrod wezla internecie lezacego po

glebi krysztalu do wezla, ktory znajduje sie na tej powierzchni.

Niedostatek Schottky\'ego.

Odmiennym typem niedoskonalosci krysztalow istnieja defekty Frenkla, w ktorych atom ulega przesunieciu z wezla sieci do polozenia miedzywezlowego,

czyli lokalizacji miasta nie bedacego normalnie zajmowanym przez atomy.

Defekt Frenkla.

Stezenie defektow punktowych okazuje sie byc uzaleznione nade wszystko od temperatury.

Koncentracja sluza w stanie rownowagi maleje w miare obnizania temperatury. Rzeczywista koncentracja luk okazuje sie byc wieksza od czasu wartosci

odpowiadajacej rownowadze, kiedy krysztal wzrasta w podwyzszonej temperaturze, oraz nastepnie pozostaje nagle oziebiony przez co luki ulegaja

zamrozeniu.

Na podstawie doswiadczen przewodnictwa jonowego oraz pomiarow gestosci wiadomo, ze po czystych halogenkach (fluorkach, chlorkach, bromkach itp.

) alkaicznych najczestszymi rodzajami luk on-line sa defekty Schottky\'ego, oraz w halogenkach srebra a mianowicie defekty Frenkla. Wytwarzaniu

defektow Schottky\'ego druhow zmniejszenie gestosci krysztalu, albowiem zmniejsza sie objetosc krysztalu bez modyfikacje masy. Podczas powstawania

defektow Frenkla objetoscc krysztalu nie ulega zmianie, a wiec nie ulega zmianie jego gestoec. Mechanizm przewodnictwa elektrycznego po krysztalach

jonowych polega na ogol na lotu jonow, oraz nie elektronow. Fakt ow zostal ustalony na trasie porownania przenoszonego ladunku elektrycznego z masa

substancji, ktora to wydziela sie na elektrodach bedacych z kontaktem z krysztalem. Przewodnictwo pradu elektrycznego przy uzyciu ruchu jonow

nazywa sie przewodnictwem jonowym. W nie bardzo wysokich temperaturach przewodnictwo jonowe jest bez owijania w bawelne proporcjonalne do

ilosci dodawanych jonow dwuwartosciowych.

Obecnie do zapisu defektow wykorzystywana okazuje sie byc symbolika Krgera-Vinka.

Defekty liniowe (dyslokacje)

Rozny podstawowy wariant zaburzen konstrukcje krystalicznej konstytuuja zaburzenia liniowe, rozciagajace sie wzdluz konkretnych linii po krysztale.

Istnienie tych zaburzen, nazywanych takze dyslokacjami, nie powoduje wzrostu entropii konfiguracyjnej krysztalu, albowiem sa one pewnym wariantem

uporzadkowanych podstruktur. Obecnosc dyslokacji zwieksza rownoczesnie energie wewnetrzna krysztalu, czyli nie wystepuja one samorzutnie i w

przeciwienstwie od defektow punktowych nie sa one wynikiem ustalania sie rownowagi termodynamicznej. Pochodzeniem dyslokacji sa naprezenia

mechaniczne wystepujace w rezultacie odksztalcania krysztalow, w toku krystalizacji i wzrostu krysztalow.

Widuje sie kilka waznych typow dyslokacji. Do okreslonego z nich nalezy dyslokacja krawedziowa.

Dyslokacja krawedziowa EF w plaszczyznach poslizgu ABCD.

Rysunek prezentuje prosty krysztal nalezacy do ukladu prawidlowego, w ktorym poslizg o pewna odleglosc miedzyatomowa nastapil po lewej polowie

plaszczyzny poslizgu, lecz nie nastapil po prawej. Dyslokacja nazywa sie granice pomiedzy obszarem przesunietym i nieprzesunietym. Jej ulozenie

odpowiada sfinalizowaniu dodatkowej polplaszczyzny wcisnietej po gorna polowe krysztalu jak na ponizszym rysunku.

Dyslokacja krawedziowa swietna.

W poblizu dysokacji krysztal okazuje sie byc silnie odksztalcony. Prosta dyslokacja krawedziowa rozciaga sie nieskonczenie w plaszczyznach poslizgu ku

prostopadlym do kierunku poslizgu. Mechanizm, dzieki ktoremu dyslokacja byc moze sie ruszac jest przedstawiony ponizej.

Ruch dyslokacji pod wplywem naprezenia scinajacego.

Ruch dyslokacji po krysztale podobny jest do przesuwania sie faldy albo zmarszczki na dywanie. Kant przesuwa sie latwiej anizeli caly dywan, lecz

przemieszczenie sie faldy wzdluz dywanu daje w rezultacie przesuniecie pelnego dywanu wedlug podlodze. O ile atomy wedlug jednej stronie

internetowej plaszczyznuy poslizgu przesunely sie wzgledem atomow po pozostalej stronie, to atomy lezace w plaszczyznach poslizgu beda doznawaly

sily odpychajacej, pochodzacej od odmiennych, ktore znajduja sie wedlug drugiej stronie internetowej plaszczyzny poslizgu. Obliczono, iz wewnetrzne

naprezenie potrzebne do przesuwania sie dyslokacji okazuje sie byc zupelnie male, pod warunkiem, iz sily wiazan w krysztale nie zaleza bardzo od czasu

kierunkow. Dyslokacje moga dlatego powodowac, iz krysztal moze byc bardzo plastyczny. Przejscie dyslokacji przez krysztal jest rownowazne

przemieszczeniu sie w poslizgu jednej czesci krysztalu wzgledem drugiej. Innym prostym rodzajem dyslokacji okazuje sie byc dyslokacja srubowa.

Rysunek obrazujacy powstawanie: b)dyslokacji krawedziowej, c)dyslokacji srubowej.

Dyslokacja srubowa znaczy granice pomiedzy przesunieta, oraz nieprzesunieta czescia krysztalu. Zapora ta biegnie rownolegle do kierunku poslizgu, a

nie prostopadle, tak jak zachodzi w przypadku dyslokacji krawedziowej. Mozna to sobie wyobrazic, ze dyslokacja srubowa wynika przy czesciowym

nacieciu krysztalu nozem jak i rowniez przesunieciu czesci nacietej na temat jeden spacja atomowy w tym samym czasie do przegow naciecia.

Dyslokacja srubowa przeksztalca kolejne plaszczyzny atomowe po powierzchnie srubowe, z czego wywodzi sie nazwa tej dyslokacji. Do okreslenia

dyslokacji stosowane istnieja dwa wektory:

· wektor Burgersa oznaczany jako b;

· wektor okreslajacy zakres dyslokacji, rownolegly do linii dyslokacji oznaczany jako t.

Wektor Burgersa b okazuje sie byc wektorem przesuniecia, ktory oznacza wielkosc jak i rowniez kierunek przesuniecia atomow on-line lezacych ponizej

plaszczyzny poslizgu w stosunku do atomow lezacych powyzej tej plaszczyzny. Wyznaczenie wektora Burgersa domaga sie wykreslenia tak zwanym.

obwodu (konturu) Burgersa, czyli zamknietej linii wokol wycinka struktury obejmujacego linie dyslokacji. Istnienie wektora Burgersa znaczy, ze do

przywrocenia periodycznej budowy nieodzowne sa modyfikacje w skonczonym krysztale wlaczajacym dyslokacje. Przy idealnym wypadku wektor

Burgersa powinien istniec rowny odstepowi miedzyplaszczyznowemu albo jego wielokrotnosci. Dyslokacje na temat tej charakterystyce nazywane istnieja

dyslokacjami doskonalymi.

Animacja obrazujaca dyslokacje krawedziowa doskonala.

Animacja przedstawiajaca dyslokacje srubowa doskonala.

W przypadku dyslokacji krawedziowych wektor Burgersa okazuje sie byc prostopadly do wektora t (linii dyslokacji), co zapisuje sie symbolicznie jako

b_I_t. Natomiast w przypadku dyslokacji srubowej wektor Burgersa oraz wektor okreslajacy zakres linii dyslokacji sa wektorami rownoleglymi, jakie

mozliwosci zapisujemy symbolicznie bIIt. Rowniez calkowicie doskonale dyslokacje krawedziowe, jak i srubowe sa przypadkami skrajnymi. Przy

rzeczywistych krysztalach wystepuja dyslokacje mieszane (np. wielokrotne, czesciowe) wykazujace cechy posrednie pomiedzy dyslokacjami

krawedziowymi, a srubowymi.

Defekty plaskie (dwuwymiarowe)

Do tej grupy zaburzen internecie krystalicznej zdobyc mozna: niskokatowe granice skosne (daszkowe), niskokatowe granice skrecenia, granice

blizniacze, bledy ulozenia, granice domen antyfazowych. Zbior dyslokacji krawedziowych uszeregowanych 1-a nad druga tworzy plaskie zaburzenie,

rozdzielajace krysztal na dwie czesci o plaszczyznach sieciowych nachylonych wzgledem zony pod dyskretnym katem. Tego typu zaburzenie plaskie nosi

nazwe niskokatowej granicy skosnej (albo daszkowej). Podobnej tresci zaburzenia plaskie - niskokatowe granice skrecenia - maja mozliwosc tworzyc

przez uszergowanie kompletu dyslokacji srubowych. Niskokatowa linia demarkacyjna skrecenia oddziela dwie czesci krysztalu wzgledem siebie na temat

niewielki rog (kilka sekund do paru minut po mierze stopniowej), rownolegle do plaszczyzny skrzyzowanych dyslokacji srubowych. Z kolei granice

szerokatowe to granice pomiedzy ziarnami, ponizej kilku poziomow lub ponizej 15 poziomow w zaleznosci od zrodla literaturowego. W wypadku tych

granic musza istniec obszary gdzie nie ma dostosowania sieci rozdzielone wysepkami dostosowania. Takie defekty sa charakterystczne dla cial

polikrystalicznych. Rozny wazny typ zaburzen plaskich powstaje w rezultacie rozszczepienia sie omawianych przedtem dyslokacji niesamowitych, o

wektorze Burgersa rownym jednemu odstepowi sieciowemu, na dyslokacje czesciowe o nizszej watrosci wektora b. Pomyslowosc odksztalcenia

sprezystego krysztalu okazuje sie byc proporcjonalna do kwadratu wektora Burgersa, co oznacza, ze takie rozszczepienie okazuje sie byc energetycznie

przychylne. Tego typu defekty nazywane istnieja bledami ulozenia, a wystepuja glownie z powodu zaburzen po sekwencji ulozenia plaszczyzn

atomowych. Czesto rowniez spotykane istnieja tzw. granice blizniacze. Opiera sie to za zakupach grupowych, ze dwie monokrysztaly identycznej

substancji istnieja ze soba zrosniete w taki sposob, iz siec internet jednego sposrod nich moze byc przetransponowana po siec kluczowego poprzez

przerobienia symetryczne. Przy mineralach wychodza najczesciej blizniaki odbicia, obrotu lub inwersji, a po metalach dysponujemy do czynienia na ogol

z blizniakami wzrostu, modyfikacje lub znieksztalcenia. Kolejnym defektem plaszczyznowym istnieja granice domen antyfazowych. Dziedzina antyfazowa,

antyfaza jest to nieduzy obszar wewnatrz stopu, na temat strukturze uporzadkowanej, ale niezgodnej ze struktura obszarow sasiednich. Domeny

antyfazowe odznaczaja sie spontanicznym namagnesowaniem (ferromagnetyki) albo samorzutna polaryzacja (ferroelektryki). Pod granicach domen

antyfazowych pojawiaja sie bledy wynikajace z zajmowania pozycji idealnych przez nieprawidlowe atomy.

Wplyw defektow na wlasnosci towarow

Wiele waznych wlasciwosci cial stalych pozostaje w zaleznosci w rownym stopniu od czasu ich niedoskonalosci struktury, oraz od przyrody wlasciwego

krysztalu, ktory byc moze spelniac jedynie role nosiciela defektow albo osrodka, gdzie one sie rozwijaja. Wiamomo rownoczesnie, iz istnienie krysztalu

idealnego, pozbawionego calkowicie defektow jest dopuszczalne jedynie po temperaturze zera bezwzglednego. Albowiem w lepszych temperaturach

powinien istniec autorytatywna liczba defektow, ktorych zgeszczenie zalezy zwlaszcza od temperatury i kryteriow wzrostu krysztalu. Oprocz tego istota

ludzka niekiedy celowo wprowadza defekty, aby zmienic wlasciwosci poniektorych materialow. Fundamentalnym przykladem nich bedzie w tej okolicy

produkcja polprzewodnikow domieszkowanych na ogol atomami elementow z III lub V grupy ukladu okresowego. Przewodnictwo elektryczne i tak

interesujace wlasciwosci polprzewodnikowe zaleza calkowicie od czasu sladowych liczbie domieszek. Tak wiec nawet nierozlegla koncentracja dyslokacji

moze bardzo znaczaco oddzialywac na materialy polprzewodnikowe. W wypadku materialow ferroelektrycznych np. tytanianu baru zauwazalna

wiekszosc defektow byc moze przyczyniac sie do spowodowania rozmycia modyfikacje fazowej. Ponadto defekty konstrukcje odpowiedzialne istnieja za

fenomen luminescencji jak rowniez niektore wlasciwosci optyczne (np. moga oddzialywac na barwy krysztalow). Koncentracja zaburzen konstrukcje

wplywa na zdolnosc dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Domieszki albo niedoskonalosci krysztalow moga niezmiernie przyspieszac dyfuzje

atomow po cialach stabilnych. Moga takze przyczyniac sie w doniosly sposob do zmian poniektorych wlasnosci krysztalow takich jak np. gestosc,

kazdorazowa sieciowa itp. Od nich zaleza wybrane wlasciwosci mechaniczne materialow np. sprezystosc, plastycznosc itp.

Podsumowujac, nalezy sprawdzic, ze zaburzenia struktury wplwaja na:

· wlasnosci bateriowe np. po polprzewodnikach, ferroelektrykach;

· wlasciwosci optyczne np. luminescencja, dyfrakcja promieniowania, odcien;

· wlasnosci mechaniczne np. sprezystosc, plastycznosc.

Waznym parametrem okreslajacym dzialanie zaburzen konstrukcje jest konsystencja dyslokacji okreslajaca stosunek dlugosci linii dyslokacji do objetosci

jednostkowej.

Wymiarem gestosci dyslokacji jest [m/m3 = 1/m2]. I tak gestosc dyslokacji wynosi:

· 1010-1011 m/m3 w monokrysztalach polprzewodnikowych;

· 1012 m/m3 w polikrysztalach;

· ponizej 1017 m/m3 w materialach bardzo zdefektowanych.

Materialy bezpostaciowe

Materialy bezpostaciowe (ciala amorficzne) to cialka stale nie wykazujace szczegolnego dla krysztalu okresowego uporzadkowania atomow (czasteczek)

i wynikajacych z niego wlasciwosci. Ciala bezpostaciowe obejmuja rozmaite substancje jak i rowniez materialy, z ktorych wyodrebnia sie gromade cial,

zwana szklami, na temat charakterystycznych, lacznych cechach. Inne ciala bezpostaciowe to niejednakowe materialy prawdziwe, skladajace sie sposrod

czasteczek rozmaitego rodzaju (np. drewno, skora) i wykazujace roznorodne wlasciwosci. Zwykle jednak terminem organizm bezpostaciowe oznacza sie

wylacznie szkla, oraz stan bezpostaciowy nazywa sie stanem szklistym. Charakterystyczna wlasnoscia makroskopowa szkiel jest umiejetnosc do

nieustajacego i odwracalnego przejscia wraz ze stanu stabilnego w stan ciekly pod wplywem odmian temperatury jak i rowniez cisnienia. Procedura

powstawania cialka bezpostaciowego w czasie chlodzenia cieczy, nazywany zeszkleniem (witryfikacja, amorfizacja), polega na stopniowym wzroscie jej

lepkosci do zalety 1013-1014 dPa*s, przy ktorej ciecz traci ruchliwosc jak i rowniez staje sie cialem stalym. Temperatura, w ktorej ta krytczna lepkosc jest

osiagana, nazywa sie temperatura zeszklenia Tg jak i rowniez odpowiada punktowi przegiecia na krzywej zaleznosci niektorych skali (lepkosci, goraca

wlasciwego, wskaznika dyfuzji) od czasu temperatury. Temperatura Tg nie jest wielkoscia nieustanna dla konkretnej substancji (zalezy od szybkosci

chlodzenia), okazuje sie byc jednak niebagatelnie wazna wielkoscia charakteryzujaca bezpostaciowe organizm stale. Surowiec bezpostaciowy przedluza

strukture cieczy przechlodzonej, sposrod ktorej zaistnial, wykazuje dlatego uporzadkowanie bliskiego zasiegu, tj. w najblizszym sasiedztwie danego

atomu (na obszarach 10-20 angstremow czyli 10-10m). Tereny uporzadkowane moga miec strukture bliska strukturze wlasciwych cial krystalicznych, ale

inaczej niz po krysztalach nie powtarza sie ona periodycznie w przestrzeni. Wiazania pomiedzy atomami nalezacymi do sasiednich obszarow

dostosowanych maja rozna dlugosc jak i rowniez energie.

Maszyna produkujaca naczynia szklane.

Przejscie ciala bezpostaciowego w plyn podczas grzania przebiega sukcesywnie (cialo mieknie, staje sie plastyczne, a pozniej stopniowo zdobywa

plynnosc cieczy). Zachodzi to w ktoryms przedziale temperatury (a nie jak w przypadku cial krystal. po stalej temperaturze topnienia), albowiem wiazania

pomiedzy atomami istnieja zrywane kolejno (w kolejnosci wzrastajacej energii), a nie jednoczesnie jak w krysztale. Zdolnosc mieszaniny do

wystepowania w stanie szklistym zalezy od czasu budowy jej czasteczek, oraz glownie od czasu charakteru wystepujacych w nich wiazan chemicznych i

okazuje sie byc szczegolnie duza dla wiazan posrednich pomiedzy jonowymi oraz kowalencyjnymi. Czasteczki o tego rodzaju wiazaniach swobodnie

tworza lancuchy i trojwymiarowe szkielety, jakie mozliwosci powoduje zwiekszenie lepkosci niedaleko temperatury topnienia i udostepnia przechodzenie

obok ochladzaniu po stan szklisty. Substancjami na temat takich czasteczkach sa wybrane tlenki (glownie krzemu, boru, fosforu, germanu), siarczki,

tellurki i selenki (np. fosforu, arsenu, antymonu), a takze wybrane zwiazki organiczne. Ponadto swobodnie otrzymuje sie szkla krzemianowe (szklo) albo z

polimerow organicznych (np. plexiglas), jakkolwiek uzyskanie szkiel ze stopionych metali albo prostych zwiazkow jonowych domaga sie specjalnych

procedur (np. bardzo szybkiego chlodzenia jak w przypadku szkla metalicznego).

Reczna technologia wydmuchiwania naczyn szybowych.

Szkla istnieja substancjami termodynamicznie nietrwalymi jak i rowniez wykazuja nieustanna tendencje do przejscia po stan rownowagi, tj. do

krystalizacji. Przy niskich temperaturach szkla maja mozliwosc przetrwac chociazby miliardy latek (zostaly wydobyte w glebie ksiezycowej). Przy

wyzszych temperaturach (ale powyzej temperatury zeszklenia) moga ulegac odszkleniu (dewitryfikacji), tj. stopniowej krystalizacji. Przebiegiem

odszklenia mozna kierowac dodajac (podczas otrzymywania szkla) mieszaniny ulatwiajacych krystalizacje i uzywajac specjalna obrobke cieplna

otrzymanego materialu. Tym sposobem uzyskuje sie tzw. tworzywa szklanokrystaliczne, bardzo wytrzymale bezrefleksyjnie. Wlasciwosci bateriowe,

optyczne jak i rowniez mechaniczne mieszaniny w stanie bezpostaciowym sa ogolnie takie same jak ich formie krystalicznej, natomiast stosunkowo

swobodnie mozna gryzie modyfikowac przez wprowadzanie domieszek i nalezyta obrobke termiczna.

Tkaniny rowingowe (wlokna szklane) do wytworczosci laminatow

na temat podwyzszonej wytrwalosci mechanicznej.

Polecane grupy szkiel i dziedziny zastosowan:

· szklo sodowo-wapienne (najtansze szkla gospodarcze, pudelka szklane);

· szklo potasowe (drozsze, szlachetniejsze szkla);

· szklo olowiowe, krysztalowe (szkla optyczne, wyroby ozdobne);

· szklo barowo-krzemowe (szklo na naczynia laboratoryjne np. pyrex, silvit);

· szklo kwarcowe, krzemionkowe (praca w wielkich temp. np. w lampach, szklo duranowe);

· szklo twarde wysokoglinowe (wlokna szklane i zaroodporne szklo kuchenne);

· szklo bezpieczne (motoryzacja, budownictwo);

· szklo artystyczne (np. szkla rubinowe, macone);

· szklo metaliczne (elektrotechnika, elektronika).

Analizy wytrzymalosciowe szyb samochodowych (szkla bezpiecznego).

Pociagajacym i pozytecznym rozwiazaniem fachowym jest tak zwanym. szklo dobre. Jest to wariant szkla szczegolowego, ktore w rezultacie specjalnej

obrobki (hartowania) wedlug rozbiciu rozpada sie na male odlamki o zaokraglonych, nie kaleczacych krawedziach. Do tego typu szkiel bezpiecznych

zaliczane sa rowniez szklo klejone jak rowniez szklo zbrojone. Szyby zlozone z paru tafli szkla klejonego spaja sie specjalna folia albo zywica, przez co

po rozbiciu odlamki pozostaja przyczepione do wytrzymalej warstwy spajajacej. Za to szklo zbrojone to szklo walcowane sposrod wtopiona wen siatka

metaliczna, zapobiegaja rozpryskiwaniu sie szkla przy peknieciu.

Do towarow bezpostaciowych zdobyc nalezy takze polprzewodniki amorficzne. Sa one otrzymywane na cienkich warstwach, podczas bardzo szybkiego

chlodzenia. Wykorzystywane istnieja przy lampach obrazowych, lacza bowiem fotoprzewodnictwo z opornoscia elektryczna. Nierzadko mozna gryzie

spotkac po fotolitografii (etapie technologii planarnej przy wytworczosci elementow polprzewodnikowych).

Materaialy quasikrystaliczne

Do tej grupy towarow zaliczane istnieja:

· polimery;

· ciekle krysztaly;

· ciala solidne superjonowe np. NaAl11O17.

Nizej zostaly omowione jedynie materialy cieklokrystaliczne.

Ciekle krysztaly

Plynny krysztal to faza posrednia (mezofaza, faza mezomorficzna) laczaca cechy fazy cieklej jak i rowniez krystalicznej fazy stalej. Od zwyklej cieczy

rozni sie wystepowaniem uporzadkowania dalekiego zasiegu (innego jednak niz po krysztalach) jak i rowniez wynikajaca dlatego anizotropia wlasciwosci.

Przejscie plynnego krysztalu po faze krystaliczna, a takze po zwykla faze ciekla (i odwrotnie) zachodzi w okreslonej, stalej temperaturze. Ciekle krysztaly

moga tworzyc substancje na temat wydluzonych sztywnych czasteczkach wlaczajacych plaskie szczegoly (np. pierscien benzenowy). Wskutek

wzajemnego oddzialywania czasteczki ustawiaja sie tak bardzo, ze ich dluzsze osie sa do siebie rownolegle (uporzadkowanie orientacyjne). Ciekle

krysztaly mozna rozlozyc na termotropowe (powstajace w rezultacie ogrzewania mocnych substancji w stanie krystalicznym albo ochladzania takich

substancji w stanie cieklym) jak i rowniez liotropowe (powstajace wskutek rozpuszczania niektorych mieszaniny w nazwanym rozpuszczalniku).

Rozbior cieklych krysztalow.

W zaleznosci od rodzaju uporzadkowania czasteczek rozroznia sie nastepujace fazy cieklokrystaliczne:

· faze nematyczna, w ktorej czasteczki sa ulozone rownolegle do siebie (osie czasteczek leza wzdluz okreslonego kierunku);

· faze smektyczna, w ktorej czasteczki sa rownolegle do zony, a oprocz tego sa ulozone w warstwy w taki sposob, iz osie czasteczek sa prostop. do

plaszczyzn tych warstw lub nachylone do nich pod nazwanym katem;

· faze cholesterolowa, w ktorej czasteczki sa ulozone warstwami w taki sposob, ze osie czasteczek wewnatrz jednej warstwy sa do siebie rownolegle, a

wzgledem czasteczek sasiednich warstw istnieja skrecone na temat pewien rog.

Faza neumatyczna. Faza smektyczna.

Obraz mikroskopowy neumatyka. Portret mikroskopowy smektyka.

Liczne uzycia cieklych krysztalow sa zwlaszcza zwiazane sposrod ich wlasciwosciami optycznymi (wykazuja m. in. aktywnosc optyczna, dwojlomnosc,

selektywne odbicie jak i rowniez zalamanie fal). Wlasciwosci ow sa b. wrazliwe na nawet nieogromne zmiany parametrow zewn. (pol elektr. jak i rowniez

magnet. lub temperatury). Na przyklad zjawisko modyfikacje dlugosci fali swiatla odbitego od cienkiej warstwy plynnego krysztalu (zmiana barwy tej

warstwy) pod wplywem odmian temperatury znalazlo zastosowanie po diagnostyce lekarskiej i przetwornikach obrazu. Wydarzenie zmiany nurcie

polaryzacji swiatla przechodzacego przez ciekly krysztal (zmiana nasilenia i barwy swiatla) pod wplywem odmian pola elektr. jest uzywane w

kalkulatorach i zegarkach (wskazniki sposrod cieklych krysztalow), a takze po komputerach jak i rowniez telewizorach (ekrany wizyjne sposrod cieklych

krysztalow, tzw. LCD). Znaczna czesc skladnikow organizmow zywych ma kondycje cieklokrystaliczna (elementy blon biologicznych, wodne roztwory

makromolekul lub wirusow), dlatego badania ponad cieklymi krysztalami maja obszerne znaczenie gwoli rozwoju poniektorych dziedzin medycyny (m. in.

wykorzystuje sie je do testowania medykamentow i po badaniach ponad chorobami nowotworowymi).

Przykladowe dziedziny zastosowan cieklych krysztalow.

Deski rozdzielcze po samochodach. Tabliczki ogloszeniowe np. kolejowe.

Wykorzystanie cieklych krysztalow - monitory cieklokrystaliczne.

Fazy. Regula faz. Zasady struktury diagramow fazowych.

Faza termodynamiczna

Faza termodynamiczna to czesc ukladu rownowagi jednorodna odnosnie do fizycznym. Oddzielona jest od czasu pozostalej czesci ukladu ewidentna

granica tak zwanym. powierzchnia rozdzialu, przy przekraczaniu ktorej stan termodynamiczny cialka, jego zestaw chemiczny albo budowa modernizuja

sie w rodzaj nieciagly (skokowy). Granice pomiedzy fazami moga byc: koherentne (pelna zgodnosc sieci), polkoherentne lub niekoherentne (brak

kompatybilnosci sieci).

Uklady jednofazowe nazywane sa ukladami jednorodnymi (homogenicznymi). Z kolei uklady dwu- jak i rowniez wielofazowe oznacza sie imieniem

ukladow niejednorodnych (heterogenicznych). Dwie odmiany alotropowe tego samego pierwiastka uwaza sie zbytnio dwie przerozne fazy. Mieszanka

stanowi pewna faze w toku skladu zmieniajacego sie po sposob ciagly. W ukladach rownowagi byc moze wystepowac pare faz, oznaczanych najczesciej

literami greckimi: alfa, beta, gamma.

Stopnie swobody

Stopnie swobody to zbior niezaleznych zmieniajacych sie koniecznych jak i rowniez wystarczajacych do opisania postaci ukladu fizycznego w wszelakiej

chwili. Numer stopni swobody (s) po przpadku ukladu termodynamicznego to liczba niezaleznych zmiennych (temperatura, cisnienie, entropia itd. ), ktore

nie moga byc scisle okreslone. Moga natomiast przeksztalcac sie po okreslonym przedziale bez naruszenia liczby faz.

Liczba niezaleznych skladnikow (z) to najskromniejsza liczba skladnikow, z ktorych mozna budowac uklad robol.

Regula faz Gibbsa

To zaleznosc wiazaca liczbe poziomow swobody (s) z liczba (f) ewentualnych wspolistniejacych faz i liczba (z) skladnikow ukladu termodynamicznego,

ktory ulokowany jest w stanie rownowagi i gdzie nie zachodza reakcje nienaturalne. Oznacza to, iz w konkretnych warunkach termodynamicznych sklad

fazowy (ilosciowy seks miedzy fazami) pozostaje permanentny. Mozna to zapisac po nastepujacy rodzaj:

Regula faz Gibbsa okazuje sie byc podstawa struktury diagramow fazowych. Okresla bowiem maksymalna liczbe faz mogacych ze soba wspolistniec np.

gwoli ukladu jednoskladnikowego liczba faz znajdujacych sie po rownowadze wynosi najwyzej kilku (np. ciecz, para wodna, lod).

Reguly konstrukcji diagramow fazowych

Budowa diagramow fazowych uzalezniona okazuje sie byc przede wszystkim od czasu liczby poziomow swobody. Przy:

·s=0 --> ksztalt jest staly, jego stabilnosc moze istniec tylko obok stalej temperaturze i nazwanym skladzie faz (na diagramie fazowym punkt);

·s=1 --> ksztalt jednozmienny, co oznacza, ze wyjawszy naruszania tej rownowagi mozna w nim przeksztalcac w mocnych granicach cieplo lub

zestaw, ale jedynie jednej fazy (na diagramie linia);

·s=2 --> uklad dwuzmienny, co oznacza, iz bez naruszania rownowagi ukladu mozna tutaj zmieniac po pewnych granicach temperature albo sklad

jakiejs fazy albo sklad 3 faz, lecz bez odmian temp. (na diagramie plaszczyzna);

·s=3 --> na diagramie fragment objetosci, wykres rownowagi okazuje sie byc przestrzenny, dwie osie zalety i 1-a temperatura (na diagramie objetosc).

Czesto stosowanym diagramem okazuje sie byc tzw. trojkat skladu, np. trojkat skladu porcelany.

Mozna wyroznic cztery rodzaje ukladow:

1. Uklad z nieograniczona rozpuszczalnoscia w stanie stalym (uklad rownowagi fazowej).

2. Uklad rownowagi fazowej z eutektyka (brak mozliwosci rozpuszczenia skladnika A po skladniku B, najczesciej konstruuja pierwiastki znacznie rozniace

sie wlasciwosciami).

kilku. Uklad sposrod ograniczona rozpuszczalnoscia w stanie statycznym i eutektyka (tworza pierwiastki krystalizujace po roznych ukladach, badz po tych

samych, ale obok roznicy skali atomow wiekszej niz 15%).

4. Uklad z perytektyka (tworza pierwiastki krystalizujace po roznych ukladach lub takich samych, ale przy rozbieznosci wielkosci ziaren wiekszej anizeli

15%).

Towary wielofazowe

W stopniu daleko idacym zlozona istota rzeczywistych towarow sa materialy wielofazowe zlozone z mnostwo faz, rowniez krystalicznych oraz

bezpostaciowych. Uchwycenie \"faza\" okazuje sie byc tu uzyte w znaczeniu raczej opisowym, a nie termodynamicznym jak i rowniez oznacza

jednorodna pod mikroskopem czesc struktury materialu. Wraz z tego rodzaju okreslania skladu fazowego wywodzi sie takze nazwa mikrostruktura na

zdefiniowanie budowy surowca widocznej pod mikrodkopem. Przy literaturze ceramicznej budowe te okresla sie tez wobec tego makrostruktura albo

tekstura. Regula faz okazuje sie byc sluszna gwoli faz, ktore znajduja sie w rownowadze, a wiec wtedy, gdy potencjal chemiczny przypadkowego

skladnika ukladu jest jednakowy w wszelakiej fazie. Albowiem rzeczywiste materialy wielofazowe nie zawsze znajduja sie w stanie rownowagi, dlatego

nie mozna do nich aplikowac reguly faz w scislym tego slowa znaczeniu.

Dzisiejsze materialy wielofazowe mozna rozlozyc na nastepujae grupy:

· Materialy ceramiczno-metaliczne tzw. cermetale;

· Towary porowate;

· Wielofazowe materialy kombinowane, czyli kompozyty.

Cermetale

Cermetale (cermety) stanowia zzwyczaj polaczenie porzadnie przewodzacego (cieplnie i elektrycznie) skladnika metalicznego i izolatora, jakim okazuje

sie byc skladnik ceramiczny. Zaleznie od czasu udzialow objetosciowych obydwu skladowych faz cermetali, mozna przeksztalcac w obszernych

granicach rowniez ich budowe jak i wlasciwosci.

Typowa mikrostruktura cermetali na temat roznych udzialach objetosciowych

faz metalicznych jak i rowniez niemetalicznych.

Wspomniane rysunki przedstawiaja mikrostrukture typowych cermetali. Pod pierwszym sposrod rysunkow faza metaliczna (czarne pola) otoczona jest

przez ciagla osnowe fazy ceramicznej (biale pola). Przy udziale objetosciowym stopu bliskim 50% otrzymuje sie mikrostrukture niejako odrocona, dokad

faze ciagla tworzy teraz metal. Mozna zobaczyc to na drugim sposrod powyzszych rusunkow. Odpowiednio modernizuja sie i wlasciwosci cermetalu,

oktorych decyduje nade wszystko faza nieustanna. Zmiany takiego moga wystapic, zaleznie od czasu ksztaltu obrebow wystepowania konkretnej fazy,

obok roznych udzialach objetosciowych. Przykladem moze byc zilustrowany ponizej cermetal Pb (czarne pola) a mianowicie Ge (biale pola).

Mikrostruktura cermetalu Pb-Ge.

Przy miniaturowych udzialach olowiu obszary wystepowania fazy metalicznej (Pb) moga miec postac rozbryzganych kropel (prawy rysunek). Wskutek

tego kanaliki przewodzacej automatycznie fazy Pb tworza faze ciagla juz przy jej udziale objetosciowym rownym 20%. Materialy wielofazowe o

mikrostrukturze podobnej do wystepujacej po cermetalach dostaje sie rowniez bez skladnikow metalicznych. Przykladem moze byc weglik krzemu

rodzaju Refel, gdzie ziarna SiC powiazane istnieja przez nieogromne udzialy objetosciowe krzemu, jak i rowniez materialy, gdzie ziarna SiC otoczone

istnieja warstewkami izolatora elektrycznego (BeO). Ten ostatni material scala dobre przewodnictwo cieplne rowniez SiC oraz BeO, bedac przy tym

izolatorem elektrycznym, albowiem faze ciagla stanowia tu cienkie warstewki BeO.

Cermetale otrzymuje sie zazwyczaj przez prasowanie jak i rowniez spiekanie zmieszanych proszkow ceramicznych i proszkow metali. Najczestszymi

skladnikami cermetali sa tlenki (np. glinu) i wegliki (np. tytanu, chromu), jak i rowniez azotki, borki, krzemki. Elementy metaliczne to m. in. zelazo, nikiel,

chrom, i tym podobne. Cermetale odznaczaja sie ogromna twardoscia, ogniotrwaloscia, odpornoscia na chemikalia, lecz sa dosc kruche.

Wykorzystanie cermetali: do wytwarzania ostrzy narzedzi skrawajacych, elementow turbin gazowych jak i rowniez silnikow odrzutowych, czesci aparatury

chemicznej jak rowniez oslon powietrza w reaktorach jadrowych.

Towary porowate

Naczelna wazna gromade materialow wielofazowych o celowo uksztaltowanej mikrostrukturze stanowia materialy porowate, tj. materialy, gdzie druga

faza jest gaz zawarty po porach. Celowosc wytwarzania tego rodzaju materialow wyplywa przede wszystkim sposrod zastosowania towarow

ceramicznych zdecydowanie filtrow, cieplnych materialow izolacyjnych i powlok cieplochronnych, jak i rowniez do celow izolacji dzwiekowej. Materialy

ceramiczne o celowo wyksztalconych porach znajduja ciekawe zastosowania po medycynie, albo jako przegrody w ogniwach paliwowych (porowaty

AlLiO2). W zaleznosci od wymagan, wklad porow byc moze tu dojrzewac do 90% objetosciowych. Zwazywszy na ma male przewodnictwo cieple gazow

w zestawieniu z z ceramiczna faza nieustanna jest to przychylne dla zredukowania przewodnictwa cieplnego. Najczesciej produkowanym rodzajem

towarow wielofazowych na temat zwiekszonym udziale objetosciowym porow sa materialy wytwarzane powszechnie przez prasowanie i spiekanie stalych

drobinek (ziarn) pochodzenia naturalnego, na temat dosc wielkich rozmiarach ziarn (d> 1 μm). Towary takie oznacza sie materialami ziarnistymi.

Rowniez ze wzgledu na wariant surowca, oraz na pomyslne wlasciwosci (stosunkowo dobra solidnosc na naprezenia cieplne jak i rowniez male

przewodnictwo cieplne obok niezbyt wielkich wymaganiach w odniesieniu do wytrzymalosci mechanicznej), w postaci takiej wytwarza sie materialow

ogniotrwalych, stosowanych zdecydowanie wykladziny przedmiotow cieplnych po metalurgii, przemysle cementowym itp. Udzial objetosciowy porow po

takich materialach dochodzi do 0, 3-0, 4, natomiast rozmiary porow sa na ogol znacznie mniejsze od formatow duzych ziarn. Modele takiego rodzaju

materialu, szczegolnie przydatne gwoli oceny tej wlasciwosci maszynowych i cieplnych, mozna budowac ze kompletu kul, ulozonych w rozmaity sposob,

jakie mozliwosci pokazano powyzej.

Modele towarow ziarnistych. Ulozenie ziarn: a)luzne regularne, b)w pojedyncza szachownice,

c)w podwojna szachownice, d)piramidalne, e)romboidalne (tetraedryczne).

W faktycznych materialach ziarnistych musza wystepowac obszary na temat roznym ulozeniu ziarn, od czasu luznego do najgestszego piramidalnego lub

tetraedrycznego. Materialy komorkowe otrzymuje sie najczesiej przez wprowadzenie do materialu wypalajacych sie suplementow. Mozliwosc uzycia tej

grupy materialow porowatych w przypadku struktury pracujacych pod obciazeniami mechanicznymi jest obnizona, z uwagi na ich mala wytrzymalosc

mechaniczna jak i rowniez odpornosc na pelzanie po podwyzszonych temperaturach. Znacznie lepszymi wlasciwosciami mechanicznymi odznaczaja sie

materialy piankowe. W chwili obecnej mozna je wytwarzac praktycznie wraz ze wszystkich nielatwo topliwych mieszaniny ceramicznych, wowczas gdy w

toku wypalania materialu utworzy sie wzory umozliwiajace wyzwolenie sie gazow w calkowitej objetosci surowca znajdujacego sie w stanie plastycznym.

Szczegolnie malym przewodnictwem cieplnym i rzetelnymi wlasciwosciami mechanicznymi odznaczaja sie wegliki, stworzone w postaci towarow

piankowych. Wyjatkowa podgrupe konstytuuja materialy piankowe wytwarzane sposrod mikrosfer, tworzacych sie po lotnych popiolach z elektrowni

weglowych. Pozorna mikrostruktura towarow komorkowych na temat niezbyt wysokiej porowatosci wlacza nie przecinajace sie ze soba izolowane pory.

Model takiej mikrostruktury mozna wyprowadzic dzielac objetosc surowca na jednakowe rownoleglosciany Fiodorowa (kubooktaedry). W srodku kazdego

z nich znajduje sie kulisty por na temat promieniu r. Maksymalny wklad objetosciowy porow w jakims modelu, dorownujacy punktowemu stykaniu sie

porow wynosi Vp = 0, 678. Przy materialach piankowych mikrostruktura wyksztalca sie w rezultacie wydzielania sie gazow po calej objetosci

uplastycznionego surowca. W zwiazku sposrod ta specyficzna cecha towarow piankowych, odrozniajaca je od czasu materialow komorkowych jest to, iz

nawet obok duzych udzialach objetosciowych porow, dochodzacych do 0, 9 - 0, 95, pory nigdy nie schodza sie ze soba i odlaczone sa od czasu siebie

membranami ciala stabilnego o roznorakiej grubosci, tworzacego ciagly schemat. Przy Vp < 0, 4 rzadko wystepujace pory wyksztalcaja sie pod postacia

kulistych banieczek. Ze zwiekszeniem sie porowatosci, cisnienie gazu w wystepujacych licznie, czyli bardziej takich samych do zony porach, wywoluje

wzajemne wplyw i wytworzenie wielosciennych porow.

Zastosowanie towarow porowatych: do wyrobu opakowan, filtrow jak rowniez jako izolatory w elektrotechnice i cieple materialy izolacyjne, powloki

cieplochronne, a takze do celow separacji dzwiekowej po budownictwie. Ponadto wykorzystywane istnieja w energetyce jadrowej (np. jako przegrody w

ogniwach paliwowych) jak rowniez w medycynie i automatyce. jako izolatory w elektrotechnice i budownictwie, do wyrobu opakowan, filtrow.

Rola towarow ceramicznych po technice

Tradycyjnie terminem wyroby ceramiczne okresla sie materialy zdobyte przez wypalanie substancji mineralnych, czemu towarzysza nieodwracalne

reakcje chemiczne. Dzisiaj do ceramiki zalicza sie czasami wszystkie ow materialy, ktore nie istnieja metalami, polimerami lub kompozytami, a wiec

rowniez substancje nieorganiczne (do podstawowych materialow zaliczane sa polprzewodniki: german, krzem), organiczne, beton, brylant, a nawet lod.

Ze wzgledu na wariant wystepujacych wiazan chemicznych rozroznia sie ceramike jonowa jak i rowniez kowalencyjna. Towary ceramiczne sa

krystaliczne, po trosze krystaliczne albo amorficzne (szkla ceramiczne). Czasami osobno wymienia sie szklo, aczkolwiek ogolnie uznaje sie je zbytnio

podgrupe ceramiki. Materialy ceramiczne naleza do najwczesniej wykorzystywanych przez jednostki.

Rys historyczny

Narzedzia krzemienne oraz materialy budowlane sposrod kamienia jak i rowniez gliny zostaly wytwarzane juz w czasach prahistorycznych. Naczynia

sposrod gliny zaczeto wypalac w porzadku. 8000 latek p. n. e., rodzaj wytwarzania szkla odkryto w porzadku. 4000 latek p. n. e., oraz betonu w czasach

rzymskich. Na wstepie suszone cegly powstaly po starozytnym Egipcie okolo 10-ciu tys. latek temu. Za to pierwsze ceramiczne materialy wypalane

powstawaly po starozytnim Babilonie ok. 4 tys. latek p. n. e. Epoka sredniowiecza dostarczyla produkowane na skale ogromna cegly wypalane oraz

porcelane o zupelnie dobrych wlasnosciach (porcelana chinska, slynna porcelana japonska sposrod Seto). Od roku w porzadku. 1700 produkcja

szlachetnej porcelany rozwija sie bardzo usilnie na terenie Europy (porcelana misnienska, wiedenska, sewrska, berlinska).

Witryna Labedzi przeprowadzony z porcelany misnienskej (1737-41 r. ).

Wiek XIX to okres powstania jak i rowniez rozwoju przemyslu ceramicznego, wytworow ceramiki remontowo-budowlanej oraz towarow ceramiki

ogniotrwalej dla hutnictwa i metalurgii. Materialy ceramiczne zaczynaja istniec stosowane do produkcji towarow i systemow sciernych. Dwudzieste

stulecie przynioslo wyzwanie gwoli nowych towarow ceramicznych. Powstaje ceramika szczegolna dla oryginalnych dziedzin techniki i nauczania.

Ceramika zaczyna byc uzyta w elektrotechnice, elektronice, energetyce jadrowej, jak i rowniez w branzy auto moto i przemysle kosmicznym. Takze

medycyna jak i rowniez biotechnologia siegaja po specjalistyczne materialy ceramiczne.

Klasyfikacja towarow ceramicznych

Towary ceramiki doskonalej opartej na naturalnych surowcach.

1. Wyroby ceramiczne stolowa (naczynia, wyroby artystyczne itd. ).

2. Wyroby ceramiczne budowlana (cegla czerwona, kamionkowa, kafle, plytki).

3. Ceramiczne wyroby sanitarne.

4. Wyroby ceramiczne kwasoodporna.

5. Materialy ogniotrwale dla przemyslu hutniczego.

szesc. Materialy scierne i wytrzymale na scieranie.

Elektroceramika jak i rowniez przykladowe dziedziny zastosowan

1. Materialy gwoli elektrotechniki (izolatory wysokiego napiecia, osprzet energetyczny itd. ).

2. Towary dla elektroniki (izolatory, kondensatory, polprzewodniki, optoelektronika)

3. Wyroby ceramiczne elektrotermiczna (elementy grzejne, wykladziny izolacyjne i tym podobne. ).

4. Ceramika szczegolna (ceramika jadrowa, bioelementy, medycyna, przemysl obcy i motoryzacyjny).

Szybkoobrotowa tarcza scierna zrobiona z bardzo

twardej mieszaniny ceramicznej a mianowicie tlenku glinowego wypalanego po obecnosci spoiwa.

Rola towarow ceramicznych po technice

W ciagu wiekow obreb zastosowan ceramiki poszerzal sie ze wzgledu na jej duza solidnosc termiczna jak i rowniez chemiczna, specyficzne wlasciwosci

bateriowe, duza wytrzymalosc i stalosc. Materialy ceramiczne sa do tego latwo do kupienia i wzglednie tanie. Wykorzystuje sie gryzie zarowno

zdecydowanie tworzywa konstrukcyjne (zwlaszcza na elementy struktury narazonych na dzialanie wysokiej temperatury, jak silniki, turbiny gazowe), jak

tez materialy funkcjonalne. Specjalne materialy ceramiczne istnieja wytwarzane sposrod otrzymywanych syntetycznie tlenkow (gl. glinu, cyrkonu),

azotkow (np. krzemu, boru, tytanu, glinu), weglikow. Proszki tych zwiazkow zageszcza sie i spieka w wysokiej temperaturze jak i rowniez pod wysokim

cisnieniem. Faktycznie uzyskane materialy odgrywaja wspaniala role po technice, metrow. in. zdecydowanie warstwy (np. z weglikow spiekanych albo

diamentowe, nakladane na rdzenie metalowe w celu zwiekszenia ich stabilnosci termicznej, odpornosci na zuzycie jak i rowniez korozje), zdecydowanie

materialy scierne, jako materialy do produkowania biokompatybilnych implantow (np. sposrod tlenku glinu, Al2O3, albo hydroksyapatytu,

Ca10(PO4)6(OH)2).

Materialy ceramiczne stosowane po mikroelektronice moga miec wyjatkowe znaczenie, ich cena stanowi w porzadku. 80% ogolnej wartosci

wytwarzanych obecnie towarow ceramicznych. Szeroko sa uzywane ceramiczne materialy polprzewodnikowe, istnieja z nich wytwarzane metrow. in.:

diody, fotodiody, tranzystory, lasery, akumulatory sloneczne. Dazy sie do uzyskania nadprzewodnikow wysokotemperaturowych, sposrod ktorymi sprzega

sie nadzieje na ogromny rozwoj techniczny. Wlasnosci nadprzewodnikowe wykazuja niektore materialy ceramiczne. W zestawieniu z z

nadprzewodnikami metalicznymi odznaczaja sie one znacznie lepsza temperatura krytyczna Tc, przekraczajaca juz znacznie 100K, np. zwiazek na temat

wzorze HgBa2Ca2Cu3O8 ma Tc = 135 K. Niektore zwiazki kompleksowe o specyfikach donorowo-akceptorowych wykazuja tak ogromna przewodnosc

elektryczna, ze sa nazywane metalami organicznymi.

Szklo bylo jak i rowniez nadal okazuje sie byc stosowane nade wszystko ze wzgledu na swej wlasciwosci optyczne, ale istotne sa rowniez takie tej cechy,

jak: stabilnosc termiczna, odpornosc chemiczna, trwalosc jak i rowniez mala przewodnosc elektryczna. Glownym skladnikiem szkla jest krzemionka, ktora

wedlug stopieniu jak i rowniez ochlodzeniu dysponuje cechy amorficznego ciala stabilnego, ale w rzeczywistosci jest ciecza o bardzo duzej lepkosci.

Wlasciwosci szkla zaleza znacznie od jakosciowego i ilosciowego skladu chemicznego: rodzaju jak i rowniez zawartosci kationow metali, przewaznie

sodu, jak i rowniez potasu, wapnia, cynku, olowiu i in. skladnikow. Za posrednictwem zmiane skladu mozna po pewnym stopniu wplywac na wartosc

wskaznika zalamania jak rowniez absorpcji swiatla o okreslonej dlugosci fali. Oprocz szkla okiennego, elektrotechnicznego i laboratoryjnego coraz

obszerne zastosowanie mieszcza wlokna szklane. Doklada sie staran, by opanowac sposoby wytwarzania nici niezbednych do zbrojenia kompozytow

narazonych na dzialanie znacznie podwyzszonej temperatury. Obecnie istnieja juz popularne wlokna porzadne termicznie do temperatury 1000-12000C

(Si-C, Si-C-N-O), a nawet 14000C (Al2O3). Pod uwage zasluguja metody produkowania tego rodzaju nici z prekursorow krzemoorganicznych, np.

polikarbosilanow albo polikarbosilazanow. Swiatlowody z nici szklanych, zwazywszy na wielokrotnie wyzsza gestosc komunikatu informacji w zestawieniu

z z kablami miedzianymi, beda niewatpliwie uzywane coraz powszechniej zamiast tradycyjnych kabli sieciowych. Nowe mozliwosci sterowania wiazka

swiatla otworzyly sie za posrednictwem poznaniu optyki nieliniowej; optyczne zjawiska nieliniowe wystepuja w przypadku krysztalow poniektorych soli

nieorganicznych, np. KTiOPO4 lub LiB3O5, ale rowniez zwiazkow zlozonych metali sposrod ligandami organicznymi.

Materialy ceramiczne sa takze stosowane zdecydowanie napelniacze (nazywane niekiedy wypelniaczami). Sa to: proszki ceramiczne (krzemionka,

glinokrzemiany, weglany wapnia jak i rowniez magnezu, sadze, grafit) dorzucane w wielkich ilosciach do elastomerow w celu obnizenia nakladow

pienieznych wytwarzania wyrobow lub nadania im pomyslnych wlasciwosci. Przy technice protokolu i odtwarzania informacji istotne znaczenie moga miec

materialy ceramiczne o specyfikach magnetycznych, np. tlenek zelaza Fe2O3, chromu CrO2, ferryt barowy. Szczegolne materialy ceramiczne o

specyfikach piezoelektrycznych (cyrkonian i tytanian olowiu, PbZrO3 i PbTiO3), ferroelektrycznych, rowniez reagujace zmianami wlasciwosci optycznych

na fluktuacje pola elektrycznego (mieszane tlenki, np. PbLa(Zr, Ti)O3), elektrostrykcyjnych (np. Pb(Mg1/3Nb2/3Ti)O3) znajduja zastosowanie jako

czujniki (sensory), przekazniki i podzespoly w mnostwo ukladach elektronicznych.

Czujniki sposrod materialow ceramicznych (np. sposrod NiO, Fe2O3, ZrO2, Al2O3-Cr2O3) moga takze reagowac na wiele bodzcow, np.: modyfikacje

wilgotnosci, cisnienia, temperatury, wagi probki, oraz stosowane po nich materialy sa zaliczane do tak zwanym. materialow madrych. W istocie to zlozone

uklady zdolne do rozpoznawania bodzcow zewnetrznych jak i rowniez po ich zanalizowaniu do reagowania po odpowiedni rodzaj. Sygnaly sposrod

czujnikow dochodza do analizatora, ktory zaleznie od efektow analizy przekazuje polecenie do zespolu kontrolnego i rownoczesnie wyswietla gryzie na

ekranie monitora. Team kontrolny uruchamia zespol wykonawczy. Uklady wnikliwe sa uzywane m. in. do sterowania procesami produkcyjnymi i sledzenia

warunkow eksploatacji maszyn. Do ceramiki przynalezy nader znaczaca grupe towarow, ktorych kluczowym skladnikiem okazuje sie byc wegiel. Sa to

przede wszystkim wlokna weglowe, bodaj najlepsze zbrojenie kompozytow polimerowych, o bardzo duzej opornosci chemicznej jak i rowniez termicznej.

W zaleznosci od tego ktorymi wlasciwosciami winien sie odznaczac kompozyt stosuje sie pewna z dwoch nadrzednych odmian nici weglowych: na temat

wysokim module Younga (modul sprezystosci podluznej) lub na temat duzej wytrwalosci. Rozne odmiany sadzy, na temat rozmiarach drobinek w

granicach 10-ciu 500 nm i powierzchni wlasciwej 5 300 m2/g sa przez kazdego stosowane zdecydowanie napelniacze elastomerow. Wegiel zywy, silnie

porowaty o powierzchni wlasciwej siegajacej 1000 m2/g, jest idealnym adsorbentem. Grafit (naturalny albo syntetyczny) okazuje sie byc odmiana wegla

krystalizujaca po ukladzie heksagonalnym, o organizacji warstwowej. Kolejne warstwy, zbudowane z szescioczlonowych pierscieni weglowych, sa

zwiazane nielicznymi wiazaniami chemicznymi jak i rowniez latwo ulegaja przesunieciu wzgledem siebie pod wplywem naprezen stycznych. W ten

sposob grafit przejawia, podobnie jak siarczek molibdenu MoS2, wlasciwosci smaru stalego, okazuje sie byc ponadto bardzo odporny chemicznie i

termicznie, dobrze przewodzi prad elektryczny. Jest uzyty do produkowania uszczelnien, tygli, elementow przewodzacych prad elektryczny, jako smar

staly albo, w postaci koloidalnej, dodatek do olejow smarowych. Diament okazuje sie byc krystaliczna postacia wegla na temat budowie fachowej.

Oszlifowane diamenty (brylanty) zazwyczaj stanowia najcenniejsza ozdobe. Dzisiaj diamenty, rowniez naturalne (drobne, czesto zanieczyszczone), jak i

uzyskiwane syntetycznie, istnieja coraz powszechniej wykorzystywane po technice (glownie w postaci proszkow lub warstw nakladanych, np. na rdzenie

metalowe) do produkcji systemow skrawajacych, sciernych, wiertel, zdecydowanie zabezpieczenie implantow itd. Nader interesujaca kondycje i

wlasciwosci maja fulereny (fullereny) czasteczki wegla na temat regularnej organizacji przestrzennej (kuliste lub walcowe), zbudowane sposrod

kilkudziesieciu do kilkuset atomow wegla. Mozliwosc wystepowania wegla w takiej formie przewidywano juz w latach siedemdziesiatych 20 wieku, lecz

pierwszy sposrod calej dzinki fuleren C60 zostal odkryty w 1985 r. Wbrew intensywnych doswiadczen wlasciwosci fulerenow nie zostaly dotychczas

calkowicie poznane jak i rowniez czasteczki ow nie odebraly do tej pory tak bardzo szerokiego uzycia jak sie poczatkowo spodziewano. Wiadomo juz, ze

maja mozliwosc one pelnic funkcje dyskow ladunku, selektywnych sorbentow, stabilnych smarow, przejawiaja wlasciwosci ferromagnetyczne, moga byc

uzywane w ukladach optyki nieliniowej, rysuja sie perspektywy osiagniecia fulerenowych nadprzewodnikow. Poznanie wlasciwosci i trafnosci technicznej

roznych postaci wegla jest nader wazne bowiem uwaza sie, ze wedlug wyczerpaniu zapasow ropy naftowej bedzie to podstawowy surowiec, od ktorego

racjonalnego uzytkowania zalezec beda mozliwosci dalszego rozwoju terazniejszej cywilizacji.

Porcelana

Porcelana (ceramika) to wariant wyrobow ceramicznych o czerepie bialym, spieczonym, nieprzepuszczalnym gwoli wody jak i rowniez gazow,

przeswiecajacym w cienkiej warstwie, szkliwionym lub nieszkliwionym (biskwit). Zwazywszy na sklad syntetyczny oraz cieplo wypalania rozroznia sie

porcelane twarda jak i rowniez miekka. Przy sklad porcelany twardej trafia 40-60% kaolinu (nie wiecej niz 20% kaolinu moze byc zastapione glina

wypalajaca sie na bialo), 20-30% kwarcu i 20-30% skalenia. Przy sklad porcelany miekkiej trafia 25-40% kaolinu (czesc kaolinu mozna podmienic glina

wypalajaca sie na bialo), 30-45% kwarcu jak i rowniez 25-40% skalenia.

Trojkat skladu

Porcelana odznacza sie kobieta duza trwaloscia mechaniczna, rzetelnymi wlasciwosciami dielektrycznymi, jest bardzo malo nasiakliwa (porowatosc

otwarta do 0, 5%) jak rowniez odporna na dzialanie faktorow chemicznych. stosuje sie ja do wytworczosci wysokonapieciowych izolatorow, ksztaltek

izolacyjnych, sprzetu laboratoryjnego, naczyn stolowych i wyrobow artystycznych. Porcelana miekka dysponuje mniejsza wytrzymalosc mechaniczna jak i

rowniez gorsze wlasciwosci dielektryczne anizeli porcelana twarda, odznacza sie natomiast wyzsza przeswiecalnoscia jak i rowniez biela. Wydaje sie byc

stosowana do produkcji wyrobow artystycznych, ekonomicznych oraz izolatorow niskonapieciowych.

Przygotowanie do wypalania wyrobow ceramicznych.

Technologia wytworczosci porcelany okazuje sie byc podobna do produkcji fajansu, jednakze w przypadku porcelany surowce musza istniec czystsze jak

i rowniez drobniej zmielone. Temperatura wypalania surowych, nie szkliwionych wyrobow porcelanowych wynosi 920-9800C, wyrobow szkliwionych

1280-14600C (porcelany twardej 1350-14600C, porcelany miekkiej 1280-13200C). Do szkliwienia wyrobow sposrod porcelany stosuje sie przewaznie

szkliwa skaleniowe. Wyroby sposrod porcelany zdobi sie na ogol farbami naszkliwnymi, gdyz wielu farb ceramicznych w wysokiej temperaturz wypalania

ulega uszkodzeniu. Porcelana zostala wynaleziona po Chinach po 1 polowie VII stuleciu n. e.

Reakcje zachodzace podczas wypalania czerepu porcelany

Surowce do produkcji porcelany to:

· kwarc a mianowicie SiO2;

· kaolit (glinka porcelanowa) zawierajacy kaolinit Al2O3*2SiO2*2H2O;

· skalen (glinkokrzemian potasu, sodu).

1 etap opiera sie na podgrzewaniu kaolinitu do temperatury w porzadku. 5000C W nastepstwie reakcji chemicznej nastepuje suszenie, dehydryzacja

(wydzielenie sie wody) oraz wynika metakaolinit.

dwie[Al2O3*2SiO2*2H2O] -—> 2Al2O3*4SiO3 + 4H2O

Drugi etap powodu to podgrzanie metakaolinitu do temperatury w porzadku. 800-9000C. Przy tej temperaturze nastepuje harmonogram metakaolinitu na

tlenki skladowe, a glownie wydziela sie dwutlenek krzemu.

2Al2O3*4SiO3 -—> 2Al2O3*3SiO2 + SiO2

Trzeci etap procesu sprzega sie z podgrzaniem mieszanki do temp. w porzadku. 1200 0C. Tu zachodzi miekniecie skalenia, jego przejscie do fazy cieklej

jak rowniez powstaje mulit. Mulit dysponuje postac ciekich, iglowatych krysztalow tworzacych schemat.

3Al2O3*2SiO3 -—> 3Al2O3*2SiO2 + O2

Powyzej 1200 0C lepkosc szkla szkla skaleniowego zmniejsza sie, zmienia sie jego zestaw. W wyniku powodu technologicznego zachodzi zblizenie

drobinek kwarcu, nadtapianie ziaren jak i rowniez powstaja zarodki mulitu. Im wieksza goraczka tego etapu, tym wytrzymalosc porcelany okazuje sie byc

lepsza, lecz pogorsza sie jej image. Dlatego, takze w przypadku porcelany stolowej wypalanie przeprowadza sie dwukrotnie. 1 raz po nizszej

temperaturze na biskwit, i drugi raz w podwyzszonej temperaturze wraz ze szkliwem.

Wyroby ceramiczne uzytkowa. Wyroby ceramiczne uzytkowa.

Polporcelana

Polporcelana (porcelit) jest wariantem wyrobow ceramicznych, bialych albo kremowych, substytutem porcelany. Posiada czerep spieczony, porowatosc

otwarta do 0, 8%, na ogol jest pokrywana szkliwem. Technologia otrzymywania okazuje sie byc zblizona do technologii wytworczosci porcelany,

jakkolwiek temperatura wypalania (1300-13500C) okazuje sie byc ok. 1000C nizsza anizeli temperatura wypalania porcelany twardej, a uzyte do wyrobu

porcelitu surowce moga byc gorszej jakosci. Porcelit w porownaniu sposrod porcelana dysponuje mniejsza wytrzymalosc na zginanie oraz

nieprzeswiecajacy czerep. Wraz z polporcelany wytwarza sie naczynia stolowe, wyroby sanitarne, oraz wyroby sposrod porcelitu na ogol sa ozdabiane

ciemnym szkliwem.

Naczynia porcelitowe kolorowe. Garnki wykonane sposrod porcelitu transparentnego.

Fajans

Fajans jest wariantem wyrobow ceramicznych o porowatym czerepie, barwie od bialej do jasnokremowej, a nawet (zaleznie od liczbie zelaza po

surowcach) czerwonorozowej. We wspolczesnym przemysle ceramicznym w porownaniu do uzytych materialow i kategorii spieczenia rozroznia sie dwie

rodzaje fajansu: fajans pewny (skaleniowy) na temat skladzie surowcowym: 40-50% gliny, 30-40% kwarcu, 5-20% skalenia oraz fajans miekki (wapniowy)

o skladzie: 60-75% gliny, 15-35% kwarcu, 10-35% marmuru lub kredy. Zmielone po mlynach skalenie, kwarc jak i rowniez marmur miesza sie sposrod

woda jak i rowniez glina, oraz nastepnie odfiltrowuje tak, by zawartosc h2o w masie wynosila w porzadku. 25%. Wraz z ujednorodnionej wagi formuje sie

wyroby manualnie albo bezrefleksyjnie (formierskie maszyny) lub odlewa w formach gipsowych (masy do odlewania maja w porzadku. 35% h2o i w

porzadku. 0, 2% np. sody lub szkla wodnego, zwiekszajacych jej plynnosc). Uformowane wyroby suszy sie i wypala w temp. 1080-11800C. Towary te

zdobi sie podszkliwnymi farbami ceramicznymi i szkliwi sie szkliwami borowymi albo borowo-olowiowymi. Towary szkliwione wypala sie ponownie w

temp. 920-12000C. Wspolczesnie z fajansu szkliwionego wytwarza sie naczynia domowego uzytku, plytki scienne, wyroby artystyczne, dawniej takze

wyroby sanitarne. Z fajansu nieszkliwionego wyrabia sie filtry samochodowe bakteriologiczne jak i rowniez przegrody do elektrolizerow.

Ceramiczne materialy remontowo-budowlane

Ceramika ogolnobudowlana to materialy budowlane formowane z mikstury, ktorej kluczowym skladnikiem okazuje sie byc glina, suszona i wypalana.

Rozroznia sie: ceramike budowlana o czerepie porowatym, wypalana w temp. 800-9000C, na temat porowatosci 5-20%, ogniotrwala (cegly szamotowe

jak i rowniez dynasowe), polszlachetna i szlachetna (plytki scienne szkliwione, fajansowe i porcelanowe wyroby sanitarne), dekoracyjna (cegly

dekororacyjne, kafle). Ponadto stosuje sie ceramike budowlana na temat czerepie spieczonym, zwartym, wypalana w temp. powyzej 11000C, o

porowatosci ponizej 5% (klinkierowe cegly bud. jak i rowniez drogowe, plytki podlogowe jak i rowniez scienne plytki kamionkowe, kamionkowe rury

kanalizacyjne).

Ekologiczne cegly klinkierowe.

Z punktu widzenia zastosowan budowlanych niezmiernie waznym produktem ceramiki budowlanej okazuje sie byc cegla. Najczesciej formowana po

ksztalcie prostopadloscianu o znormalizowanych wymiarach sposrod gliny, piasku, cementu albo innych materialow mineralnych. W nastepnej kolejnosci

poddawana procesom wypalania w celu uzyskania wysokiej wytrzymalosci mechanicznej i opornosci na wplywy czynnikow pogodowych. Ze wzgledu na

zastosowany material jak i rowniez przeznaczenie rozrozniamy cegly:

· ceramiczne, cegly otrzymywane w procesie wypalania surowca, ktorego kluczowym skladnikiem okazuje sie byc glina;

· dziurawki, cegly ceramiczne na temat wysokich parametrach izolacyjnych, majace poprzeczne albo podluzne otwory przelotowe;

· kominowe, cegly ceramiczne sposrod otworami albo bez, na temat ksztalcie wycinka pierscienia kolka (wykorzystywane do budowy okraglych

kominow wolnostojacych);

· kratowki, cegly ceramiczne z otworami prostopadlymi do podstawy, na temat dobrych wlasnosciach termoizolacyjnych jak i rowniez duzej wytrwalosci

na sciskanie (stosowane do budowy scian zewnetrznych);

· szamotowe, cegly ceramiczne otrzymywane z szamotu i glinki ogniotrwalej, maja mozliwosc wystepowac pod postacia standardowych bloczkow lub

odmiennych ksztaltek (wykorzystywane do struktury piecow hutniczych, grzewczych itp. ).

Cegla dziurawka. Cegla klinkierowa. Cegla pelna.

Inne wyroby ceramiki budowlanej:

· pustaki (dobre izolacja cieplna i dzwiekowa);

· dachowki (np. karpiowka, rzymska (klasztorna), holenderka (esowka), zakladkowa, marsylska, przylgowa (felcowka), mnich jak i rowniez mniszka);

· plytki scienne, posadzkowe jak i rowniez terakotowe;

· ceramika sanitarna (umywalki, miski ustepowe, pisuary);

· klinkier drogowy;

· kamionkowe rury kanalizacyjne;

· saczki do drenowania.

Dachowka karpiowka-polowkowa. Dachowka karpiowka.

Pustak tradycyjny. Pustak Porotherm. Pustak dymowy.

Ceramiczne materialy ogniotrwale. Ich znaczenie w przemysle hutniczym. Kryteria podzialu.

Towary ogniotrwale to grupa towarow ceramicznych odznaczajacych sia ogniotrwaloscia zwykla (nie nizsza anizeli 15000C). Niektore z nich odznaczaja

sie rowniez ogromna ogniotrwaloscia pod obciazeniem, odpornoscia na oddzialywanie wielu faktorow chemicznych, malym wspolczynnikiem

rozszerzalnosci termicznej, odpornoscia na natychmiastowe zmiany temperatury oraz malym przewodnictwem cieplnym. Do wyrobu materialow

ogniotrwalych sa stosowane przewaznie prawdziwe surowce mineralne zawierajace relacje chem. na temat wysokiej temp. topnienia (najczesciej

trojtlenek glinu, tlenek magnezu, dwutlenek krzemu, tlenek wapnia, dwutlenek cyrkonu). Przy wytworczosci materialow ogniotrwalych o uzyciu specjalnym

korzysta sie takze surowcow syntetycznych, jak wegliki, azotki jak rowniez borki poniektorych metali, np. krzemu, cyrkonu, glinu.

Rozbior ceramicznych towarow ogniotrwalych

Rozbior ze wzgledu na ogniotrwalosc mierzona przy uzyciu stozkow pirometrycznych:

· materialy ogniotrwale (temperaturowu zakres uzyc 1500-17700C);

· materialy wysokoogniotrwale (temperaturowu obreb zastosowan 1770-20000C);

· materialy o najwazniejszej ogniotrwalosci (temperaturowu zakres uzyc powyzej 20000C).

Podzial zwazywszy na technologie wytworczosci:

· materialy z mas plastycznych;

· materialy sposrod mas sypkich;

· materialy z mas lejnych;

· materialy sposrod mas termoplastycznych;

· materialy prasowane na goraco.

Rozbior ze wzgledu na porowatosc:

· szczegolnie zwarte (porowatosc otwarta do 3%);

· wysoko zwarte;

· zwarte;

· na temat niskiej zwartosci (porowatosc otwarta powyzej 45%).

Podzial zwazywszy na rodzaj obrobki:

· materialy niewypalane;

· materialy obrabiane cieplnie;

· materialy wypalane;

· materialy topiono-odlewane;

Masy glinokrzemianowe.

Rozbior ze wzgledu na zestaw chemiczny:

· materialy glinokrzemianowe (krzemionkowe, kwarcowo-szamotowe, szamotowe, wysokoglinowe, korundowe, sylikonitowe);

· materialy zasadowe (tlenki magnezu, wapnia, mat. magnezytowe, magnezytowo-chronitowe, chronitowo-magnezytowe, chronitowe);

· materialy (karbokorundowe, cyrkonowe, itp. ).

Szamot odlewniczy.

Przeslanie ceramicznych towarow ogniotrwalych po przemysle hutniczym

Do kluczowych zastosowan towarow ceramicznych po przemysle hutniczym mozna zdobyc:

· konstrukcja wielkiego pieca,

· nagrzewnice dmuchu duzego pieca,

· mieszalniki surowki;

· szczegoly piecow martenowskich,

· szczegoly piecow elektrycznych,

· szczegoly piecow szklarskich,

· szczegoly urzadzen do odlewu stali;

· wykladziny konwektorow;

· tygle.

Elektroceramika

Elektroceramika to materialy jak i rowniez wyroby ceramiczne stosowane po elektrotechnice, elektronice i elektrotermii ze wzgledu na ich wlasciwosci

(duza rezystywnosc jak i rowniez wytrzymalosc elektryczna, mala stratnosc elektr., ogniotrwalosc itp. ). Moga byc dielektrykami, polprzewodnikami jon.

lub superjonowymi. Do najczestszych zastosowan mozna zaliczyc:

· wyroby elektrotechniczne - izolatory liniowe, stacyjne i przemyslowe, warystory, (stosowane tworzywa to porcelana krzemionkowa, mulitowa,

korundowa, cyrkonowa, wyroby ceramiczne celzjanowa, wyroby ceramiczne zawierajaca tlenek cynku albo weglik krzemu);

· wyroby elektroniczne a mianowicie czesci konstrukcyjne, podloza, obudowy, magnesy ferrytowe, kondensatory, szczegoly piezoelektr. (stosowane

tworzywa a mianowicie ceramika steatytowa, ultraporcelana, zadbany tlenek glinu, tytaniany modyfikowane barem, cyrkonem, olowiem);

· wyroby elektrotermiczne - szczegoly grzejne kotlow elektrycznych silitowe i globarowe, nowe zrodla energii, np. ogniwa sod siarka, ogniwa paliwowe

sposrod tworzyw ceramicznych ( Al203, beta Al203 i ZrO2).

Najbardziej atrakcyjna ceramika elektrotechiczna jest steatyt oraz porcelana elektrotechniczna.

Steatyt to wyroby ceramiczne oparta na krzemianie magnezowym talku, magnezytu, gliny. Posiada bardzo odpowiednie wlasciwosci bateriowe, mala

stratnosc dielektryczna jak rowniez duza wytrzymalosc elektryczna. Moze okazac sie stosowany po wysokiej temperaturze oraz obok wielkich

czestotliwosciach. Jego niekorzyscia jest jakkolwiek duza kruchosc i slaba odpornosc na wstrzasy cieple. Jest uzyty do wytworczosci elementow

izolacyjnych, konstrukcyjnych. Nierzadko znajduje zastosowanie w zespolach radiotechniki jak i rowniez elektroniki pracujacych w stabilnych

temperaturach, ale przy wspanialych czestotliwosciach jak i rowniez pod duzymi napieciami. Markowy steatyt okazuje sie byc wykorzystywany

zdecydowanie dielektryk ceramiczny I rodzaju.

Porcelana elektrotechniczna to wariant porcelany twardej o starannie spieczonym czerepie koloru bialego lub bialego z odcieniem kremowym. Przy sklad

wagi do wytworczosci tej porcelany wchodza glownie: kaoliny sposrod domieszka gliny plastycznej, bardzo drobno zmielony kwarc, skalen, korund itp.

Faktorem majacym doniosly wplyw na wlasciwosci bateriowe porcelany okazuje sie byc zawartosc K2O oraz Na2O w skaleniu (wieksza rezystywnosc

uzyskuje sie przy nizszej zawartosci Na2O). Z porcelany elektrotechnicznej produkuje sie izolatory nisko- jak i rowniez wysokonapieciowe gwoli pradow

niewielkiej czestotliwosci. Przy sklad wyrobow z porcelany elektrotechnicznej wchodza przede wszystkim izolatory wysokiego stresu. I w tej okolicy

rozroznia sie liniowe, pniowe, wiszace, wsporcze oraz przepustowe.

Dielektryki ceramiczne

Dielektryki ceramiczne to ekipa materialow, ktorych wspolna wlasnoscia jest konstrukcja polikrystaliczna uzyskana przez spieczenie proszkow. Potocznie

pod pojeciem dielektrykow ceramicznych rozumie sie popularne materialy elektroizolacyjne, ceramiczne. Dielektryki ceramiczne maja ogromna

wytrzymalosc elektryczna, duzy sprzeciw wlasciwy (rezystancje wlasciwa), mikry wspolczynnik utrat dielektrycznych, rozmaita przenikalnosc elektryczna.

Ponadto charakteryzuje je duza wytrzymalosc mechaniczna, wysoka stalosc i duza ognioodpornosc zwyczajna. Zaleznie od czasu wlasciwosci fizycznych

odpowiadajacych przeznaczeniu do wytworczosci roznych wyrobow dielektryki ceramiczne dzieli sie na dielektryki I jak i rowniez II rodzaju.

Dielektryki ceramiczne I rodzaju - ekipa elektroizolacyjnych towarow ceramicznych. Odznaczaja sie liniowa zaleznoscia polaryzacji od nasilenia pola

elektrycznego. Sa to tak zwanym. dielektryki liniowe, nie wykazujace histerezy elektrycznej. Sa oparte na ceramicznych materialach paraelektrycznych o

przenikalnosci elektrycznej wzglednej ponizej 200. Jest to wyroby ceramiczne tytanianowapniowa, rytulowa, tytanianu magnezu, ceramika steatytowa.

Dielektryki ceramiczne I rodzaju sa najczesciej stosowane po kondensatorach niskonapieciowych o mocy biernej do 200 Przy. Ponadto odebraly

zastosowanie po obwodach rezonansowych, do kompensacji cieplnej obwodow radiotechnicznych jak rowniez do kondensatorow wysokonapieciowych,

kondensatorow mocy jak rowniez impulsowych na temat malych pojemnosciach.

Dielektryki ceramiczne II rodzaju odznaczaja sie nieliniowa zaleznoscia polaryzacji od czasu natezenia pola elektrycznego. Sa to tzw. dielektryki

nieliniowe. Oparte sa na materialach ferroelektrycznych o ogromnej przenikalnosci elektrycznej. Zawieraja dodatku pozwalajace otrzymac najbardziej

plaski przebieg opcji e=f(T), mniejsza stratnosc, wieksza rezystywnosc, wyzsza wytrzymalosc elektryczna oraz wyzsze wlasnosci technologiczne.

Domieszki przesuwajace i splaszczajace charakterystyke e=f(T) to nade wszystko: FeO, CaO i MgO. Dielektryki ow klasyfikuje sie w grupy IIA jak i

rowniez IIF. Dielektryki typu IIA i IIB oparte na tytanianie baru maja drobna wzgledna przenikalnosc elektryczna a mianowicie ok. 1000 i mala stratnosc.

Dielektryki IIC jak i rowniez IID oparte na spiekach BaTiO3 sposrod domieszkami moga miec przenikalnosc rzedu 2000-5000 jak i rowniez srednia

stratnosc.

Sam tytanian baru nie bardzo dobrze przydaje sie do produkcji kondensatorow. Dlatego stosuje sie nastepujace domieszki:

· SrTiO3(Ba1-xSrx)TiO3 obok x=0, 15;

· BaTiO3-BaSnO3Ba(Ti1-xSnx)O3 przy x=0, 20.

Czasami sa rowniez produkowane specjalistyczne kondensatory sposrod dielektykiem na temat przenikalnosci elektrycznej wzglednej ponizej 10000.

Towary steatytowe.

Piezoelektryki

Zjawisko piezoelektryczne

Zjawisko piezoelektryczne polega na powstawaniu wypadkowego momentu elektrycznego w mocnych krysztalach (zwanych piezoelektrykami) pod

wplywem sciskania lub cwiczen wzdluz jakiejs z osi krystalograficznych. Jezeli plytke plasko-rownolegla o okreslonej orientacji krystalograficznej wycieta

sposrod krysztalu piezoelektrycznego, podda sie mech. odksztalceniom, to na przeciwleglych jej sciankach wystepuja roznoimienne ladunki elektryczne.

To tzw. nieskomplikowane zjawisko piezoelektryczne. Jesli jakkolwiek plytke umiesci sie po zewnetrznym polu elektrycznym to ulega kobieta

odksztalceniu pod jego wplywem. Jest to tak zwanym. odwrotne fenomen piezoelektryczne. Odksztalcenie to jest uzaleznione od nasilenia pola

elektrycznego. Piezoelektrycznosc narasta w krysztalach nie majacych srodeczka symetrii, np. w krysztalach kwarcu, soli Seignette\'a, tytanianu baru.

Wydaje sie byc wykorzystywana do przetwarzania napiec i impulsow mechanicznych po elektryczne jak i rowniez odwrotnie (piezoelektronika).

Piezoelektrycznosc stwierdzili w roku kalendarzowego 1880 fizycy francuzcy Pierre i Paul Curie.

Kazde materialy w stanie ferroelektrycznym istnieja jednoczesnie piezoelektrykami. Ze wzgledu na symetrie krysztalow piezoelektryki naleza do rodziny

krysztalow niecentrosymetrycznych, tzn. nie posiadajacych srodka symetrii. Krysztaly niecentrosymetryczne wchodza po zakres 21 klas symetrii, zas

innych 11 klas symetrii krysztalow charakteryzuje sie obecnoscia srodka symetrii (krysztaly centrosymetryczne).

Zjawisko piezoelektryczne proste opiera sie na wytworzeniu sie ladunku na sciankach krysztalu (polaryzowaniu sie bryly dielektryka po okreslonym

kierunku) pod wplywem naprezenia mechanicznego. W krysztalach niecentrosymetrycznych naprezenia mechaniczne maja mozliwosc wywolac

polaryzacje (np. po kwarcu) albo zmiane polaryzacji spontanicznej (w ferroelektrykach). Polaryzacja wytworzona po krysztale pod wplywem naprezen

mechanicznych ustala liniowa funkcje tych naprezen. Rownaniem opisujacym prosty skutek piezoelektryczny okazuje sie byc:

Zjawisko piezoelektryczne odwrotne opiera sie na odksztalcaniu krysztalu pod wplywem powierzchownego pola elektrycznego. Rownaniem opisujacym

prosty skutek piezoelektryczny okazuje sie byc:

W zaleznosci od nurcie zmian skladowej polaruzacji a mianowicie kierunku wektora polaryzacji wzgledem kierunku dzialalnosci naprezen zewnetrznych

mozna rozroznic zjawisko piezoelektryczne poprzeczne jak i rowniez podluzne. Kiedy kierunek odmian skladowej polaryzacji Pi po prostym zjawisku

piezoelektrycznym okazuje sie byc prostopadly do kierunku dzialalnosci zewnetrznych naprezen mechanicznych, wtedy obserwowane fenomen

nazywane okazuje sie byc poprzecznym zdarzeniem piezoelektrycznym. Natomiast jezeli zakres zmian skladowej polaryzacji Pi jest rownolegly do nurcie

dzialania naprezen, to zjawisko takie jest okreslane mianem podluznego zjawiska piezolektrycznego. W krysztalach centrosymetrycznych kazde kierunki

istnieja niepolarne, dlatego tez brak w nich efektu piezolektrycznego, a kazde skladowe tensora modulow piezoelektrycznych rownaja sie zeru. Przy

krysztalach niecentrosymetrycznych, wykazujacych anizotropie wlasciwosci, teoretycznie tensor dijk moze miec 18 skladowych, ale zaleznie od czasu

rodzaju symetrii krysztalu, czyli od tej klasy krystalograficznej, pewna numer tych skladowych moze byc rowna zeru.

Piezoelektryki ceramiczne

Wyroby ceramiczne piezoelektryczna okazuje sie byc materialem drobnokrystalicznym zlozonym sposrod krysztalow ferroelektrycznych, ktore maja

kondycje domenowa na temat okreslonych kierunkach polaryzacji.

Zwazywszy na wlasciwosci piezoelektryczne wszystkie ferroelektryki mozna rozlozyc na dwie grupy. Do pierwszej grupy zaliczane istnieja te

ferroelektryki, ktore ponizej temperatury Curie traca wlasciwosci piezoelektryczne. Zwyklym przykladem takiego ferroelektryka okazuje sie byc BaTiO3,

ktory to w temperaturze Tc = 120 0C przechodzi wraz ze stanu ferroelektrycznego (uklad tetragonalny, niecentrosymetryczna pracownia symetrii 4 mm)

po stan paraelektryczny (uklad jednostajny, centrosymetryczna pracownia symetrii kilku mm). Do drugiej grupy wchodza ferroelektryki, ktore jak i rowniez

w fazie paraelektrycznej istnieja piezoelektrykami. Przykladem takiego ferroelektryka jest sol Seigetta\'a. Przy krysztale ow wlasciwosci ferroelektryczne

wystepuja po przedziale temperatur od -180C do +240C (uklad jednoskosny, niecentrosymetryczna pracownia symetrii 2). Ponizej dolnego punktu Curie

oraz ponizej gornego punktu Curie sol Seigetta\'a wciaz wykazuje wlasciwosci piezoelektryczne, pomimo iz ulokowany jest w fazie paraelektrycznej

(uklad rombowy, niecentrosymetryczna pracownia symetrii 222).

Stosowane najczesciej materialy piezoceramiczne produkowane istnieja przewaznie opierajac sie na tlenkowych ferroelektrykow, a wiec tytanianow,

niobianow itp. baru, olowiu lub cyrkonu. Czasteczki takich ferroelektrykow moga miec budowe jonowa, ulegaja dlatego polaryzacji elektronowej i jonowej.

W temperaturach nizszych od czasu temperatury Curie ceramiki ow wykazuja polaryzacje spontaniczna. W ramach temperatur pracy tego typu

piezoelementow dominuje polaryzacja jonowa. Tworza sie one z mikrokrysztalow typowych gwoli struktury ceramiki. Spontanicznie spolaryzaowane

obszary podstawowe (domeny) czerwca rozmiary mniejsze od mikrokrysztalow. Poprzez odpowiedni dobor skladnikow mozna otrzymac optymalna wzor

parametrow surowca od temperatury, z zachowaniem wlasciwosci piezoelektrycznych. W celu osiagniecia wlasciwosci piezoelektrycznych

ferroelektryczna ceramike poddaje sie aktywacji po stalym polu elektrycznym, czyli poprzez polaryzacje.

Wskutek egzystencji fazy bezpostaciowej i przestrzennego rozkladu krystalitow, procesy polaryzacji ceramik istnieja znacznie w wyzszym stopniu

skomplikowane anizeli polaryzacja krysztalu. Proces polaryzacji i trwalosc stanu spolaryzowanego maja obszerne znaczenie praktyczne. W

przetwornikach piezoelektrycznych nieodzowne jest uzycie materialu spolaryzowanego, a prace przetwornika znacznie okresla trwalosc polaryzacji.

Przylozenie silnego pola elektrycznego, niezaleznie od przeorientowania domen, wywoluje polaryzacje ladunku przestrzennego zarowno po krystalitach,

jak i w fazie bezpostaciowej miedzy krystalitami.

Zastosowania piezoelektrykow ceramicznych

Sposoby zastosowania piezoelektrykow ceramicznych mozna podzielic na trzy glowne grupy:

1. Przetworniki preznosci mechanicznej po elektryczna:

·akcelerometry (czujniki do pomiaru przyspieszen) np. po poduszkach napowietrznych.

·detonatory jak i rowniez zapalniki frachtow wybuchowych.

·zapalarki do gazu.

·mikrofony jak i rowniez hydrofony (do zapisu dzwieku pod woda).

2. Przetworniki energii elektrycznej po mechaniczna:

·aparaty sluchowe.

·mikropompy medyczne.

·glosniki wysokich czestotliwosci.

·hydrolokatory.

·pluczki ultradzwiekowe.

kilku. Przetworniki energii elektrycznej w mechaniczna i wspak:

·ultradzwiekowe wyposazenia regulacji obiegu.

·transformatory piezoelektryczne.

·filtry.

Wyroby ceramiczne PZT

Wyroby ceramiczne PZT okazuje sie byc oparta na spiekach tytanu i cyrkonianu olowiowego. Wlasnosci tej ceramiki w znacznym stopniu zaleza od

techniki polaryzowania sztuk. Jest aplikowana do przetwornikow piezoelektrycznych, rezonatorow generujacych ultradzwieki.

W doskonalej metodzie otrzymywania ceramiki PZT mozna wyroznic dwa sposoby:

·Otrzymywanie ceramiki bezposrednio sposrod proszkow skladnikow wyjsciowych jak rowniez modyfikatora.

·Otrzymuwanie ceramiki PZT ze zmielonych i zmieszanych w stosownym stosunku ceramik PBTiO3 jak i rowniez PBZrO3 sposrod ewentualnym

suplementem modyfikatorow.

1 sposob przebiega wedlug nastepujacej reakcji po fazie nieustannej:

0, 94 PbO + 0, 06 SrCO3 + 0, 53 ZrO2 + 0, 47 TiO -—> Pb0, 94Sr0, 06(Zr0, 53Ti0, 47)O3

Moderatorem okazuje sie byc w tej reakcji stront.

Druga sposrod metod opiera sie na rzetelnym rozdrobnieniu jak i rowniez zmieszaniu ceramik PBTiO3 jak i rowniez PBZrO3, oraz nastepnie dwukrotnym

spiekaniu po temperaturze 11500C i 12000C. Technologia ta otrzymano rowniez ceramiki sposrod modyfikatorami. Ustalono wyrazna wzor pomiedzy

iloscia i wariantem modyfikatora, oraz optymalna temperatura spiekania. Azeby obnizyc parowanie olowiu sposrod probek jak rowniez zlagodzic

powiazane z ow odstepstwa od czasu stechiometrii, sztuki spiekano po grubosciennym tyglu z gliny ogniotrwalej. Przy tyglach uieszczono dodatkowo

mieszanke PbO + PbO2, oraz jako podsypke zastosowano ZrO2. Do spiekania ceramiki PZT nie wskazane jest uzywac tygli platynowych, albowiem

wystepuja przeszkody z zapewnieniem szczelnosci tygla oraz fenomen sublimacji platyny i jej dyfuzji do wnetrza sztuki w wielkich temperaturach.

Technologia otrzymywania ceramiki PZT metoda goracego prasowania opracowana po Uniwersytecie po Rostowie prezentuje sie po sposob

nastepujacy. Zmieszane po ilosciach stechiometrycznych suche proszki wyjsciowe sposrod dodatkiem modyfikatora formuje sie w pastylki na fizycznej

prasie hydraulicznej, nie dodajac lepiszcza. Jedynie scianki matrycy przeciera sie olejem parafinowym. Cisnienie prasowania wynosi mniej wiecej 50

kG/cm2. Sprasowana pastylke umieszcza sie w tulei stalowej, obsypujac ja mieszanka korundu jak i rowniez specjalnej gliny. Calosc sposrod obu witryn

www jest sciskana przez sworznie korundowe. Ciezarki i seks ramion dzwigni dobrano tak bardzo, aby napor na sworzen wynosil w porzadku. 200 kG. Po

wlaczeniu grzania goraczka w komorze rosnie galopem i zdobywa ok. 11000C w ciagu 20-25 min. Tym sposobem uzyskuje sie probki na temat srednicy

12 mm jak i rowniez grubosci 4 mm. Przy wiekszych probkach nalezy obnizac predkosc wzrostu temperatury. Mierzenie i regulacja temperatury odbywa

sie za pomoca paru termopar, sposrod ktorych 1-a steruje ukladem grzania pieca. Zastosowana okazuje sie byc tu regulacja dwustawna. Za pomoca

bezwladnosci cieplnej ukladu, odchylenia od zalozonej temperatury spiekania byly mniejsze niz ± 100C. Epoka utrzymywania maksymalnej temperatury

wynosil 20-40 minutek (zaleznie od czasu rodzaju spiekanego skladu jak i rowniez zakladanej skali ziaren), oraz jej cena 1110-11900C. Poprzez

ochlodzeniu tuleje ze spiekiem i podsypka wewnatrz wydostaje sie sposrod komory, oraz nastepnie probke z tulei wyciska sie na prasie. Probka sposrod

podsypka wywoluje wrazenie calosci, jednak pare dotkniec do wirujacej tarczy szlifierskiej dopuszcza je swobodnie rozdzielic. Zadana mikrostrukture

sztuki uzyskuje sie poprzez ustawianie temperatury jak i rowniez czasu spiekania.

Metoda rezonansu-antyrezonansu

Metoda rezonansu-antyrezonansu jest modyfikacja metody impedancji szergowej. Przy metodzie tej dokunuje sie pomiarow czestotliwosci rezonansu,

antyrezonansu i pierwszego overtonu (kolejnego rezonansu na wyzszych czestotliwosciach). Dla czestotliwosci rezonansowej reaktancja ukladu

zastepczego jest minimalna, a gwoli czestotliwosci antyrezonansowej maksymalna. Rezonans odpowiada rezonansowi mechanicznemu, oraz

antyrezonans a mianowicie rezonansowi elektrycznemu galezi mechanicznej z pojemnoscia. Mozna zaplanowac, ze plytka z surowca piezoelektrycznego

robi drgania, ktore moga istniec opisane rownaniem oscylatora tlumionego, ladunek na plytce okazuje sie byc proporcjonalny do wychylenia:

Uklad tlumiony sposrod sila wymuszajaca. Aby wystapila taka wzor na plytce musi wystapic efekt piezoelektryczny. Prosty ksztalt do analizowania

rezonansu-antyrezonansu prezentuje sie nastepujaco:

Wysokotemperaturowe nadprzewodniki.

Skladniki teorii BCS.

Perspektywy jak i rowniez problemy uzyc.

Nadprzewodnictwo

Nadprzewodnictwo to wlasciwosc pewnych mieszaniny polegajaca metrow. in. na skokowym zaniku oporu elektrycznego w temperaturze nizszej od

czasu charakterystycznej gwoli danej mieszaniny temperatury krytycznej. W polach magnetycznych, nie przekraczajacych szczegolnego dla konkretnej

substancji nasilenia krytycznego, kazde substancje (w stanie nadprzewodzacym) sa po calej objetosci idealnymi diamagnetykami. Przejawia sie to

wypieraniem pola magnetycznego z przewodnika umieszczonego po zewn. polu magnetycznym (slabszym od jakiegos pola kryt. ) wedlug wprowadzeniu

jego w faze nadprzewodzaca a mianowicie zjawisko Meissnera-Ochsenfelda. Doskonaly (w okreslonych warunkach) diamagnetyzm okazuje sie byc

przyczyna wypychania nadprzewodnikow sposrod obszaru najsilniejszego pola magnetycznego. Wystepuja dwie typy nadprzewodnikow:

·nadprzewodniki I typu a mianowicie wiekszosc nadprzewodzacych pierwiastkow metalicznych, ktore po polach magnet. silniejszych od czasu pola

krytycznego przechodza po stan zwyczajny (nienadprzewodzacy);

·nadprzewodniki II rodzaju - nadprzewodzace stopy jak i rowniez zwiazki miedzymetaliczne, np. Nb3Sn, ktore znamionuja dwie zalety krytycznego

nasilenia pola magnetycznego.

W polu magnetycznym na temat natezeniu wiekszym od krytycznej wartosci krytycznej nadprzewodnik przechodzi w tak zwanym. stan mieszany, w

ktorym jedynie czesc tej objetosci okazuje sie byc idealnym diamagnetykiem. Opor elektryczny nadprzewodnika w stanie mieszanym pozostaje rowny

zeru. W polu magnetycznym na temat natezeniu wiekszym od pozostalej wartosci kryt. nadprzewodnik II typu przechodzi w stan normalny.

Nadprzewodnictwo odkryl po 1911 roku kalendarzowego H. Kamerlingh-Onnes. W roku kalendarzowego 1957 J. Bardeen, L. Cooper jak i rowniez J.

Schrieffer opracowali mikroskopowa teorie nadprzewodnictwa, czyli tak zwanym. teorie BSC. W roku kalendarzowego 1986 odkrycia A. Mullera i Gram.

Bednorza zapoczatkowaly badania nadprzewodnictwa grupy zwiazkow ReLa2Cu3O7 (Re - atom pierwiastka ziem rzadkich), tak zwanym.

nadprzewodnikow wysokotemperaturowych o temperaturach krytycznych siegajacych 125 K.

Magnes unoszacy sie ponad nadprzewodnikiem, ktory to zawiera itr.

Elementy teorii BCS

Zalozenie Bardeena, Coopera, Schriefera (BCS) to mikroskopowa teoria nadprzewodnictwa. Opiera sie na modelu zakladajacym, ze:

1. W stanie nadprzewodzacym elektrony przewodnictwa metalu konstruuja tzw. pary Coopera, tj. pary elektronow o tozsamych, lecz na odwrot

skierowanych pedach i spinach. Pary Coopera maja dlatego spin zrownowazony zeru jak i rowniez sa bozonami, moga dlatego wszystkie pozostawac w

jednym, podstawowym stanie kwantowym (nie podlegaja zasadzie Pauliego).

dwie. Oddzialywanie wiazace miedzy elektronami tworzacymi pary Coopera wywoluje, ze ich energia okazuje sie byc nieco mniejsza niz inwencja

elektronow przewodnictwa metalu w stanie normalnym, tj. nienadprzewodzacym (dlatego oddzialywanie prowadzace do powstania par Coopera okresla

sie jako wplyw przyciagajace).

kilku. Powstawanie par Coopera okazuje sie byc zwiazane sposrod oddzialywaniem elektronow przewodnictwa sposrod fononami.

Obnizenie energii par Coopera powyzej energii elektronow przewodnictwa po metalu wykonuje do powstania przerwy energetycznej miedzy stanami

obsadzonymi przez pary Coopera, a stanami dostepnymi gwoli pojedynczych elektronow przewodnictwa. Koncentracja par Coopera tlumaczy w

najwiekszym stopniu niezwykla charakterystyke nadprzewodnikow, tj. calkowity zanik oporu elektrycznego. Opor elektryczny metalu w stanie normalnym

okazuje sie byc wynikiem rozpraszania elektronow przewodnictwa na fononach, co okazuje sie byc polaczone wraz ze zmiana ich energii jak i rowniez

pedu, jak rowniez rozpraszania takich elektronow na stalych defektach sieci krystalicznej, co wiaze sie jedynie ze zmiana ich pedu. Istnienie spacji

energetycznej w stanie nadprzewodzacym wyklucza rozpraszanie par Coopera na fononach na temat energii nizszej od wielkosci przerwy (taka zmiana

preznosci pary nie jest mozliwa), jakkolwiek fakt, iz wszystkie pary Coopera moga miec taka sama energie jak i rowniez taki samodzielnie ped, wyklucza

ich rozpraszanie na stabilnych defektach internecie (bo w rezultacie pojedynczego zderzenia musialaby zachodzic jednoczesna zmiana pedu wszystkich

par). Do najwazniejszych osiagniec teorii BCS naleza:

1. Przewidzenie istnienia przerwy energetycznej oraz zdefiniowanie zwiazku jej szerokosci sposrod temperatura kryt. nadprzewodnika a mianowicie

poprawnosc takich przewidywan zostala potwierdzona doswiadczalnie.

2. Wyprowadzenie wzoru okreslajacego zwiazek temperatury krytycznej nadprzewodnika z parametrem opisujacym wplyw elektronow sposrod fononami.

kilku. Wyprowadzenie poprawnej zaleznosci elektronowego ciepla prawidlowego metali w stanie nadprzewodzacym od czasu temperatury.

Okreslone przyblizenia zastosowane przy wyprowadzeniu teorii BCS sa niezgodne z rzeczywistoscia dla nadprzewodnikow wysokotemperaturowych,

jednak nie ma jeszcze teorii, ktora to opisywalaby ich wlasciwosci swietnie niz ta teoria. Zalozenie BCS zostala ogloszona 1957 przez J. Bardeena, L.

Coopera jak i rowniez J. R. Schriffera, ktorzy w 1972 roku otrzymali za to Nagrode Nobla w dziedzinie fizyki.

Strony i zmartwienia zastosowan nadprzewodnikow

Od momentu odkrycia zjawiska nadprzewodnictwa przez H. Kamerlingh-Onnes\'a po 1911 roku kalendarzowego poszukiwano towarow o jak najwyzszej

temperaturze przejscia po stan nadprzewodnictwa. W latach 70-tych odkryto stop niobu i germanu (Nb3Al0, 8Ge0, 2) na temat Tc = 24K. Przy roku 1987

Bednorz jak i rowniez Mller otrzymali wysokotemperaturowe nadprzewodniki na bazie tlenkow metali Ba-La-Cu-O. Po zastapieniu w ceramice

Ba-La-Cu-O jonu lantanu przez mniejszy jon itru Y3+ otrzymano ceramike YBa2Cu3O7-x. Zachowujac scislego skladu chemicznego tzn. 6, 95 <7-x <6,

98 goraczka przejscia Tc wzrasta od czasu ok. 20K do 92K.

Nadprzewodniki wraz z ich temperaturami krytycznymi jak i rowniez datami odkrycia.

Jednakze wyroby ceramiczne YBaCuO okazuje sie byc niestablina tzn. rozklada sie pod wplywem wody, zachodzi ucieczka atomow tlenu jak rowniez jest

malo porowata. Wspomniane wady powoduja brak uzycia w poszczegolnych rozwiazaniach technicznych. Zjawisko nadprzewodnictwa wystepuje rowniez

w poniektorych materialach ceramicznych o organizacji perowskitu jak rowniez w alotropowych odmianach wegla, czyli fulerenach np. C-60. Obecnie

pomimo olbrzymich perspektywie na perspektywiczne zastosowanie zjawiska nadprzewodnictwa po nauce jak i rowniez technice, szukania

nadprzewodnikow, ktore mozna aby wykorzystywac na skale przemyslowa nie przynosza rezultatow.

Tomograf komputerowy.

Towary, w ktorych narasta zjawisko nadprzewodnictwa znalazly zastosowanie w:

1. Elektromagnesach nadprzewodnikowych do produkowania silnych pol magnetycznych.

dwie. Separatorach rud metali.

kilku. Diagnostyce medycznej np. po tomografach komputerowych.

4. Akceleratorach czastek.

5. Budowie napedow i pradnic.

6. Energtycznych kablach przesylowych.

7. Pojazdach lewitujacych na poduszce magnetycznej.

8. Komorkach SQUID a mianowicie najszybszych elementach bramkujacych na temat czasach przelaczania rzedu 0, 1 ns (czestotliwosc f = 10-ciu GHz).

9. Komputerach na temat bardzo wielkich czestotliwosciach pracy.

10. Przy urzadzeniach, gdzie zasadniczym elementem jest nadprzewodnikowy interferometr kwantowy.

11. Przy nadprzewodzacym pierscieniu do wykrywania i pomiaru bardzo malutkich zmian indukcji magnetycznej, rzedu 10-15 T (sto mld razy nizszej niz

ziemskiego pola magn. ), np. pol magn. wytwarzanych przez bioprady po organizmach zywych.

Pociag lewitujacy na poduszce magnetycznej.

Wyroby ceramiczne specjalna

Szczegolne materialy ceramiczne

Sa to przerozne rodzaje towarow spiekanych odznaczajace sie charakterystycznymi parametrami technicznymi, nietypowymi gwoli ceramiki doskonalej.

Do ceramiki specjalnej zaliczane sa materialy o ogromnej wytrzymalosci elektrycznej, malych stratach dielektrycznych jak rowniez wielkiej rezystywnosci

skosnej jak i rowniez powierzchniowej. Ponadto materialy ow posiadaja ustalona przenikalnosc elektryczna niezalezna od czasu napiecia, temperatury,

czestotliwosci jak i rowniez czasu. Do tej grupy materialow zaliczane sa:

·Materialy polprzewodzace.

·Ceramiczne materialy magnetyczne.

·Ceramika proznioszczelna.

·Materialy na temat malym wspolczynniku rozszerzalnosci cieplnej.

·Materialy wytrzymale na oddzialywanie bardzo goracych gazow (np. w metodzie rakietowej).

·Materialy do struktury reaktorow nuklearnych tzw. wyroby ceramiczne nukleoniczna.

·Ceramika biologiczna a mianowicie czyli materialy dobrze tolerowane przez organizmy zywe.

·Ceramika kosmiczna aplikowana do struktury pojazdow kosmicznych.

Wlasciwosci specjalistyczne

Materialy ceramiczne moga byc uzywane w metodzie jadrowej zdecydowanie nukleoceramika pod postacia paliw, lub elementow spowalniajacych lub

absorpcyjnych. Od paliw jadrowych istnieja wymagane takie wlasciwosci, jak wysoka goraczka topnienia, solidnosc na promieniowanie, stabilnosc

fazowa, odpornosc na korozje, duza przewodnosc cieplna i duza gestosc surowca rozszczepialnego.

Przy reaktorach nuklearnych sa uzywane tlenkowe materialy ceramiczne tego rodzaju pierwiastkow, jak uran, trajektoria i pluton. Podczas gdy mniejsza

gestosc surowca rozszczepiajacego materialy ceramiczne moze byc zroznicowana wobec metalowych paliw jadrowych przez wzbogacenie uranem,

niekorzystny dzialanie mniejszej przewodnosci cieplnej pozostaje czesciowo zredukowany wieksza stabilnoscia temperaturowa tlenkow i zwiazana z ow

wieksza gestoscia mocy. Przede wszystkim nalezy wyodrebnic znakomita solidnosc na promieniowanie, ktora po materialach ceramicznych prowadzi

jedynie do nieznacznych zmian objetosciowych elementow paliwowych.

Oprocz paliw jadrowych materialy ceramiczne istnieja uzywane takze jako szczegoly spowalniajace albo absorpcyjne. Spowalniacze w reaktorach

energetycznych sluza do spowalniania szybkich neutronow do szybkosci, przy ktorych wystepuje szczegolnie wielkie prawdopodobienstwo

rozszczepienia jadra atomowego. Zwazywszy na wychwyt neutronow zada sie od ceramiki przede wszystkim drobnego ciezaru atomowego z adekwatnie

duzym przekrojem czynnym rozpraszania i dyskretnym przekrojem czynnym absorpcji. Zdecydowanie spowalniacz, niezaleznie od wody jak i rowniez

ciezkiej h2o, w reaktorach wodnych cisnieniowych i reaktorach z wrzaca woda okazuje sie byc stosowany grafit rowniez po reaktorach grafitowych oraz

po reaktorach wysokotemperaturowych, w tym na temat luznym zapelnieniu kulkami paliwowymi.

W przeciwienstwie do spowalniaczy elementy absorpcyjne musza posiadac duzy odcinek czynny wychwytu termicznych neutronow. Sluza one zarowno

do kontrolowania lub wylaczania reaktora, jak tez do ekranowania. Jako towar ceramiczny przydaje sie na dodatek weglik boru, ktorego 10-ciu B-izotop

dysponuje odpowiednio obszerny przekroj aktywny wychwytu jak i rowniez w konwencjonalnym B4C okazuje sie byc zawarty do 19, 9 %.

Towary ceramiczne moga miec coraz obszerne zastosowanie po medycynie zdecydowanie bioceramika. Po to rodzaju towarow wykorzystywanych po

kardiochirurgii, stomatologii, ortopedii lub praktyce otologicznej wymaga sie biokompatibilnosci, oraz ponadto opornosci na scieranie i zadowalajacej

wytrzymalosci mechanicznej. W kardiochirurgii sa skutecznie stosowane metrow. in. sztuczne zastawki sercowe z pokryciami z pirolitycznego wegla, po

stomatologii ceramiczne implanty sposrod Al203 albo hydroksyapatytu a mianowicie Ca5(PO4)30H okreslanego akronimem HACZYK, w ortopedii np.

endoprotezy stawu biodrowego z glowkami z Al203 lub stabilizowanego Zr02, jakkolwiek w chirurgii rekonstrukcyjnej ucha srodkowego, niezaleznie od

implantow sposrod Al203, MgO, krzemianow wapnia z suplementem tlenku potasu i magnezu oraz hydroksyapatytu, rowniez implanty z trojfosforanu

wapnia Ca3(PO4)4.

Warto tu rowniez napomknac o ceramice kosmicznej. Na wstepie promy kosmiczne posiadaly oslony termiczne zbudowane z plytek ceramicznych

przeznaczonych do chronienia przed ogromna temperatura w trakcie wchodzenia promu w ziemska atmosfere. Zapewnialo to dobra ochrone termiczna

pojazdu obok stosunkowo niewielkiej gestosci, a co za tym idzie malej masie pojazdu. Wykorzystywane poczatkowo wlokna SiO2 zapewnialy

wytrzymalosc cieplna do 20000C, przy gestosci 144 kg/m3.

Mikrostruktura ceramiki. Gestosc, porowatosc, nasiakliwosc.

Wyroby ceramiczne jest artykulem wielofazowym, gdzie mozna rozroznic nastepujace fazy: krystaliczna, szklista i gazowa.

Faza krystaliczna sklada sie z krystalitow danego relacji ceramicznego albo stalego roztworu, przy czym ich sklad jak i rowniez struktura istnieja

okreslone przez glowne wlasciwosci materialu ceramicznego.

Faza szklista jest amorficzna warstwa wiazaca inne fazy.

Faza gazowa zapelnia wolne przestrzenie, czyli tzw. pory ceramiki.

Przestrzenny rozklad faz uzalezniony okazuje sie byc od technik produkcji surowca ceramicznego, wariantu wykorzystanych materialow, kinetyki

przemian fazowych jak rowniez warunkow wzrostu ziaren jak i rowniez czasu spiekania.

Gestosc

Konsystencja rzeczywista (masa wlasciwa) to stosunek wagi probki do jej objetosci rzeczywistej tzn. objetosci kompletnej pomniejszonej na temat

objetosc porow.

Gestosc pokretna to seks masy sztuki do jej objetosci kompletnej, lacznie sposrod faza gazowa.

Gestosc ceramicznych materialow osobliwych (A1203, SiC, B4C, Si3N4 itp. ) wynosi na ogol ponizej 4 g/cm3, sposrod wyjatkiem Zr02. Mniejsza

konsystencja tychze towarow w porownaniu sposrod gestoscia metali prowadzi nade wszystko, w zastepowaniu czesci metalowej ceramiczna, do

obnizenia jej ciezaru, jakie mozliwosci ma specyficzne znaczenie np. w metodzie lotniczej jak i rowniez kosmicznej. Mniejszy moment bezczynnosci

doprowadza z kolei - w przypadku przyspieszonych przebiegow - do skrocenia wysilku zadzialania, oraz tym samym do oszczednosci preznosci. Zalety

ow moga byc uzywane m. in. w przemysle samochodowym jak i rowniez energetyce obok stosowaniu towarow ceramicznych na wirniki turbin

promieniowych

Porowatosc

Porowatosc bezwzgledna (calkowita) to stosunek objetosci wszystkich wolnych przestrzeni po materiale ceramicznym do tej objetosci. Wyraza roznice

pomiedzy ciezarem poprawnym i objetosciowym w %. Porowatosc kompletna stanowi rowniez sume porowatosci otwartej jak i rowniez zamknietej.

Porowatosc wzgledna (otwarta) stosunek porow otwartych do calkowitej objetosci probki. Azeby obliczyc porowatosc wzgledna nalezy najpierw zwazyc

sucha probke (okreslic m0). Nastepnie badana probke nalezy nasycic woda, np. przez gotowanie w trakcie 1h. Poprzez odpowiednim nasyceniu trzeba

zwazyc probke po powietrzu (m1), a potem w wodzie (m2) metoda wagi hydrostatycznej.

Porowatosc zamknieta - pory wystepujace po materiale ceramicznym wewnatrz ziaren krystalicznych po fazie bezpostaciowej lub na granicach ziaren

krystalicznych, ktore nie moga miec polaczenia wraz ze swobodna powierzchnia materialu. Porowatosc calkowita mozna oznaczyc przez okreslenie

porowatosci calkowitej jak i rowniez otwartej.

Razem ze rozwojem porowatosci maleje zarowno konsystencja, jak i wytrzymalosc na zginanie materialu ceramicznego, co okazuje sie byc wyraznie

wyrazne np. w przypadku reaktywnie scalonego Si3N4, ktorego porowatosc waha sie w obrebie 12-30%.

Nasiakliwosc

Nasiakliwosc to zdolnosc wchlaniania cieczy przez czerep wypalanej ceramiki. Wydaje sie byc proporcjonalna do porowatosci surowca, gdyz plyn wnika

po pory otwarte.

Nasiakliwosc kompletna - seks masy h2o w probce do wagi calej sztuki materialu ceramicznego.

Nasiakliwosc objetosciowa - seks objetosci h2o w probce do objetosci probki surowca ceramicznego.

Wspomniane wielkosci jak i rowniez parametry istnieja szczegolnie istotne przy okreslaniu zakresu uzyc oraz wlasciwosci uzytkowych ceramiki

budowlanej.

Wlasnosci sprezyste towarow anizotropowych jak i rowniez wielofazowych

Informacji podstawowe

Anizotropia to cecha osrodka albo ciala polegajaca na zaleznosci niektorych tej wlasciwosci (mechanicznych, elektrycznych, optycznych) od nurcie, w

ktorym te wlasciwosc sie bada. Narasta glownie po krysztalach jak i rowniez dotyczy metrow. in. przewodnictwa elektrycznego jak rowniez cieplnego,

lupliwosci, wlasciwosci optycznych. Anizotropia optyczna uwidocznia sie w zaleznosci szybkosci rozchodzenia sie swiatla po osrodku od czasu kierunku

(dwojlomnosc). Anizotropia optyczna wymuszona wynika w osrodkach izotropowych (izotropia), np. cieczach, pod wplywem zewnetrznych pol

elektrycznych (zjawiska Kerra) albo magnetycznych (zjawisko Cottona Moutona, zjawisko Voigta ), jak i rowniez ultradzwiekow. Organizmu wykazujace

anizotropie jednych wlasciwosci fiz., np. sprezystych, maja mozliwosc nie wykazywac anizotropii odmiennych wlasciwosci fizycznych, np. optycznych.

Przyczyny sprezystego zachowania sie krysztalow mozna wytlumaczyc rozpatrujac modyfikacje energii potencjalnej atomow w porownaniu do odleglosci

miedzyatomowej. Energia potencjalna atomu Vp wynika sposrod wystepowania mocy przyciagania jak i rowniez odpychania pomiedzy atomami. Krzywa

opisujaca ow zaleznosci okazuje sie byc tzw. zagiecie Condona-Morse\'a. Dystans odpowiadajaca minimum energii potencjalnej jest rownowagowa

odlegloscia miedzyatomowa. W odstepie tej energia dzialajaca na atom okazuje sie byc rowna zeru. Kiedy na atom dziala zewnetrznie przylozona sila

(obciazenie) w nazwanym kierunku, wtedy pod jej wplywem atom oddala sie od swojej pozycji rownowagi. Niewielkie przesuniecie atomu po dowolnym

nurcie z lokalizacji miasta rownowagi powoduje powstanie wewnetrznych sil skierowanych przeciwnie do kierunku przesuniec. Powoduje to tendencje do

powrotow atomow do pozycji rownowagi. Faktycznie dlugo, jak do ukladu przylozone okazuje sie byc obciazenie, atomy nie wracaja do swych pozycji

rownowagi. Znajduja sie dlatego w stanie naprezen, ktorych zakres i skali sa zgodne z kierunkiem i szerokoscia przylozonego obciazenia, lecz moga

miec przeciwny ruch. Po odjeciu zewnetrznego obciazenia, naprezenia maja mozliwosc ulec rozladowaniu dzieki powrotowi atomow pod ich wplywem do

pozycji rownowagi, jakie mozliwosci jest energetycznie korzystne. To przyczyna sprezystego zachowania sie krysztalow.

Stale sprezystosci Cij przedstawiaja soba zestaw okreslonych skali zwiazanych scisle ze struktura krysztalow. Niemniej jednak w wielu przypadkach ich

doswiadczalne wyznaczenie natrafia na znaczne przeszkody. Dlatego tez, swobodniej mozna wyznaczyc warunki nieodzowne do oznaczenia technicznej

nieustannej materialowej a mianowicie modulu Young\'a.

Odksztalcenia niszczace materialow ceramicznych w porownaniu wraz ze stala.

Kruchosc materialow ceramicznych jest nieraz zwiazana sposrod ich nieduza mozliwoscia znieksztalcenia do momentu zniszczenia, albowiem materialy

ow sa czule na oddzialywanie wad wewnetrznych, wiec po polikrystalicznych materialach ceramicznych uszkodzenie katastroficzne zachodzi przed

odksztalceniem plastycznym. Ponadto tworzywa ceramiczne wykazuja na ogol duza cena modulu sprezystosci wzdluznej (Younga), totez ich

odksztalcenia niszczace sa na temat jeden albo wiecej rzedow wartosci mniejsze w porownaniu sposrod odksztalceniami metali. W tablicy ujeto

znieksztalcenia niszczace gwoli typowych towarow ceramicznych. Bardzo ograniczona umiejetnosc tolerowania znieksztalcenia stanowi wazaca

przeszkode po szybkim rozpowszechnianiu sie ceramiki technicznej zdecydowanie materialu konstrukcyjnego.

Wlasciwosci sprezyste osrodkow anizotropowych

Deformacja po kartezjanskim ukladzie wspolrzednych.

Skala deformacji osrodkow anizotropowych okazuje sie byc tensor deformacji zdefiniowany po nastepujacy rodzaj:

Tensor deformacji jest symetryczny. Mozna przyswajac, ze gwoli malych naprezen jest rowny:

Uogolnione prawo Hooke; a dysponuje postac:

Wielkoscia opisujaca wlasciwosci sprezyste towarow anizotropowych okazuje sie byc tzw. tensor modulow sprezystosci Cijkl. Jednakze stosujac strategie

czterech wskaznikow potrzeba az 81 liczb (34=81) do opisu w najwiekszym stopniu skomplikowanego ukladu. Dlatego tez, zmodyfikowano te strategie i

aktualnie do spisu najbardziej zawilego ukladu trojskosnego potrzeba zaledwie 21 liczb. Dokonano owego poprzez odmienny, uproszczony struktura

zapisu wskaznikow.

Spowodowalo to, ze do opisu ukladu regularnego wystarczyly 3 wielkosci, a do opisu ukladu tetragonalnego jedynie 7 liczb.

Do spisu wlasciwosci sprezystych jest jeszcze potrzebny tensor wspolczynnikow podatnosci sprezystej Smn. Wystepuje on w innej postaci uprawnienia

Hooke\'a, oraz mianowicie:

Towary ceramiczne wykazuja symetrie ukladu regularnego. Wyjatkiem sa materialy spolaryzowane albo z wyroznionym jednym kierunkiem np. w trakcie

prasowania.

Wlasnosci sprezyste osrodkow anizotropowych

Spomiedzy materialow wielofazowych najprostszym z perspektywy analizy wlasciwosci sprezystych przypadkowo jest kompozyt, w ktorego osnowie

znajduja sie ciagle wlokna ulozone w tym samym czasie do nurcie dzialajacej sily. W schemacie tym mozna przyjac, iz wlokna powiazane sa mocno z

osnowa. Osnowa jak i rowniez wlokna znamionuja sie roznymi modulami Younga, odpowiednio E1 i E2, lecz identyczna liczba Poissona. Podczas

wydluzania wzdluz nurcie osi nici zarowno osnowa jak i wlokna ulegaja identycznym odksztalceniom. Albowiem odksztalcenie pelnego dwufazowego

kompozytu jest z racji tego jednorodne, energia znieksztalcenia sprezystego owego materialu okazuje sie byc prosta suma energii znieksztalcenia

sprezystego obydwu faz.

Innymi slowy modul Younga kompozytu okazuje sie byc srednia wazona modulow Younga obydwu faz. Modul ow stanowi dolna granice modulu

kompozytu przewaznie wystepuje traf, w ktorym wielkosci Poissona nici i osnowy sa przerozne. Przy identycznym wydluzeniu ku rownoleglym do osi nici

powiazanie ze soba osnowy jak i rowniez wlokien wywoluje zmniejszenie poprzecznego skurczu po fazie wiekszej oraz zwiekszenie tego skurczu w fazie

o nizszej liczbie Poissona w porownaniu wraz ze stanem, gdzie obydwie fazy wystepuja osobno. Innymi slowy, po obydwu fazach musza wystapic wzdluz

granic rozdzialu naprezenia rozciagajace ku prostopadlym do tych granic. Nastepstwem owego jest wystapienie w fazach zespolonych po kompozycie

pomocniczej energii odksztalcen sprezystych w zestawieniu z ze stanem przy odksztalceniu nie zwiazanych wzajemnie faz.

Dla efektywnego wykorzystania wiekszej wytrzymalosci mechanicznej wlokien w zestawieniu z z osnowa celowe okazuje sie byc przejecie przez wlokna

wiekszej czesci obladowan. Jest to dopuszczalne, gdy wladza Young\'a nici jest znwiekszywiekszy od modulu osnowy albo gdy objetosciowyosciowy

wlokien okazuje sie byc maksymalnie obszerny. Sprezyste odksztalcanie sie sposrod wlokien objetosciowych jak i osnowy wystepuje jedynie do momentu

przekroczenia granicy plastycznosci osnowy, na ogol w wyzszym stopniu plastycznej anizeli wlokna.

Stanowczo bardziej zlozona pozycja wystepuje w przypadku materialow porowatych. Wplyw nieciaglosci fazy nieustannej, jakimi istnieja pory, wyplywa z

dzialalnosci dwoch faktorow:

·zmniejszenie udzialu obciazonej powierzchni przekroju surowca komorkowego (w tym celem przyjmuje sie, ze wladza Young\'a porow gazowych E=0).

·pory wywieraja wplyw na rozklad naprezen w fazie stalej.

Projekt ilustrujacy powstawanie koncentracji naprezen u wierzcholka poru.

Podczas rozciaglancuchaglego lancucha wiazan atomowych wystepuje poczatkowo jednolity postep odleglosci miedzyatomowych i preznosci

odksztalcenia sprezystego, az do uzyskania wartosci odpowiadajacej teoretycznej wytrwalosci wiazan. Jezeli kilka sznurow wiazan

miedzyatomowychnieciaglymie n nieciaglymi wskutek powstania poru to przenoszenie powierzchownego obciazenia blisko przerwanych sznurow staje

sie niemozliwe i powinien odbywac sie po innej trajektorii, wkolo poru. Za posrednictwem lancuch atomow polozonych na wierzcholku poru przenosi sie w

tym przypadku czterokrotnie wieksze od czasu oczekiwanych sposrod srednich zalety zewnetrznych obladowan. Wystepuje tu koncentracja naprezen.

Tylko po duzej odstepie od powierzchni poru naprezenia w materiale osiagaja nizsza wartosc rowna zewnetrznemu obciazeniu.

Wlasciwosci sprezyste materialow

Na temat odksztalceniu sprezystym mozna komunikowac wtedy, kiedy po odjeciu sily wzor wraca do swych pierwotnych rozmiarow. Znieksztalcenia

sprezyste typowych materialow ceramicznych sa bardzo nieznaczne, natomiast do mniej wiecej 0, 5 - 1% pierwotnych formatow odksztalcenie okazuje

sie byc wprost proporcjonalne do obciazenia P. Pory wywieraja dzialanie na harmonogram naprezen po fazie nieustannej i zmniejszenie udzialu

obciazonej powierzchni odcinka materialu komorkowego. Przenoszenie powierzchownego obciazenia odbywa sie wokol poru.

Pory niekuliste powoduja wyzsza koncentracje naprezen, niz pory kuliste. Przebiega nakladanie sie pol naprezenMozliweporow. Mozliwe istnieja

odksztalcenia zginajace, lokalne oslabienia kontaktow pomiedzy obszarami fazy stalej. Prowadzi to do zmniejszenia wskaznika nachylenia zaleznosci

E/Eo wzgledem Vp.

Stosunek modulu Young\'a porowatego (E) i nieporowatego (Eo)

polikrysztalu w zaleznosci od udzialu objetosciowego porow.

Metody grupa testowa wlasciwosci sprezystych

Metody statyczne dziela sie na:

1. metode skrecania preta a mianowicie wyznaczenie modulu sztywnosci Gram;

2. strategie rozciagania preta - okreslanie modulu Young\'a;

3. strategie pomiaru ugiecia belki a mianowicie wyznaczenie strzalki ugiecia.

Wlasnosci materialow pod wplywem naprezen

Odpowiedz surowca na skokowa zmiane naprezen moze przebiegac nastepujaco:

Kompozyty

We terazniejszej literaturze fachowej mozna spotkac wiele roznych definicji kopozytow, ktore sformulowano stosujac dowolnie obrane kryteria.

Aczkolwiek najczesciej aplikowana jest okreslenie mowiaca, iz materialy kompzytowe, tzw. kompozyty, to takie materialy makroskopowo monolityczne,

gwoli otrzymania ktorych polaczono komponenty o roznych wlasciwosciach, w rezultacie czego uzyskano wlasciwosci badz wyzsze, badz dodatkowe

wobec skladnikow wzietych osobno albo zmieszanych jedynie razem. Reprezentatywna cecha kompozytow jest okolicznosc, iz mozna projektowac ich

strukture tak bardzo, aby otrzymac zadane wlasciwosci. Z tej tez racji kompozyty staly sie punktem wyjscia i podstawa dla zasadniczej dyscypliny

edukacyjnej, jaka okazuje sie byc obecnie mechanika materialowa. Towary kompozytowe istnieja szeroko uzywane w roznych dzialach techniki, a

perpektywy ich dalszego rozwoju istnieja niezwykle przychylne. Wynika to z faktu, iz uzyskiwane przez nie wlasciwosci wielokrotnie przewyzszaja

znacznie wlasciwosci towarow klasycznych jak i rowniez powszechnie uwaza sie, iz kompozyty istnieja pespektywiczna rezerwa materialowa gwoli

rozwijajacej sie techniki, wymagajacej materialow na temat coraz lepszych wlasciwosciach maszynowych, fizycznych lub chemicznych.

LONG-E2 - samolot wykonany sposrod materialow kompozytowych.

Klasyfikacja kompozytow

Najczesciej stosowana klasyfikacja kopozytow jest ich podzial wedle rodzaju osnowy. Wyroznia sie wiec:

· kompozyty na temat osnowie polimerowej;

· kompozyty o osnowie ceramicznej;

· kompozyty na temat osnowie metalowej.

Wlasciwosci kompozytow zaleza jednak w zasadniczy sposob lecz rowniez od osnowy, lecz rowniez od rodzaju jej podparcia i wariantu materialu

wzmacniajacego. Do podparcia kompozytow konstrukcyjnych stosowane istnieja obecnie nastepujace rodzaje nici:

1. weglowe ewentualnie grafitowe;

2. szklane;

3. borowe;

4. korundowe;

5. weglika krzemu;

szesc. organiczne rodzaju Kevlar.

Skromniejsze perspektywy istnieja przed monokrystalicznymi wloknami rodzaju wisker, z racji skomplikowanej jak i rowniez malo ekonomicznej

technologii. Cecha charakterystyczna wszystkich szeroko stosowanych wlokien okazuje sie byc ich mala gestosc.

Material do zbrojenia kompozytow

Material weglowe

Wlokna weglowe istnieja obecnie przewaznie stosowanymi wloknami do zbrojenia kompozytow. Podstawowym prekursorem do produkcji wlokien

weglowych okazuje sie byc techniczne wlokno poliakrylonitrylowe, tak zwanym. wlokno PAN, ktore przeksztalca sie we wlokno weglowe droga utleniania

w temperaturze 473-573 K (tj. 200-300C) lub zweglania w obojetnej atmosferze po temperaturze mniej wiecej 1273 K (1000C) obok naprezeniach

rozciagajacych. Wlokna takie mozna rowniez poddawac procesom grafityzacji, tzn. wygrzewania po atmosferze obojetnej w temperaturach okolo 2273 K

(2000C). Efektem owego procesu istnieja wlokna grafitowe, ktore po pewnych wypadkach maja korzystniejsze wlasciwosci anizeli weglowe. Procedura

utleniania wywoluje utworzenie sie w organizacji PAN wiazan nienasyconych, typow wodorotlenowych jak i rowniez karbonylowych. Wspolnie z grupami

nitrylowymi konstrukcje PAN pelnia istotna role we wtornych procesach polimeryzacji i cyklizacji, prowadzacych do wyksztalcenia mocno zorientowanej

konstrukcje, nie zmieniajacej sie takze podczas powodu wydzielania wodoru, cyjanu jak i rowniez azotu w trakcie zweglania po podwyzszonej

temperaturze. Wlokna weglowe poddaje sie jeszcze procesowi obrobki powierzchniowej, ktora ma na celu zagwarantowanie odpowiedniej adhezji w

stosunku do osnowy polimerowej. Do tego stosuje sie utlenienie powierzchni za pomoca kwasu azotowego albo tlenu \"in statu nascendi\" wyzwalajacego

sie podczas elektrolizy oraz trawienie w mieszaninie chloru jak i rowniez tlenu po temperaturze 1523-1723K (1250-1450C). Wlokna weglowe sluzace do

zbrojenia osnowy metalowej nalezy pokrywac warstwami zwiekszajacymi zwilzalnosc metali i stanowiacymi bariere dyfuzyjna. Warstwy takie najczesciej

konstruuje sie sposrod weglika krzemu lub boru.

Wlokna weglowe produkowane istnieja obecnie glownie w Japonii. Trzy firmy japonskie: Toray, Nippon Carbon i Toco daja mniej wiecej 60%

ogolnoswiatowej produkcji. Eksportuja one wlokna do USA i niemal wszystkich krajow UE. Korporacji amerykanskie produkujace wlokna weglowe pracuja

rowniez wedlug technik objetych licencja japonska.

Material szklane

Material szklane istnieja produkowane po wielu zmianach. Najpopularniejszymi jednak sa wlokna produkowane wraz ze szkiel ubogich w alkalia, lecz

zamoznych w wapien (tzw. szklo E) albo szkiel konwencjonalnych z ukladu SiO2-CaO-Na2O (tzw. szklo C). Do grupy wlokien szybowych zalicza sie

rowniez wlokna szkla kwarcowego (100% SiO2), ktore charakteryzuja sie bardzo rzetelnymi wlasciwosciami. Aczkolwiek technologia ich wytwarzania z

racji przede wszystkim duzo wyzszych temperatur - okazuje sie byc znacznie trudniejsza i kosztowniejsza. Najpopularniejsza technika produkcji wlokien

szklanych okazuje sie byc topienie zestawu szklarskiego po temperaturze w porzadku. 1923 K (1650C), oraz nastepnie bezposrednie wyciagniecie

wlokien przez dysze. Inna technika jest produkowanie z zestwu szklarskiego poczatkowo kulek szybowych, ktore pozniej ponownie istnieja stapiane jak i

rowniez wyciagane we wlokna trasa przedmuchu powietrza. Wlasciwosci wlokien bardzo zaleza od ich skladu chemicznego, srednicy, jak i rowniez

parametrow powodu technologicznego, np. szybkosci wyciagania i chlodzenia po sporze.

Rower Kangaroo. Jego rama jest zrobiona z zywicy poliestrowej zbrojonej wloknem szklanym.

Wlokna borowe

Wlokna borowe produkowane istnieja wedlug technik opartej na chemicznym rozkladzie prozniowym gazowych zwiazkow boru BCl3 albo BBr3 po

obecnosci wodoru w temperaturach okolo 1323 K (1050C). W wyniku dysocjacji bor osiada na podlozu drutow wolframowych lub nici weglowych. W

rezultacie wlokno takie sklada sie z rdzenia wolframowego albo weglowego (stanowiacego 5-10% objetosci) i otoczki borowej. W wypadku rdzenia

weglowego powstaje w czasie osiadania boru weglik B4C, ktory dysponuje gorsze wlasciwosci mechaniczne od czasu boru, ale lepsza solidnosc

termiczna.

Material Kevlar

Material Kevkar to wlokna organiczne aramidowe, tworzone przez firme Du Pont wedle technologii nieopublikowanej w literaturze. Obecnie produkowane

sa trzy gatunki wlokien: Kevlar, Kevlar 29 jak i rowniez Kevlar 49. Wlokna Kevlar i Kevlar 29 uzywane sa do wzmacniania opon samochodowych albo

zbrojenia kabli, lin jak i rowniez przedmiotow gumowych pracujacych na scieranie. Natomiast wlokna Kevlar 49 istnieja szeroko uzywane do zbrojenia

kompozytow na temat osnowie polimerowej wykorzystywanych po lotnictwie, jak i rowniez do struktury lodzi jak i rowniez wszelkiego wariantu sprzetu

sportowego. Praktycznie kazde znane zachodnie firmy lotnicze stosuja wlokna Kevlar 49 w swojej wytworczosci. Szczegolnie duzo zuzywa ich firma

Lockheed w samolocie L1011 Tristar, a takze spolka Boeing po samolotach B767 i B757.

Wlokna korundowe

Wlokna korundowe stosowane istnieja przede wszystkim do produkcji kompozytow o osnowie ceramicznej albo metalowej. Wytwarza je pare firm

ogolnoswiatowych, glownie spolka japonska Toco i amerykanska Du Pont. Wlokna Toco sa monokrystalicznymi wloknami ciaglymi, o organizacji

alfa-Al2O3. Korporacja Du Pont produkuje wlokna alfa-Al2O3 polikrystliczne, tzw. wlokna FP. Urzadzenia ochronne tych wlokien sa zabezpieczone

patentami. W ostatnich latach firma Sumitomo Chemical Jak. produkuje oryginalny typ wlokien Al2O3, natomiast technologia ta jest podparta na

polimeryzacji zwiazkow organoaluminiowych. Zgodnie z ta technologia polialumioxane jest rozpuszczony w organicznym rozpuszczalniku wspolnie ze

zwiazkami zawierajacymi krzem (alkil silikatu). Otrzymany wytwor wykorzystywany okazuje sie byc do wytworczosci prekursora, ktore po kalcynacji daja

wlokno koncowe, zawierajace w swym skladzie od czasu 70 do 100% Al2O3 i od czasu 30 do 0% SiO2. Wlokna ow maja kondycje bardzo

drobnokrystalicznego spinelu. Tlenek SiO2 w niniejszym skladzie towarzyszy do stabilizacji struktury spinelu i zabezpiecza przed przemiana jej po

alfa-Al2O3. Wloka Al2O3 uzywane sa do zbrojenia kompozytow przeznaczonych do pracy po wysokich temperaturach. W japonskich samochodach

Toyota pewne szczegoly silnika wysokopreznego wykonane sa sposrod kompozytow na temat osnowie metalowej. Wlokna ow stosowane istnieja

rowniez do kompozytow wykorzystywanych w konstrukcjach lotniczych \"przezroczystych\" dla radarow.

Wlokna weglika krzemu

Material SiC uzywane sa do zbrojenia kompozytow o osnowie metalowej. Otrzymuje sie gryzie dwiema drogami, i tak:

1. Wlokna na temat srednicy wiekszej niz 100-140 μm istnieja uzyskiwane przez prozniowa dysocjacje gazowych zwiazkow krzemu na temat wysokich

temperaturach i osadzanie krzemu na podlozu wlokna weglowego.

dwie. Wlokna SiC bezrdzeniowe, na temat srednicy kilku μm dostaje sie przez wygrzewanie po wysokich temperaturach wlokien prekursorowych

polikarbosilanu. Procedura ten okazuje sie byc bardzo dalekowzroczny i opiera sie na syntezie SiC sposrod organosilikonowych skomplikowanych

zwiazkow, nazywanych polikarbosilanami. Polikarbosilany sa po temperaturze sasiedztwa cialami stalymi, o bardzo duzej masie czasteczkowej

wynoszacej ok. tysiac piecset.

Wlokna prekursora maja poczatkowo bardzo niska wytrzymalosc (Rm ok. 5 MPa). Wlasciwosci te ulegaja podwyzszeniu przez ogrzanie po powietrzu do

temperatury 200C lub przez utlenianie ozonem w temperaturze otoczenia. Material prekursora ogrzewa sie pozniej w temperaturze 1400-1500C po prozni

albo atmosferze obojetnej, az do uzyskania wlokien weglika krzemu na temat strukturze beta i wytrwalosci Rm w porzadku. 3000 MPa oraz module

sprezystosci podluznej ok. 250 GPa. Material te, poza wysokimi wlasciwosciami mechanicznymi, charakteryzuje wysoka ognioodpornosc i rzetelna

zwilzalnosc przez metale.

Konfrontacja wlasciwosci nici kompozytowych

Wlasnosci wlokien odrozniaja sie w zasadniczy sposob, w porownaniu do technologii ich otrzymywania, stosowanych przekursorow, ich skladow jak i

rowniez wlasciwosci parametrow procesow technologicznych, czystosci towarow, wielkosci srednic itp. W rezultacie, wlokna owego samego surowca

moga zmieniac sie wytrzymaloscia lub modulem sprezystosci o kilkaset procent. Informacje podane po ponizej tablicy nalezy odnosic sie wybitnie

orientacyjnie.

Mozna jednak stwierdzic, ze bardzo stosownie przedstawiaja sie wlasciwosci nici weglowych, ktore rzeczywiscie istnieja obecnie przewaznie stosowane.

Ogromny modul sprezystosci, duza gietkosc, duza solidnosc chemiczna na dzialanie szczegolnie alkalii, rzetelna obrabialnosc kompozytow zbrojonych

tymi wloknami jak i rowniez niska koszt preferuja wlokna weglowe z podanych po powyzszej tablicy. Wlokna weglowe sa do tego trudno palne, w aurze

utleniajacej ulegaja bezplomieniowemu utlenieniu w temperaturach powyzej 400C, przy czym po trosze utlenione zachowuja w duzym stopniu swa

wytrzymalosc. W szerokim zakresie sa rowniez stosowane wlokna szklane. Katalogow prosta technika, niska koszt, a takze niepalnosc, wysoka opornosc

elektryczna jak rowniez wysoka wytrzymalosc na rozciaganie - wbrew niskiej zalety modulu sprezystosci podluznej a mianowicie umozliwiaja ogromne

zastosowania. Wypada jednak zdac sobie kwestie, iz kompozyty zbrojone wloknami szklanymi moga miec nizsze wlasciwosci wytrzymalosciowe,

zwazywszy na slaba adhezje tych nici na granicy wlokno-osnowa. Znajduja sie one uzywane przede wszystkim do zbrojenia mas plastycznych.

Wlokna borowe moga miec bardzo wielkie wlasciwosci wytrzymalosciowe. Jednak zwazywszy na ich lepsza cene uzywane sa zaledwie tam, dokad od

kompozytow wymaga sie specjalnie wielkich wlasciowsci wytrzymalosciowych oraz ogromnej sztywnosci, czyli w kompozytach na osnowie metalowej.

Ogromne perspektywy stoja przed wloknami z weglika krzemu.

Dekohezja materialow

Pelna charakterystyka plywania materialu, na ktory dzialaa zewnetrzne sily i ktore, odniesione do jednostkowej powierzchni materialu, nazywane beda

obciazeniami, obejmuje rowniez jego wytrzymalosc mechaniczna. Solidnoscia mechaniczna oznacza sie umiejetnosc materialu do wytrzymywania

obladowan bez zerwania. Wyraza sie ja przy uzyciu wielkosci obciazenia zewnetrznego, obok ktorym towar traci spojnosc (ulega dekohezji), ulegajac

rozdzieleniu na dwie lub wiecej czesci.

Istotna cecha praktycznie wszystkich towarow ceramicznych po temperaturze pokojowej jak i rowniez umiarkowanej, oraz czesciowo jak i rowniez w

temperaturach podwyzszonych, okazuje sie byc ich kruchosc. Kruchym zniszczeniem nazywa sie takie, obok ktorym towar traci spoistosc bez

wystapienia poprzednio znaczniejszych odksztalcen. Zniszczenie kruch odroznia od zdewastowania plastycznego, zwyczajnego dla mnostwo metali,

dokad dekohezja narasta dopiero obok duzych odksztalceniach. W przypadku ciagliwych polikrystalicznych metali o organizacji regularnej plasko

centrowanej zdewastowanie plastyczne okazuje sie byc wynikiem zredukowania przekroju aktywnego materialu z racji odksztalcenia plastycznego.

Zdolnosc do nieulegania dekohezji wskutek zdewastowania kruchego oznacza sie takze ciagliwoscia albo odpornoscia na kruche pekanie.

Poznanie istoty kruchego zdewastowania materialow ceramicznych i mozliwosci zwiekszenia ich ciagliwosci dysponuje istotne znaczenie. Wskutek

wzrostu zapotrzebowania na materialy zdolne do pracy w podwyzszonych temperaturach jak i rowniez odporne na korozje po agresywnym otoczeniu

zwrocono uwage na materialy ceramiczne, ktore odpowiadaja ow wymogom. Pod przeszkodzie do szerszego uzycia tych towarow stoi jednak ich

kruchosc (mala ciagliwosc).

Druga charakterystczna cecha towarow ceramicznych z perspektywy ich wytrwalosci mechanicznej okazuje sie byc znaczna rozbieznosc tej wytrwalosci

przy roznych stanach obciazenia. Mozna przyjac, ze gwoli szerokiej palety materialow ceramicznych wytrzymalosci mechaniczne przy poddaniu ich,

adekwatnie, zrywaniu, zginaniu i sciskaniu maja sie do zony jak 1: (1, 5-3): (3-15). Oznacza to, ze wytrzymalosc mechaniczna na sciskanie surowca

ceramicznego moze byc az 15-krotnie wieksza od czasu jego wytrwalosci na zbieranie.

Punktem odniesienia dla marki odpornosci towarow na kruche pekanie okazuje sie byc wytrzymalosc wiazan miedzyatomowych na zrywanie pod

wplywem obciazenia. Nazywa sie ja trwaloscia teoretyczna albo maksymalna danego materialu. Zerwanie wiazania nastapi wowczas, kiedy dwa

sasiednie atomy zostana pod wplywem zewnetrznego obciazenia odsuniete od czasu siebie na odleglosc, obok ktorej energia dazaca do powrotu atomu

do pierwotnej pozycji okazuje sie byc rowna zeru. Oznacza to, iz atom wedlug odjeciu obciazenia pozostaje po pewnej swiezej, przemieszczonej pozycji,

a pomiedzy nim jak i rowniez sasiednim atomem nie wychodza sily wzajemnego oddzialywania. Mozna to rozpatrzyc na podstawie krzywej Vp(r) jak

rowniez ponizszej.

Wykres zmian naprezen wewnetrznych po funkcji odstepie miedzyatomowej

pomiedzy para 3 atomow (ro - dystans rownowagowa).

Cena naprezenia maksymalnego mozna wyznaczyc na podstawie bilansu energetycznego. Jednakze w uzytecznych obliczeniach wymieniona wartosc

wytycza sie przez pomiar stresu powierzchniowego, modulu Yonga albo polozenia rownowagowego ro.

Niedaleko ogolnie wiekszej teoretycznej wytrwalosci materialow ceramicznych w porownaniu sposrod metalami, powinno sie zauwazyc, iz w obecnie

produkowanych materialach eksperymentalne zalety wytrzymalosci na rozciaganie Windowsie zblizone do wytrzymalosci maksymalnej udalo sie

otrzymac tylko w przypadku monokrysztalow wloskowatych (wiskerow) jak i rowniez nieco mniejsze w przypadku polikrystalicznych wlokien. Material te

znamionuja sie wzglednie niezdefektowana, oraz wiskery niemal doskonala budowa, pozbawiona nieciaglosci. Osiagane w przypadku typowych, litych,

polikrystalicznych towarow wytrzymalosci mechaniczne, od dwu do czterech rzedow mniejsze od wytrwalosci teoretycznej, lacza sie z wplywem defektow

(szczelin, mikropekniec itp. ) wystepujacych w takich materialach.

Naprezenia wewnetrzne obok wierzcholka szczelin (pekniec) istnieja wielokrotnoscia przylozonych obciazen zewnetrznych i moga osiagac wysokosc

rowna wytrwalosci teoretycznej wiazania przy nie bardzo duzych obciazeniach zewnetrznych. Warto tu napomknac, ze koncentracja naprezen obok

wierzcholkow porow moze byc chociazby 100-krotnie ogromniejsza od naprezen zewnetrznych. Mozna wiec wypatrywac, ze szczelina istniejace po

materiale poddawanym obciazeniom beda sie polepszac juz obok niewielkich wartosciach obciazenia powierzchownego.

Z aktualnych rozwazan wyplywa, ze juz przy nieduzych obciazeniach nielatwo jest ustrzec sie tworzenia sie i rozwijania pekniec na temat wymiarze

krytycznym w materiale. W zwiazku z tym waznego znaczenia przejmuje pojecie ciagliwosci (odpornosci na kruche pekanie), ktora jest miara energii

pochlanianej przez towar przy rozwijaniu sie pekniec. Im ogromniejsza jest ta energia, ow wieksza prace musza wykonac obciazenia zewnetrzne, aby

uszkodzic spoistosc surowca. Kruche zdewastowanie moze wystepowac przy czterech roznych metodach odksztalcania surowca oraz ich kombinacjach.

Fundamentalne trzy sposoby kruchego pekania.

Statystyczne aspekty wytrzymalosci mechanicznej materialow kruchych

W przypadku towarow charakteryzujacych sie znaczna mozliwoscia modelowania, jak np. metali, wytrzymalosc mechaniczna konkretnej, wybranej sztuki

materialu okazuje sie byc reprezentatywna gwoli przecietnej wytrwalosci calej tej partii. Odksztalcenie i zerwanie jest tu skutkiem lacznego dzialania

wszystkich defektow po probce. Przy materialach kruchych (wiekszosc towarow ceramicznych) jednego razu zapoczatkowane rozprzestrzenianie sie

nietrwalego pekniecia na temat wielkosci krytycznej prowadzi do katastrofalnego spekania materialu sposrod predkoscia rzadu 106 m/s. Poniewaz po

materialach narasta okreslony harmonogram wielkosci defektow, wytrzymalosc roznych probek pobranych z jakiejs partii surowca moze przeksztalcac sie

w obrebie ± 50% wzgledem zalety sredniej, oraz wytrzymalosc konkretnej probki charakteryzuje tylko te probke, nie zas srednie wlasciwosci calkowitej

partii surowca.

W celu okreslania wytrzymalosci kruchych materialow ceramicznych konieczne okazuje sie byc oparcie sie na ocenie statystycznej, szczegolnie na

statystycznej teorii Weibulla. Teoria Weibulla opiera sie na nastepujacych zalozeniach:

1. Surowiec jest izotropowy, a harmonogram wielkosci defektow w materiale jest typowy.

2. Mozliwosc znalezienia sie defektu na temat wielkosci krytycznej w konkretnej jednostkowej objetosci jest gwoli calego surowca identyczne.

kilku. Dekohezja surowca wskutek kruchego zniszczenia zachodzi wskutek rozprzestrzeniania sie defektu o skali krytycznej.

4. Liczba defektow w materiale jest duza.

Wspolczynnik metrow nazywany takze modulem Weibulla zwiazany okazuje sie byc z gestoscia prawdopodobienstwa wystepowania defektu np.

szczeliny, na temat dlugosci c. Im ogromniejsza wartosc metrow, tym wezszy jest przedzial wielkosci szczelin i ow mniejsze istnieja wielkosci najczesciej

wystepujacych szczelin.

Oczekiwana czestotliwosc wystepowania szczelin o okreslonej

wielkosci c dla roznych wartosci wskaznika m po rozkladzie Weibulla.

W zwiazku z tym jak i rowniez rozrzut prawdopodobienstwa kruchego zdewastowania poszczegolnych sztuk maleje wraz ze wzrostem modulu Weibulla.

W celu m=ae zagiecie rozkladu wytrwalosci mechanicznej sztuk przechodzi po postac zalamanej linii nieskomplikowanej, ktorej pionowa czesc wspolgra

odcietej. Innymi slowy, wytrzymalosc konczy byc szerokoscia statystyczna jak i rowniez staje sie szerokoscia stala.

Mozliwosc kruchego zdewastowania dla roznych wartosci modulu Weibulla metrow.

Empirycznie wyznaczenie wartosci modulu Weibulla gwoli materialow ceramicznych mieszcza sie po przedziale 5

Twardosc. Strategie pomiaru twardosci.

Twardosc a mianowicie zdolnosc surowca do przeciwstawiania sie odksztalceniom plastycznym (trwalym) przy lokalnym, statycznym albo dynamicznym,

wywieraniu nacisku na mala obszar materialu. Skala twardosci okazuje sie byc stosunek obciazenia do powierzchni odcisku albo glebokosci odcisku.

Wiekszosc gatunkow ceramiki odznacza sie ogromna twardoscia (hardness). Na podstawie stabilnych stosunkow wiazan chemicznych istnieje zwiazek

pomiedzy twardoscia jak i rowniez temperatura topnienia materialow ceramicznych. Wieksza goraczka topnienia warunkuje wieksza twardosc. Przy nie

bardzo gruboziarnistej organizacji materialu ceramicznego jego twardosc wyznacza sie przez okreslanie mikrotwardosci roznymi wglebnikami

diamentowymi. Dokonujac pomiaru przekatnej odcisku, okresla sie twardosc a mianowicie w zaleznosci od ksztaltu ostroslupowego wglebnika - rodzajem

Vickersa albo Knoopa.

Reguly pomiaru mikrotwardosci materialow ceramicznych metodami: a)Vickersa, b)Knoopa.

Konfrontacja twardosci roznych materialow pokazuje, ze ceramike specjalna odnosnie do tej wlasciwosci przewyzsza zaledwie regularny azotek boru jak i

rowniez diament. Twardosc w zestawieniu z odpornoscia chemiczna jak i rowniez cieplna ustala wazne miara odpornosci na zuzycie, ktora to dla wielkiej

wiekszosci towarow ceramicznych moze byc oceniona zdecydowanie dobra. Wypada jednak wyodrebnic, ze Zr02, pomimo wzglednie mniejszej

twardosci, wykazuje perfekcyjna odpornosc na zuzycie.

Oprocz konwencjonalnego okreslania mikrotwardosci surowca ceramicznego przy uzyciu wciskania diamentowego wglebnika, uzywa sie w toku lub

wedlug obrobce koncowej rowniez strategie rejestrujacego pomiaru mikrotwardosci. Rozroznia sie kobieta tym, ow miara twardosci materialu nie jest

powstajacy wedlug calkowitym obciazeniu odcisk wglebnika, ale rownoczesnie zarejestrowana w czasie calego powodu jego wnikania w badana

powierzchnie wypadkowa sila F(D) jako funkcja glebokosci wnikania D. Wraz z geometrii wglebnika (np. diamentowej piramidy Vickersa lub czaszy

kulistej), glebokosci wnikania jak i rowniez obciazenia podaruje sie w taki sposob ustalic gwoli jednorodnych jak i rowniez izotropowych towarow przebieg

twardosci, charakteryzujac procedura wnikania wglebnika w plaska i rowna powierzchnie przy uzyciu przebiegu sily F(D).

Przeslanie metody rejestrujacego pomiaru mikrotwardosci.

Jezeli mocny wglebnik wciska sie po zeszlifowana obszar materialu ceramicznego, przebieg sily F(D) okazuje sie byc okreslany po wysokim stopniu

topografia powierzchni, obecnoscia porow i pekniec oraz przez przypadkowa orientacje mikrokrysztalow po odniesieniu do kierunku dzialalnosci

obciazenia wglebnika. Wystepujace do tego bardzo obszerne rozrzuty maja mozliwosc zostac po trosze przezwyciezone przeznaczeniem czaszy kulistej

wglebnika. Przy zaglebianiu sie czaszy kulistej (np. sposrod promieniem r = 0, 32 mm) w zeszlifowana powierzchnie ceramiczna przebieg sily F(D)

okazuje sie byc sukcesywnie sporzadzany przez poczatkowo punktowy styk zbioru \"wzniesien\" w kole opisanym stanowiskiem odcisku. Wyplywa stad,

iz krzywa F(D) wznosi sie mniej albo bardziej stale i rownoczesnie zakres (pasmo) rozrzutu krzywych jest znacznie ograniczony przez silnie zintegrowane

dzialanie plaskiego wglebnika. W celu jednakowej glebokosci wnikania D wglebnika tej powierzchnia okazuje sie byc zdecydowanie w wyzszym stopniu

obciazona sposrod zastosowaniem czaszy kulistej anizeli ostrej piramidy.

Ogolnie mozna stwierdzic, iz im bardziej wartosciowe jest uszkodzenie powierzchni surowca, tym mniejsza jest nieodzowna sila do uzyskania okreslonej

glebokosci wnikania diamentu. Tego typu rozne przebiegi sily (bez jednakze uzyskania twardosci surowca podstawowego) sa ustalone takze na

rozmaicie szlifowanych powierzchniach materialow ceramicznych. Z przebiegu krzywych F(D) wynika, ow w przypadku sztuk szlifowanych

prostoliniowo-zwrotnie z najwiekszym, wykrywalnym rentgenograficznie uszkodzeniem (grubosc warstwy uszkodzonej) i adekwatnie takze najmniejszym

naprezeniem niszczacym musi istniec d1a okreslonej glebokosci zastosowana mniejsza energia niz np. w przypadku sztuk szlifowanych gleboko z

adekwatnie mala uszkodzona warstwa wierzchnia i wiekszym naprezeniem niszczacym.

Inne strategie pomiaru twardosci

Przy badaniu materialow stosuje sie przerozne metody pomiaru twardosci. Metoda Brinella opiera sie na wciskaniu twardej kulki stalowej po probke

surowca, a strategia Vickersa diamentowego ostroslupa. Przy obudwu takich metodach miara twardosci (oznaczonej odpowiednio HB i HV) jest seks sily

nacisku do pola powierzchni stalego odcisku pozostawionego przez kulke lub ostroslup. W strategii Rockwella wglebnik (diamentowy stozek lub kulka)

jest wciskany dwustopniowo (najpierw dzialajac obciazeniem wstepnym, potem calkowitym), oraz miara twardosci (oznaczanej HRA, HRB, HRC lub HRF)

jest rozbieznosc miedzy pewna umowna szerokoscia i glebokoscia trwalego odcisku pozostawionego przez stozek albo kulke. Do pomiaru twardosci

skladnikow strukturalnych stosuje sie pomiary mikrotwardosci takim danym wglebnikiem, jak przy strategii Vickersa, jedynie przy znacznie mniejszych

obciazeniach. W niezahamowanej metodzie pomiaru twardosci mierzy sie wysokosc odbicia kulki stalowej od czasu powierzchni badanego materialu

(metoda Shora). Do pomiaru twardosci mineralow stosuje sie miare Mohsa. Przy tej dziesieciostopniowej skali najskromniejsza wartosc 1 jest przypisana

talkowi, oraz najwieksza 10-ciu diamentowi. Porownywanie twardosci okazuje sie byc mozliwe zaledwie w zakresie jakiejs metody pomiarowej.

Polaryzacja

Przy typowych materialach ceramicznych nie przewodzacych pradu elektrycznego elektrony sa rowno zwiazane sposrod rdzeniami atomow. Jesli dlatego

do takiego rodzaju materialu przylozy sie zakres elektryczne to wystapi jedynie niewielkie przesuniecie srodkow ciezkosci ladunkow dodatnich w kierunku

przylozonego pola. Naklady ciezkosci frachtow ujemnych przesuwaja sie odrobine w kierunku przeciwnym. Wytwarzaja sie wskutek owego lokalne dipole

elektryczne, czyli elementy, gdzie srodki ciezkosci ladunkow dodatnich nie pokrywaja sie wraz ze srodkami ciezkosci ladunkow ujemnych. Zjawisko

wzbudzenia dipoli oznacza sie polaryzacja elektryczna. Towary ulegajace polaryzacji elektrycznej nazywane sa takze dielektrykami. Dziala wiele

mechanizmow polaryzacji dielektrykow ceramicznych. Pod wplywem przylozonego pola elektrycznego elektrony przesuwaja sie nieznacznie wzgledem

rdzeni atomow. W nastepstwie tego zjawiska nastepuje polaryzacja elektronowa.

Mechanizmy polaryzacji po dielektryku: a) polaryzacja elektronowa, b) polaryzacja atomowa,

c) polaryzacja orientacyjna, d) polaryzacja ladunku przestrzennego.

Jesli krysztal sklada sie z jonow roznego wariantu, pole zewnetrzne moze sprowadzic takze symetryczne przesuniecia roznoimiennie naladowanych

jonow (dodatnie jony przemieszczaja sie zgodnie z kierunkiem pola, ujemne - na odwrot do nurcie pola). Nasz rodzaj polaryzacji to polaryzacja atomowa

albo jonowa. Polaryzacja jonowa byc moze takze wystapic wtedy, kiedy wiazania moga miec charakter po trosze kowalencyjny, jednak taki, iz orbitale

istnieja przesuniete ku bardziej elektroujemnych atomow. Polaryzacja jonowa nie powinna natomiast wystapic w krysztalach zlozonych sposrod jednego

wariantu atomow (np. w metalach) lub czasteczkach gazow na temat jednakowym wariantu atomow, jak np. H2, O2.

Jezeli w organizacji wystepuja stale dipole, takze w nieobecnosci zewnetrznego pola elektrycznego, to przylozenie powierzchownego pola znaczy, ze na

te dipole dzialaja sily, ktore daza, do ustawienia dipoli ku pola. W nastepstwie wystepuje polaryzacja orientacyjna (polaryzacja dipolowa) przedstawiona

na wyzej wymienionym rysunku. Przy krysztalach jonowych dipole takie moga tworzyc skojarzone defekty Schottky\'ego albo asocjacje obcego jonu jak i

rowniez wakancji. Projekt przedstawia rowniez ostatni wariant polaryzacji, czyli tzw. polaryzacje ladunku przestrzennego, zwiazana sposrod

przemieszczeniem sie nosnikow ladunku jednego znaku wzgledem dyskow drugiego znaku na bardziej wartosciowe odleglosci, np. wskutek

zroznicowanej szybkosci dyfuzji tych dyskow (jonow, elektronow, dziur elektronowych). Pole funkcjonujace na szczegoly struktury po objetosci cialka

stalego dysponuje zazwyczaj wyzsza wartosc anizeli mierzone \"zewnetrzne\" pole bateriowe, poniewaz tworzy sie rowniez z pola wywolanego przez

polaryzacje bezposredniego otoczenia rozpatrywanego elementu konstrukcje ciala stabilnego, jaki i pola wywolanego przez ladunki bedace na zewnatrz.

Zjawiska zwiazane sposrod polaryzacja istnieja szczegolnie istotne przy rozwazaniach nad kondensatorami. Jesli bowiem pomiedzy okladkami

kondensatora bedzie umieszczony dielektryk, pojemnosc kondensatora zwieksza sie. Skala tego zwiekszenia jest wzgledna przenikalnosc dielektryczna,

(relative dielectric constant), ktora to okresla, ilokrotnie wzrasta pojemnosc kondensatora prozniowego (pustego) wedlug wprowadzeniu pomiedzy jego

okladki dielektryka. Za to wspolczynnik stratnosci dielektrycznej, tak zwanym. tangens kata stratnosci (dielectric loss) charakteryzuje straty preznosci

podczas polaryzacji dielektryka, spowodowane jej rozproszeniem. Wielkosc tg kata stratnosci stanowi wraz z przenikliwoscia stosunkowa, podstawowe

miara okreslajace dyspozycyjnosc danego dielektryka.

Wzgledna przenikalnosc dielektryczna pozostaje w zaleznosci zarowno od czasu rodzaju surowca, jak i czestotliwosci przylozonego pola, a takze od

czasu temperatury. Podczas gdy z rosnaca temperatura wzrasta ruchliwosc jonow, a wiec takze wzgledna przenikalnosc dielektryka, to juz wraz ze

zwiekszaniem sie czestotliwosci pola obserwuje sie jej spadek, poniewaz zmniejsza sie zdolnosc ruchliwosci jonow obowiazujacej z ruchliwoscia pola

Sposoby polaryzacji sztuk ceramicznych

Mozna wyroznic nastepujace sposoby polaryzacji:

1. Polaryzacja w temperaturze pokojowej - po praktyce aplikowana jedynie do probek na temat niewielkich polach koercji (miekkie ferroelektryki).

dwie. Chlodzenie przez temperature Curie z przylozonym polem a mianowicie tylko gwoli materialow na temat stosunkowo niewysokiej temp. Curie.

3. Polaryzowanie w temperaturze podwyzszonej, lecz nizszej od czasu temperatury Curie (krzywe cieplnego przebicia ceramik).

Dielektryk po zmiennym polu elektrycznym.

Przenikalnosc dielektryczna

Wzor stalej dielektrycznej od czestotliwosci pola

Wzor stalej dielektrycznej od czestotliwosci pola pomiarowego w ceramice BaTiO3 pokazuje ponizszy wykres. Duze modyfikacje przenikalnosci

elektrycznej uzyskuje sie przez domieszkowanie ceramik jednoskladnikowych. Niewielkie liczbie odpowiednich domieszek powoduja zmiane wartosci E

oraz przesuniecie punktu Curie. Przykladem ceramiki dwuskladnikowej okazuje sie byc ceramika PZT lub PLZT. Sklady PZT bliskie PbZrO3 (z

kilkuprocentowa zawartoscia PbTiO3) sa antyferroelektrykami, natomiast od czasu skladu 95/5 ceramiki moga miec wlasciwosci ferroelektryczne.

Zaleznosc przenikalnosci dielektrycznej ceramiki BaTiO3 od czasu czestotliwosci pola pomiarowego.

Przenikalnosc dielektryczna

Przenikalnosc dielektryczna jak rowniez inne wlasciwosci piezoceramiki zaleza rowniez od czasu warunkow jej otrzymywania. Przykladowo na rysunku

ponizej przedstawiono wplyw temperatury spiekania ceramiki BaTiO3 na temperaturowe zaleznosci przenikalnosci dielektrycznej. W zakresie temperatur

spiekania 1200-14000C wyzsza goraczka spieku wywoluje, ze cena Emax(T) okazuje sie byc wyzsza.

Wplyw temperatury spiekania na charakterystyke es(T).

Jak na przyklad juz nadmieniono, ponizej punktu Curie chociazby bez powierzchownego pola elektrycznego ferroelektryk dzieli sie na obszary okreslane

domenami gdzie polaryzacja dysponuje ten samodzielnie kierunek. Przylozenie zewnetrznego pola elektrycznego do wielodomenowego krysztalu

powoduje przeorientowanie polaryzacji stronie, co wykonuje do pojawienia sie wypadkowej polaryzacji z racji dzialania powierzchownego pola

elektrycznego nie pozostal dotychczas starannie poznany. Najczesciej przyjmuje sie, ze obok powierzchni krysztalu, a takze niedaleko defektow znajduja

sie zarodzie domen o polaryzacji zgodnej sposrod kierunkiem pola elektrycznego badz tworzace sposrod nim nieduzy kat. Domeny te (w ksztalcie igiel)

rosna prostopadle do elektrody. W dostatecznie slabych polach polaryzacji liniowo zalezy od czasu natezenia pola elektrycznego (odcinek OA na

rysunku). Pod odcinku ow zachodza przebiegi odwracalne. Przy natezeniu pola, ktore wspolgra punktowi B, wszystkie domeny sa zorientowane w

kierunku pola. Stan ow nazywamy nasyceniem. Dalsze zwiekszanie natezenia pola elektrycznego powoduje wzrost kompletnej polaryzacji, ktory to

wynika sposrod rosnacej polaryzacji indukowanej, analogicznie jak po dielektrykach liniowych. Krzywa OABC nazywa sie czesto zagiecie pierwotna.

Ferroelektryczna petla histerezy, P-polaryzacja, E-natezenie pola.

Razem ze zmniejszaniem pola polaryzacja zmienia sie wzdluz krzywej BD. Przy polu zerowym krysztal pozostaje jeszcze spolaryzowany. Wielkosc

polaryzacji okreslona odcinkiem OD po polu E=O nazywa sie polaryzacja resztkowa. Natezenie pola, przy ktorym zachodzi zmiana kierunku polaryzacji,

okreslone odcinkiem OF nazywamy polem koercji. Zaleznosc polaryzacji od nasilenia pola elektrycznego jest opisana krzywa CDGHC zwana petla

histerezy. Rozszerzenie prostej BC do przeciecia z osia OP wytycza odcinek OK., odpowiadajacy polaryzacji spontanicznej.

Petla histerezy ceramiki ferroelektrycznej odroznia sie na ogol od petli histerezy monokrysztalu. Aby uzyskac polaryzacje nasycenia Pm, wypada

przylozyc zakres elektryczne wyzsze od pola koercji Ec. Wynika to nade wszystko stad, iz na skutek egzystencji fazy bezpostaciowej o malym E lokalne

pola bateriowe, dzialajace na poszczegolne krystality, moga byc powazne nizsze od czasu pola przylozonego. Ponadto w procesie przepolaryzowania

zabieraja rowniez wklad domeny, gdzie wektor polaryzacji nie jest rownolegly do przylozonego pola. Procedura przepolaryzowania tego rodzaju domen

domaga sie silniejszego pola. Po usunieciu pola zachodzi czesciowa odbudowa struktury domenowej, co wywoluje ze zalety Pm jak i rowniez Pr

(resztkowa) moga zmieniac sie dosc znacznie. W zwiazku z tym, iz w tytanie baru wzglednie trudno okazuje sie byc przeorientowac domeny

nierownolegle do pola (w procesie przepolaryzowania bierze wklad ok. 10% (a-domen), cena Pm gwoli ceramiki ustala okolo 1/3 Ps krysztalu

c-domenowego, tj. ok. 12 [uC/cm2].

Ferroelektryki

Wlasnosci ferroelektryczne zostaly wykryte po 1921 roku kalendarzowego przez J. Valaska po soli Seignette\'a. W 1943 roku zostaly odkryte wlasciwosci

ferroelektryczne po BaTiO3. Od tej chwili datuje sie intensywny postep badan fizycznych, majacych na celu rowniez poszukiwanie oryginalnych

materialow ferroelektrycznych, jak i poznanie ich wlasciwosci. Prowadzone istnieja takze czynnosci nad teoretycznymi modelami zjawiska

ferroelektrycznego. Operacje eksperymentalne tycza m. in.: struktury domenowej ferroelektrykow, charakteru przejscia fazowego, wlasciwosci piezo- i

piroelektrycznych, dielektrycznych, optycznych, cieplnych, maszynowych oraz struktury krystalicznej, przewodnictwa cieplnego i tym podobne. W rodzinie

ferroelektrykow mozna wyroznic dwie modelowe ferroelektryki, na ktorych skupila sie uwaga eksploratorow. Naleza do nich tytanian baru (BaTiO3) oraz

siarczan trojglicyny TGS ((NHBaTiO2CH2COOH)BaTiO3*H2SO4).

a) Struktura krystaliczna tytanianu baru typu perowskitu. Krysztalem prototypowy jest tytanian wapnia (perowskit). Struktura dysponuje symetrie ukladu

regularnego sposrod jonami baru Ba2+ po narozach szescianu jonami tlenu O2- na srodkach scian i jonem tytanu Ti4+.

b) Nizej punktu Curie struktura jest poddawana lekkiej deformacji: jony Ba2+ i Ti4+ przesuwaja sie wzgledem jonow O2-, przez co wytwarza sie moment

dipolowy. Mozliwe, iz gorne jak i rowniez dolne jony tlenu przesuwaja sie odrobine ku dolowi.

Struktura krystaliczna tytanianu baru w temperaturze wyzszej od czasu temperatury Curie ma symetrie ukladu prawidlowego z jonami Ba2+ po narozach

szescianu, jonami O2- na srodkach scian jak i rowniez jonami Ti4+ w srodku szescianu. Podczas ochladzania w temperaturze Curie zachodzi przejscie

fazowe i konstrukcja BaTiO3 jest poddawana spontanicznej deformacji: jony Ba2+ i Ti4+ przesuwaja sie w jednym kierunku wzgledem jonow O2-. W

wyniku tej deformacji po komorce krystalicznej wytwarza sie elektryczny chwile dipolowy jak rowniez zmienia sie symetria ukladu z fachowej na

tetragonalna.

Dotychczas nie opracowano jakiejs, ogolnej teorii zjawiska ferroelektrycznego, ktora tlumaczylaby wszystkie doswiadczalne fakty monitorowane w takich

materialach. Istniejace teorie mozna podzielic na trzy grupy:

·teorie fenomenologiczne (np. hipoteza termodynamiczna Devonshire\'a) - hipoteza fenomenologiczna tlumaczy zaleznosci pomiedzy wielkosciami oraz

nie tlumaczy przyczyn;

·teorie modelowe (np. teoria minimow lokalnych Masona i Matthiasa);

·teoria dynamiczna (podstawy tej teorii dal Cochran).

Teorie te po niektorych wypadkach wykazuja ogromna zgodnosc sposrod danymi eksperymentalnymi.

Charakterystyczna wlasnoscia ferroelektrykow to, ze posiadaja trwale dipole elektryczne, ktore sa spontanicznie (bez udzialu zewnetrznego pola

elektrycznego) uporzadkowane w zasiegach makroskopowych, nazywanych domenami elektrycznymi. W takich materialach polaryzacja P nie jest liniowa

funkcja natezenia pola elektrycznego E (tak tak jak ma obszar w przypadku dielektrykow niepolarnych jak i rowniez paraelektrykow), ale ma uklad petli

histerezy.

Metody analizowania ferroelektrykow

Strategie badania przebiegow przepolaryzowania ferroelektrykow mozna rozlozyc na:

1. Metody, gdzie pole przepolaryzowujace ma uklad sinusoidy:

·calkujacy uklad Sawyera-Towera;

·rozniczkujacy ksztalt Diamanta.

dwie. Metody, gdzie pole przeplaryzowujace ma uklad impulsu prostokatnego:

·metoda Krumina - ksztalt calkujacy;

·metoda Merza a mianowicie uklad rozniczkujacy.

3. Strategie badan wolnozmiennych, w ktorych zakres przepolaryzowujace dysponuje ksztalt impulsow trojkatnych.

Uklad Sawyera-Towera

Nasz klasyczny, opracowany w roku kalendarzowego 1930, ksztalt pomiarowy za posrednictwem swej prostocie i porzadnej dokladnosci okazuje sie byc

stosowany do dzis zdecydowanie podstawowy ksztalt do pomiarow polaryzacji spontanicznej PS (lub PR) jak rowniez EC sposrod obserwowanej na

ekranie oscyloskopu petli histerezy ferroelektryka.

Uklad Sawyera-Towera.

Uklad Sawyera-Towera tworzy sie sposrod dwu dzielnikow napiec: oporowego (R), sposrod ktorego podajemy sinusoidalnie chwiejne napiecie na poziom

plytki odchylenia oscyloskopu, i pojemnosciowego (Co, Cx), w ktorym miesci sie badana wzor ferroelektryczna. Rozdzielacz pojemnosciowy wlacza

ponadto bezstratny kondensator Jak, z ktorego zbieramy naprezenie (Uy) na plytki Y oscyloskopu. Albowiem Co jak i rowniez Cx konstytuuja uklad

szeregowy, to bagaz zgromadzony na kondensatorze Jak jest rowny ladunkowi na Cx. Natomiast, kiedy Co > > Cx, wtedy praktycznie calkowite napiecie

podawane na wspolczynnik odlozy sie na probce (CX). Naprezenie z C0 jest proporcjonalne do zgromadzonego na przedtem (i na Cx) ladunku, a

dlatego;

Napiecie sposrod dzielnika oporowego jest z kolei proporcjonalne do napiecia przylozonego na probke:

Ostatecznie na ekranie oscyloskopu ukazujemy obraz krzywej P(E), ktora po praktyce okazuje sie byc petla histerezy ferroelektryka. Opor regulowany Rc

(o zalety kilku megaomow), wlaczony w tym samym czasie do Jak, sluzy do skompensowania przesuniec fazowych pomiedzy pradem oraz napieciem,

sprowadzonych stratami sztuki ferroelektrycznej. Pelna kompensate utrat zapewnia wymog CxRx = CoRo. Portret petli histerezy ceramiki

ferroelektrycznej otrzymanej przy uzyciu ukladu Sawyera-Towera przedstawia ponizszy rysunek.

Petla histerezy ceramiki ferroelektrycznej.

Azeby otrzymac obraz takiej petli na ekranie oscyloskopu, powiekszamy stopniowo naprezenie przykladane do ukladu autotransformatora, kompensujac

rownoczesnie straty sztuki opornikiem Ro. Przy ktoryms napieciu petla powinna byc \"nasycona\", tzn. iz jej konce oznaczone na rysunku przez FG

musza liniami prostymi. Odcinek OB na tym rysunku jest regularny do amplitudy przylozonego stresu sinusoidalnego, oraz odcinek OD CZASU (lub OC) -

miara napiecia koercji (Uc), czyli wielkosci zlaczonej z polem koercji zaleznoscia:

Na osi P odcinek OL okazuje sie byc miara zalety polaryzacji maksymalnej (Pm), nawet sumie polaryzacji spontanicznej jak i rowniez indukowanej (Ps +

Pi). Dla ceramik wartosc Ps wyznaczona po polu na temat skonczonym natezeniu bedziemy okreslac polaryzacja orientacyjna (PR). Jej miara okazuje sie

byc odcinek OK. Z kolei odcinek OH ustala miare polaryzacji szczatkowej (Pn), zwanej takze pozostala albo remanencja.

W celu wyznaczenia zalety Pr ceramiki ferroelektrycznej sposrod nasyconej petli histerezy sposrod zaleznosci:

Jak jest znana pojemnoscia kondensatora wzorcowego, jakkolwiek wielkosc Uy mozemy wyznaczyc, mierzac odcinek OK na petli. Do tego wzmacniacz

osi Y oscyloskopu musi istniec wykalibrowany, czyli musimy znac dokladnie cena napiecia nieodzowna do odchylenia strumienia elektronow w pionie (np.

na temat 1 cm). W tworczosci okreslenie lokalizacji miasta punktu K wprost na ekranie oscyloskopu jest bardzo trudne, dlatego obraz petli na ekranie

fotografujemy wspolnie ze skala oscyloskopu jak i rowniez po wywolaniu blony wyswietlamy obraz petli (negatyw) na ekranie po duzym powiekszeniu.

Pozwala to latwo wyznaczyc polozenie punktu K, oraz tym samym jak i rowniez odcinka OK. Dlugosc przekroju OK przeliczamy na naprezenie (Uy),

znajac kalibracje wzmacniacza osi Y.

Opisywana strategia jest dlatego czasochlonna jak i rowniez dlatego coraz to czesciej zastepuje sie ja metoda Diamanta, ktora zapewnia natychmiastowy

mierzenie odpowiednich odcinkow na petli wprost na ekranie oscyloskopu. Aby sposrod petli histerezy wyznaczyc zakres koercji (Ec), korzystamy z faktu,

ze odcinek OB okazuje sie byc proporcjonalny do amplitudy przylozonego napiecia sinusoidalnego (a dlatego odcinek AB do stresu miedzyszczytowego

Upp) Miernik stresu podawanego na dzielnik pojemnosciowy i rownego w przyblizeniu napieciu na probce okazuje sie byc zazwyczaj typowym

woltomierzem stresu skutecznego. Znawszy jego wskazania (Usk), cena napiecia miedzyszczytowego (Upp) obliczamy z zaleznosci:

Z kolei odcinek CD [mm] jest regularny do podwojnego napiecia koercji (2Uc). Odcinki AB jak i rowniez CD mozna zmierzyc sposrod duza precyzja na

obrazie wyswietlanym przez rzutnik jak i rowniez ulozyc proporcje:

Zastepujac po ukladzie Sawyera-Topwera bezstratny kondensator Co sporym oporem, uzyskamy petle pradowe badanej sztuki I(E), ktore opisuja wzor

pradu przeplywajacego prze probke od nasilenia pola elektrycznego. W przypadku regulacyjnej petli histerezy petla pradowa ma dwie symetryczne

maksima. Wszelkim nieregularnosciom petli histerezy odpowiadaja reprezentatywne rozszczepienia na petlach pradowych. Rozszczepienia takie moga

byc produktem zamocowania konstrukcje domenowej, spowodowanego np. procesami starzenia, napromieniowaniem itp. Testowania petli pradowych

umozliwiaja wykrycie nieregularnosci powodu przepolaryzowania ferroelekrtyka. Ma to zasadnicze znaczenie w badaniach wolnozmiennych. W wypadku

odmlodzonej sztuki odleglosc pomiedzy dwoma \"pikami\" petli pradowej, mierzona blisko osi X, jest proporcjonalna do podwojnego napiecia koercji

probki (2Uc).

Przemiany fazowe

Prawo Curie-Weissa

Podstawowymi wielkosciami charakteryzujacymi ferroelektryk sa polaryzacja spontaniczna Ps oraz przenikalnosc dielektryczna e. Polaryzacja

spontaniczna wystepuje po ferroelektrykach jedynie w nazwanym przedziale temperatur. Powyzej jakiejs temperatury wykonczenie momentow

dipolowych dalekiego zasiegu zostaje stare przez ruchy cieplne. Temperature te nazywamy ferroelektryczna temperatura Curie. Krzywa zaleznosci

przenikalnosci dielektrycznej ferroelektryka od temperatury E=f(T) wykazuje charakterystyczne przenikliwe maksimum. To maksimum obserwuje sie po

temperaturze Curie, w ktorej znikaja polaryzacja spontaniczna oraz konstrukcja domenowa, oraz krysztal przechodzi z fazy ferroelektrycznej do fazy

paraelektrycznej

W fazie paraelektrycznej, tj. powyzej temperatury Curie, temperaturowa zaleznosc przenikalnosci dielektrycznej charakteryzuje prawo Curie-Weissa:

Przejscie fazowe ferroelektrykow lecz rowniez charakteryzuje sie ostrym maksimum przenikalnosci dielektrycznej, ale wplywa takze na przebieg

piezoelektrycznych, elastycznych, optycznych jak i rowniez cieplnych wlasciwosci krysztalu. Przejsciu ferroelektryka przez punkt Curie towarzyszy zmiana

symetrii krysztalu. W czasie modyfikacje z fazy paraelektrycznej po faze ferroelektryczna struktura krysztalu ulega deformacji i przechodzi do mniejszej

symetrii. Wykrzywienie ta okazuje sie byc proporcjonalna do polaryzacji wtedy, gdy krysztal w fazie paraelektrycznej okazuje sie byc piezoelektrykiem,

albo do kwadrata polaryzacji po pozostalych wypadkach. Przejscia fazowe w ferroelektrykach moga byc pierwszego lub kluczowego rodzaju.

Modyfikacje fazowe I rodzaju

Przejsciem fazowym pierwszego rodzaju nazywamy taki wariant przejscia, w czasie ktorego inwencja wewnetrzna Obok, objetosc sztuki V, polaryzacja

spontaniczna Ps i entropia S modernizuja sie w rodzaj skokowy. Wystepuje przy tym wydzielenie lub pochloniecie utajonego goraca przemiany. Pogodnie

wlasciwe cp w zaleznosci od temperatury T wykazuje nieciaglosc po punkcie Curie i zdobywa w fazie paraelektrycznej cena nieskonczenie wspaniala. W

przypadku przejscia pierwszego wariantu temperatura Curie-Weissa nie pokrywa sie sposrod punktem Curie. Mozna to zauwazyc na wykresie zaleznosci

odwrotnosci przenikalnosci dielektrycznej od czasu temperatury.

Modyfikacje fazowe II rodzaju

Przejsciem fazowym kluczowego rodzaju nazywamy takie przejscie, w ktorym inwencja wewnetrzna Obok, objetosc sztuki V, polaryzacja spontaniczna

Ps oraz entropia S ulegaja ciaglym przeksztalceniom w obszarze przejscia fazowego, oraz skokowo modernizuja sie pochodne takich wielkosci

wzgledem temperatury (np. cieplo wlasciwe, wspolczynnik rozszerzalnosci). W rodzaj skokowy pojawiaja sie rowniez swieze elementy symetrii.

Wiekszosc krysztalow ferroelektrycznych wykazuje w punkcie Curie przejscie fazowe kluczowego rodzaju (sol Seignette\'a, krysztaly KDP, TGS i in. ).

Przy tytanianie baru oraz izomorficznych krysztalach tej grupy ferroelektrykow przejscie fazowe jest pierwszego rodzaju. Miejsce Curie okazuje sie byc

szczegolnym przypadkowo przejscia fazowego np. tytanian baru dysponuje trzy przejscia fazowe, oraz tylko konkretne jest punktem Curie (Tc = 1200).

Rozmyte modyfikacje fazowe

Jak na przyklad juz nadmieniono, oprocz ferroelektrykow wykazujacych przejscie fazowe pierwszego lub kluczowego rodzaju sa ferroelektryki sposrod

rozmyta przemiana fazowa. Przy ferroelektrykach przez rozmyte przejscie fazowe, ogolnie rozumie sie przejscia paraelektryczno-ferroelektryczne

chodzace sukcesywnie w obszernym przedziale temperatur. Rozmycie takie ujawnia sie w charakterze przenikalnosci dialektycznej jak i rowniez

polaryzacji spontanicznej.

Struktura domenowa oraz procedura przepolaryzowania ferroelektrykow

L. Landau wyjasnil bycie domen na bazie rozwazan energetycznych. Jezeli krysztal sklada sie tylko sposrod jednej domeny, to wedlug jego zewnetrznej

stronie wynika depolaryzujace zakres elektryczne. Taki stan spolaryzowania krysztalu nie jest stabilny. Rozbior krysztalu na domeny okazuje sie wygodny

wraz ze wzgledow energetycznych. Wypadkowy chwile elektryczny krysztalu jest wtedy rowny zeru, a zakres depolaryzujace praktycznie zanika. Koloryt

rozbicia krysztalu na domeny ferroelektryczne pozostaje w zaleznosci od wystepowania w nim defektow strukturalnych, deformacji, od przewodnictwa

elektrycznego jak i rowniez warunkow, gdzie nastepuje przejscie do fazy ferroelektrycznej, czyli od szybkosci chlodzenia jak i rowniez jednorodnosci

temperatury w objetosci krysztalu. Rozbior krysztalu ferroelektrycznego na domeny prowadzi lecz rowniez do zredukowania energii pola depolaryzacji,

ale takze do powstania tak zwanym. energii powierzchniowej warstw granicznych. Mowiac powszechnie, granice pomiedzy domenami sa zobligowane

byc pewnymi obszarami przejsciowymi o skonczonej grubosci. Wraz z warstwa graniczna (tzw. sciana domenowa) okazuje sie byc zwiazana

autorytatywna energia, poniewaz po przeciwnych stronach warstwy polaryzacja spontaniczna ma wyzwania antyrownolegle, lub wektory polaryzacji

tworza pewny kat. Wraz z przytoczonego przeliczania wynika, iz podzial krysztalu na domeny prowadzi sposrod jednej strony do zredukowania energii

pola depolaryzacji, oraz z drugiej strony do zwiekszenia preznosci powierzchniowej warstw granicznych. Ukonczy sie on, gdy przyrosty tych skali sa

porownywalne. Charakter konstrukcje domenowej znacznie zalezy od czasu liczby ewentualnych kierunkow preferencji seksualnej wektora polaryzacji

spontanicznej po danej organizacji krystalicznej. Przy ferroelektrykach jednoosiowych kierunek polaryzacji spontanicznej po sasiednich domenach moze

zmieniac sie o 1800 i maja mozliwosc w nich wystepowac domeny antyrownolegle, tak zwanym. domeny 1800. W przypadku ferroelektrykow

wieloosiowych wykonalna jest ogromniejsza liczba typow domen, np.: domeny 85 czy 1800, czyli takie, w ktorych wektory polaryzacji po sasiednich

domenach tworza ze soba katy 900 i odmienne.

Struktura domenowa w warstwie BaTiO3: a)rzut poziomy,

b)rzut pionowy (znaki + jak i rowniez - jak rowniez strzalki oznaczaja kierunek preferencji seksualnej dipoli po domenach).

Przy opisie konstrukcje domenowej monokrysztalow stosuje sie pojecia c-domen i a-domen. Jezeli wektor polaryzacji domeny jest skierowany

prostopadle do powierzchni krysztalu, to obserwujemy c-domeny, jakkolwiek, jezeli Ps jest rownolegla do powierzchni krysztalu, to widoczne istnieja

a-domeny. Szyk domenowa mozliwych krysztalow rodzaju perowskitu okazuje sie byc bardzo skomplikowana. W polikrysztalach sytuacja okazuje sie byc

jeszcze bardziej zlozona, gdyz indywidualne krystality majace okreslona kondycje domenowa, wynikajaca z symetrii danej fazy, sa rozmaicie

zorientowane wzgledem powierzchni sztuki. Charakteryzujac stan ferroelektryczny, fenomenalna uwage nalezy zwrocic na fakt, ze kierunek polaryzacji

spontanicznej mozna zmienic przy uzyciu zewnetrznego pola elektrycznego. Odwracalnosc polaryzacji spontanicznej nie ustala wprawdzie kluczowego

kryterium ferroelektrycznosci, ale fenomen to wyodrebnia jednoznacznie ferroelektryki z grupy piroelektrykow. Swietne sa jednak ferroelektryki, gdzie Ps

nie powinna byc przeorientowana w zewnetrzny polu elektrycznym. Badanie przebiegow przepolaryzowania dopuszcza bezposrednio na blizsze

poznanie dynamiki domen ferroelektrycznych, tak zwanym. procesu powstania zarodzi oryginalnych domen (nukleacja domen), jak rowniez ruchu scian

domenowych po zewnetrznym polu elektrycznym. Skomplikowany proces przepolaryzowania jest podporzadkowany zarowno od czasu natezenia

powierzchownego pola elektrycznego, jak i ksztaltu oraz wysilku trwania impulsu elektrycznego. Razem ze rozwojem czestotliwosci pola zwieksza sie

zakres koercji, albowiem odwrocenie polaryzacji w krotszym czasie domaga sie pola na temat wiekszym natezeniu. Przy czestotliwosci ok. 104 Hz zanika

proces przeorientowania domen.

Przepolaryzowanie ferroelektrykow

Przemiana zwrotu polaryzacji spontanicznej po zewnetrznym polu elektrycznym ustala podstawowa wlasciwosc wiekszosci swietnych ferroelektrykow.

Procedura ten nazywamy przepolaryzowaniem. Testowania procesow przepolaryzowania wykonuje sie w intensywnych polach elektrycznych. Pod

pojeciem silnego pola rozumiemy takie pole bateriowe, w ktorym badany ferroelektryk konczy zachowywac sie jak liniowy dielektryk. Przy praktyce maja

to byc pola wyzsze od pola koercji surowca. Podczas analizowania ceramik ferroelektrycznych pewne skali, zdefiniowane po literaturze rzetelnej dla

monokrysztalow traca swa jednoznacznosc. Tyczy sie to szczegolnie pojecia polaryzacji spontanicznej Ps. Jezeli do monokrysztalu przylozymy silne

zakres elektryczne wedlug wyroznionym kierunkiem krystalograficznym, to wszystkie wektory polaryzacji spontanicznej w domenach ustawia sie w

kierunku pola. Otrzymamy krysztal monodomenowy. O ile dla takiego rodzaju krysztalu Ps wyznaczamy sposrod petli histerezy, to ponizej pewnej zalety

przylozonego pola elektrycznego wymierzana wartosc Ps przestaje zwiekszac sie. Mowimy wtedy o nasyconej petli histerezy., w ktorej galezie nasycenia

wydluzaja sie wspolnie ze rozwojem natezenia pola tylko z przyczyny wzrostu polaryzacji indukowanej. W celu takich monokrysztalow latwo wyznaczyc

dokladna cena polaryzacji spontanicznej. Polaryzacja spontaniczna wyznaczana sposrod petli histerezy dla ceramik ferroelektrycznych (np. PZT) za

kazdym razem rosnie wraz ze wzrostem nasilenia pola przepolaryzowujacego, az do momentu przebicia sztuki. Wynika to z niebywale skomplikowanej

struktury ceramik, gdzie wskutek dzialalnosci wielu faktorow nie mozna odwrocic wektorow polaryzacji spontanicznej wszystkich krystalitow wedlug

kierunkiem pola zewnetrznego. Mowimy, ze nie wszystkie obroty domen istnieja dozwolone. Klopot ten teoretycznie rozpatruje Fesenko [6] gwoli

tytanianu baru w polach o nieskonczenie wielkim natezeniu. Okazuje sie, iz miedzy polaryzacja spontaniczna ceramiki BaTiO3 (Ps) o polaryzacja

monodomenowego monokrysztalu (Ps\') istnieje nastepujacy stosunek:

·w fazie tetragonalnej Ps = 0, 831 Ps\';

·w fazie romboedrycznej Ps = 0, 866 Ps\'.

W tworczosci oznacza to, iz w polach przepolaryzowujacych na temat nieskonczenie wspanialych natezeniach mozemy zmierzyc jedynie 83, 1 % albo 86,

szesc % polaryzacji spontanicznej BaTiO3. Przy wyznaczeniu Ps po polach na temat skonczonym natezeniu mozemy dlatego jedynie dazyc do

osiagniecia 83, 1 procent lub 86, 6 procent Ps\'.

Polprzewodniki

Budowa atomu krzemu

W internecie krystalicznej krzemu wystepuje wiazanie atomowe (kowalencyjne). Atomy on-line krystalicznej istnieja rozmieszczone po takich

odleglosciach, ze ich powloki walencyjne zachodza miedzy soba na zony. Para elektronow walencyjnych sasiadujacych ze soba dwu atomow jest

wspolna gwoli obu takich atomow, atom wewnetrzny zdobywa trawala w najwiekszym stopniu korzystna energetycznie strukture osmioelektronowa. Do

wyrwania elektronu walencyjnego z takiego rodzaju rownania nieodzowne jest dostarczenie odpowiedniej liczbie energii. W celu krzemu jest ona rowna 1.

1 eV.

Budowa atomu krzemu.

Elektron wyrwany sposrod wiazania kowalencyjnego staje sie nosnikiem swobodnym ladunku. Moze sie on ruszac w calkowita objetosc krysztalu, pod

wplywem zewnetrznego pola elektrycznego, oderwanie elektronu sposrod wiazania wywoluje powstanie luki, czyli czesciowa jonizacje dwu atomow, taka

dodatnio naladowana luke po wiazaniu oznacza sie dziura.

Model pasmowy atomu

Przy odosobnionym atomie elektrony maja mozliwosc znajdowac sie po scisle konkretnych stanach energetycznych. Sa to:

1. Pasmo fundamentalne jest to pasmo w ktorym elektrony znajdujace sie na orbicie maja mozliwosc przyjmowac wszelka wartosc preznosci mieszczacej

sie wewnatrz pasma.

2. Pasmo zabronione a mianowicie jest to pasmo lezace pomiedzy pasmami dozwolonymi. W tym pasmie istnieja takie wartosci preznosci, ktorych nie

powinna przyjmowac zaden elektron.

kilku. Pasmo przewodnictwa - znajduja sie w nim elektrony wyrwane sposrod sieci krystalicznej.

Model energetyczny, pasmowy.

Polprzewodniki samoistne

Polprzewodniki to cialka stale, ktorych opor elektryczny wlasciwy (rezystywnosc elektryczna) okazuje sie byc zawarty po przedziale 10-4-108ohm*m, a

wiec okazuje sie byc wiekszy anizeli metali, oraz mniejszy anizeli dielektrykow. Cecha charakterystyczna polprzewodnikow jest intensywna zaleznosc

przewodnictwa elektrycznego od czasu warunkow zewn. (temperatury, napromieniowania, pol elektr. itd), natomiast (odwrotnie anizeli w przypadku

metali) przewodnictwo polprzewodnikow rosnie wraz ze wzrostem temperatury. Wedlug pasmowej teorii cialka stalego po temperaturze 0 K pasmo

walencyjne polprzewodnikow jest calkowicie wypelnione elektronami i zakres elektryczne nie powinna zmienic ani polozenia, ani pedu konkretnych

elektronow, czyli wywolac obiegu pradu elektrycznego. Dlatego tez, by elektron posiadal mozliwosc uczestniczyc po przeplywie pradu, musi pozostac

przeniesiony do pasma przewodnictwa (nastepnego pasma pustego albo niecalkowicie zapelnionego), oddzielonego od czasu pasma walencyjnego tzw.

pasmem wzbronionym (przerwa energetyczna). Suma energii nieodzowna do przekazania elektronu po polprzewodniku sposrod pasma walencyjnego do

pasma przewodnictwa wynosi od 2*10-3 do kilku eV (szerokosc przerwy energetycznej). Zatem juz w temperaturze pokojowej pewna numer elektronow

pozostaje przeniesiona do pasma przewodnictwa. Liczba ta rosnie wraz ze wzrostem temperatury. W temperaturze zera bezwzglednego polprzewodniki

samoistne nie przewodza elektronow. Wielkosc pasma zabronionego w temperaturze pokojowej wynosi gwoli:

·diamentu szesc. 0 eV

·germanu 0. 68-0. 72 eV

·krzemu 1. 1 eV

Przy przewodnictwie polprzewodnika samoistnego uczestnicza swobodne elektrony oraz identyczna ilosc dziur (powstajacych po pasmie walencyjnym w

wyniku przejscia elektronow sposrod tego pasma do pasma przewodnictwa). Dziury zachowuja sie jak czasteczki o elementarnym ladunku dodatnim. O

zalety przewodnictwa prawidlowego decyduje rowniez koncentracja, oraz ruchliwosc dyskow ladunku. Elektrony poruszaja sie ruchem swobodnym

przemieszczajac bez przeszkod dlugie mily swobodnie on-line krystalicznej. Przy przewodnictwie dziurowym udzial zabieraja elektrony sposrod

sasiedniego wiazania wypelniajac dziure. Ruch dziur odbywa sie ku przeciwnym do ruchu elektronow.

Usytuowanie pasm energetycznych po polprzewodniku.

Polozenie pasm energetycznych w izolatorze.

Usytuowanie pasm energetycznych po przewodniku.

Rozroznia sie polprzewodniki samoistne, nie zawierajace domieszek i polprzewodniki domieszkowe. Przy polprzewodnikach samoistnych przewodnictwo

pozostaje w zaleznosci tylko od wielkosci elektronow przeniesionych z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa (i dziur pozostawionych przez nie

po pasmie walencyjnym). W polprzewodnikach domieszkowych pozostaje w zaleznosci ono zwlaszcza od liczbie i wariantu domieszek, tj. obcych atomow

(lub defektow sieci), ktore albo zapewniaja elektronow do pasma przewodnictwa (donory), badz wychwytuja elektrony z pasma walencyjnego

pozostawiajac tam dziury (akceptory).

Polprzewodniki niesamoistne

Przy polprzewodniku rodzaju n domieszka sa atomy pieciowartosciowe. 4 elektrony walencyjne atomu dodatku tworza wiazanie kowalencyjne sposrod

sasiednimi atomami w sieci. Piaty elektron okazuje sie byc slabo zlaczony z jadrem swego atomu i moze byc latwo oderwany dzieki drganiom termicznym

internecie. Zachowuje sie tak jak elektron swobodny. Dodatku, ktore zapewniaja dodatkowych elektronow przewodnictwa to domieszki donorowe. Atomy

dodatku to donory.

Model internecie krystalicznej krzemu z domieszka atomow np. fosforu.

Animacja prezentujaca przewodnictwo typu n.

Poziom donorowy wystepuje po pasmie zabronionym o wielkosci Wg. To poziom dyskretny (nie pasmo). Dla elektronow domieszki inwencja jonizacji

okazuje sie byc znacznie mniejsza niz inwencja jonizacji gwoli atomow internecie krystalicznej. W stosunku do malej odstepie w skali energii pulapu

donorowego od czasu dolnej granicy pasma przewodnictwa wystarczy drobna porcja preznosci aby przeniesc elektron dodatku do pasma przewodnictwa.

Poprzez przylozeniu powierzchownego pola elektrycznego elektrony uczestnicza w przewodnictwie elektronowym polprzewodnika.

Polprzewodnik rodzaju p. Niedostatek jednego elektronu walencyjnego to dziura. Elektrony z sasiednich wiazan wykazuja tendencje do zapelniania luki.

Atom dodatku, ktory zatrudnia elektron to akceptor.

Projekt sieci krystalicznej krzemu sposrod domieszka atomow np. indu.

Model pasmowy polprzewodnika krzemowego z domieszkami akceptorowymi.

Animacja prezentujaca przewodnictwo typu p.

W temperaturze zera bezwzglednego poziom ow jest calkowicie pusty. Niewielka porcja preznosci powoduje, iz elektron internecie krystalicznej sposrod

pasma walencyjnego polprzewodnika przechodzi na zgodny z prawem, dyskretny akceptorowy poziom atomu domieszki. Przy temperaturze pokojowej,

kazdy z atomow dodatku akceptorowej dolacza jeden elektron z pasma walencyjnego. Przy pasmie walencyjnym powstaje nalezyta liczba dziur.

Wlasciwosci polprzewodnika domieszkowego zaleza od wariantu i wielkosci atomow domieszek wprowadzonego do krysztalu polprzewodnika np.

zapoczatkowanie jednego atomu boru na 105 atomow krzemu wywoluje 1000 krotny wzrost przewodnosci krzemu.

Aplikujac celowe jak i rowniez kontrolowane wprowadzanie domieszek do polprzewodnikow (domieszkowanie) mozna oddzialywac zarowno na wartosc,

oraz na typ przewodnictwa. Typowymi polprzewodnikami istnieja substancje na temat wiazaniach kowalencyjnych, zarowno pierwiastki (np. krzem,

german, selen), jak relacje chemiczne (np. arsenek galu, antymonek galu, weglik krzemu).

Zlacze p-n

Zlacze p-n otrzymuje sie obecnie przewaznie stosujac mechanike planarna, natomiast domieszkowanie przeprowadza sie procedurami dyfuzji, epitaksji

lub implantacji jonow. Wraz z tego wyplywa podzial zlacz p-n na: dyfuzyjne, epitaksjalne i implantowane. Dawniej ogromna role odgrywaly dwie odmienne

metody domieszkowania, tj. domieszkowanie podczas wyciagania monokrysztalow (zlacze wyciagane) jak i rowniez metoda stopowa (zlacze stopowe).

Na styku warstw p i n, wskutek ogromnej roznicy koncentracji nosnikow ladunku, nastepuje dyfuzja nosnikow wiekszosciowych: dziur sposrod obszaru p

do obrebu n jak i rowniez elektronow sposrod obszaru n do obrebu p (nosniki te wedlug przejsciu do obszarow na temat przeciwnym typie przewodnictwa

ulegaja rekombinacji). W nastepstwie dyfuzyjnego obiegu elektronow jak i rowniez dziur w obszarze graniczym warstw p jak i rowniez n pozostaja

nieskompensowane ladunki jonow domieszek, tworzace powloke dipolowa ladunku przestrzennego, zwana tez warstwa zaporowa (lub warstwa

zubozona, ze wzgledu na brak w pani a nosnikow ladunku elektronow jak i rowniez dziur). Zaistniala warstwa dipolowa wytwarza zakres elektryczne, oraz

z istnieniem tego pola wiaze sie powstanie bariery potencjalu. Nosniki mniejszosciowe (elektrony w obszarze p jak i rowniez dziury w obszarze n), ktore

znalazly sie przypadkowo w obszarze warstwy zaporowej (np. z racji chaotycznego lotu cieplnego), istnieja unoszone do obszaru przeciwnego typu,

wedlug kierunkiem dzialajacego pola elektrycznego. W stanie rownowagi termodynamicznej (zlacze niespolaryzowane napieciem zewn. ) prady

unoszenia nosnikow mniejszosciowych sa sobie rowne jak i rowniez przeciwnie nakierowane, a dlatego prad wypadkowy plynacy przez zlacze siega

zeru. Przylozenie do wiazadla napiecia powierzchownego o polaryzacji zgodnej sposrod kierunkiem stresu dyfuzyjnego (kierunek zaporowy) zwieksza

bariere potencjalu, utrudniajac przechodzenie nosnikow wiekszosciowych przez powloke graniczna wiazadla. Przez zlacze plynie wtedy niewielki napiecie

wsteczny, skomplikowany glownie sposrod nosnikow mniejszosciowych, zwany pradem nasycenia. Doprowadzenie do wiazadla napiecia na temat

polaryzacji odmiennej do nurcie napiecia dyfuzyjnego (kierunek przewodzenia) obniza jakkolwiek bariere potencjalu, ulatwiajac przechodzenie nosnikow

wiekszosciowych przez powloke graniczna wiazadla. Przy adekwatnie duzych wartosciach tego stresu przez zlacze plynie pokazny prad, zw. pradem

przewodzenia, zlozony zwlaszcza z dyskow wiekszosciowych. Taki sposob dzialalnosci zlacza p n znaczy rowniez, iz jego sprzeciw elektryczny po

jednym nurcie przylozenia stresu jest znacznie wiekszy (kierunek zaporowy) anizeli w kierunku przeciwnym (kierunek przewodzenia).

Charakterystyka pradowo-napieciowa diody polprzewodnikowej:

Upr a mianowicie potencjal przebicia zenerowskiego, Is - napiecie wsteczny.

Kazde zlacze p-n charakteryzuje pojemnosc, skladajaca sie z pojemnosci warstwy zaporowej Cj jak rowniez z pojemnosci dyfuzyjnej Kompakt.

Pojemnosc Cj jest ustalona przyrostem ladunku przestrzennego warstwy zaporowej, wywolanym zwiekszaniem sie napiecia powierzchownego.

Pojemnosc Kompakt wiaze sie sposrod procesem dyfuzji nosnikow mniejszosciowych, wstrzykiwanych do obszarow p i n zlacza w rezultacie przylozenia

stresu zewnetrznego. Wyraza ja seks przyrostu ladunku zwiazanego sposrod tymi nosnikami (gromadzacymi sie w obszarze p i n zlacza) do przyrostu

stresu zewnetrznego.

Tranzystor mocy wraz ze zdjeta wysoka czescia obudowy.

Termistory

Termistory - to elementy polprzewodnikowe, bezzlaczowe, ktorych rezystancja okazuje sie byc funkcja temperatury. Ze wzgledu na przebieg

charakterystyki rezystancyjno-temperaturowej R=f(T) termistory mozna rozlozyc na kilku grupy:

1. termistory NTC - Negativ Temperature Coefficent, ujemny wskaznik temperaturowy;

dwie. termistory PTC - Positiv Temperature Coefficent, dodatni wskaznik temperaturowy;

kilku. termistory CTR - Critical Temperature Resistor, rezystor na temat temperaturze krytycznej.

Charakterystyki R=f(T) dla roznych typow termistorow.

Termistory rodzaju PTC (ang. Positive Temperature Coefficient) okreslane sa takze pozystorami. W wypadku termistorow CTR (ang. Critical Temperature

Resistor) rezystancja przeksztalca sie skokowo (nawet na temat kilka rzedow wielkosci) po waskim przedziale temperatury.

Fragment polprzewodnikowy termistora wytwarza sie przez spiekanie okreslonych towarow z materialami wiazacymi, w przypadku NTC a mianowicie

tlenkow metali (manganu, niklu, zelaza, kobaltu, miedzi), PTC - tytanianu barowo-strontowego, CTR - tlenkow wanadu jak i rowniez tytanu.

Najwazniejszymi parametrami termistora sa: rezystancja w temperaturze 250C (R25), czulosc temperaturowa, maksymalana skala, zakres temperatury

pracy.

Wykorzystanie termistorow:

1. W metodzie pomiarowej:

·w termometrii zdecydowanie bardzo wrazliwe czujniki temperatury (metoda oporowa);

·przy pomiarze mocy w toku mikrofal;

·do okreslania cisnienia gazow;

·do okreslania pulapu cieczy.

dwie. W ukladach sygnalizacji, kontrolowania i stabilizacji temperatury np. w ukladach automatycznej kontrolowania.

3. Do stabilizacji napieciowej.

4. Do kompensacji temperaturowej ukladow elektronicznych.

5. Przy miernikach mocy pradu wielkiej czestotliwosci.

1 termistor skonstruowali w roku kalendarzowego 1946 Przy. H. Brattain i I. A. Becker (USA)

Ferromagnetyzm

Ferromagnetyzm to zespol wlasciwosci niektorych cial o organizacji krystalicznej albo amorficznej (ferromagnetyki), uwarunkowanych powstawaniem

samorzutnego uporzadkowania momentow magnetycznych atomow albo jonow tworzacych siec krysztalu w miniaturowych obszarach nazywanych

domenami (powoduje to spontaniczne namagnesowanie takich obszarow). Domeny sa ogolnie bezladnie zorientowane i w przypadku nieobecnosci

zewnetrznego pola magnetycznego ich wypadkowy moment magnetyczny moze byc zrownowazony zeru (cialo jako komplet nie wykazuje

namagnesowania). Wielkosc samorzutnego uporzadkowania, calkowity po temperaturze zera bezwzglednego, wraz ze wzrostem temperatury maleje do

punktu Curie, w ktorym ferromagnetyzm zanika. Ponizej punktu Curie ferromagnetyki sa na ogol paramagnetykami. Pod wplywem zewnetrznego pola

magnetycznego zachodzi uporzadkowanie ustawionych chaotycznie wzgledem siebie sekund magnetycznych konkretnych domen (a wiec kierunkow ich

namagnesowania spontanicznego) wynika wowczas namagnesowanie calego cialka, ktore po trosze utrzymuje sie po usunieciu pola powierzchownego

(histereza magnetyczna). Pole wewnatrz takiego cialka moze przekroczyc setki, co wiecej tysiace razy przylozone zakres zewnetrzne. Nazwa

ferromagnetyzmu niesie sie rowniez wlasciwy ferromagnetyzm, wystepujacy kiedy elementarne chwile magnetyczne po ciele istnieja jednakowe jak i

rowniez ustawione w tym samym czasie (zgodnie), a takze ferrimagnetyzm (antyferromagnetyzm nieskompensowany), wystepujacy gdy podstawowe

momenty magnetyczne sa przerozne i ustawione antyrownolegle. Takie ferromagnetyzm wykazuja polprzewodniki ferromagnetyczne. Istnieja po nich

takie stany uporzadkowania, w ktorych namagnesowanie spontanicznie zanika. Temperatury, gdzie to zachodzi, nazywaja sie magnetycznymi punktami

(temperaturami) kompensacji.

W ciagu minionych lat gwaltowny rozwoj fizyki ferroelektrycznej jak i rowniez ferromagnetykow dotyczyl poglebiania madrosci zarowno na temat ich

specyfikach, jak i metodach otrzymywania oryginalnych materialow. Doprowadzilo to do odkrycia mnostwo ferroelektrykow sposrod uporzadkowanymi

momentami magnetycznymi. Towary, w ktorych niezaleznie od polaryzacji spontanicznej istnieje takze spontaniczne namagnesowanie, nazwano

ferroelektromagnetykami. Po jednego razu pierwszy stosunek tego typu zdobyl G. Oraz. Smolenski, przeprowadzajac synteze ferroelektrykow o

organizacji perowskitu. Nastepnie odkryto dwie duze dzinki ferroelektrykow sposrod uporzadkowaniem magnetycznym: manganiny jak i rowniez boracyty.

Ferroelektomagnetyki sa materialami interesujacymi wraz ze wzgledow poznawczych i aplikacyjnych. Wykazuja one sporo wlasciwosci uwarunkowanych

wzajemnym oddzialywaniem elektrycznego i magnetycznego podsystemu. Moga w nich wystepowac przerozne rodzaje uporzadkowania magnetycznego

jak i rowniez elektrycznego:

·ferroelektryczne z ferromagnetycznym;

·ferroelektryczne sposrod ferrimagnetycznym;

·ferroelektryczne z antyferromagnatycznym;

·antyferroelektryczne sposrod ferromagnetycznym;

·antyferroelektryczne z ferrimagnetycznym;

·antyferroelektryczne sposrod antyferroelektrycznym.

Wykonalne uporzadkowania ukladow spinow elektronowych.

Dla roznych kombinacji uporzadkowania elektrycznego jak i rowniez magnetycznego Gram. A. Smolenski, A. J. Micek jak i rowniez G. Nadlin opracowali

teorie termodynamiczna. Zalozenie ta doswiadczalnie potwierdza moral o wzajemnym wplywie wlasciwosci dialektycznych jak i rowniez magnetycznych

po otoczeniu ferroelektrycznego i ferromagnetycznego punktu Curie. Stwierdzono rowniez, ze po ferroelektrykach ukazuje sie skutek

magnetoelektryczny. Poprzez przylozeniu pola elektrycznego zachodzi zmiana uporzadkowania magnetycznego, natomiast po przylozeniu pola

magnetycznego pojawia sie zmiana polaryzacji elektrycznej. Dziala, wiec sposobnosc sterowania ze wsparciem pola elektrycznego wlasciwosciami

magnetycznymi, zas przy uzyciu pola magnetycznego - wlasciwosciami elektrycznymi w niniejszym samym materiale. Zjawisko to ma obszerne

perspektywy realnego zastosowania.

Optoelektronika

Optoelektronika

Otoelektronika to wydzial elektroniki fascynujacy sie lacznym wykorzystaniem optycznego i elektronicznego sposobu robienia i przekazywania sygnalow.

Zasada optoelektroniki istnieja procesy robienia sygnalow elektr. na opt. (przejscie od czasu kanalu elektrycznego do optyczny) i przeciwnie, oraz

przebiegi wytwarzania, przesylania, przetwarzania jak i rowniez magazynowania wiadomosci niesionych przez swiatlo. Naslonecznienie, a wiec przewod

optyczny, zapewnia uzyskanie znacznie wiekszej pojemnosci informacyjnej jak rowniez odpornosci na zaklocenia zewnetrzne przy przesylaniu sygnalow.

Wykorzystanie w latach szescdziesiatych laserow jako zrodel swiatla logicznego oraz cienkich warstw sprowadzilo gwaltowny postep optoelektroniki.

Cienkie warstwy jak rowniez struktury wielowarstwowe polprzewodnikowe, dielektryczne lub magnetyczne moga konstytuowac osrodek optyczny

zarowno wytwarzajacy i rejestrujacy, jak przenoszacy i przetwarzajacy sygnal swietlny.

Do narzedzi przetwarzajacych sygnaly optyczne na elektroniczne zaliczane sa np. fotodiody (w ow fotoogniwa), fototranzystory, fotopowielacze, do

przyrzadow natomiast, ktore przetwarzaja sygnaly bateriowe na optyczne zalicza sie np. diody elektroluminescencyjne, lasery zlaczowe oraz rozmaitego

rodzaju wskazniki i wyswietlacze (displeje) alfa-numeryczne i graficzne, wlaczajac po to kineskopy telewizyjne jak i rowniez monitory telewizyjne.

Szczegolnie atrakcyjna grupa narzedzi optoelektronicznych istnieja obwody optyczne scalone (optyka zintegrowana), posiadajace postac plytki (o

rozmiarach rzedu 1 1 mm), na ktorej technika cienkich warstw sa naniesione rozne szczegoly optyczne (soczewki, siatki dyfrakcyjne, zrodla, detektory,

swiatlowody). Znajduja one zastosowanie w telekomunikacji optycznej (swiatlowodowej) i po informatyce optycznej (komputery optyczne). Inna znaczaca

dziedzina uzycia optoelektroniki okazuje sie byc przetwarzanie preznosci slonecznej na elektryczna po fotoogniwach instalowanych glownie na statkach

kosmicznych, a takze po urzadzeniach naziemnych.

Swiatlowody

Swiatlowod (falowod optyczny) jest kanalem do prowadzenia fali swietlnej. Swiatlowodami istnieja zazwyczaj wlokna szklane (niekiedy z tworzyw

sztucznych) skladajace sie z rdzenia i otaczajacego go plaszcza z surowca o wspolczynniku zalamania nizszym od wskaznika zalamania surowca

rdzenia. Oprocz swiatlowodow wloknistych stosuje sie takze swiatlowody plaskie jak i rowniez paskowe. Zasada dzialania swiatlowodow polega na

wielokrotnym zastosowaniu zjawiska zupelnego wewnetrznego odbicia (odbicie jak i rowniez zalamanie fal) wiazki swiatla podazajacej blisko

swiatlowodow. Material swiatlowodow moga miec srednice rdzenia rzedu 10-6, 10-4 metrow. Swiatlowody maja mozliwosc wystepowac pod postacia

pojedynczego wlokna, wiazki nici lub setek tysiecy zespawanych wlokien (plytki swiatlowodowe). Zaletami swiatowodow wloknistych sa male rozmiary

poprzeczne, maly ciezarek, dobra rozpietosc, bardzo male tlumienie swiatla, odpornosc na zmiany temperatury i zaklocenia zewnetrzne jak rowniez

mozliwosc przesylania nimi sygnalow w obszernym pasmie czestotliwosci. Swiatlowody wlokniste wykorzystuje sie w swiatlowodowej telekomunikacji

dalekozasiegowej, w sieciach polaczen rodzimych, w czujnikach (wielkosci maszynowych, elektrycznych, chemicznych itp. ). Ponadto uzywane sa wiazki

swiatlowodowe do przekazywania obrazow, np. nielatwo dostepnych czesci maszyn (fiberoskopy) lub czesci organizmu ludzkiego (endoskopy).

Swiatlowody paskowe moga miec zastosowanie po ukladach optoelektroniki scalonej: zrodlach swiatla, modulatorach i przelacznikach sygnalu

swietlnego, a takze zdecydowanie czujniki.

Struktura swiatlowodu jednomodowego.

Kable optyczne

Kable optyczne sa zbudowane z nici swiatlowodowych. Material swiatlowodowe moga miec mala srednice (zwykle w porzadku. 0, 1 mm) jak i rowniez

maly ciezarek, umozliwiaja jednoczesne przenoszenie mnostwo sygnalow sieciowych (do kilkunastu tysiecy, oraz wiazka nici kilkaset tysiecy i wiecej) na

obszerne odleglosci (zwykle do stu km wyjawszy wzmacniania sygnalu). Sa takze nieczule na zewnetrzne zaklocenia elektromagnetyczne jak i rowniez

same nie sa ich zrodlem. Przewody optyczne telekomunikacyjne moga byc calkowicie dielektryczne albo zawierac metalowy wzmaczaniacz struktury,

pancerz stalowy, tasme metaliczna jako oslone przeciwwilgociowa jak i rowniez inne.

Lasery

Laser (ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) to urzadzenie generujace lub wzmacniajace spojne promieniowanie

elektromagnetyczne w toku widmowym obecnym miedzy odlegla podczerwienia oraz nadfioletem. Zasada dzialania lasera jest podparta na wymuszonej

emisji promieniowania elektromagnetycznego zachodzacej w ukladach atomow, jonow lub czasteczek doprowadzonych przez tzw. pompowanie optyczne

(wzbudzanie) do postaci inwersji obsadzen odpowiednich szczytow energetycznych. stan inwersji to stan, gdzie na gornym poziomie przejscia

laserowego okazuje sie byc znacznie wiecej centrow energicznych niz na poziomie dolnym. Pomyslowosc ukladu pochodzi z preznosci pompujacej

ksztalt (promieniowanie wzbudzajace, energia wyladowania elektrycznego, inwencja elektronow wiazki wzbudzajacej, inwencja chemiczna). Glownymi

elementami lasera sa:

·osrodek czynny (osnowa z zawartymi w pani a atomami albo jonami laserujacymi);

·zrodlo pompujace oraz rezonator optyczny (w generatorze);

Eksperymentalny system LENS - topienie sproszkowanych metali

za pomoca lasera w celu wyprodukowania precyzyjnych elementow

(trudnych do wykonania procedurami tradycyjnymi).

Rezonator umozliwia wytworzenie promieniowania monochromatycznego w postaci wiazki o niewielkiej srednicy jak i rowniez rozbieznosci (od ok. 1 s do

kilkunastu minutek katowych). Promieniowanie to charakteryzuje sie spojnoscia przestrzenna i czasowa oraz sporym natezeniem. Rozciaglosc fali

promieniowania zalezy od czasu wlasciwosci rezonatora i osrodka czynnego. Sila promieniowania wynosi: przy generacji ciaglej od czasu kilku miliwatow

do setek kilowatow, oraz przy generacji impulsowej od czasu kilku watow do paru terawatow. Lasery klasyfikuje sie zwykle wg rodzajow osnowy. W

laserze na ciele stalym pod postacia krysztalu dielektrycznego lub szkla optycznego centrami czynnymi istnieja zwykle jony pierwiastkow sposrod grupy

lantanowcow lub zelazowcow. Osrodek aktywny ma uklad walca dlugosci od paru do kilkunastu cm jak i rowniez srednicy od czasu kilku do

kilkudziesieciu mm. Do przewaznie stosowanych zaliczane sa: laser rubinowy i neodymowy, tytanowy. Do laserow gazowych naleza metrow. in. laser

helowo-neonowy, laser argonowy, laser molekularny. Lasery cieczowe (w tym barwnikowe) pozwalaja na ciagla zmiane dlugosci fali w toku widzialnym,

po podczerwieni jak i rowniez nadfiolecie. Lasery polprzewodnikowe znamionuja sie niewielkimi rozmiarami jak i rowniez duza sprawnoscia. Lasery

odebraly zastosowanie po wielu sferach nauki jak i rowniez techniki:

1. w technik materialow (precyzyjne ciecie, zgrzewanie i wiercenie trudno topliwych materialow, dynamiczne wywazanie, zautomatyzowane ciecie

papieru, tkanin, tworzyw sztucznych itp. )

dwie. do precyzyjnych pomiarow dlugosci, odleglosci, pulapu chmur, kategorii zanieczyszczen atmosfery, szybkosci obiegu, predkosci lotu obrotowego (

giroskop optyczny) itp.

kilku. do sterowania praca maszyn roboczych, wytyczania torow wodnych w portach, chodnikow po kopalniach, do precyzyjnego szeregowania zlozonych

struktury

4. po medycynie jak i rowniez biologii (mikrochirurgiczne zabiegi okulistyczne, bezkrwawe kuracje chirurgiczne, czyszczenie zebow sposrod prochnicy,

eliminowanie naczyniakow, kuracje kosmetyczne)

5. do notowania i odtwarzania dzwiekow jak i rowniez obrazow ( gramofon cyfrowy, magnetowid)

szesc. w metodzie wojsk. (pomiar odleglosci, sterowanie bombami jak i rowniez pociskami, oswietlanie, specjalne strategie rozpoznania jak i rowniez

fotografowania

siedmiu. w holografii

8. po technologii chemicznej

9. po telekomunikacji optycznej (lacze laserowe, telekomunikacja swiatlowodowa).

Laser wycinajacy w stopu. Ruch jak i rowniez poloizenie promienii lasera

kontrolowane recznie albo za pomoca komputera.

Laserowe wycinanie uszkodzonej tkanki.

Naczynia krwionosne szybciej sie zasklepiaja, jakie mozliwosci zmniejsza krwawienie.

Pocisk naprowadzany promieniami lasera.

Uzycie laserow zrewolucjonizowalo spektroskopie atomowa jak i rowniez czasteczkowa jak i rowniez powiekszylo metrow. in. dokladnosc pomiarow

stabilnych atomowych, oraz przez to jak i rowniez uniwersalnych stabilnych fizycznych. Do badania ultraszybkich procesow jak i rowniez reakcji

chemicznych w ukladach molekularnych jak i rowniez w fizyce ciala stabilnego sluza impulsy swiatla na temat czasie trwania rzedu pikosekund,

otrzymywane po ukladach laserowych tzw. metoda synchronizacji modow. Impulsy takie po zogniskowaniu maja konsystencja mocy do 1016 W/cm2.

Trwaja rownolegle prace ponad impulsami jeszcze krotszymi femtosekundowymi (rzedu 10-15s), ktore dostaje sie przez skracanie impulsow

pikosekundowych. Lasery przyczynily sie do odkrycia i zbadania wielu zjawisk (m. in. bistabilnosci optycznej, wymuszonej przezroczystosci osrodka,

generacji harmonicznych swiatla, wymuszonego rozpraszania swiatla), jak i rowniez spowodowaly postep nowych domen nauki, chocby takich jak

elektronika kwantowa, optyka nieliniowa, holografia, optoelektronika i odmiennych.

Zastosowanie lasera w holografii.

Rozwoj techniki laserowej brnie m. in. w kierunku: osiagniecia wiekszych mocy i preznosci promieniowania, zwiekszenia sprawnosci jak i rowniez

niezawodnosci dzialalnosci, uzyskania promieniowania spojnego w toku rentgenowskim jak i rowniez zastosowania po trojwymiarowym filmie i telewizji

oraz do realizowania kontrolowanej syntezy termojadrowej. Duze nadzieje wiaze sie sposrod laserami elektronowymi, w ktorych spojne promieniowanie

na temat duzej mocy wysyla hamowana w polu magnetycznym wiazka elektronow przyspieszonych do szybkosci relatywistycznych (bliskich predkosci

swiatla). Skonstruowanie laseru poprzedzily analizowania emisji wymuszonej w zakresie mikrofalowym (maser). Zasada pracy lasera zostala

opracacowana w 1958 roku przez A. L. Schawlowa jak i rowniez Ch. H. Townesa, oraz pierwszy laser (rubinowy) pozostal zbudowany po roku 1960

przez T. H. Maimana.

Spis tresci:

Budowa atomu......................................................2

Wiazania atomowe.................................................. 6

Brylant i grafit..................................................... 10

Diamentopodobne.................................................. 15

Kwarc................................................................ 18

Pierowsikt........................................................... 20

Ferryty...............................................................21

Defekty strukturalne............................................... 25

Towary bezpostaciowe......................................... 31

Materialy quasikrystaliczne...................................... 34

Regula faz.......................................................... 38

Materialy wielofazowe........................................... 39

Towary ceramiczne.............................................42

Porcelana............................................................ 46

Towary budowlane.............................................49

Towary ogniotrwale............................................ piecdziesiat

Elektroceramika................................................... 53

Dielektryki ceramiczne..........................................54

Piezoelektryki..................................................... 55

Elementy teorii BCS.............................................58

Wyroby ceramiczne specjalna............................................... 63

Mikrostruktura ceramiki......................................... 64

Towary anizotropowe.......................................... 66

Kompozyty........................................................ 71

Dekohezja.........................................................76

Pomiary twardosci................................................ 79

Polaryzacja........................................................ 81

Dielektryki po polu elektrycznym..............................83

Ferroelektryki..................................................... 85

Przemiany fazowe................................................ 90

Szyk domenowa............................................. 92

Polprzewodniki................................................... 94

Ferromagnetyzm................................................101

Optoelektronika................................................. 102