screen on camera is black

( screen_on_camera_is_black.pdf )

http://www6.fileserv.wf/pob/screen_on_camera_is_black#

Podobne: screen test android apk, sen o chorych psach, screen test android app,

colin mcrae ios hack, serial number cs2 crack, arma 3 player id crack,

gta 3 hd cars pack, nowa era 5 latki, co to bajka i basn,

Faktory wplywajace w wlasciwosci towaru:

· sklad chemiczny

· struktura

· technologia produkowania

· postac powierzchni

Rozbior grup surowcow w danym sezonie historycznym

Material - trup stale na temat wlasciwosciach uzytkowych dla mezczyzny:

· przyrodnicze - wspolwystepuja w przyrodzie (przyrodzie) a, takze wymagaja zaledwie nadania ukladu (drzewo, skaly)

· inzynierskie - odrzucic wystepuja w przyrodzie jedynie trzeba je wytworzyc, ktore wymagaja zawily sposob kompleksowych procesow technologicznych

z wykorzystaniem surowcow naturalnych

Jakosci:

- zbior charakterystycznych wlasciwosci okreslajacy jego reakcje w bodzce estetyczne

· cielesne - oznaczaja zachowanie surowcow w polu oddzialywan czynnika fizycznego

(np. temperatura, obreb elektryczne czy magnetyczne)

- przewodnictwo cieplne

- przewodnosc elektryczna

- podatnosc magnetyczna

- wlasciwosci mechaniczne ( wytrzymalosc w zginanie, pekanie, itp. )

· chemiczne - oznaczaja zdolnosc badz jej niedobor do wchodzenia materialow w reakcje z otoczeniem (np. odpornosc korozyjna)

Struktura - zbior zwiazkow w zaleznosci, ktore stanowia wewnetrzna budowe surowcow skladajacych sie z funkcjonalnie zwiazanych nawzajem

elementow. Nadaje elementom charakter calosci a, takze przyporzadkowuje do niej wspolnym prawa z ktorych wynika iz wlasnosci towaru sa rozne niz

wlasnosci jego czesci skladowych, zas zmiany ich wlasnosci kieruja do zmiany wlasnosci towaru.

Materialy inzynierskie:

1. Kamienie

Stanowia obecnie najliczniejsza ekipe materialow konstrukcyjnych narzedziowych

Jakosci:

- dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne

- polysk

- plastycznosc

Rodzaje:

na temat czyste kamienie

- delikatne

* bez trudu topliwe - Li, Mg, Al, Ca, Na, K -> do 1000 ÌŠC

* trudno topliwe - Ti, Be -> ponizej 2000 ÌŠC

- uciazliwe

* bez trudu topliwe - Zn, Kompakt, Sn, Pb

* trudno topliwe - Fe, Ni, Co, Cu, Mn, Zr, V, Cr, Ag, Oj

* bardzo trudne - W, Mo, Ta, Nb

o mieszaniny

- zelaza

* trwale - zelazo + wegiel do dwoch, 11% (obrobione plastycznie a, takze cieplnie z innymi pierwiastkami)

* staliwa - nieobrobione ani plastycznie ani cieplnie

* zeliwa - zelazo + wegiel powyzej dwoch, 11% (obrobione plastycznie a, takze cieplnie z innymi pierwiastkami)

- metali niezelaznych (stopy aluminium, miedzi, niklu, tytanu)

2. Wyroby ceramiczne (Keramos grec. - tworzywo wypalany)

To nieorganiczne uklady metali z tlenem, azotem, weglem, borem i pozostalymi pierwiastkami. Wedlug zaformowaniu w temperaturze ok. 1400 ÌŠ

C.Budowa atomu

Elementarne czastki wybudowania atomu

Od chwili poczatku dwudziestego stulecia, sposrod informacji znajdujacych sie w pracach Ernesta Rutherforda, wiadomo, ze atomy beda zbudowane

sposrod jadra i krazacych naokolo niego elektronow. Jadro atomowe, ktorego promien jest rzedu ok. 10-14m, skupia po sobie nieomal cala mnostwo

atomu i jest obdarzone ladunkiem dodatnim. Promien atomu wynosi ok. 10-10m. Ujemnie naladowane czastki powloki atomowej kompensuje dodatni

ladunek jadra atomu. Fizycy wyrozniaja blisko 20 odrobin elementarnych wchodzacych w zestaw atomow, ktore spelniaja po nich bardzo odpowiedzialne

procedury. Aby po prosty srodek opisac konstrukcje atomu, nalezy poznac jakosci i funkcje protonow, neutronow i elektronow w atomie.

Protony i neutrony beda elementami skladowymi jadra. Suma 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 beda wokol jadra w powloce atomu. Protony maja ladunek dodatni, ale juz elektrony ladunek ujemny.

W obu przypadkach wynosi maz 1, 6*10-19C. Jest to tak zwanym. ladunek zasadniczy. Liczba elektronow w atomie jest prosta liczbie protonow, dlatego

jakikolwiek atom wydaje sie elektrycznie niewzruszony. Z kolei cyfra protonow przesadza o rodzaju pierwiastka (liczbie atomowej) oraz o liczbie

elektronow krazacych po zewnetrznych orbitach atomu. Pierwszym przyblizeniem budowy orbit jest projekt Bohra. Neutrony nie maja ladunku

elektrycznego, a wiele neutronu wydaje sie w przyblizeniu rowna masie protonu.

Atomy znanych do chwili obecnej pierwiastkow sposrod chemicznego miejsca widzenia stanowia podstawowe skladniki makroskopowe materii. Roznia

sie iloscia protonow po jadrze, a wiec takze ladunkiem jadra i liczba elektronow wokol jadra. Chemiczny koloryt pierwiastka nie zaakceptowac zmienia sie

ze wzgledu na rozna zawartosc neutronow w 2 roznych jadrach atomowych owego samego pierwiastka. Istnieja zatem atomy pierwiastka rozniace sie

masa, lecz nie rozniace sie ladunkiem elektrycznym. Tego typu atomy nazywamy izotopami.

Pierwiastki oznacza sie symbolami zlozonymi z jednej lub 2 liter cechujaca je lacinskiej nazwy. Czesto niedaleko symbolu pierwiastka z lewej strony, obok

dolu podaje sie liczbe protonow po jadrze, ale juz z lewej strony symbolu u gory - wzgledna mase atomowa rowna sumie protonow i neutronow. W tej

bazie bardzo bez trudu mozna zdefiniowac liczbe neutronow w jadrze atomu. Przykladem moze tu byc atom wodoru:

11H - wodor (H).

21H - deuter (D) mieszczacy 1 neutron.

31H - tryt (T) zawierajacy dwie neutrony.

Przy przyrodzie wydaje sie tylko 20 pierwiastkow, ktore nie maja naturalnych izotopow. Sa to popularne pierwiastki czyste. Naleza w celu nich metrow. in.

beryl, fluor, sod, glin, zloto. Pozostale powstaja jako mieszanka swoich izotopow w odmiennym udziale procentowym, np. izotopy litu. Wzgledna masa

atomowa pierwiastkow wydaje sie wiec srednia wartoscia mas atomowych pojedynczych izotopow wiadomego pierwiastka. W ten sposob wartosc ow nie

moze stanowic liczba calkowita. Energia wiazania czastek zasadniczych w jadrze oraz niedobor masy dodatkowo sa owego przyczyna.

Nieznajace litosci masy atomow roznych pierwiastkow sa bardzo male. Co niemiara atomu wodoru, najlzejszego z wszystkich pierwiastkow, wynosi ok. 1,

6*10-24g. Masa atomu sodu wydaje sie okolo 23 razy ogromniejsza, natomiast wiele atomu olowiu ok. 207 razy ogromniejsza. Jesli odniesc masy

pojedynczych atomow to otrzyma sie wzgledne wagi atomowe pojedynczych pierwiastkow.

Podstawowe zalozenia teorii Bohra

Niels Bohr wprowadzil dwa ulokowania sprzeczne sposrod klasyczna elektrodynamika:

1. Nadawanie kwantu promieniowania o energii hn wydaje sie mozliwa tylko w przypadku przeskoku elektronu sposrod orbity na temat wyzszej energii na

orbite o nizszej energii, ale juz nie jest nadawane promieniowanie podczas krazenia elektronu po orbicie stacjonarnej.

dwie. Elektrony sa w stanie w stanie stacjonarnym zajmowac tylko takie orbity, aby cechujaca je moment pedu byl calkowita wielokrotnoscia stalej 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, ze elektron krazacy po orbicie o promieniu r tworzy fale stojaca o dlugosci l, innymi slowy ze tylko takie orbity moga byc zajmowane przez

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

Podstawowym zastosowaniem i 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 wywnioskowac

analogiczny fason, a takze wzory na linie widmowe odmiennych serii. Nawet obecnie wykorzystywane oznaczenie linii widmowych charakterystycznego

promieniowania rentgenowskiego oparte pod modelu Bohra, zgodnie z jakim promieniowanie, ktore powstaje w rezultacie przeskoku elektronu z lepszych

orbit elektronowych na orbite pierwsza (n=1) nazywamy promieniowaniem serii K (literami K, L, M, N... oznaczono kolejne orbity). Podobnie przeskok

elektronow sposrod wyzszych orbit na orbite druga nazywamy promieniowaniem linii L i tak dalej. W ramach danej serii rozroznia sie w dalszym ciagu

linie natomiast, b, gram w zaleznosci od roznicy numerow orbit, miedzy jakimi nastapil przeskok. Niestety fiaskiem teorii Bohra byla niemoznosc

interpretacji pod jej bazie roznych subtelnych linii, , ktorzy wykazalo do niej niedoskonalosc. Linie te zdolaly zostac zinterpretowane na podstawie

mechaniki falowej, zgodnie z ktora jakosc energetyczny elektronu jest opisany za pomoca nie zaakceptowac jednej, ale czterech liczb kwantowych.

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

Wspolczesny portret budowy atomu

Obecnie opis budowy polega na inzynierii kwantowej, zgodnie z ktora jakosc energetyczny wszystkich elektronu wydaje sie okreslony czterema liczbami

kwantowymi, ped elektronu ma przekonany zakres nieokreslonosci, ruch elektronow moze byc traktowany jako fala, a polozenie elektronow traktuje sie

po kategoriach prawdopodobienstwa. Glownym triumfem mechaniki kwantowej byla objasnienie subtelnych linii widmowych, ktorych nie mozna stalo

wyjasnic z wykorzystaniem modelu atomu Bohra.

Az do najwazniejszych norm i rownan mechaniki kwantowej (zwanej dodatkowo falowa) naleza:

·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 pod korpuskularno-falowy koloryt elektronow. To znaczy, ze nie

sposob z jednakowa dokladnoscia jednoczesnie okreslic polozenia elektronu naokolo atomu oraz wartosci jego pedu. Sprawdzenie to jest trescia zasady

Heisenberga. Zachowanie sie elektronu wydaje sie zatem zlozona funkcja jego odleglosci od jadra oraz parametrow energetycznych uwzgledniajacych

oddzialywania innych elektronow, poruszajacych sie po blizniaczych lub wiecej zlozonych torach. Problem ow probowano rozwiazac za pomoca rownan

rozniczkowych. Rownanie Schroedingera w najwiekszym stopniu optymalnie opisuje stan energetyczny wybranego elektronu. Wyboru elektronu dokonuje

sie poprzez przyjmowanie odpowiednich zalety brzegowych, niezbednych do rozwiazania tego rownania.

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

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

kwantowych. W danym atomie nie moze stanowic dwoch podobnych elektronow konkretnych za pomoca owego samego kompletu liczb kwantowych

(zakaz Pauliego).

Wyroznia sie nastepujace cyfry kwantowe:

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

odlegloscia orbitalu od jadra;

·poboczna liczbe kwantowa l, przyjmujaca zalety l=n-1 jeden po drugim 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 swojej osi: +1/2 i -1/2.

Animacja przedstawiajaca zapelnienie powlok atomowych jako funkcje cyfry atomowej pierwiastka.

Animacja przedstawiajaca zapelnienie orbit elektronowych jako funkcje cyfry atomowej.

Niniejsza animacja to kwintesencja zwyklej tabeli liczb kwantowych na rzecz pierwiastkow sposrod ukladu okresowego. Przedstawia zapelnienie orbit

elektronowych jako opcje liczby atomowej. Umozliwia uzytkowanie (w srodek graficzny) sposrod tabeli zawierajacej liczby kwantowe. Podpowloka 3s jest

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

przyczyniaja sie dodatkowo, ze elektrony sa wyciagane z 4s.

Prezentacja graficzna

Wiazania miedzy atomami

Reaktywnosc chemiczna pierwiastkow i wynikajace z niej sily wiazan chemicznych beda w scislym zwiazku sposrod konfiguracja elektronowa powlok

naokolo jadra atomu. Stabilnosc konfiguracji elektronowej gazow szlachetnych oraz ogolna sklonnosc pierwiastkow pierwszej i drugiej grupy w celu

pozbywania sie elektronow, jak rowniez sklonnosc pierwiastkow siodmej i szostej stajnie do przyjmowania elektronow i tworzenia w zwiazku z tym trwalej

konfiguracji elektronowej pierwszego lepszego atomu gazu szlachetnego obrazuje na nadzwyczajna jej funkcje w powstawaniu sily i natury wiazania

chemicznego. Skala tendencji w celu przyjmowania elektronow przez atomy jest powinowactwo elektronowe. Miare ta adaptuje sie dodatkowo okresowo

po ukladzie periodycznym pierwiastkow. Razem ze wzrostem masy atomowej pierwaiastka w masie maleje jego powinowactwo elektronowe. Wzrostowi

cyfry porzadkowej atomu w okresach towarzyszy postep powinowactwa elektronowego. Miara sklonnosci do oddawania elektronow wydaje sie wartosc

energii jonizacji. Miare ta adaptuje sie dodatkowo okresowo po periodycznym ukladzie pierwiastkow.

Na podstawie znajomosci zalety elektroujemnosci, energii jonizacji i powinowactwa elektronowego mozna zalozyc typ tworzacego sie wiazania

chemicznego. Istotnie wyroznia sie cztery warianty 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 tego rodzaju zmiane cyfry elektronow wiadomego atomu, jaka ma na zamiarze doprowadzenie w

celu konfiguracji elektronowej najblizszego gazu szlachetnego. Zasada ta okreslana jest zasada oktetu elektronowego.

Wiazania jonowe

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

kationow opiera sie na oddaniu przynajmniej konkretnego elektronu, w rezultacie dostarczenia energii jonizacji w celu danego atomu. Liczba oddanych

elektronow wydaje sie rowna wartosciowosci jonu. Schematycznie proces ow mozna napisac w postaci rownania:

Mechanizm powstawania anionow opiera sie na przyjeciu przynajmniej konkretnego elektronu za posrednictwem atom pierwiastka elektroujemnego, w

rezultacie jego widocznego powinowactwa elektronowego. Liczba przewidzianych elektronow wydaje sie rowna wartosciowosci anionu. Procedura ten

jest dozwolone zapisac nastepujaco:

Pomiedzy kationami i anionami wystepuja moce oddzialywania typu elektrostatycznego. Roznoimenne jony hipnotyzuja sie, zgodnie z prawem

Coulomba, z dynamicznoscia wprost proporcjonalna do miary ladunkow i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu ich odstepie. Konfiguracja obydwu

rodzajow jonow jest przewaznie 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 rodzaju, wartosciowosci i wielkosci jonow. Do perfekcyjnych przykladow zwiazkow o takiej budowie jest dozwolone

zaliczyc: NaCl, MgO, CsF oraz BaTiO3.

Zazwyczaj promien anionu ra jest wiekszy 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 zaakceptowac tworza z reguly zwiazkow jonowych, chociaz po pewnych ustaleniach moga

komponowac naladowane jony. Energia jonizacji lub powinowactwa elektronowego wydaje sie jednak spora. Konfiguracje gazu szlachetnego pierwiastki

te latwiej osiagaja nie tak samo. Niecalkowicie obsadzone elektronami orbitale atomowe reagujacych atomow sa w stanie sie nawzajem przenikac

(nakladac), tak ze wokol kazdego z jader reagujacych atomow przetwarza sie system konfiguracji elektronowej gazu koturnowego. Powstaje tym

sposobem orbital molekularny. Formalnie wiazanie to oznacza sie jako pare elektronowa, w ktorej oba elektrony pochodza od obu atomow. Ten dublet

elektronowy moze wyksztalcic sie jedynie z 2 elektronow na temat przeciwnych spinach.

Reakcje, gdzie reaguja ze soba dwa blizniacze atomy, kieruja do utworzenia tzw. wiazan homoatomowych. Wiazania atomowe sa w stanie powstawac

dodatkowo pomiedzy rozmaitymi atomami - nosza wowczas nazwe wiazan heteroatomowych. Azot, fluor i 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. Wolne elektrony, ktore nie braly udzialu po reakcji, beda sparowane i oznaczone jednakowo.

Jezeli po atomie wydaje sie kilka nie zaakceptowac sparowanych elektronow, to byc moze powstac kilka wiazan atomowych, tzw. pojedynczych,

podwojnych lub potrojnych, innymi slowy wielokrotnych. Przykladem moze tu byc azot, ktory byc moze utworzyc trzy wiazania pojedyncze lub jedno

pojedyncze, jedno podwojne lub jedno potrojne. Jednak nie zaakceptowac wszystkie atomy pierwiastkow maja taka konfiguracje elektronowa, ktora to

zapewnia zdobycie oktetu w rezultacie sparowania elektronow. Atom wegla o konfiguracji 1s22s22p2 posiada dwa nie zaakceptowac sparowane

elektrony, w wyniku utworzenia dwoch wiazan atomowych nie zaakceptowac osiaga oktetu. Po doniesieniu niewielkiej ilosci energii atom wegla adaptuje

konfiguracje, ktora to zapewnia juz utworzenie oktetu. Taki procedura przegrupowania sie elektronow poprzez orbitalach sposrod zamiarem utworzenia

stabilnej czasteczki zwiazku chemicznego nazywa sie hybrydyzacja.

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

Gdy wiazanie atomowe wydaje sie utworzone za posrednictwem atomy rozniace sie elektroujemnoscia, maksimum grubosci elektronowej wydaje sie

przesuniete w kierunku atomu wiecej elektroujemnego. Dzieki temu powstaje dipol, natomiast calkowita czasteczka wydaje sie polarna np. HCl. Polarne

czastki zwiazku chemicznego zachowuja ogolna przyrode wiazan atomowych, ale zwazywszy na przesuniecie ekwipunku elektrycznego definiuje sie te

rolety jako atomowo spolaryzowane.

Wiazania koordynacyjne

Wiazanie koordynacyjne cechuje sie rowniez wystepowaniem dubletu elektronowego jako elementu wiazacego dwa rozne atomy. Jednak wymog

utworzenia takiego wiazania wydaje sie nastepujacy: para wolnych elektronow musi polazic od konkretnego atomu, ale juz drugi atom musi byc

wyposazonym tzw. luke elektronowa. 1-wszy z atomow jest donorem dwoch elektronow. Drugi atom staje sie akceptorem tych 2 elektronow, dzieki

wprowadzeniu cechujaca je w luke elektronowa.

Wiazanie koordynacyjne wydaje sie wiec rowniez odmiana wiazania atomowego. Funkcjonuje wiele zwiazkow chemicznych, gdzie wystepuje

kootdynacyjne. Obecnosc wiazania koordynacyjnegow czasteczce oznacza dodatkowo obecnosc wiazania atomowego miedzy innymi detalami

skladowymi naszej czasteczki. Jakkolwiek w skutek wylegania tzw. rezonansu wiazan poszczegolne ich gatunki sa nierozroznialne, a skutkiem tego

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 sieci krystalicznej. Elektrony walencyjne

poruszaja sie ochoczo w lokalizacji pomiedzy drgajacymi atomami po wezlach sieci. Stanowia one tzw. gaz elektronowy. Forma taki nie zaakceptowac

pozwala na konkretna lokalizacje pojedynczych elektronow pod orbitalach atomow metalu, znajdujacych sie w wezlach sieci krystalicznej, na ogol bardzo

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

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

czasteczkowych. Dzieki temu 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 miary

asymetrycznego rozlozenia ladunku molekularnego w czasteczce wytwarzaly sie wiazania mniej lub wiecej spolaryzowane lub granicznie jonowe.

Wskazywaloby to na mozliwosc \"plynnego przejscia\" od wiazan jonowych w celu atomowych. Przemiana charakteru wiazania z atomowego na jonowy

odbywa sie kosztem wzrastajacej polaryzacji ladunku, , ktorzy w ostatecznosci prowadzi w celu jego pelnego przekazania i powstania jonow [A+] oraz

[B-]. W praktyce o typie wiazania przesadza roznica elektroujemnosci pomiedzy poszczegolnymi pierwiastkami.

Tabela elektroujemnosci wg. Paulinga

Wiazania jonowe i metaliczne powstaja w cialach krystalicznych. Wiazanie koordynacyjne wydaje sie typem posrednim miedzy nimi, ze wzgledu na

nadzwyczajna role wiazacego dubletu elektronowego. Jezeli ow dublet elektronowy bedzie mial mozliwosc swobodnego oderwania sie od swoich

atomow, to miedzy nimi wystapi wiazanie typu 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 ow

zanika jako tako wzrostu niemetalicznego charakteru pierwiastka. Podobna wspolzaleznosc wiazan chemicznych mozna wychwycic na przykladzie

atomow pierwiastkow innych okresow. Na naszej podstawie jest dozwolone stwierdzic, ze wystepuje bardzo niewiele tak zwanym. czystych wiazan

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

wiazan.

Rodzaj atomow i rodzaj wiazania miedzy nimi po sposob jednoznaczny okreslaja wysokosc i forma czasteczki. Czasteczka jest trojwymiarowa, natomiast

wiazania chemiczne beda ukierunkowane po przestrzeni. Badania widm po podczerwieni oraz badania rentgenowskie struktury czasteczek wraz z

rezultatami innych analizowan dostarczaja wiedzy o przestrzennym rozmieszczeniu atomow w sieci krystalicznej oraz cechujaca je orientacji, a takze o

rodzaju wiazan chemicznych wystepujacych miedzy nimi.

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

Poniewaz pojedyncze czasteczki zwiazku np. NaCl, nie wystepuja w sieci krystalicznej, wlasciwosci fizyczne krystalicznych zwiazkow jonowych beda

podobne. Cechuja je z reguly wysokie amplitudy temperatury topnienia, dobra wytrzymalosc mechaniczna i mala preznosc par.

Zwiazki nienaturalne, w ktorych wystepuja niepolarne wiazania atomowe lub momenty dipolowe wiazan nawzajem sie kompensuja, tworza male

czasteczki. Przy wiekszosci znamionuje je wielka preznosc par, natomiast w sytuacji niewielkich mas molowych, po warunkach typowych wystepuja w

postaci gazow. Czasteczki, w ktorych wystepuja spolaryzowane wiazania atomowe, oddzialywuja z roznymi dipolami lub jonami. W nastepstwie asocjacji

bardzo wyraznie narasta ich wysokosc, co powoduje zmniejszenie sie preznosci cechujaca je par i podwyzszenie amplitudy temperatury wrzenia.

Niemetale wyzszych okresow ukladu okresowego pierwiastkow konstruuja czasteczki mogl stalym, np. bialy fosfor P4 oraz siarka S8

Struktura diamentu, grafitu i sfalerytu

Diament

Diament wydaje sie jedna sposrod trzech alotropowych odmian wegla. Strukture diamentu tworza atomy wegla, sposrod ktorych jakikolwiek tworzy

poprzez cztery wiazania kowalencyjne (kierunkowe) o katach pomiedzy nimi wynoszacymi 109028\'. Stopien wypelnienia przestrzeni rowna sie 34%.

Posiada najczesciej postac osmioscianu, dwunastoscianu rombowego lub szescianu. Zachodzi w postaci mono- lub polikrystalicznej. Wydaje sie byc

chemicznie obojetny i wykazuje bardzo rzetelne przewodnictwo cieple. Odznacza sie wysokim wspolczynnikiem zalamania promieni. Jest stosownym

izolatorem elektrycznym. Przewaznie wydaje sie bezbarwny, lecz moze dodatkowo wyrozniac sie barwa niebieska lub blekitna, byc moze rowniez

stanowic zolty, rozowofioletowy, brunatny, co wiecej czarny. Jednoczesnie posiada wplywowy, diamentowy polysk oraz posiada bardzo wielki

wspolczynnik zalamania swiatla i silna dyspersje swiatla, , ktorzy powoduje piekna gre barw (tzw. ognie). Jest bardzo twardy (10 wg preznosci Mohsa) i

kruchy. Diament jest trwaly na postepowanie kwasow i agresywnych czynnikow atmosferycznych. Spala sie po wysokich temperaturach. Ponadto

dysponuje wlasciwosci polprzewodnikowe. Sztuczne brylant syntetyczne w celu celow magazynowych powstaja po warunkach bardzo duzego cisnienia i

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

Uzycie diamentu: sprzet skrawajace i scierne, proszki scierne, sprzet wiertnicze, obrobka szkla, ceramiki i skal, w zlotnictwie i jubilerstwie (jako tak

zwanym. brylanty).

Diament czesciowo oszlifowany. Brylanty jubilerskie.

Krysztaly brylantow maja przewaznie ksztalt osmioscianow, szescianow, dwunastoscianow lub czworoscianow. Krawedzie krysztalow sa przewaznie

zaokraglone, natomiast sciany wypukle. Diamenty bez barwy sa fenomenalne. Najczesciej spotyka sie odmiany zabarwione (zwykle zoltawe lub

brunatne). Wsrod zbitych, drobnokrystalicznych skupien diamentow rozroznia sie wariacje bort i karbonado. Najogromniejszy ze znanych dotad brylantow

(tzw. Cullinan) o masie 3106 karatow (co pasuje 621 g), wydobyto po 1905 rok w sztolni Premier Mine w Pretorii (RPA). 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).

Konstrukcja komorki elementarnej diamentu.

Grafit

Grafit wydaje sie heksagonalna postacia pierwiastka wegla. Na wszelka komorke grafitu przypadaja 4 atomy wegla. Wiazania on-line grafitu beda

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

znajduje sie w rezonansie tworzac wiazanie podwojne, odnosi sie do to wiazania z atomami - wydaje sie dlugie i dlatego slabe, podobne w celu wiazania

molekularnego. Stopien wypelnienia przestrzeni po komorce grafitu wynosi ok. 17%. Krystalizuje w ukladzie heksagonalnym, tworzy warstwy, ktore moga

bez trudu przesuwac sie wzgledem zony. Grafit posiada zwykle postac ziarnistych lub ziemistych skupien. Jest ciemny ze srebrzystym odcieniem lub

stalowoszary sposrod polyskiem zblizonym do metalicznego. Ponadto wydaje sie bardzo miekki (1 wg skali Mohsa), tlusty po dotyku i nieprzezroczysty.

Odznacza sie stosownym przewodnictwem elektrycznym i cieplnym oraz wysoka odpornoscia pod dzialanie czynnikow chemicznych. Grafit spala sie

bardzo ciezko w strumieniu tlenu, topi sie po luku elektrycznym, w kwasach jest nierozpuszczalny. Grafit wydaje sie tez otrzymywany sztucznie za

posrednictwem ogrzewanie w celu wysokiej amplitudy temperatury substancji zamoznych w wegiel.

Zastosowanie grafitu (naturalnego i sztucznego) - jest wykorzystywany do wyrobu tygli i retort, elektrod, jako moderator i reflektor oraz skladnik (wraz

sposrod borem) pretow regulacyjnych po reaktorach nuklearnych, takze w celu produkcji olowkow, farb, tuszu oraz jako suchy smar.

Sfaleryt

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

skupienia zbite, ziarniste. Jest izometryczny - rozmiary krysztalu sa identyczne lub zblizone po trzech kierunkach. Sfaleryt moze okazac sie bezbarwny,

zolty, miodowy, brunatny, intensywnie marksistowski (blenda rubinowa), ciemnozielony w celu czrnego (mermatyt). Posiada tlusty, diamentowy polysk.

Jest kruchy i srednio twardy (3, 5 - 4 wg skali Mohsa). Ponadto wydaje sie dobrze lupliwy oraz fosforyzuje przy tarciu i rozbijaniu. Jest rozpuszczalny w

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

Uzycie sfalerytu: wytworczosc cynku metalicznego, otrzymywanie szczegolnych metali (german, ind, gal, kadm) wytworczosc ekranow fosforyzujacych,

produkcja farb, zdobnictwo.

Sfaleryt (blenda cynkowa)

Sfaleryt (blenda skorupowa) - ze zloz kopalnii rud cynku i olowiu Pomorzany k. Olkusza.

Sfaleryt - druza idiomorficznych krysztalow pod kwarcu, Rumunia.

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

oraz pod Dolnym Slasku).

Struktury diamentopodobne

Do towarow o strukturach diamentopodobnych zaliczaja sie przede wszystkim polprzewodniki. Naczelna grupa polprzewodnikow sa monokrysztaly i

warstwy krzemu oraz germanu, a takze zwiazki pierwiastkow z III i V grupy ukladu okresowego (np. GaAs, GaP, PbTe, i tak dalej. ). Krystaliczny krzem

posiada strukture diamentu, a pozostajace wymienione uklady krystalizuja w przewazajacej liczbie w konstrukcje sfalerytu, ktora to wywodzi sie ze

kompozycji diamentu, sposrod tym, ze wezly sieci obsadzone beda na przemian pierwiastkami stajnie III i V. Krysztaly mieszane jak np. GaxIn1-xAs,

GaPxAs1-x bez trudu tworza strukrury diamentopodobne.

Krzem

Krzem (Si, silicum) wydaje sie pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej czternascie. Nalezy do stajnie weglowcow, wydaje sie polprzewodnikiem.

Zachodzi w postaci szarych, twardych i kruchych krysztalow. Jego temperatura topnienia to 14100C, natomiast gestosc dwie, 33 g/cm3. Jest

rozpuszczalny w zasadach, lecz trwaly na postepowanie kwasow (z wyjatkiem azotowego i fluorowodorowego). Krzem jest jednym z zasadniczych

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

niemal skalach, glownie w postaci glinokrzemianow, krzemianow i dwutlenku krzemu. Wydaje sie byc jednym z zasadniczych pierwiastkow po

organizmach pierwotniakow, wystepuje takze w roslinach, w sladowych ilosciach po tkankach ssakow. Krzem otrzymywany jest za posrednictwem

redukcje dwutlenku krzemu glinem albo magnezem, a w postaci stopu sposrod zelazem (tzw. zelazokrzem) w rezultacie prazenia rud zelaza, piachu

kwarcowego i wegla. Krzem o sporym stopniu nieskazitelnosci otrzymuje sie metoda tak zwanym. topienia strefowego (SiO2+2Mg -—> Si + 2MgO lub

3SiO2+4Al -—> 3Si +2Al2O3).

Krzem otrzymany w wyniku reakcji krzemionki

(dwutlenku krzemu) sposrod dwutlenkiem wegla w piecu.

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

wytworczosc szkiel metalicznych oraz jako dodatek w celu produkcji stali kwasoodpornych, wysokowytrzymalych i odpornych na korozje.

Budowa atomu krzemu.

Czyszczenie i przyjmowanie krzemu

Krzem wystepuje po ilosci blisko 28% po skorupie ziemskiej w postaci utlenionej jako skladnik piasku i skal (krzemionka). Czysty krzem jest ukochany ze

wzgledu na cena zlozonego powodu oczyszczania. Etapy oczyszczania krzemu:

·Oczyszczanie nienaturalne - to reakcja redukcji z weglem w wysokiej temperaturze. Na tym procesie otrzymuje sie material mieszczacy 99. 9%

krzemu.

·Oczyszczanie strefowe - pret przesuwa sie sukcesywnie w piecu w atmosferze gazu obojetnego (helu lub argonu).

Czyszczenie strefowe.

Wskutek lokalnego nagrzewania indukcyjnego pod krotkim danym odcinku preta wydaje sie uzyskiwana temperatura wyzsza od punktu topnienia krzemu,

powstaje lokalna strefa roztopionego materialu, ktora nie zaakceptowac wycieka. Dzieki dzialaniu napiecia powierzchniowego ruch preta lub ruch

zwojnicy powoduje przesuwanie sie roztopionej strefy. Unosi ona ze soba zanieczyszczenia gdyz maja ogromniejsza rozpuszczalnosc po fazie cieklej nie

stalej. Po paru przejsciach obszary cieklej na dlugosci preta zakazenia zostaja zebrane w jednym koncu preta.

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

Procedura Czocharskiego - wyciagania sposrod fazy cieklej.

German

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

w postaci szarobialych, twardych i kruchych krysztalow. Swoim temperatura topnienia to 9370C, a zwartosc 5, trzydziestu pieciu g/cm3. Poza tym jest

trwaly na czynniki atmosferyczne, maksymy oraz kwasy nieutleniajace. Jest poddawana dzialaniu chloru, bromu, kwasu azotowego oraz siarkowego.

Wykazuje wlasciwosci metalu i niemetalu (wiekszosc zwiazkow), wystepuje pod stopniach utlenienia IV i II (polaczenia nietrwale). German tworzy

germanowodory (germany) analogiczne do krzemowodorow. W przyrodzie jest pierwiastkiem silnie rozproszonym, rzadko w postaci wlasnych mineralow

(glownie germanitu i argyrodytu) oraz po niektorych weglach kopalnych i w ropie naftowej.

Uzycie germanu: kiedys w ukladach elektroniki polprzewodnikowej, obecnie po spektroskopach, ultraczulych detektorach podczerwieni (przepuszcza

promieniowanie podczerwone) oraz jako skladnik stopow szczegolnych, luminofor, natomiast jego tlenek jest skladnikiem szkiel optycznych.

Elementy polprzewodnikowe.

Weglik krzemu

Weglik krzemu (SiC) wydaje sie bezbarwna substancja krystaliczna na temat bardzo wysokiej twardosci (9, 5-9, 7 w 10-stopniowej skali Mohsa). Ponadto

wykazuje duza stabilnosc termiczna, nie zaakceptowac ulega stopieniu, a zaledwie sublimacji. Przedluza swoje wlasciwosci w podwyzszonych

temperaturach. Odznacza sie porzadna odpornoscia pod dzialanie awanturniczych czynnikow chemicznych. Nie reaguje z kwasami, ale wykazuje pewna

czulosc na postepowanie zasad. Ma wlasciwosci polprzewodnikowe. Weglik krzemu nie poteznieje w przyrodzie, ale wydaje sie otrzymywany sztucznie.

Techniczny weglik krzemu (tzw. karborund) posiada zwykle koloryt ciemna (zanieczyszczenie tlenkami metali). Karborund wydaje sie otrzymywany po

piecach elektrycznych z piachu kwarcowego i koksu (na drodze reakcji SiO2 + 3C -—> SiC + 2CO).

Zastosowanie weglika krzemu: wykorzystywany do tytulow materialow sciernych, ogniotrwalych, elementow oporowych w celu piecow elektr. (tzw. sylit),

materialow opto- i mikroelektronicznych. Jest rowniez wykorzystywany przy 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 - przewaznie kobaltem lub niklem). Wegliki spiekane odznaczaja sie duza twardoscia, ktora zachowuja w celu temp. 10000C

(niektore w celu 12000C) oraz dobra odpornoscia na scieranie. Ich niedoskonaloscia jest jednak znaczna kruchosc. Wegliki spiekane otrzymywane beda

poprzez wymieszanie proszku weglika z proszkiem metalu, odwzorowanie i spiekanie. Najbardziej atrakcyjny weglik wolframu jest otrzymywany na trasie

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

Uzycie weglikow spiekanych: weglikow spiekanych uzywa sie do wyrobu ostrzy narzedzi skrawajacych (w postaci plytek nakladanych pod stalowe

trzonki), narzedzi w celu obrobki plast. (np. oczka ciagadel, wkladki do matryc) oraz narzedzi gorniczych i na nakladki koncowek narzedzi pomiarowych.

Przybory skrawajace sposrod ostrzami sposrod weglikow spiekanych umozliwiaja aplikowanie najwiekszych szybkosci skrawania i moga obrabiac tak

pewne 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 amplitudy temperatury w ukladzie trygonalnym (rozpowszechniony w przyrodzie beta-kwarc). Kwarc wystepuje w postaci prawidlowych

krysztalow, skupien ziarnistych lub skrytokrystalicznych (chalcedon). Wydaje sie byc najczesciej szary (krysztal gorski) lub zabarwiony na odcien

mlecznobialy i szary. Wyrabia odmiany przejrzyste lub przeswiecajace. Do przezroczystych i polprzezroczystych naleza: krysztal gorski, ametyst, cytryn,

agat, i onyks. Wszystkie beda cenione jako kamienie polszlachetne: fioletowy ametyst, zolty cytryn, ciemnobrunatny kwarc zadymiony, ciemny morion i

inne. Kwarc przepuszcza promieniowanie nadfioletowe, natomiast jego polysk jest szklisty. Ponadto wydaje sie twardy, kruchy i wykazuje wlasciwosci

piezoelektryczne. Nalezy do najpospolitszych mineralow pod powierzchni ziemi - wydaje sie glownym skladnikiem wielu skal magmowych (np. granitow),

osadowych (np. piaskow, piaskowcow) i metamorficznych (np. kwarcytow, gnejsow). Jest rowniez rozpowszechniony jako produkt procesow

hydrotermalnych (tworzy zyly, druzy).

Zastosowanie kwarcu: jest wykorzystywany w przemysle szklarskim i ceramicznym (piaski, kruszywo kwarcowe), w optyce (wyrob soczewek, pryzmatow,

szkla kwarcowego). Posluguje rowniez w celu wyrobu kwarcytowych materialow ogniotrwalych. Odmiany szlachetne sa uzywane w jubilerstwie, a

produkowane syntetycznie monokrysztalu kwarcu beda stosowane metrow. in. w celu wyrobu rezonatorow piezoelektrycznych i generatorow ogromnych

czestotliwosci (tzw. piezokwarc). Poza tym wykorzystuje sie go po mechanice optymalnej np. po zegarkach.

Polimorfizm kwarcu

Polimorfizm, czyli wielopostaciowosc jest zdarzeniem polegajacym pod 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 wariacje polimorficzne beda trwale po okreslonych ustaleniach termodynamicznych. Przemiana jednej

wariacje w naczelna moze byc odwracalna (polimorfizm monotropowy). Odmiany polimorficzne tworza takze pierwiastki, a takze zwiazki nienaturalne,

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

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

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

beta). Wychodza 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 substancje krystaliczne bedace solami kwasow krzemowych (slabych kwasow na temat ogolnym wzorze xSiO2*yH2O). Elementem budowy

wszystkich krzemianow beda tetraedry odpowiadajace grupie krzemotlenowej SiO4, gdzie krzem posiada wzgledem tlenu liczbe koordynacyjna 4. On-line

przestrzennej krzemiany moga miec miejsce jako nieskomplikowane (monomeryczne) jony [SiO]-4 (krzemiany wyspowe) lub polianiony (krzemiany

grupowe, pierscieniowe, wstegowe, warstwowe i przestrzenne). Krzemiany beda zwiazkami trwalymi, nierozpuszczalnymi po wodzie (oprocz krzemianow

litowcow). Od przestrzennego ukladu tetraedrow krzemotlenowych jest zalezny sklad syntetyczny i jakosci krzemianow (np. twardosc, lupliwosc,

wlasciwosci opt. ). Przy krystalicznej sieci krzemianow jony krzemu sa zastepowane roznymi jonami, przewaznie jonami glinu (glinokrzemiany).

Krzemiany litowcow powstaja przez stapianie krzemionki sposrod wodorotlenkami lub weglanami litowcow. Krzemiany powstaja w przyrodzie jako rozne

mineraly skalotworcze (naleza w celu glownych szczegolow skorupy ziemskiej). Krzemianami beda m. in.: oliwiny, pirokseny, amfibole, serpentyny,

lyszczyki, chloryty, kaolin, montmorillonit.

Zastosowanie krzemianow: krzemiany nierozpuszczalne w wodzie stanowia material do tytulow materialow ceramicznych, cementu portlandzkiego oraz

szkla. Roztwory hydrologiczne krzemianu sodu i potasu tworza tak zwanym. szklo hydrologiczne.

Odmiana polimorficzna glinokrzemianu potasu - ortoklaz K(AlSi308).

Perowskit. Tytanian baru. Przyczyny jego wlasciwosci ferroelektrycznych.

Perowskit

Perowskit to mineral, tlenek wapnia i tytanu CaTiO3, mieszczacy czesto domieszki rzadkich metali, np. cezu, niobu, pasu. Posiada barwy w wielu

odcieniach, od szarej i zoltobrunatnej przez ciemnobrunatna w celu szarawoczarnej i czarnej. Posiada diamentowy polysk. Krystalizuje po ukladzie

powtarzajacym sie. Jest srednio twardy (5, 5 po skali Mohsa). Wystepuje po skalach magmowych i metamorficznych, bogatych po wapn i tytan, natomiast

ubogich po krzemionke. Swoim nazwa pochodzi od nazwiska rosyjskiego mineraloga Perowskiego.

Tytanian baru

Tytanian baru wydaje sie przedstawicielem zwiazkow typu ABO3 o organizacji perowskitu. Konstrukcja krysztalu jonowego BaTiO3 po temperaturze

wyzej temperatury Curie ma symetrie ukladu prawidlowego (szescianu). Budowa BaTiO3 cechuje sie wystepowaniem Ba+2 w narozach komorki

elementarnej, O-2 pod srodkach elewacji oraz Ti+4 w srodku szescianu. Podczas ochladzania BaTiO3 komorka elementarna ulega deformacji tzn. jony

Ba+2 i Ti+4 przesuwaja sie w jednym kierunku wobec O-2., natomiast gorne i dolne jony przesuwaja sie w kierunu przeciwnym. W nastepstwie tej

deformacji w komorce krystalicznej BaTiO3 wytwarza sie elektryczny chwile dipolowy i zmienia sie symetria ukladu krystalograficznego sposrod

regularnego pod trygonalny.

Tytanian baru powstaje w wyniku reakcji BaCO3 + TiO2 -—> BaTiO3 + CO2

Przyczyny ferroelektrycznych wlasciwosci tytanianu baru

Tytanian baru wykazuje szczegolne wlasciwosci elektryczne, natomiast dokladniej informujac ferroelektryczne. To spowodowane nastepujacymi

czynnikami:

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

· tytanian baru jest krysztalem jonowym, w ktorym kazda komorka elementarna krysztalu ma wypadkowy moment elektryczny;

· chwile sasiednich telefonow komorkowych sa wyznaczone rownolegle;

· domeny beda na ogol chaotycznie zorientowane i w przypadku nieobecnosci pola elektrycznego ich wypadkowy moment moze okazac sie rowny zeru

(cialo jako calosc pozostaje niespolaryzowane);

· umieszczenie ciala w podworza polu elektr. powoduje wykonczenie domen i polaryzacje calego ciala;

· tytanian baru charakteryzuje rozlegla przenikalnosc elektryczna (zalezna od temperatury, cisnienia, natezenia pola elektrycznego i innych czynnikow

zewnetrznych);

· spelnieniem prawa Curie-Weissa na rzecz temperatur powyzej temperatury Curie;

· wystepowaniem wyraznej petli histerezy dielektrycznej;

· tytanian baru wykazuja takze silna piezoelektrycznosc, a takze wiele anomalii we specyfikach sprezystych i optycznych.

Forma ferroelektryczny BaTiO3 wiaze sie sposrod okreslona struktura krystaliczna, natomiast jego zanik z przemiana fazowa w celu struktury na temat

wyzszym zakresie symetrii. Az do innych chodliwych ferroelektrykow naleza: sol Seignette\'a, tytanian strontu, olowiu, wodorofosforan wapnia. Sa one

wykorzystywane m. in. do tytulow kondensatorow ceramicznych oraz elektromechanicznych przetwornikow piezoelektrycznych.

Spinel. Ferryty o organizacji spinelu. Zastosowania ferrytow.

Spinel

Spinel (spinel wlasciwy) to mineral, tlenek glinu i magnezu na temat wzorze sumarycznym Al2MgO4. Spinel wlasciwy poteznieje w przyrodzie, lecz nie

jawi sie byc ferrytem i nie dysponuje wlasciwosci magnetycznych. Ma z kolei liczne wariacje, krystalizuje po ukladzie powtarzajacym sie (krysztaly

osmioscienne, czesto blizniaki). Tworzy skupienia zwiezle, ziarniste. Spinel nalezyty zwykle wydaje sie bezbarwny, lecz takze moze stanowic: czerwony,

rdzawy, rozowy, czerwony, niebieski lub fioletowy. Ma szklisty polysk i wydaje sie trudno topliwy (temp. topnienia 21500C). Moze stac sie wytwarzany

syntetycznie.

Zastosowanie spinelu wlasciwego: jako surowiec do tytulow 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- i trojwartosciowych:

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

pierwiastki trojwartosciowe moga zastepowac sie nawzajem w obszernych granicach. Tym samym, uwzgledniajac domieszki duza zmiennosc skladu

chemicznego spineli. Spinele krystalizuja po ukladzie powtarzajacym sie, zwykle w postaci osmioscianu. Az do mineralow sposrod grupy spineli mozna

zaliczyc niektore rudy i tlenki metali. Przykladem moze byc tu magnetyt lub hematyt.

Poza tym mozna odroznic spinele glinowe (do ktorych naleza spinel wlasciwy, hercynit i inne), spinele tytanowe i chromowe (m. in. chromit i pikotyt) oraz

spinele zelazowe (glownie magnetyt).

Spinele glinowe

Do naszej grupy spineli zaliczyc wypada przede wszystkim galnit ZnAl2O4 oraz hercynit FeAl2O4. Sa silne na postepowanie czynnikow atmosferycznych.

Przezroczyste spinele glinowe pozbawione skaz sa wykorzystywane po mechanice optymalnej (np. pod lozyska) oraz jako kamienie szlachetne.

Spinele chromowe

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

Cr2O3, 0-18% FeO, 6-16% MgO, 0-33% Al2O3, 2-30% Fe2O3. W porownaniu do skladu rozroznia 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,

z reguly nieprzezroczysty i posiada polysk zblizony w celu metalicznego. Zachodzi glownie po zasadowych skalach magmowych (dunitach i

perydotytach), takze po powstalych za posrednictwem przeobrazenie takich skal serpentynitach. Chromity odpowiednie sa jedynymi rudami chromu o

znaczeniu przemyslowym (w Polsce zostaly eksploatowane po Tapadlach pod stoku Slezy). Odmiany zawierajae FeO lub Fe2O3 wykazuja wlasciwosci

paramagnetyczne. Chromity wykorzystywane sa w celu wyrobu towarow ogniotrwalych, farb, 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 powtarzajacym sie (siec

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

zastosowanie jako magnesy ceramiczne. Ferryt barowy krystalizuje po ukladzie heksagonalnym i wydaje sie ferromagnetykiem.

Co do wlasciwosci magnetycznych rozroznia sie ferryty magnetycznie miekkie (struktura glownie spinelowa) i ferryty magnetycznie pewne (struktura

heksagonalna). Pierwsze sposrod nich beda stosowane w celu wyrobu rdzeni cewek indukcyjnych glowic magnetycznych, a ferryty magnetycznie pewne

do wyrobu magnesow porzadnych. Znane beda rowniez ferryty o prostokatnej petli histerezy, stosowane w celu wyrobu metrow. in. elementow pamieci

pecetow.

Ferryty magnetycznie miekkie 1 i magnetycznie twarde dwie.

Ferryty integruja wlasciwosci magnetyczne z jakosciami izolatorow. Nie zaakceptowac plyna po nich zagadnienia wirowe. Przydaja sie w celu pracy przy

bardzo ogromnych czestotliwosciach. Wiekszosc ferrytow posiada strukture spinelu Fe3O4, MgFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CuFe2O4, ZnFe2O4,

MoFe2O4 lub LiFe5O8.

Uzycie ferrytow

Zastosowania ferrytow magnetycznie miekkich (technika stalopradowa):

·rdzenie pamieciowe;

·transformatory impulsowe;

·wzmacniacze magnetyczne;

·szybkie przekazniki;

·rdzenie cewek;

·rdzenie transformatorow przecietnych czestotliwosci;

·prety antenowe;

·glowice magnetofonowe;

Surowce magnetyczne

Magnesy ferrytowe pewne

Ferryty barowe i strontowe sa spiekami tlenkow BaO2 i SrO2 z Fe2O3. Materialy beda powszechnie osiagalne i niedrogie. Ferryty pewne sa

najpowszechniej stosowane w celu wyrobu magnesow stalych. Wytwarzane sa po ukladzie izotropowym i anizotropowym.

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

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

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

magnesy anizotropowe posiadaja o 300% wyzsza zwartosc energii. Natezenie pola koercji jest lepsze w stosunku do remanencji (magnetycznej indukcji

resztkowej). Ferryty twarde maja wzglednie duzy wspolczynnik temperaturowej remanencji 0, 2% pod 0C i moga byc wykorzystywane w zakresie od

-400C w celu +2000C. Podobnie jak materialy ceramiczne magnesy ferrytowe sa pewne i kruche, ale silne na utlenianie (korozje) i warunki pogodowe. Sa

porzadne wobec wielu chemikaliow, co wiecej skoncentrowanych kwasow. Obrobka mozliwa jest tylko przy uzyciu narzedzi diamentowych.

Magnesy ferrytowe opisuje norma DIN 17 410.

Magnesy AlNiCo aluminiowo-niklowo-kobaltowe

Magnesy stopow metalicznych: aluminium, niklu, kobaltu, jak rowniez: zelaza, miedzi, tytanu. Produkcja odbywa sie przez odlew: piaskowy, kokoliowy,

skrupulatny, prozniowy i spiekanie. Stop AlNiCo jest odkryty 50 lat nim i wydaje sie najstarszym stosowanym do tej pory artykulem magnetycznym. W

zestawieniu z z dzis stosowanymi magnesami stop AlNiCo ma male natezenie pola koercji przy wysokiej remanencji. Oznacza to, ze magnesy te musza

byc wyposazonym wydluzony w kierunku magnetyzacji forma sztabkowy, by nie poddac sie rozmagnesowaniu. Przewaga magnesow AlNiCo jest mala

wartosc wspolczynnika temperaturowego 0, 02 pod 0C i szeroki obreb zastosowan od -2700C w celu +4000C. Majac na uwadze to magnesy te

wykorzystywane sa naokolo tam, dokad wymaga sie stalego pola magnetycznego przy duzych skokach temperatur. Niezbedny ksztalt sztabkowy, a

dzieki czemu duzy odstep miedzy biegunami korzystny wydaje sie przy uruchamianiu np. zestykow hermetycznych. Magnesy AlNiCo tworzone sa

zwlaszcza jako anizotropowe. Przez nieduza koercje i drogi kobalt magnesy te stosowane beda coraz w bardzo niewielu sytuacjach.

Magnesy sposrod wypelniaczami syntetycznymi

Magnesy laczone z tworzywami syntetycznymi beda obecnie zwyczajnie stosowane, przez co premiuje sie te rolety Panstwa bacznosci. Materialy

magnetyczne sa proszkowane i laczone z syntetykami, a w dalszej kolejnosci poprzez kalandrowanie, ekstrudacje, prasowanie lub wtryskiwanie

otrzymuje sie gotowe magnesy. Z elastycznego tworzywa sztucznego i proszku ferrytowego produkowane beda plytki i tasmy magnetyczne o grubosci od

0, 5 w celu 2 mm. Poprzez laminacje bialym PCV produkowane beda oznaczenia. W trakcie wytwarzania czastki magnetyczne po elastycznych plytkach

lub tasmach sa po rozkladane miarowe i ustawiane w polu magnetycznym, dzieki czemu powstaje obreb jednorodne i anizotropowe.

Magnesy wysokoenergetyczne

Sa to magnesy stale z stajnie ziem szczegolnych. Produkt wysokoenergetyczny (gestosc energii ponad 280 kJ/m3, lub 35 MGOe) umozliwia swieze

rozwiazania techniczne. Zmniejszenie rozmiarow magnesu, lub wielokrotnie wyzsza sila magnetyczna przy takich samych rozmiarach, w porownaniu

sposrod dotychczas stosowanymi magnesami ferrytowo - borowymi lub AlNiCo, stalo sie mozliwe. Przy identycznej gestosci energii magnes ferrytowo -

borowy musialby stanowic 6-krotnie wiekszy, a by z odstepie 1mm od powierzchni bieguna wytwarzal obreb 100 mT (1000 Gaussow) jego formaty

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

neodymowo-ferytowo-borowy dysponuje o 40% wyzsza zwartosc energii od opisanego po przykladzie magnesu samarowo-kobaltowego.

Nizej przedstawiono porownanie niektorych towarow magnetycznych.

Czymze sa \"ziemie rzadkie\"?

Ziemie rzadkie, zwane tez lantanowcami, sa 15 pierwiastkami sposrod liczba atomowa 57-71 po ukladzie temporalnym pierwiastkow. Egzystuja siodma

czesc wszystkich pierwiastkow wystepujacych po naturze. \"Ziemie rzadkie\" nie zaakceptowac sa zatem w zadnym razie fenomenalne. Znaczenie

pozyteczne maja np. cer (Ce) - w celu produkcji szkla lub stali; Lantan (La)-do produkcji klisz rentgenowskich i katalizatorow w celu redukcji spalin;

Europa (Eu) do otrzymywania barwy czerwonej w reflektorach kineskopowych; Samar (Sm) i Neodym (Nd) do tytulow wysokoenergetycznych towarow

magnetycznych. Samar zawarty wydaje sie w miniaturowych ilosciach po ziemiach szczegolnych, w przeciwienstwie do neodymu. Uzyskanie

odpowiednio wysokiego kategorii czystosci i obrobka beda powodem wysokiej ceny w zaleznosci od z konwencjonalnymi magnesami stalymi. W

przypadku magnesow samarowo-kobaltowych dochodzi jeszcze ukochany material jakim jest kobalt (Co).

W jaki sposob sa tworzone magnesy wysokoenergetyczne?

Produkcja magnesow SmCo i NdFeB opiera sie na wytopie odpowiedniego stopu. Tak otrzymane wlewki materialu sa w dalszej kolejnosci kruszone i

mielone pod drobny proszek, po czym prasowane po polu magnetycznym i w koncu spiekane. Spolka Delachaux obrabia sprasowane izostatycznie i

spiekane surowe wlewki materialu na temat przekroju 100x50 mm i dlugosci ok. 200 mm w kierunku magnetyzacji. Przy uzyciu narzedzi diamentowych

wycina sie sposrod otrzymanych wlewek formy tarczowe i pierscieniowe.

Magnetyzacja

Na nadaniu postaci nastepuje magnetyzacja, az do nasycenia. Stosuje sie tutaj potezne pola magnetyczne. Do wytworzenia takich rubryk uzywane beda

naladowane baterie kondensatorowe, ktore sa rozladowywane w cewkach bezrdzeniowych. Szczegol magnetyczny umieszczony w otworze

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

Zasadniczo magnetyzacja mozliwa wydaje sie w uprzywilejowanym kierunku ustalanym w czasie tytulow. Firma Delachaux dostarcza magnesy

standardowe nasycone magnetycznie. W zyczenie kontrahenta dostarczane beda magnesy mogl magnetyzacji, natomiast pozniejsze zainteresowanie

dokonywane wydaje sie w programie klienta.

Cechy

Magnesy SmCo sa bardzo twarde i kruche. Magnesy NdFeB beda rowniez pewne, ale juz nie faktycznie kruche. Umiejscowione w przeciwnych polach

nie zaakceptowac traca umiejetnosci magnetycznych. SmCo i NdFeB nie beda odporne pod dzialanie kwasow nieorganicznych i zasad. Staly kontakt

sposrod woda prowadzi do korozji. Magnesy NdFeB ulegaja powierzchniowemu utlenianiu w kontakcie sposrod wilgotnym wiatrem, dlatego przewaznie

umieszczane beda w obudowach ze stali nierdzewnych. Srodki organiczne i suche powietrze na temat temperaturze pokojowej nie zaakceptowac

powoduja zadnych niekorzystnych przemian.

Defekty kompozycji i cechujaca je wplyw

pod wlasciwosci towarow

Defektem, innymi slowy niedoskonaloscia krysztalu, jest wszelkie odchylenie od doskonalosci periodycznej sieci lub struktury po krysztale. Zwyczajnymi

defektami punktowymi sa domieszki chemiczne, puste wezly sieci oraz atomy miedzywezlowe (dodatkowe atomy znajdujace sie poza regularnymi

wezlami sieci). Defekt punktowy zlokalizowany wydaje sie w poblizu wezla sieci, innymi slowy atomu po krysztale, inaczej niz w przypadku linii defektow

lub plaszczyzny defektow. Plaszczyzny defektow sa w stanie tworzyc sie w podstawowych stadiach powstawania nowej kompozycji krystalicznej w

obrebie istniejacego krysztalu. Wszystkie prawdziwe krysztaly beda zawsze po pewnym zakresie niedoskonale. Przy niektorych cialach stalych

niedoskonalosci te beda dosyc odpowiednio poznane. Wiele prac badawczych poswiecono germanowi, krzemowi, miedzi oraz stopom, bowiem po

stopach poteznieje szczegolnie wielka koncentracja ulomnosci punktowych. Wiele podstawowych jakosci cial stabilnych zalezy po rownym zakresie od

cechujaca je niedoskonalosci kompozycji, jak i od natury prawidlowego krysztalu, ktory moze realizowac tylko funkcje nosicela ulomnosci lub osrodka, w

ktorym one sie rozwijaja. Przewodnictwo nasze niektorych polprzewodnikow zalezy calkiem od sladowych ilosci domieszek chemicznych. Odcien wielu

krysztalow wywolana wydaje sie obecnoscia defektow. Luminescencja krysztalow zwiazana wydaje sie prawie w kazdej sytuacji z obecnoscia domieszek.

Domieszki lub ulomnosci moga niezmiernie przyspieszac dyfuzje atomow po cialach stabilnych. Od defektow zaleza przewaznie wlasciwosci fizyczne i

sprezyste cial stabilnych.

Klasyfikacja defektow

Defekty kompozycji mozna rozlozyc na: defekty subatomowe oraz defekty atomowe (wlasciwe). Az do pierwszej stajnie defektow subatomowych mozna

zaliczyc:

· elektrony nadmiarowe;

· wolne poziomy (dziury);

· ekscytony (pary elektron luka zwiazane oddzialywaniem elektrostatycznym);

· plazmony (zespolowe wzbudzenia Coulombowskie).

Do drugiej grupy defektow atomowych jest dozwolone zaliczyc:

· atomowe defekty punktowe;

· defekty linearne (dyslokacje);

· defekty plaskie (plaszczyznowe, dwuwymiarowe);

· defekty objetosciowe.

Atomowe defekty punktowe

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

sytuacji krysztalu kompleksowego z konkretnego rodzaju atomow defektami owymi sa wakancje, powstajace w rezultacie opuszczenia za posrednictwem

atom wlasnej normalnej sytuacji w organizacji, tj. wezla sieci przestrzennej i jego przejscia przykladowo na obszar krysztalu, ktora to rowniez byc moze

byc traktowana jako zaklocenie periodycznosci. Moze to nastapic rowniez w rezultacie przejscia atomu do progu linii dyslokacji. W kazdym

przypadkuproces powstawania wakancji jest dozwolone ujac generalnie jako procedura wymiany pustego wezla sposrod powierzchni krysztalu lub pod

progu dyslokacji z atomami wnetrza kompozycji. W tym relacji powierzchnie krysztalu lub dyslokacje mozna nazwac \"zrodlami\" wakancji lub takze

\"studniami\" wakancji, jesli zachodzi proces odwrotny. Innym typem defektu punktowego jest jon miedzywezlowy, ktorego powstanie opisac mozna jako

wynik przesca jonu sposrod wezla sieci do sytuacji miedzywezlowej. W sytuacji krysztalow zwiazkow typu MnXm dochodzi w dalszym ciagu mozliwosc

wylegania atomow M w wezlach podsieci atomow X i na odwrot. Przy szczegolnym przypadku krysztalow zwiazkow jonowych, przy powstawaniu

defektow punktowych winien byc zachowany warunek elektroobojetnosci, zgodnie z jakim krysztal jonowy nie moze zalaczyc niezrownowazonyvh

frachtow elektrycznych konkretnego rodzaju. To znaczy brak swobodnych nosnikow po krysztalach jonowych oraz mozliwosc przemieszczen defektow.

Najprostszym defektem w sieci wydaje sie luka on-line, zwana defektem Schottky\'ego, bedaca wywolana niedostatkiem atomu lub jonu po wezle sieci.

Defekt Schottki\'ego w idealnym krysztale jest dozwolone wyobrazic w piwnicy jako przeniesienie atomu sposrod wezla sieci lezacego po glebi krysztalu

do wezla, ktory miesci sie na jego powierzchni.

Brak Schottky\'ego.

Innym typem ulomnosci krysztalow beda defekty Frenkla, w ktorych atom ulega przesunieciu z wezla sieci w celu polozenia miedzywezlowego, czyli

polozenia nie bedacego normalnie zajmowanym przez atomy.

Defekt Frenkla.

Stezenie defektow punktowych wydaje sie uzaleznione zwlaszcza od amplitudy temperatury.

Koncentracja luk w stanie rownowagi maleje jako tako obnizania amplitudy temperatury. Rzeczywista koncentracja luk wydaje sie wieksza od wartosci

odpowiadajacej rownowadze, gdy krysztal narasta w podwyzszonej temperaturze, natomiast nastepnie zostaje nagle oziebiony przez co luki ulegaja

zamrozeniu.

Na podstawie analizowan przewodnictwa jonowego oraz pomiarow gestosci nie ulega watpliwosci, ze po czystych halogenkach (fluorkach, chlorkach,

bromkach itp. ) alkaicznych najczestszymi rodzajami luk on-line sa defekty Schottky\'ego, natomiast w halogenkach srebra - defekty Frenkla.

Wytwarzaniu defektow Schottky\'ego kompanow zmniejszenie grubosci krysztalu, bowiem zmniejsza sie objetosc krysztalu bez zmiany masy. W czasie

powstawania defektow Frenkla objetoscc krysztalu nie zaakceptowac ulega modyfikacji, a wiec nie zaakceptowac ulega modyfikacji jego gestoec.

Mechanizm przewodnictwa elektrycznego po krysztalach jonowych polega przewaznie na lotu jonow, natomiast nie elektronow. Fakt ow zostal okreslony

na trasie porownania przenoszonego ladunku elektrycznego z masa substancji, ktora to wydziela sie na elektrodach bedacych w kontakcie z krysztalem.

Przewodnictwo pradu elektrycznego przy uzyciu ruchu jonow nazywa sie przewodnictwem jonowym. W nie bardzo wysokich temperaturach

przewodnictwo jonowe jest jasno proporcjonalne w celu ilosci dodawanych jonow dwuwartosciowych.

Obecnie w celu zapisu defektow wykorzystywana wydaje sie symbolika Krgera-Vinka.

Defekty linearne (dyslokacje)

Rozny podstawowy rodzaj zaburzen kompozycji krystalicznej stanowia zaburzenia linearne, rozciagajace sie wzdluz konkretnych linii po krysztale.

Towarzystwo tych zaburzen, nazywanych dodatkowo dyslokacjami, nie zaakceptowac powoduje postepu entropii konfiguracyjnej krysztalu, bowiem sa

one pewnym typem uporzadkowanych podstruktur. Obecnosc dyslokacji zwieksza jednoczesnie energie wewnetrzna krysztalu, a wiec nie powstaja one

samorzutnie i w przeciwienstwie od defektow punktowych nie zaakceptowac sa one wynikiem ustalania sie rownowagi termodynamicznej. Pochodzeniem

dyslokacji sa naprezenia fizyczne wystepujace w rezultacie odksztalcania krysztalow, w toku krystalizacji i postepu krysztalow.

Spotyka sie kilka zasadniczych typow dyslokacji. Do konkretnego z tych propozycji nalezy dyslokacja krawedziowa.

Dyslokacja krawedziowa EF w plaszczyznie poslizgu ABCD.

Rysunek przedstawia prosty krysztal nalezacy w celu ukladu prawidlowego, w ktorym poslizg o wybrana odleglosc miedzyatomowa nastapil po lewej

polowce plaszczyzny poslizgu, lecz nie zaakceptowac nastapil po prawej. Dyslokacja nazywa sie granice miedzy obszarem przesunietym i

nieprzesunietym. Jej sytuacja odpowiada skonczeniu dodatkowej polplaszczyzny wcisnietej po gorna polowke krysztalu jak na ponizszym rysunku.

Dyslokacja krawedziowa znakomita.

W poblizu dysokacji krysztal wydaje sie silnie odksztalcony. Prosta dyslokacja krawedziowa uelastycznia sie nieskonczenie w plaszczyznie poslizgu w

kierunku prostopadlym w celu kierunku poslizgu. Mechanizm, dzieki ktoremu dyslokacja byc moze sie przemieszczac jest przedstawiony ponizej.

Czyn dyslokacji ponizej wplywem naprezenia scinajacego.

Czyn dyslokacji po krysztale pokrewny jest w celu przesuwania sie faldy lub zmarszczki pod dywanie. Kant przesuwa sie latwiej niz caly kobierzec, lecz

przesuniecie sie faldy wzdluz wykladziny daje w rezultacie przesuniecie calego dywanu poprzez podlodze. Jesli atomy poprzez jednej stronie www

plaszczyznuy poslizgu przesunely sie wzgledem atomow po drugiej stronie, to atomy lezace w plaszczyznie poslizgu sa doznawaly moce odpychajacej,

pochodzacej od odmiennych, ktore znajduja sie poprzez drugiej stronie www plaszczyzny poslizgu. Obliczono, ze wewnetrzne naprezenie potrzebne w

celu przesuwania sie dyslokacji wydaje sie zupelnie male, pod warunkiem, ze sily wiazan w krysztale nie sa zalezne bardzo od kierunkow. Dyslokacje

moga zatem powodowac, ze krysztal moze okazac sie bardzo plastyczny. Przejscie dyslokacji przez krysztal jest rownowazne przemieszczeniu sie w

poslizgu jednej frakcji krysztalu wobec drugiej. Drugim prostym wariantem dyslokacji wydaje sie dyslokacja srubowa.

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

Dyslokacja srubowa oznacza granice miedzy przesunieta, natomiast nieprzesunieta czescia krysztalu. Sciana ta truchta rownolegle w celu kierunku

poslizgu, a nie zaakceptowac prostopadle, tak jak zachodzi w sytuacji dyslokacji krawedziowej. Mozna to sobie zobaczyc w wyobrazni, ze dyslokacja

srubowa powstaje przy czesciowym nacieciu krysztalu nozem i przesunieciu frakcji nacietej na temat jeden odstep atomowy w tym samym czasie do

przegow naciecia. Dyslokacja srubowa zmienia kolejne plaszczyzny atomowe po powierzchnie srubowe, z czego wywodzi sie nazwa naszej dyslokacji.

Az do okreslenia dyslokacji stosowane beda dwa wektory:

· wektor Burgersa oznaczany jako b;

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

Wektor Burgersa b wydaje sie wektorem przesuniecia, ktory definiuje wielkosc i kierunek przesuniecia atomow on-line lezacych wyzej plaszczyzny

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

(konturu) Burgersa, innymi slowy zamknietej linii wokol wycinka struktury zawierajacego linie dyslokacji. Istnienie wektora Burgersa oznacza, ze w celu

przywrocenia periodycznej budowy konieczne sa zmiany w skonczonym krysztale zamykajacym dyslokacje. Przy idealnym przypadku wektor Burgersa

powinien stanowic rowny odstepowi miedzyplaszczyznowemu lub jego wielokrotnosci. Dyslokacje na temat tej charakterystyce nazywane beda

dyslokacjami doskonalymi.

Animacja przedstawiajaca dyslokacje krawedziowa doskonala.

Animacja przedstawiajaca dyslokacje srubowa znakomita.

W przypadku dyslokacji krawedziowych wektor Burgersa wydaje sie prostopadly w celu wektora t (linii dyslokacji), co zapisuje sie symbolicznie jako b_I_t.

Natomiast w sytuacji dyslokacji srubowej wektor Burgersa oraz wektor okreslajacy trend linii dyslokacji sa wektorami rownoleglymi, , ktorzy zapisujemy

symbolicznie bIIt. W podobny sposob calkowicie kapitalne dyslokacje krawedziowe, jak i srubowe sa sprawami skrajnymi. Przy rzeczywistych krysztalach

wystepuja dyslokacje mieszane (np. wielokrotne, czesciowe) wykazujace wlasnosci posrednie miedzy dyslokacjami krawedziowymi, a srubowymi.

Defekty plaskie (dwuwymiarowe)

Az do tej stajnie zaburzen sieci krystalicznej zaliczyc mozna: niskokatowe granice skosne (daszkowe), niskokatowe granice skrecenia, granice blizniacze,

bledy ulozenia, granice domen antyfazowych. Zbior dyslokacji krawedziowych uszeregowanych 1 nad naczelna tworzy plaskie zaburzenie, rozdzielajace

krysztal pod dwie frakcji o plaszczyznach sieciowych nachylonych wzgledem zony pod niewielkim katem. Te zaburzenie plaskie nosi nazwe niskokatowej

granicy skosnej (albo daszkowej). Pokrewne zaburzenia plaskie - niskokatowe granice skrecenia - sa w stanie tworzyc za posrednictwem uszergowanie

kompletu dyslokacji srubowych. Niskokatowa zapora skrecenia oddziela dwie frakcji krysztalu wobec siebie na temat niewielki rog (kilka sekund do paru

minut po mierze stopniowej), rownolegle w celu plaszczyzny skrzyzowanych dyslokacji srubowych. Z kolei bariery szerokatowe to granice miedzy

ziarnami, wyzej kilku poziomow lub wyzej 15 poziomow w zaleznosci od pochodzenia literaturowego. W sytuacji tych barier musza egzystowac obszary

gdzie nie ma dostosowania sieci rozdzielone wysepkami dostosowania. Takie defekty sa charakterystczne dla postaci polikrystalicznych. Rozny wazny

typ zaburzen plaskich powstaje w rezultacie rozszczepienia sie omawianych przedtem dyslokacji idealnych, o wektorze Burgersa jednakowym jednemu

odstepowi sieciowemu, pod dyslokacje czesciowe o nizszej watrosci wektora b. Przedsiebiorczosc odksztalcenia sprezystego krysztalu wydaje sie

proporcjonalna w celu kwadratu wektora Burgersa, co jest rownoznaczne z ustanowieniem, ze takiego typu rozszczepienie wydaje sie energetycznie

pozadane. Tego typu defekty nazywane beda bledami ulozenia, a powstaja glownie na skutek zaburzen po sekwencji ulozenia plaszczyzn atomowych.

Czesto rowniez spotykane beda tzw. bariery blizniacze. Opiera sie to za zakupach grupowych, ze dwa monokrysztaly identycznej substancji beda ze

soba zrosniete w taki sposob, ze siec siec jednego sposrod nich moze okazac sie przetransponowana po siec pozostalego poprzez przerobienia

symetryczne. Przy mineralach powstaja najczesciej blizniaki odbicia, ruchu lub inwersji, a po metalach dysponujemy do czynienia przewaznie z

blizniakami wzrostu, przemiany lub znieksztalcenia. Kolejnym defektem plaszczyznowym beda granice domen antyfazowych. Domena antyfazowa,

antyfaza jest to nieduzy obszar w srodku stopu, na temat strukturze uporzadkowanej, ale niezgodnej ze struktura obszarow okolicznych. Domeny

antyfazowe odznaczaja sie spontanicznym namagnesowaniem (ferromagnetyki) lub samorzutna polaryzacja (ferroelektryki). W granicach domen

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

Wplyw defektow pod wlasnosci towarow

Wiele zasadniczych wlasciwosci postaci stalych jest zalezny w jednakowym stopniu od ich ulomnosci struktury, a takze od natury wlasciwego krysztalu,

ktory byc moze spelniac tylko role nosiciela defektow lub osrodka, w ktorym one sie rozwijaja. Wiamomo rownoczesnie, ze istnienie krysztalu idealnego,

pozbawionego calkowicie defektow jest mozliwe jedynie po temperaturze zera bezwzglednego. Poniewaz w lepszych temperaturach winien istniec

autorytatywna liczba defektow, ktorych zgeszczenie zalezy przede wszystkim od amplitudy temperatury i wzgledow wzrostu krysztalu. Oprocz tego

czlowiek niekiedy umyslnie wprowadza defekty, aby przerobic wlasciwosci poniektorych materialow. Sztandarowym przykladem tych propozycji bedzie tu

produkcja polprzewodnikow domieszkowanych przewaznie atomami pierwiastkow z III lub V grupy ukladu okresowego. Przewodnictwo elektryczne mimo

wszystko interesujace wlasnosci polprzewodnikowe sa zalezne calkowicie od sladowych ilosci domieszek. Dlatego nawet nierozlegla koncentracja

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

wiekszosc defektow byc moze przyczyniac sie do spowodowania rozmycia przemiany fazowej. Oprocz tego defekty kompozycji odpowiedzialne beda za

zdarzenie luminescencji oraz niektore wlasnosci optyczne (np. moga oddzialywac na barwy krysztalow). Skupienie zaburzen kompozycji wplywa pod

zdolnosc dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Domieszki lub niedoskonalosci krysztalow moga niezmiernie przyspieszac dyfuzje atomow po

cialach stabilnych. Moga dodatkowo przyczyniac sie w wyrazny sposob w celu zmian poniektorych wlasnosci krysztalow takich jak np. gestosc, ciagla

sieciowa itp. Od tych propozycji zaleza poniektore wlasciwosci fizyczne materialow np. sprezystosc, plastycznosc itp.

Krotko mowiac, nalezy odkryc, ze zaburzenia struktury wplwaja na:

· wlasnosci nasze np. po polprzewodnikach, ferroelektrykach;

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

· wlasnosci mechaniczne np. sprezystosc, plastycznosc.

Waznym parametrem okreslajacym wplyw zaburzen kompozycji jest zwartosc dyslokacji okreslajaca stosunek dlugosci linii dyslokacji do objetosci

jednostkowej.

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

· 1010-1011 m/m3 w monokrysztalach polprzewodnikowych;

· 1012 m/m3 w polikrysztalach;

· wyzej 1017 m/m3 w materialach bardzo zdefektowanych.

Materialy bezpostaciowe

Materialy bezpostaciowe (ciala amorficzne) to ciala stale nie zaakceptowac wykazujace charakterystycznego dla krysztalu okresowego uporzadkowania

atomow (czasteczek) i wynikajacych z niego jakosci. Ciala bezpostaciowe obejmuja rozne substancje i materialy, z ktorych wyodrebnia sie grupe cial,

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

sposrod czasteczek rozmaitego rodzaju (np. drewno, skora) i wykazujace roznorodne jakosci. Zwykle jednak terminem trup bezpostaciowe definiuje sie

tylko szkla, natomiast stan bezpostaciowy nazywa sie stanem szklistym. Charakterystyczna jakoscia makroskopowa szkiel jest zdolnosc do nieustannego

i odwracalnego przejscia wraz z stanu niezachwianego w jakosc ciekly ponizej wplywem przemian temperatury i cisnienia. Procedura powstawania ciala

bezpostaciowego podczas chlodzenia cieczy, nazywany zeszkleniem (witryfikacja, amorfizacja), polega pod stopniowym wzroscie jej lepkosci do zalety

1013-1014 dPa*s, przy ktorej ciecz gubi ruchliwosc i staje sie cialem stalym. Temperatura, w ktorej ow krytczna lepkosc jest osiagana, nazywa sie

temperatura zeszklenia Tg i odpowiada punktowi przegiecia pod krzywej relacji niektorych miary (lepkosci, goraca wlasciwego, wspolczynnika dyfuzji) od

temperatury. Temperatura Tg nie jawi sie byc wielkoscia nieustanna dla danej substancji (zalezy od szybkosci chlodzenia), wydaje sie jednak najlepsza

wielkoscia charakteryzujaca bezpostaciowe trup stale. Tworzywo bezpostaciowy zachowuje strukture cieczy przechlodzonej, sposrod ktorej powstal,

wykazuje zatem uporzadkowanie bliskiego zasiegu, tj. w najblizszym sasiedztwie wiadomego atomu (na obszarach 10-20 angstremow innymi slowy

10-10m). Tereny uporzadkowane maja strukture bliska strukturze wlasciwych cial krystalicznych, ale odmiennie niz po krysztalach nie zaakceptowac

powtarza sie ona periodycznie w lokalizacji. Wiazania miedzy atomami nalezacymi do okolicznych obszarow uporzadkowanych maja rozna dlugosc i

energie.

Machina produkujaca naczynia szklane.

Przejscie ciala bezpostaciowego w ciecz podczas nagrzewania przebiega krok po kroku (cialo mieknie, staje sie plastyczne, a w dalszej kolejnosci

stopniowo zdobywa plynnosc cieczy). Zachodzi to w porzadnym przedziale amplitudy temperatury (a nie zaakceptowac jak w przypadku postaci krystal.

po stalej temperaturze topnienia), bowiem wiazania miedzy atomami beda zrywane jeden po drugim (w kolejnosci wzrastajacej energii), a nie

zaakceptowac jednoczesnie jak w krysztale. Zdolnosc mieszaniny do wylegania w stanie szklistym zalezy od budowy do niej czasteczek, natomiast

glownie od charakteru znajdujacych sie w tych propozycji wiazan chemicznych i wydaje sie szczegolnie rozlegla dla wiazan posrednich miedzy jonowymi

natomiast kowalencyjnymi. Czasteczki o tego typu wiazaniach bez trudu tworza lancuchy i trojwymiarowe szkielety, , ktorzy powoduje powiekszenie

lepkosci blisko temperatury topnienia i uprzystepnia przechodzenie przy ochladzaniu po stan szklisty. Substancjami na temat takich czasteczkach sa

poniektore tlenki (glownie krzemu, boru, fosforu, germanu), siarczki, tellurki i selenki (np. fosforu, arsenu, antymonu), a takze poniektore zwiazki

organiczne. Ponadto bez trudu otrzymuje sie szkla krzemianowe (szklo) lub z polimerow organicznych (np. plexiglas), ale juz uzyskanie szkiel ze

stopionych metali lub prostych zwiazkow jonowych domaga sie specjalnych procedur (np. bardzo szybkiego schladzania jak w przypadku szkla

metalicznego).

Reczna technologia wydmuchiwania naczyn szybowych.

Szkla beda substancjami termodynamicznie nietrwalymi i wykazuja nieustanna tendencje w celu przejscia po stan rownowagi, tj. w celu krystalizacji. Przy

niskich temperaturach szkla sa w stanie przetrwac co wiecej miliardy czasow (zostaly wydobyte w glebie ksiezycowej). Przy wyzszych temperaturach (ale

powyzej temperatury zeszklenia) moga ulegac odszkleniu (dewitryfikacji), tj. stopniowej krystalizacji. Procesem odszklenia jest dozwolone kierowac

dodajac (podczas otrzymywania szkla) mieszaniny ulatwiajacych krystalizacje i uzywajac specjalna obrobke cieplna otrzymanego materialu. Dzieki temu

uzyskuje sie tzw. tworzywa szklanokrystaliczne, bardzo wytrzymale mechanicznie. Wlasciwosci nasze, optyczne i mechaniczne mieszaniny w stanie

bezpostaciowym sa z reguly takie same jak ich istot krystalicznej, natomiast stosunkowo bez trudu mozna te rolety modyfikowac za posrednictwem

wprowadzanie domieszek i wlasciwa obrobke termiczna.

Tkaniny rowingowe (wlokna szklane) do tytulow laminatow

na temat podwyzszonej wytrwalosci mechanicznej.

Popularne grupy szkiel i specjalizacji zastosowan:

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

· szklo potasowe (drozsze, szlachetniejsze szkla);

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

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

· szklo kwarcowe, krzemionkowe (praca w ogromnych temp. np. w reflektorach, 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).

Testy wytrzymalosciowe szyb samochodowych (szkla bezpiecznego).

Interesujacym i przydatnym rozwiazaniem fachowym jest tak zwanym. szklo dobre. Jest to rodzaj szkla osobliwego, ktore w rezultacie specjalnej

przerobki (hartowania) poprzez rozbiciu rozpada sie pod male kawalki o zaokraglonych, nie kaleczacych krawedziach. Do tego typu szkiel bezpiecznych

naleza rowniez szklo klejone oraz szklo zbrojone. Szyby zlozone z paru tafli szkla klejonego spaja sie wyjatkowa folia lub zywica, dzieki czemu po

rozbiciu odlamki przebywaja przyczepione w celu wytrzymalej warstwy spajajacej. Z kolei szklo zbrojone to szklo walcowane sposrod wtopiona wen

siatka metaliczna, zapobiegaja rozpryskiwaniu sie szkla przy peknieciu.

Do towarow bezpostaciowych zaliczyc nalezy dodatkowo polprzewodniki amorficzne. Sa one otrzymywane pod cienkich warstwach, podczas bardzo

szybkiego schladzania. Wykorzystywane beda przy reflektorach obrazowych, integruja bowiem fotoprzewodnictwo z opornoscia elektryczna. Wielokrotnie

mozna te rolety spotkac po fotolitografii (etapie technologii planarnej przy tytulow elementow polprzewodnikowych).

Materaialy quasikrystaliczne

Do naszej grupy towarow zaliczane beda:

· polimery;

· ciekle krysztaly;

· ciala stale superjonowe np. NaAl11O17.

Nizej zostaly omowione jedynie materialy cieklokrystaliczne.

Ciekle krysztaly

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

wystepowaniem uporzadkowania dalekiego zasiegu (innego jednak niz po krysztalach) i wynikajaca skutkiem tego anizotropia jakosci. Przejscie cieklego

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

komponowac substancje na temat wydluzonych sztywnych czasteczkach wlaczajacych plaskie skladniki (np. pierscien benzenowy). Wskutek

wzajemnego oddzialywania czasteczki ustawiaja sie faktycznie, ze cechujaca je dluzsze osie sa w celu siebie rownolegle (uporzadkowanie orientacyjne).

Ciekle krysztaly mozna rozlozyc na termotropowe (powstajace w rezultacie ogrzewania jakichkolwiek substancji mogl krystalicznym lub ochladzania

takich substancji mogl cieklym) i liotropowe (powstajace wskutek rozpuszczania niektorych mieszaniny w nazwanym rozpuszczalniku).

Podzial cieklych krysztalow.

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

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

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

plaszczyzn tych warstw lub nachylone do tych propozycji pod nazwanym katem;

· faze cholesterolowa, w ktorej czasteczki sa ulozone warstwami w ten sposob, ze osie czasteczek w srodku jednej warstwy sa w celu siebie rownolegle,

a wobec czasteczek okolicznych warstw beda skrecone na temat pewien rog.

Faza neumatyczna. Faza smektyczna.

Obraz mikroskopowy neumatyka. Wizerunek mikroskopowy smektyka.

Liczne wykorzystania cieklych krysztalow sa przede wszystkim zwiazane sposrod ich jakosciami optycznymi (wykazuja m. in. aktywnosc optyczna,

dwojlomnosc, selektywne odbicie i zalamanie fal). Wlasciwosci te sa b. wrazliwe pod nawet male zmiany parametrow zewn. (pol elektr. i magnet. albo

temperatury). Na przyklad zjawisko zmiany dlugosci fali swiatla odbitego od cienkiej warstwy cieklego krysztalu (zmiana barwy naszej warstwy) ponizej

wplywem przemian temperatury znalazlo zastosowanie po diagnostyce lekarskiej i przetwornikach obrazu. Fenomen zmiany kierunku polaryzacji

promieni przechodzacego za posrednictwem ciekly krysztal (zmiana natezenia i barwy swiatla) ponizej wplywem przemian pola elektr. jest

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

cieklych krysztalow, tzw. LCD). Znaczna czesc szczegolow organizmow zywych ma konstrukcje cieklokrystaliczna (elementy blon biologicznych, wodne

roztwory makromolekul albo wirusow), totez badania morzem cieklymi krysztalami maja ogromne znaczenie na rzecz rozwoju poniektorych dziedzin

medycyny (m. in. wykorzystuje sie je w celu testowania lekow i po badaniach morzem chorobami nowotworowymi).

Przykladowe specjalizacji zastosowan cieklych krysztalow.

Deski rozdzielcze po samochodach. Tabliczki ogloszeniowe np. kolejowe.

Uzycie cieklych krysztalow - monitory cieklokrystaliczne.

Fazy. Regula faz. Zasady budowy diagramow fazowych.

Faza termodynamiczna

Faza termodynamiczna to czesc ukladu rownowagi jednorodna co do fizycznym. Oddzielona jest od pozostalej frakcji ukladu wyrazna granica tak

zwanym. powierzchnia rozdzialu, przy przekraczaniu ktorej jakosc termodynamiczny ciala, jego zestaw chemiczny lub budowa modernizuja sie w srodek

nieciagly (skokowy). Granice miedzy fazami moga byc: koherentne (pelna kompatybilnosc sieci), polkoherentne lub niekoherentne (brak zgody sieci).

Uklady jednofazowe nazywane sa ukladami jednorodnymi (homogenicznymi). Z kolei uklady dwu- i wielofazowe definiuje sie mianem ukladow

niejednorodnych (heterogenicznych). Dwie odmiany alotropowe tego samego pierwiastka zwaza sie zbyt dwie rozmaite fazy. Roztwor stanowi wybrana

faze w ramach skladu zmieniajacego sie po sposob ciagly. W ukladach rownowagi byc moze wystepowac kilka faz, oznaczanych najczesciej literami

greckimi: alfa, beta, gamma.

Stopnie swobody

Stopnie swobody to zbior niezaleznych niestalych koniecznych i wystarczajacych w celu opisania postaci ukladu fizycznego w wszelkiej chwili. Cyfra

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

zaakceptowac moga byc dokladnie okreslone. Moga natomiast przerabiac sie po okreslonym zakresie bez naruszenia liczby faz.

Liczba niezaleznych skladnikow (z) to najmniejsza liczba szczegolow, z ktorych mozna konstruowac uklad fizyczny.

Regula faz Gibbsa

To zaleznosc wiazaca liczbe poziomow swobody (s) z iloscia (f) potencjalnych wspolistniejacych faz i iloscia (z) szczegolow ukladu termodynamicznego,

ktory znajduje sie w stanie rownowagi i w ktorym nie zachodza reakcje nienaturalne. Oznacza to, ze w konkretnych warunkach termodynamicznych sklad

fazowy (ilosciowy wspolzycie miedzy fazami) pozostaje konsekwentny. Mozna to zapisac po nastepujacy srodek:

Regula faz Gibbsa wydaje sie podstawa budowy diagramow fazowych. Okresla albowiem maksymalna liczbe faz mogacych ze soba wspolistniec np. na

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

Reguly konstrukcji diagramow fazowych

Budowla diagramow fazowych uzalezniona wydaje sie przede wszystkim od liczby poziomow swobody. Tuz przy:

·s=0 --> system jest wytrwaly, jego stabilnosc moze egzystowac tylko przy stalej temperaturze i nazwanym skladzie faz (na diagramie fazowym punkt);

·s=1 --> system jednozmienny, co jest rownoznaczne z ustanowieniem, ze wyjawszy naruszania jego rownowagi jest dozwolone w nim przerabiac w

jakichkolwiek granicach temperature lub zestaw, ale tylko jednej fazy (na diagramie linia);

·s=2 --> uklad dwuzmienny, co oznacza, ze bez naruszania rownowagi ukladu mozna w nim zmieniac po pewnych krawedziach temperature lub sklad

jednej fazy lub sklad 2 faz, lecz bez przemian temp. (na diagramie plaszczyzna);

·s=3 --> pod diagramie detal objetosci, wykres rownowagi wydaje sie przestrzenny, 2-ie osie zalety i 1 temperatura (na diagramie objetosc).

Czesto stosowanym diagramem wydaje sie tzw. trojkat skladu, np. trojkat skladu porcelany.

Mozna wyroznic 4 rodzaje ukladow:

1. System z nieograniczona rozpuszczalnoscia mogl stalym (uklad rownowagi fazowej).

2. System rownowagi fazowej z eutektyka (brak mozliwosci rozpuszczenia skladnika A po skladniku B, najczesciej konstruuja pierwiastki w duzym stopniu

rozniace sie wlasciwosciami).

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

samych, ale przy roznicy miary atomow wiekszej niz 15%).

4. System z perytektyka (tworza pierwiastki krystalizujace po roznych ukladach lub takich samych, ale przy roznicy wielkosci ziaren wiekszej niz 15%).

Surowce wielofazowe

W najwiekszym stopniu zlozona postacia rzeczywistych towarow sa materialy wielofazowe zlozone z wielu faz, takze krystalicznych a takze

bezpostaciowych. Uchwycenie \"faza\" wydaje sie tu uzywane w relacji raczej opisowym, a nie zaakceptowac termodynamicznym i oznacza jednorodna

pod mikroskopem czesc wybudowania materialu. Z tego rodzaju okreslania skladu fazowego wywodzi sie takze nazwa mikrostruktura na okreslenie

budowy materialu widocznej ponizej mikrodkopem. Przy literaturze ceramicznej budowe ta okresla sie tez wyrazeniem makrostruktura lub tekstura.

Regula faz wydaje sie sluszna na rzecz faz, ktore znajduja sie w rownowadze, a wiec wtenczas, gdy mozliwosci chemiczny arbitralnego skladnika ukladu

jest jednakowy w wszelkiej fazie. Bowiem rzeczywiste materialy wielofazowe niekoniecznie znajduja sie mogl rownowagi, zatem nie mozna w celu nich

stosowac reguly faz w scislym tego wyrazenia znaczeniu.

Dzisiejsze materialy wielofazowe mozna rozlozyc na nastepujae grupy:

· Materialy ceramiczno-metaliczne tzw. cermetale;

· Surowce porowate;

· Wielofazowe materialy kombinowane, innymi slowy kompozyty.

Cermetale

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

sie skladnik ceramiczny. Zaleznie od udzialow objetosciowych obydwu skladowych faz cermetali, mozna przerabiac w obszernych granicach takze ich

konstrukcje jak i jakosci.

Typowa mikrostruktura cermetali na temat roznych udzialach objetosciowych

faz metalicznych i niemetalicznych.

Powyzsze rysunki prezentuja mikrostrukture zwyczajowych cermetali. W pierwszym sposrod rysunkow faza metaliczna (czarne pola) objeta jest za

posrednictwem ciagla osnowe fazy ceramicznej (biale pola). Przy udziale objetosciowym metalu bliskim 50% otrzymuje sie mikrostrukture w pewnym

sensie odrocona, dokad faze ciagla tworzy teraz metal. Mozna zobaczyc to pod drugim sposrod powyzszych rusunkow. Odpowiednio modernizuja sie i

jakosci cermetalu, oktorych decyduje zwlaszcza faza ciagla. Zmiany tego rodzaju moga wystapic, zaleznie od ksztaltu rejonow wystepowania danej fazy,

przy roznych udzialach objetosciowych. Przykladem moze byc zilustrowany ponizej cermetal Pb (czarne pola) - Ge (biale pola).

Mikrostruktura cermetalu Pb-Ge.

Przy miniaturowych udzialach olowiu obszary wylegania fazy metalicznej (Pb) maja postac rozbryzganych kropel (prawy rysunek). Wskutek tego kanaliki

przewodzacej automatycznie fazy Pb tworza faze ciagla juz przy do niej udziale objetosciowym rownym 20%. Materialy wielofazowe o mikrostrukturze

podobnej w celu wystepujacej po cermetalach otrzymuje sie rowniez bez szczegolow metalicznych. Przykladem moze byc weglik krzemu typu Refel, w

ktorym ziarna SiC powiazane beda przez male udzialy objetosciowe krzemu, a takze materialy, gdzie ziarna SiC otoczone beda warstewkami izolatora

elektrycznego (BeO). Ten ostatni material spaja dobre przewodnictwo cieplne takze SiC a takze BeO, bedac przy tym izolatorem elektrycznym, bowiem

faze ciagla stanowia tu cienkie warstewki BeO.

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

cermetali sa tlenki (np. glinu) i wegliki (np. tytanu, chromu), a takze azotki, borki, krzemki. Szczegoly metaliczne to m. in. zelazo, nikiel, chrom, i tak dalej.

Cermetale odznaczaja sie duza twardoscia, ogniotrwaloscia, odpornoscia pod chemikalia, lecz sa calkiem kruche.

Uzycie cermetali: w celu wytwarzania ostrzy narzedzi skrawajacych, elementow turbin gazowych i silnikow odrzutowych, czesci aparatury chemicznej

oraz oslon powietrza w reaktorach jadrowych.

Surowce porowate

Glowna wazna grupe materialow wielofazowych o umyslnie uksztaltowanej mikrostrukturze stanowia materialy porowate, tj. materialy, gdzie druga faza

jest gaz zawarty po porach. Celowosc wytwarzania tego typu materialow wyplywa przede wszystkim sposrod zastosowania towarow ceramicznych jako

filtrow, cieplnych materialow izolacyjnych i powlok cieplochronnych, a takze do celow izolacji dzwiekowej. Materialy ceramiczne o umyslnie

wyksztalconych porach znajduja interesujace zastosowania po medycynie, czy tez jako przegrody w ogniwach paliwowych (porowaty AlLiO2). W

porownaniu do wymagan, wklad porow byc moze tu docierac do 90% objetosciowych. Ze wzgledu ma male przewodnictwo cieple gazow w zaleznosci od

z ceramiczna faza nieustanna jest to pozadane dla zminimalizowania przewodnictwa cieplnego. Najczesciej produkowanym rodzajem towarow

wielofazowych na temat zwiekszonym udziale objetosciowym porow sa materialy wytwarzane generalnie przez prasowanie i spiekanie stalych odrobin

(ziarn) pochodzenia naturalnego, na temat dosc sporych rozmiarach ziarn (d> 1 μm). Surowce takie wskazuje sie materialami ziarnistymi. W podobny

sposob ze wzgledu na rodzaj surowca, a takze na pozadane wlasciwosci (stosunkowo dobra odpornosc na naprezenia cieplne i male przewodnictwo

cieplne przy niezbyt ogromnych wymaganiach w sprawie wytrzymalosci mechanicznej), w postaci takiej wytwarza sie materialow ogniotrwalych,

stosowanych jako wykladziny przedmiotow cieplnych po metalurgii, przemysle cementowym itp. Udzial objetosciowy porow po takich materialach

dochodzi w celu 0, 3-0, 4, natomiast rozmiary porow sa przewaznie znacznie mniejsze od rozmiarow duzych ziarn. Modele takiego materialu, szczegolnie

przydatne na rzecz oceny jego wlasciwosci mechanicznych i cieplnych, mozna konstruowac ze kompletu kul, ulozonych w rozmaity sposob, , ktorzy

pokazano powyzej.

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

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

W rzeczywistych materialach ziarnistych musza miec miejsce obszary na temat roznym ulozeniu ziarn, od luznego w celu najgestszego piramidalnego lub

tetraedrycznego. Materialy komorkowe otrzymuje sie najczesiej za posrednictwem wprowadzenie w celu materialu wypalajacych sie dodatkow. Mozliwosc

wykorzystania tej stajnie materialow porowatych w przypadku budowy pracujacych ponizej obciazeniami mechanicznymi jest ograniczona, z uwagi na

cechujaca je mala wytrzymalosc mechaniczna i odpornosc pod pelzanie po podwyzszonych temperaturach. Znacznie lepszymi wlasciwosciami

mechanicznymi odznaczaja sie materialy piankowe. W chwili obecnej jest dozwolone je wytwarzac praktycznie wraz z wszystkich ciezko topliwych

mieszaniny ceramicznych, wowczas gdy w toku wypalania materialu utworzy sie warunki umozliwiajace wydzielanie sie gazow w calkowitej objetosci

materialu znajdujacego sie w stanie plastycznym. Szczegolnie malym przewodnictwem cieplnym i dobrymi wlasciwosciami mechanicznymi odznaczaja

sie wegliki, stworzone w postaci towarow piankowych. Wyjatkowa podgrupe stanowia materialy piankowe wytwarzane sposrod mikrosfer,

sporzadzajacych sie po lotnych popiolach z elektrowni weglowych. Prawdziwa mikrostruktura towarow komorkowych na temat niezbyt wysokiej

porowatosci miesci nie przecinajace sie ze soba izolowane pory. Model takiej mikrostruktury jest dozwolone wyprowadzic dzielac objetosc materialu na

blizniacze rownoleglosciany Fiodorowa (kubooktaedry). Wewnatrz kazdego z tych propozycji 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 materialu. W zwiazku sposrod ta wyjatkowa cecha

towarow piankowych, odrozniajaca je od materialow komorkowych jest to, ze nawet przy duzych udzialach objetosciowych porow, dochodzacych w celu

0, 9 - 0, 95, pory nigdy nie zaakceptowac schodza sie ze soba i odlaczone sa od siebie membranami ciala niezachwianego o rozmaitej grubosci,

tworzacego ciagly szkic. Przy Vp < 0, czterech rzadko wystepujace pory wyksztalcaja sie w postaci kulistych banieczek. Ze zwiekszeniem sie

porowatosci, cisnienie gazu w znajdujacych sie licznie, a wiec bardziej adekwatnych do zony porach, powoduje wzajemne wplyw i wytworzenie

wielosciennych porow.

Zastosowanie towarow porowatych: w celu wyrobu opakowan, filtrow oraz jako izolatory w elektrotechnice i cieple materialy izolacyjne, powloki

cieplochronne, a takze w celu celow separacji dzwiekowej po budownictwie. Poza tym wykorzystywane beda w energetyce jadrowej (np. jako przegrody

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

Rola towarow ceramicznych po technice

Zazwyczaj terminem wyroby ceramiczne okresla sie materialy uzyskane przez wypalanie substancji mineralnych, czemu towarzysza nieodwracalne

reakcje chemiczne. Dzis do ceramiki zalicza sie czasem wszystkie te materialy, ktore nie beda metalami, polimerami lub kompozytami, a wiec rowniez

substancje nieorganiczne (do podstawowych materialow naleza polprzewodniki: german, krzem), organiczne, beton, brylant, a nawet lod. Ze wzgledu na

rodzaj wystepujacych wiazan chemicznych rozroznia sie ceramike jonowa i kowalencyjna. Surowce ceramiczne sa krystaliczne, po trosze krystaliczne lub

amorficzne (szkla ceramiczne). Czasami osobno wymienia sie szklo, aczkolwiek z reguly uznaje sie je zbyt podgrupe ceramiki. Materialy ceramiczne

naleza w celu najwczesniej uzytych przez czlowieka.

Rys historyczny

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

rozpoczyto wypalac ok. 8000 czasow p. n. e., srodek wytwarzania szkla odkryto ok. 4000 czasow p. n. e., natomiast betonu w czasach rzymskich. Od

razu suszone cegly powstaly po starozytnym Egipcie okolo 10-ciu tys. czasow temu. Z kolei pierwsze ceramiczne materialy wypalane powstawaly po

starozytnim Babilonie ok. czterech tys. czasow p. n. e. Era sredniowiecza dostarczyla produkowane pod skale duza cegly wypalane oraz porcelane o

kompletnie dobrych wlasnosciach (porcelana chinska, slynna porcelana japonska sposrod Seto). Od chwili roku ok. 1700 wytworczosc szlachetnej

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

Portal Labedzi zrobiony z porcelany misnienskej (1737-41 r. ).

Wiek 19 to epoka powstania i rozwoju przemyslu ceramicznego, produktow ceramiki remontowo-budowlanej oraz towarow ceramiki ogniotrwalej dla

hutnictwa i metalurgii. Materialy ceramiczne zaczynaja stanowic stosowane w celu produkcji towarow i narzedzi sciernych. Dwudzieste stulecie przynioslo

wyzwanie na rzecz nowych towarow ceramicznych. Powstaje ceramika szczegolna dla nowych dziedzin technologii i nauczania. Ceramika rozpoczyna

byc wykorzystywana w elektrotechnice, elektronice, energetyce jadrowej, a takze w branzy auto-moto i przemysle kosmicznym. Tez medycyna i

biotechnologia osiagaja po szczegolne materialy ceramiczne.

Klasyfikacja towarow ceramicznych

Surowce ceramiki kapitalnej opartej pod naturalnych surowcach.

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

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

3. Ceramiczne wyroby kanalizacyjne.

4. Wyroby ceramiczne kwasoodporna.

5. Materialy ogniotrwale dla przemyslu hutniczego.

szesc. Materialy scierne i silne na scieranie.

Elektroceramika i przykladowe specjalizacji zastosowan

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

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

3. Wyroby ceramiczne elektrotermiczna (elementy grzejne, wykladziny izolacyjne i tak dalej. ).

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

Szybkoobrotowa tarcza scierna przeprowadzona z bardzo

twardej mieszaniny ceramicznej - tlenku glinowego wypalanego po obecnosci spoiwa.

Rola towarow ceramicznych po technice

W ciagu wiekow rejon zastosowan ceramiki poszerzal sie ze wzgledu na do niej duza odpornosc termiczna i chemiczna, szczegolne wlasciwosci nasze,

duza odpornosc i trwalosc. Materialy ceramiczne sa w dodatku latwo osiagalne i wzglednie tanie. Uzywa sie te rolety zarowno jako tworzywa

konstrukcyjne (zwlaszcza pod elementy budowy narazonych pod dzialanie wysokiej temperatury, jak silniki, turbiny gazowe), w tym takze materialy

efektywne. Specjalne materialy ceramiczne beda 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 i pod wielkim cisnieniem. Tak bardzo uzyskane

materialy odgrywaja wspaniala role po technice, metrow. in. jako warstwy (np. z weglikow spiekanych lub diamentowe, nakladane na rdzenie metalowe

dla zwiekszenia cechujaca je stabilnosci termicznej, odpornosci pod zuzycie i korozje), jako materialy scierne, jako materialy do fabrykowania

biokompatybilnych implantow (np. sposrod tlenku glinu, Al2O3, lub hydroksyapatytu, Ca10(PO4)6(OH)2).

Materialy ceramiczne stosowane po mikroelektronice maja wyjatkowe istota, ich cena stanowi ok. 80% ogolnej wartosci robionych obecnie towarow

ceramicznych. W szerokim zakresie sa wykorzystywane ceramiczne materialy polprzewodnikowe, beda z tych propozycji wytwarzane metrow. in.: diody,

fotodiody, tranzystory, lasery, baterie sloneczne. Dazy sie w celu uzyskania nadprzewodnikow wysokotemperaturowych, sposrod ktorymi laczy sie

nadzieje pod ogromny rozwoj techniczny. Cechy nadprzewodnikowe wykazuja niektore materialy ceramiczne. W zestawieniu z z nadprzewodnikami

metalicznymi odznaczaja sie one znacznie wyzsza temperatura krytyczna Tc, przekraczajaca juz w duzym stopniu 100K, np. zwiazek na temat wzorze

HgBa2Ca2Cu3O8 ma Tc = 135 K. Niektore zwiazki calosciowe o specyfikach donorowo-akceptorowych wykazuja tak duza przewodnosc elektryczna, ze

sa nazywane metalami organicznymi.

Szklo bylo i nadal wydaje sie stosowane zwlaszcza ze wzgledu na swoje wlasciwosci optyczne, ale istotne sa rowniez takie jego cechy, jak: stabilnosc

termiczna, odpornosc chemiczna, trwalosc i mala przewodnosc elektryczna. Podstawowym skladnikiem szkla jest krzemionka, ktora poprzez stopieniu i

ochlodzeniu posiada cechy amorficznego ciala niezachwianego, ale w istocie jest ciecza o bardzo duzej lepkosci. Wlasciwosci szkla zaleza znacznie od

jakosciowego i ilosciowego skladu chemicznego: rodzaju i zawartosci kationow metali, przewaznie sodu, a takze potasu, wapnia, cynku, olowiu i in.

skladnikow. Za sprawa zmiane skladu mozna po pewnym zakresie wplywac pod wartosc wspolczynnika zalamania oraz absorpcji promieni o

poszczegolnej dlugosci fali. Oprocz szkla okiennego, elektrotechnicznego i laboratoryjnego coraz szersze zastosowanie mieszcza wlokna szklane.

Doklada sie staran, by opanowac rodzaje wytwarzania nici niezbednych w celu zbrojenia kompozytow narazonych pod dzialanie w duzym stopniu

podwyzszonej amplitudy temperatury. Obecnie beda juz znakomite wlokna stabilne termicznie w celu temperatury 1000-12000C (Si-C, Si-C-N-O), a

nawet 14000C (Al2O3). W uwage zasluguja metody fabrykowania tego rodzaju nici z prekursorow krzemoorganicznych, np. polikarbosilanow lub

polikarbosilazanow. Swiatlowody z nici szklanych, zwazywszy na wielokrotnie ogromniejsza gestosc komunikatu informacji w zaleznosci od z kablami

miedzianymi, sa niewatpliwie wykorzystywane coraz powszechniej zamiast zwyklych kabli telefonicznych. Nowe mozliwosci sterowania wiazka swiatla

otworzyly sie dzieki poznaniu optyki nieliniowej; optyczne zjawiska nieliniowe wystepuja w sytuacji krysztalow poniektorych soli nieorganicznych, np.

KTiOPO4 lub LiB3O5, ale rowniez zwiazkow kompleksowych metali sposrod ligandami organicznymi.

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

weglany wapnia i magnezu, sadze, grafit) dolaczane w sporych ilosciach w celu elastomerow dla obnizenia wydatkow wytwarzania wyrobow lub nadania

im pomyslnych wlasciwosci. Przy technice zapisu i odtwarzania informacji istotne znaczenie maja materialy ceramiczne o specyfikach magnetycznych,

np. tlenek zelaza Fe2O3, chromu CrO2, ferryt barowy. Wyjatkowe 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 uzycie jako czujniki (sensory), przekazniki i podzespoly w wielu ukladach

elektronicznych.

Czujniki sposrod materialow ceramicznych (np. sposrod NiO, Fe2O3, ZrO2, Al2O3-Cr2O3) moga dodatkowo reagowac pod wiele bodzcow, np.: zmiany

wilgotnosci, cisnienia, temperatury, wagi probki, natomiast stosowane po nich materialy sa zaliczane do tak zwanym. materialow inteligentnych. W istocie

to zlozone uklady zdolne w celu rozpoznawania bodzcow zewnetrznych i po cechujaca je zanalizowaniu w celu reagowania po odpowiedni srodek.

Sygnaly sposrod czujnikow dochodza do analizatora, ktory zaleznie od wynikow analizy przekazuje polecenie w celu zespolu kontrolnego i jednoczesnie

wyswietla te rolety na monitorze monitora. Zbior kontrolny uruchamia zespol wykonawczy. Uklady zdolne sa wykorzystywane m. in. do sterowania

procesami produkcyjnymi i sprawdzania warunkow eksploatacji maszyn. Az do ceramiki zalicza sie nader znaczaca grupe towarow, ktorych glownym

skladnikiem wydaje sie wegiel. Sa to przede wszystkim material weglowe, pewnie najlepsze zbrojenie kompozytow polimerowych, o bardzo duzej

odpornosci chemicznej i termicznej. W porownaniu do tego ktorymi wlasciwosciami ma obowiazek sie odznaczac kompozyt stosuje sie wybrana z dwoch

glownych odmian nici weglowych: na temat wysokim module Younga (modul sprezystosci podluznej) lub na temat duzej wytrwalosci. Rozne wariacje

sadzy, na temat rozmiarach odrobin w granicach 10-ciu 500 nm i przestrzeni wlasciwej 5 300 m2/g sa zwyczajnie stosowane jako napelniacze

elastomerow. Wegiel aktywny, silnie porowaty o przestrzeni wlasciwej siegajacej 1000 m2/g, jest idealnym adsorbentem. Grafit (naturalny lub

syntetyczny) wydaje sie odmiana wegla krystalizujaca po ukladzie heksagonalnym, o organizacji warstwowej. Kolejne warstwy, skonstruowane z

szescioczlonowych pierscieni weglowych, sa scalone nielicznymi wiazaniami chemicznymi i latwo ulegaja przesunieciu wobec siebie ponizej wplywem

naprezen stycznych. W ten sposob grafit przejawia, podobnie jak siarczek molibdenu MoS2, wlasciwosci smaru stalego, wydaje sie ponadto bardzo

odporny chemicznie i termicznie, dobrze przewodzi prad elektryczny. Jest wykorzystywany do fabrykowania uszczelnien, tygli, elementow przewodzacych

prad elektryczny, jako smar staly lub, w postaci koloidalnej, dodatek w celu olejow smarowych. Diament wydaje sie krystaliczna postacia wegla na temat

budowie poprawnej. Oszlifowane brylanty (brylanty) tradycyjnie stanowia najcenniejsza ozdobe. Dzis diamenty, takze naturalne (drobne, czesto

zanieczyszczone), jak i uzyskiwane syntetycznie, beda coraz powszechniej wykorzystywane po technice (glownie w postaci proszkow lub warstw

nakladanych, np. na rdzenie metalowe) w celu produkcji narzedzi skrawajacych, sciernych, wiertel, jako zabezpieczenie implantow itd. Nader interesujaca

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

kilkudziesieciu w celu kilkuset atomow wegla. Sposobnosc wystepowania wegla w takiej istot przewidywano juz w czasach siedemdziesiatych XX wieku,

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

calkiem poznane i czasteczki te nie odebraly do tej pory faktycznie szerokiego wykorzystania jak sie poczatkowo spodziewano. Wiadomo juz, ze sa w

stanie one pelnic funkcje nosnikow ladunku, selektywnych sorbentow, stabilnych smarow, przejawiaja wlasciwosci ferromagnetyczne, moga byc

wykorzystywane w ukladach optyki nieliniowej, rysuja sie perspektywy osiagniecia fulerenowych nadprzewodnikow. Poznanie jakosci i przydatnosci

technicznej roznorodnych postaci wegla jest nader wazne albowiem uwaza sie, ze poprzez wyczerpaniu zasobow ropy naftowej bedzie to podstawowy

material, od ktorego racjonalnego uzytkowania zalezec sa mozliwosci dalszego rozwoju wspolczesnej cywilizacji.

Porcelana

Porcelana (ceramika) to rodzaj wyrobow ceramicznych o czerepie bialym, spieczonym, nieprzepuszczalnym na rzecz wody i gazow, przeswiecajacym w

cienkiej warstwie, szkliwionym lub nieszkliwionym (biskwit). Ze wzgledu na sklad syntetyczny oraz temperature wypalania rozroznia sie porcelane twarda

i miekka. Przy sklad porcelany twardej trafia 40-60% kaolinu (nie dluzej niz 20% kaolinu moze okazac sie 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 pod bialo),

30-45% kwarcu i 25-40% skalenia.

Trojkat skladu

Porcelana odznacza sie kobieta duza wytrzymaloscia mechaniczna, dobrymi wlasciwosciami dielektrycznymi, jest bardzo malo nasiakliwa (porowatosc

otwarta do 0, 5%) oraz odporna pod dzialanie czynnikow chemicznych. stosuje sie ja do tytulow wysokonapieciowych izolatorow, ksztaltek izolacyjnych,

sprzetu laboratoryjnego, naczyn stolowych i wyrobow artystycznych. Porcelana miekka posiada mniejsza odpornosc mechaniczna i gorsze jakosci

dielektryczne niz porcelana twarda, odznacza sie natomiast ogromniejsza przeswiecalnoscia i biela. Wydaje sie byc stosowana w celu produkcji wyrobow

artystycznych, ekonomicznych oraz izolatorow niskonapieciowych.

Przygotowywanie do wypalania wyrobow ceramicznych.

Technologia tytulow porcelany wydaje sie podobna w celu produkcji fajansu, jednakze w sytuacji porcelany surowce musza stanowic czystsze i drobniej

zmielone. Temperatura wypalania surowych, nie zaakceptowac szkliwionych wyrobow porcelanowych rowna sie 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 przewaznie farbami naszkliwnymi, gdyz duza liczba farb ceramicznych w wysokiej temperaturz

wypalania ulega uszkodzeniu. Porcelana jest wynaleziona po Chinach po 1 polowce VII stulecia n. e.

Reakcje zachodzace podczas wypalania czerepu porcelany

Surowce w celu produkcji porcelany to:

· kwarc - SiO2;

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

· skalen (glinkokrzemian potasu, sodu).

1-wszy etap opiera sie na podgrzewaniu kaolinitu w celu temperatury ok. 5000C W nastepstwie reakcji chemicznej nastepuje suszenie, dehydryzacja

(wydzielenie sie wody) oraz powstaje metakaolinit.

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

Inny etap powodu to podgrzanie metakaolinitu w celu temperatury ok. 800-9000C. Przy tej temperaturze nastepuje rozklad metakaolinitu pod tlenki

skladowe, a glownie wydziela sie dwutlenek krzemu.

2Al2O3*4SiO3 -—> 2Al2O3*3SiO2 + SiO2

Trzeci etap procesu laczy sie z podgrzaniem mieszanki w celu temp. ok. 1200 0C. Tu nastepuje miekniecie skalenia, jego przejscie do fazy cieklej oraz

powstaje mulit. Mulit posiada postac ciekich, iglowatych krysztalow tworzacych szkic.

3Al2O3*2SiO3 -—> 3Al2O3*2SiO2 + O2

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

odrobin kwarcu, nadtapianie ziaren i powstaja zarodki mulitu. Dywanom wieksza temperatura tego etapu, tym odpornosc porcelany wydaje sie lepsza,

lecz pogorsza sie jej wizerunek. Dlatego, takze w przypadku porcelany stolowej wypalanie przeprowadza sie dwukrotnie. 1-wszy raz po nizszej

temperaturze na biskwit, i po raz kolejny w podwyzszonej temperaturze wraz z szkliwem.

Wyroby ceramiczne uzytkowa. Wyroby ceramiczne uzytkowa.

Polporcelana

Polporcelana (porcelit) jest typem wyrobow ceramicznych, bialych lub kremowych, substytutem porcelany. Ma czerep spieczony, porowatosc otwarta do

0, 8%, przewaznie jest pokrywana szkliwem. Technologia otrzymywania wydaje sie zblizona w celu technologii tytulow porcelany, jakkolwiek temperatura

wypalania (1300-13500C) wydaje sie ok. 1000C nizsza niz temperatura wypalania porcelany twardej, a uzywane do wyrobu porcelitu surowce moga byc

slabszej jakosci. Porcelit w porownaniu sposrod porcelana posiada mniejsza odpornosc na zginanie oraz nieprzeswiecajacy czerep. Z polporcelany

przetwarza sie naczynia stolowe, towary sanitarne, natomiast wyroby sposrod porcelitu przewaznie sa zdobione ciemnym szkliwem.

Naczynia porcelitowe kolorowe. Naczynia wykonane sposrod porcelitu transparentnego.

Fajans

Fajans jest typem wyrobow ceramicznych o porowatym czerepie, barwie od bialej do jasnokremowej, a nawet (zaleznie od ilosci zelaza po surowcach)

czerwonorozowej. We wspolczesnym przemysle ceramicznym w porownaniu do uzytych materialow i kategorii spieczenia rozroznia sie dwa rodzaje

fajansu: fajans twardy (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 i marmur miesza sie sposrod woda i glina,

natomiast nastepnie odfiltrowuje tak, by zawartosc nawadniania w masie wynosila ok. 25%. Z ujednorodnionej wagi formuje sie wyroby swoja reka albo

mechanicznie (formierskie maszyny) lub odlewa w postaciach gipsowych (masy do odlewania maja ok. 35% nawadniania i ok. 0, 2% np. sody lub szkla

wodnego, zwiekszajacych jej plynnosc). Uformowane towary suszy sie i wypala w temp. 1080-11800C. Towary te zdobi sie podszkliwnymi farbami

ceramicznymi i szkliwi sie szkliwami borowymi lub borowo-olowiowymi. Towary szkliwione wypala sie znowu w temp. 920-12000C. Wspolczesnie z

fajansu szkliwionego przetwarza sie naczynia domowego uzytku, plytki scienne, wyroby artystyczne, dawniej dodatkowo wyroby kanalizacyjne. Z fajansu

nieszkliwionego tworzy sie filtry samochodowe bakteriologiczne i przegrody w celu elektrolizerow.

Ceramiczne materialy remontowo-budowlane

Ceramika budowlana to materialy budowlane formowane z mieszaniny, ktorej glownym skladnikiem wydaje sie glina, suszona i wypalana. Rozroznia sie:

ceramike budowlana o czerepie porowatym, wypalana w temp. 800-9000C, na temat porowatosci 5-20%, ogniotrwala (cegly szamotowe i 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. i drogowe, plytki podlogowe i scienne plytki kamionkowe, kamionkowe rury kanalizacyjne).

Ekologiczne cegly klinkierowe.

Z punktu widzenia zastosowan budowlanych niezmiernie fundamentalnym produktem ceramiki budowlanej wydaje sie cegla. Zwykle formowana po

ksztalcie prostopadloscianu o znormalizowanych wymiarach sposrod gliny, piachu, cementu lub innych materialow mineralnych. W dalszej kolejnosci

poddawana procesom wypalania dla uzyskania wysokiej wytrzymalosci mechanicznej i odpornosci na wplywy czynnikow atmosferycznych. Ze wzgledu

na zastosowany material i przeznaczenie rozrozniamy cegly:

· ceramiczne, cegly otrzymywane w procesie wypalania materialu, ktorego glownym skladnikiem wydaje sie glina;

· dziurawki, cegly ceramiczne na temat wysokich parametrach izolacyjnych, majace poprzeczne lub podluzne wloty przelotowe;

· kominowe, cegly ceramiczne sposrod otworami lub bez, na temat ksztalcie wycinka pierscienia kola (wykorzystywane w celu budowy kulistych

kominow wolnostojacych);

· kratowki, cegly ceramiczne z otworami prostopadlymi w celu podstawy, na temat dobrych wlasnosciach termoizolacyjnych i duzej wytrwalosci na

sciskanie (stosowane w celu budowy elewacji zewnetrznych);

· szamotowe, cegly ceramiczne otrzymywane z szamotu i glinki ogniotrwalej, sa w stanie wystepowac w postaci standardowych bloczkow lub

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

Cegla dziurawka. Cegla klinkierowa. Cegla pelna.

Odmienne wyroby ceramiki budowlanej:

· pustaki (dobre izolacja cieplna i dzwiekowa);

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

· plytki scienne, posadzkowe i terakotowe;

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

· klinkier drogowy;

· kamionkowe rurki kanalizacyjne;

· saczki w celu drenowania.

Dachowka karpiowka-polowkowa. Dachowka karpiowka.

Pustak tradycyjny. Pustak Porotherm. Pustak dymowy.

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

Surowce ogniotrwale to grupa towarow ceramicznych odznaczajacych sia ogniotrwaloscia zwykla (nie nizsza niz 15000C). Niektore z tych propozycji

odznaczaja sie rowniez wysoka ogniotrwaloscia ponizej obciazeniem, odpornoscia na postepowanie wielu czynnikow chemicznych, malym

wspolczynnikiem rozszerzalnosci termicznej, odpornoscia na natychmiastowe zmiany amplitudy temperatury oraz malym przewodnictwem cieplnym. Do

wyrobu materialow ogniotrwalych sa uzywane przewaznie prawdziwe surowce mineralne zawierajace uklady chem. na temat wysokiej temp. topnienia

(najczesciej trojtlenek glinu, tlenek magnezu, dwutlenek krzemu, tlenek wapnia, dwutlenek cyrkonu). Przy tytulow materialow ogniotrwalych o

wykorzystaniu specjalnym korzysta sie dodatkowo surowcow syntetycznych, jak wegliki, azotki oraz borki poniektorych metali, np. krzemu, cyrkonu, glinu.

Podzial ceramicznych towarow ogniotrwalych

Podzial ze wzgledu na ogniotrwalosc mierzona z wykorzystaniem stozkow pirometrycznych:

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

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

· materialy o najsolidniejszej ogniotrwalosci (temperaturowu zakres zastosowan powyzej 20000C).

Podzial zwazywszy na technologie tytulow:

· materialy z mas plastycznych;

· materialy sposrod mas sypkich;

· materialy z mas lejnych;

· materialy sposrod mas termoplastycznych;

· materialy prasowane pod goraco.

Podzial ze wzgledu na porowatosc:

· szczegolnie zwarte (porowatosc otwarta w celu 3%);

· wysoko zwarte;

· zwarte;

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

Podzial zwazywszy na rodzaj przerobki:

· materialy niewypalane;

· materialy obrabiane cieplnie;

· materialy wypalane;

· materialy topiono-odlewane;

Masy glinokrzemianowe.

Podzial 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.

Istotnosc ceramicznych towarow ogniotrwalych po przemysle hutniczym

Do najistotniejszych zastosowan towarow ceramicznych po przemysle hutniczym mozna zaliczyc:

· konstrukcja wielkiego kotla,

· nagrzewnice dmuchu duzego pieca,

· mieszalniki surowki;

· skladniki piecow martenowskich,

· skladniki piecow elektrycznych,

· skladniki piecow szklarskich,

· skladniki urzadzen w celu odlewu stali;

· wykladziny konwektorow;

· tygle.

Elektroceramika

Elektroceramika to materialy i wyroby ceramiczne stosowane po elektrotechnice, elektronice i elektrotermii ze wzgledu na cechujaca je wlasciwosci (duza

rezystywnosc i wytrzymalosc elektryczna, mala stratnosc elektr., ogniotrwalosc itp. ). Moga byc dielektrykami, polprzewodnikami jon. lub superjonowymi.

Do najczestszych zastosowan jest dozwolone 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 lub weglik krzemu);

· towary elektroniczne - czesci konstrukcyjne, podloza, obudowy, magnesy ferrytowe, kondensatory, skladniki piezoelektr. (stosowane tworzywa -

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

· wyroby elektrotermiczne - skladniki grzejne kotlow elektrycznych silitowe i globarowe, nowe pochodzenia 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 pod krzemianie magnezowym talku, magnezytu, gliny. Posiada bardzo rzetelne wlasciwosci nasze, mala stratnosc

dielektryczna oraz duza odpornosc elektryczna. Moze stac sie stosowany po wysokiej temperaturze oraz przy wielkich czestotliwosciach. Jego

niedoskonaloscia jest ale juz duza kruchosc i slaba odpornosc pod wstrzasy cieple. Jest wykorzystywany do tytulow elementow izolacyjnych,

konstrukcyjnych. Wielokrotnie znajduje uzycie w zespolach radiotechniki i elektroniki dzialajacych w stabilnych temperaturach, ale przy wielkich

czestotliwosciach i pod wielkimi napieciami. Luksusowy steatyt wydaje sie wykorzystywany jako dielektryk ceramiczny I typu.

Porcelana elektrotechniczna to rodzaj porcelany twardej o starannie spieczonym czerepie koloru bialego lub bialego z odcieniem kremowym. Przy sklad

wagi do tytulow tej porcelany wchodza glownie: kaoliny sposrod domieszka gliny plastycznej, drobno zmielony kwarc, skalen, korund itp. Elementem

majacym wyrazny wplyw pod wlasciwosci nasze porcelany wydaje sie zawartosc K2O oraz Na2O w skaleniu (wieksza rezystywnosc uzyskuje sie przy

nizszej zawartosci Na2O). Z porcelany elektrotechnicznej robi sie izolatory nisko- i wysokonapieciowe na rzecz pradow malej czestotliwosci. Przy sklad

wyrobow z porcelany elektrotechnicznej wkraczaja przede wszystkim izolatory wysokiego napiecia. I tu rozroznia sie liniowe, pniowe, wiszace, wsporcze

oraz przepustowe.

Dielektryki ceramiczne

Dielektryki ceramiczne to team materialow, ktorych wspolna jakoscia jest szyk polikrystaliczna uzyskana przez spieczenie proszkow. Potocznie pod

pojeciem dielektrykow ceramicznych rozumie sie popularne materialy elektroizolacyjne, ceramiczne. Dielektryki ceramiczne maja duza wytrzymalosc

elektryczna, duzy sprzeciw wlasciwy (rezystancje wlasciwa), drobny wspolczynnik strat dielektrycznych, rozmaita przenikalnosc elektryczna. Ponadto

znamionuje je rozlegla wytrzymalosc mechaniczna, wysoka trwalosc i rozlegla ognioodpornosc zwyczajna. Zaleznie od wlasciwosci fizycznych

odpowiadajacych przeznaczeniu do tytulow roznych wyrobow dielektryki ceramiczne dzieli sie na dielektryki I i II typu.

Dielektryki ceramiczne I typu - team elektroizolacyjnych towarow ceramicznych. Odznaczaja sie liniowa zaleznoscia polaryzacji od natezenia pola

elektrycznego. Sa to tak zwanym. dielektryki linearne, nie wykazujace histerezy elektrycznej. Sa oparte na ceramicznych materialach paraelektrycznych o

przenikalnosci elektrycznej wzglednej ponizej dwiescie. Jest to wyroby ceramiczne tytanianowapniowa, rytulowa, tytanianu magnezu, ceramika

steatytowa. Dielektryki ceramiczne I typu sa najczesciej stosowane po kondensatorach niskonapieciowych o mocy biernej w celu 200 Przy. Ponadto

odebraly zastosowanie po obwodach rezonansowych, do kompensacji cieplnej obwodow radiotechnicznych oraz do kondensatorow

wysokonapieciowych, kondensatorow mocy oraz impulsowych na temat malych pojemnosciach.

Dielektryki ceramiczne II typu odznaczaja sie nieliniowa zaleznoscia polaryzacji od natezenia pola elektrycznego. Sa to tzw. dielektryki nieliniowe. Oparte

sa pod materialach ferroelektrycznych o sporej przenikalnosci elektrycznej. Zawieraja domieszki pozwalajace dostac najbardziej plaski przebieg opcji

e=f(T), nizsza stratnosc, wieksza rezystywnosc, ogromniejsza wytrzymalosc elektryczna oraz wyzsze wlasnosci technologiczne. Domieszki przesuwajace

i splaszczajace charakterystyke e=f(T) to zwlaszcza: FeO, CaO i MgO. Dielektryki te klasyfikuje sie w stajnie IIA i IIF. Dielektryki typu IIA i IIB oparte pod

tytanianie baru maja drobna wzgledna przenikalnosc elektryczna - ok. tysiac i malutka stratnosc. Dielektryki IIC i IID oparte na spiekach BaTiO3 sposrod

domieszkami maja przenikalnosc rzedu 2000-5000 i srednia stratnosc.

Sam tytanian baru nie bardzo dobrze przydaje sie w celu produkcji kondensatorow. Dlatego stosuje sie kolejne domieszki:

· SrTiO3(Ba1-xSrx)TiO3 przy x=0, 15;

· BaTiO3-BaSnO3Ba(Ti1-xSnx)O3 przy x=0, 20.

Czasami sa rowniez produkowane szczegolne kondensatory sposrod dielektykiem na temat przenikalnosci elektrycznej wzglednej wyzej 10000.

Towary steatytowe.

Piezoelektryki

Zjawisko piezoelektryczne

Zjawisko piezoelektryczne polega pod powstawaniu wypadkowego momentu elektrycznego w jakichkolwiek krysztalach (zwanych piezoelektrykami)

ponizej wplywem sciskania lub cwiczen wzdluz jednej z osi krystalograficznych. Jezeli plytke plasko-rownolegla o poszczegolnej orientacji

krystalograficznej wycieta sposrod krysztalu piezoelektrycznego, podda sie mech. odksztalceniom, to pod przeciwleglych do niej sciankach powstaja

roznoimienne ladunki elektryczne. To tzw. nieskomplikowane zjawisko piezoelektryczne. Jesli ale juz plytke umiesci sie po zewnetrznym polu

elektrycznym to ulega kobieta odksztalceniu ponizej jego dzialaniem. Jest to tak zwanym. odwrotne zdarzenie piezoelektryczne. Odksztalcenie to jest

uzaleznione od natezenia pola elektrycznego. Piezoelektrycznosc poteznieje w krysztalach nie majacych srodeczka symetrii, np. w krysztalach kwarcu,

soli Seignette\'a, tytanianu baru. Wydaje sie byc wykorzystywana w celu przetwarzania napiec i impulsow mechanicznych po elektryczne i odwrotnie

(piezoelektronika). Piezoelektrycznosc stwierdzili w rok 1880 fizycy francuzcy Pierre i Paul Curie.

Kazde materialy mogl ferroelektrycznym beda jednoczesnie piezoelektrykami. Ze wzgledu na symetrie krysztalow piezoelektryki naleza w celu rodziny

krysztalow niecentrosymetrycznych, tzn. nie posiadajacych srodka symetrii. Krysztaly niecentrosymetryczne wchodza po zakres 21 klas symetrii, zas

pozostalych 11 klas symetrii krysztalow charakteryzuje sie obecnoscia srodka symetrii (krysztaly centrosymetryczne).

Zjawisko piezoelektryczne proste opiera sie na wytworzeniu sie ekwipunku na sciankach krysztalu (polaryzowaniu sie bryly dielektryka po okreslonym

kierunku) pod dzialaniem naprezenia mechanicznego. W krysztalach niecentrosymetrycznych naprezenia mechaniczne sa w stanie wywolac polaryzacje

(np. po kwarcu) lub zmiane polaryzacji spontanicznej (w ferroelektrykach). Polaryzacja wytworzona po krysztale ponizej wplywem naprezen

mechanicznych stanowi liniowa opcje tych naprezen. Rownaniem opisujacym prosty rezultat piezoelektryczny wydaje sie:

Zjawisko piezoelektryczne odwrotne opiera sie na odksztalcaniu krysztalu ponizej wplywem powierzchownego pola elektrycznego. Rownaniem

opisujacym prosty rezultat piezoelektryczny wydaje sie:

W zaleznosci od kierunku zmian skladowej polaruzacji - kierunku wektora polaryzacji wobec kierunku dzialalnosci naprezen zewnetrznych mozna

rozroznic zjawisko piezoelektryczne poprzeczne i podluzne. Gdy kierunek przemian skladowej polaryzacji Pi po prostym zjawisku piezoelektrycznym

wydaje sie prostopadly w celu kierunku dzialalnosci zewnetrznych naprezen mechanicznych, wtenczas obserwowane zdarzenie nazywane wydaje sie

poprzecznym zdarzeniem piezoelektrycznym. Natomiast jezeli trend zmian skladowej polaryzacji Pi jest rownolegly do kierunku dzialania naprezen, to

zjawisko takiego typu jest definiowane mianem podluznego zjawiska piezolektrycznego. W krysztalach centrosymetrycznych wszelkie kierunki beda

niepolarne, skutkiem tego tez deficyt w tych propozycji efektu piezolektrycznego, a wszelkie skladowe tensora modulow piezoelektrycznych rownaja sie

zeru. Przy krysztalach niecentrosymetrycznych, wykazujacych anizotropie wlasciwosci, teoretycznie tensor dijk moze miec 18 skladowych, ale zaleznie

od rodzaju symetrii krysztalu, a wiec od jego klasy krystalograficznej, pewna cyfra tych skladowych moze byc prosta zeru.

Piezoelektryki ceramiczne

Wyroby ceramiczne piezoelektryczna wydaje sie materialem drobnokrystalicznym zlozonym sposrod krysztalow ferroelektrycznych, ktore maja

konstrukcje domenowa na temat okreslonych kierunkach polaryzacji.

Ze wzgledu na wlasciwosci piezoelektryczne wszystkie ferroelektryki mozna rozlozyc na 2-ie grupy. Az do pierwszej stajnie zaliczane beda te

ferroelektryki, ktore wyzej temperatury Curie traca jakosci piezoelektryczne. Standardowym przykladem tego rodzaju ferroelektryka wydaje sie BaTiO3,

ktory w temperaturze Tc = 120 0C przechodzi wraz z stanu ferroelektrycznego (uklad tetragonalny, niecentrosymetryczna pracownia symetrii czterech

mm) po stan paraelektryczny (uklad systematyczny, centrosymetryczna pracownia symetrii kilku mm). Az do drugiej stajnie wchodza ferroelektryki, ktore i

w fazie paraelektrycznej beda piezoelektrykami. Przykladem takiego ferroelektryka jest sol Seigetta\'a. Przy krysztale naszym wlasciwosci

ferroelektryczne wystepuja po przedziale temperatur od -180C do +240C (uklad jednoskosny, niecentrosymetryczna pracownia symetrii 2). Ponizej

dolnego punktu Curie oraz wyzej gornego miejsca Curie sol Seigetta\'a w dalszym ciagu wykazuje jakosci piezoelektryczne, mimo iz znajduje sie w fazie

paraelektrycznej (uklad rombowy, niecentrosymetryczna pracownia symetrii 222).

Stosowane najczesciej materialy piezoceramiczne produkowane beda przewaznie opierajac sie na tlenkowych ferroelektrykow, a wiec tytanianow,

niobianow itp. baru, olowiu lub cyrkonu. Czasteczki takich ferroelektrykow maja budowe jonowa, ulegaja zatem polaryzacji elektronowej i jonowej. W

temperaturach nizszych od temperatury Curie ceramiki te wykazuja polaryzacje spontaniczna. W zakresie temperatur roboty tego typu piezoelementow

dominuje polaryzacja jonowa. Konstruuja sie one z mikrokrysztalow typowych na rzecz struktury ceramiki. Spontanicznie spolaryzaowane obszary

podstawowe (domeny) maja rozmiary mniejsze od mikrokrysztalow. Poprzez wlasciwy dobor szczegolow mozna dostac optymalna wzor parametrow

materialu od amplitudy temperatury, z zachowaniem wlasciwosci piezoelektrycznych. W celu osiagniecia wlasciwosci piezoelektrycznych ferroelektryczna

ceramike poddaje sie aktywacji po stalym polu elektrycznym, innymi slowy poprzez polaryzacje.

Wskutek egzystencji fazy bezpostaciowej i przestrzennego rozkladu krystalitow, procesy polaryzacji ceramik beda znacznie wiecej skomplikowane niz

polaryzacja krysztalu. Proces polaryzacji i stabilnosc stanu spolaryzowanego maja ogromne znaczenie pozyteczne. W przetwornikach piezoelektrycznych

konieczne jest uzycie materialu spolaryzowanego, a robote przetwornika w duzej mierze okresla stabilnosc polaryzacji. Przylozenie silnego pola

elektrycznego, nie liczac przeorientowania domen, wywoluje polaryzacje ladunku przestrzennego zarowno po krystalitach, i fazie bezpostaciowej miedzy

krystalitami.

Zastosowania piezoelektrykow ceramicznych

Rodzaje zastosowania piezoelektrykow ceramicznych jest dozwolone podzielic pod trzy podstawowe grupy:

1. Przetworniki energii mechanicznej po elektryczna:

·akcelerometry (czujniki w celu pomiaru przyspieszen) np. po poduszkach powietrznych.

·detonatory i zapalniki frachtow wybuchowych.

·zapalarki do gazu.

·mikrofony i hydrofony (do zapisu dzwiekow 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 na odwrot:

·ultradzwiekowe urzadzenia regulacji obiegu.

·transformatory piezoelektryczne.

·filtry.

Wyroby ceramiczne PZT

Wyroby ceramiczne PZT wydaje sie oparta pod spiekach tytanu i cyrkonianu olowiowego. Wlasciwosci tej ceramiki w znacznym stopniu sa zalezne od

technologii polaryzowania probek. Jest wykorzystywana do przetwornikow piezoelektrycznych, rezonatorow generujacych ultradzwieki.

W kapitalnej metodzie otrzymywania ceramiki PZT mozna odroznic dwa rodzaje:

·Otrzymywanie ceramiki bezposrednio sposrod proszkow szczegolow wyjsciowych oraz modyfikatora.

·Otrzymuwanie ceramiki PZT ze zmielonych i zmieszanych w odpowiednim stosunku ceramik PBTiO3 i PBZrO3 sposrod ewentualnym suplementem

modyfikatorow.

1-wszy sposob nastepuje wedlug nastepujacej reakcji po fazie stalej:

0, 94 PbO + 0, 06 SrCO3 + 0, 53 ZrO2 + 0, 47 TiO -—> Pb0, 94Sr0, 06(Zr0, 53Ti0, 47)O3

Moderatorem wydaje sie w naszej reakcji stront.

Druga sposrod metod opiera sie na precyzyjnym rozdrobnieniu i zmieszaniu ceramik PBTiO3 i PBZrO3, natomiast nastepnie dwukrotnym spiekaniu po

temperaturze 11500C i 12000C. Technologia ta otrzymano rowniez ceramiki sposrod modyfikatorami. Ustalono wyrazna wzor pomiedzy liczba i typem

modyfikatora, natomiast optymalna temperatura spiekania. Zeby obnizyc parowanie olowiu sposrod probek oraz zlagodzic powiazane z naszym

odstepstwa od stechiometrii, probki spiekano po grubosciennym tyglu z gliny ogniotrwalej. Przy tyglach uieszczono dodatkowo mieszanine PbO + PbO2,

natomiast jako podsypke zastosowano ZrO2. Do spiekania ceramiki PZT nie powinno sie uzywac tygli platynowych, bowiem wystepuja bariery z

zapewnieniem szczelnosci tygla oraz zdarzenie sublimacji platyny i do niej dyfuzji w celu wnetrza probki w ogromnych temperaturach.

Technologia otrzymywania ceramiki PZT strategia goracego prasowania opracowana po Uniwersytecie po Rostowie przedstawia sie po sposob

nastepujacy. Zmieszane po ilosciach stechiometrycznych suche proszki wyjsciowe sposrod dodatkiem modyfikatora formuje sie w pastylki na recznej

prasie hydraulicznej, nie dodajac lepiszcza. Wylacznie scianki matrycy przeciera sie olejem parafinowym. Cisnienie prasowania wynosi blisko 50 kG/cm2.

Sprasowana pastylke umieszcza sie w tulei stalowej, obsypujac ja mieszanka korundu i specjalnej gliny. Calosc sposrod obu witryn internetowych jest

sciskana przez sworznie korundowe. Ciezarki i wspolzycie ramion galce dobrano faktycznie, aby nacisk na sworzen wynosil ok. 200 kG. Po wlaczeniu

grzania temperatura w komorze rosnie galopem i uzyskuje ok. 11000C w ciagu 20-25 min. Dzieki temu uzyskuje sie probki na temat srednicy 12 mm i

grubosci czterech mm. Tuz przy wiekszych probkach nalezy obnizac predkosc postepu temperatury. Mierzenie i regulacja temperatury odbywa sie za

pomoca paru termopar, sposrod ktorych 1 steruje ukladem grzania kotla. Zastosowana wydaje sie tu regulacja dwustawna. Dzieki bezwladnosci cieplnej

ukladu, odchylenia od zalozonej temperatury spiekania byly mniejsze niz ± 100C. Czas utrzymywania maksymalnej temperatury wynosil 20-40 minut

(zaleznie od rodzaju spiekanego skladu i zakladanej miary ziaren), natomiast jej cena 1110-11900C. Na ochlodzeniu tuleje ze spiekiem i podsypka

wewnatrz wydostaje sie sposrod komory, natomiast nastepnie probke z tulei wyciska sie na prasie. Probka sposrod podsypka powoduje wrazenie calosci,

jednak kilka dotkniec w celu wirujacej tarczy szlifierskiej pozwala je bez trudu rozdzielic. Zadana mikrostrukture probki uzyskuje sie poprzez ustawianie

temperatury i czasu spiekania.

Metoda rezonansu-antyrezonansu

Metoda rezonansu-antyrezonansu jest modyfikacja metody impedancji szergowej. Przy metodzie naszej dokunuje sie pomiarow czestotliwosci

rezonansu, antyrezonansu i pierwszego overtonu (kolejnego rezonansu pod wyzszych czestotliwosciach). Dla czestotliwosci rezonansowej reaktancja

ukladu zastepczego jest minimalna, a na rzecz czestotliwosci antyrezonansowej maksymalna. Rezonans odpowiada rezonansowi mechanicznemu,

natomiast antyrezonans - rezonansowi elektrycznemu galezi mechanicznej z pojemnoscia. Mozna zaplanowac, ze plytka z materialu piezoelektrycznego

wykonuje drgania, ktore moga stanowic opisane rownaniem oscylatora tlumionego, ladunek pod plytce wydaje sie proporcjonalny w celu wychylenia:

System tlumiony sposrod sila wymuszajaca. Aby wystapila taka wzor na plytce musi wystapic efekt piezoelektryczny. Prosty system do doswiadczenia

rezonansu-antyrezonansu wyglada nastepujaco:

Wysokotemperaturowe nadprzewodniki.

Szczegoly teorii BCS.

Perspektywy i problemy zastosowan.

Nadprzewodnictwo

Nadprzewodnictwo to cecha pewnych mieszaniny polegajaca metrow. in. pod skokowym zaniku oporu elektrycznego w temperaturze nizszej od

charakterystycznej na rzecz danej mieszaniny temperatury krytycznej. W polach magnetycznych, nie zaakceptowac przekraczajacych

charakterystycznego dla danej substancji natezenia krytycznego, wszelkie 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. ) poprzez wprowadzeniu fita w faze nadprzewodzaca - zjawisko Meissnera-Ochsenfelda. Doskonaly (w okreslonych warunkach) diamagnetyzm

wydaje sie przyczyna wypychania nadprzewodnikow sposrod obszaru najsilniejszego pola magnetycznego. Wystepuja dwa typy nadprzewodnikow:

·nadprzewodniki A, takze typu - wiekszosc nadprzewodzacych pierwiastkow metalicznych, ktore po polach magnet. silniejszych od pola krytycznego

przechodza po stan zwyczajny (nienadprzewodzacy);

·nadprzewodniki II typu - nadprzewodzace stopy i zwiazki miedzymetaliczne, np. Nb3Sn, ktore cechuja dwie zalety krytycznego natezenia pola

magnetycznego.

W polu magnetycznym na temat natezeniu wiekszym od pierwszej wartosci krytycznej nadprzewodnik chodzi w tak zwanym. stan zlozony, w ktorym tylko

czesc jego objetosci wydaje sie idealnym diamagnetykiem. Opor elektryczny nadprzewodnika mogl mieszanym pozostaje rowny zeru. W polu

magnetycznym na temat natezeniu wiekszym od drugiej wartosci kryt. nadprzewodnik II typu chodzi w jakosc normalny.

Nadprzewodnictwo odkryl po 1911 rok H. Kamerlingh-Onnes. W rok 1957 J. Bardeen, L. Cooper i J. Schrieffer opracowali mikroskopowa teorie

nadprzewodnictwa, czyli tak zwanym. teorie BSC. W rok 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 morzem nadprzewodnikiem, ktory zawiera itr.

Elementy teorii BCS

Hipoteza Bardeena, Coopera, Schriefera (BCS) to mikroskopowa teoria nadprzewodnictwa. Opiera sie pod modelu zakladajacym, ze:

1. W stanie nadprzewodzacym elektrony przewodnictwa metalu konstruuja tzw. pary Coopera, tj. pary elektronow o jota w jote, lecz odwrotnie

skierowanych pedach i spinach. Pary Coopera maja zatem spin rowny zeru i sa bozonami, moga zatem wszystkie pozostawac w jednym, podstawowym

dzieje kwantowym (nie podlegaja zasadzie Pauliego).

dwie. Oddzialywanie wiazace miedzy elektronami tworzacymi pary Coopera powoduje, ze cechujaca je energia wydaje sie nieco nizsza niz energia

elektronow przewodnictwa metalu mogl normalnym, tj. nienadprzewodzacym (dlatego oddzialywanie prowadzace do powstania par Coopera okresla sie

jako wplyw przyciagajace).

kilku. Powstawanie par Coopera wydaje sie zwiazane sposrod oddzialywaniem elektronow przewodnictwa sposrod fononami.

Zmniejszenie energii par Coopera powyzej energii elektronow przewodnictwa po metalu prowadzi do powstania przerwy energetycznej miedzy stanami

obsadzonymi za posrednictwem pary Coopera, a stanami dostepnymi na rzecz pojedynczych elektronow przewodnictwa. Skupienie par Coopera

tlumaczy w najwiekszym stopniu niezwykla ceche nadprzewodnikow, tj. calkowity zanik oporu elektrycznego. Opor elektryczny metalu mogl normalnym

wydaje sie wynikiem rozpraszania elektronow przewodnictwa na fononach, co wydaje sie polaczone wraz z zmiana cechujaca je energii i pedu, oraz

rozpraszania takich elektronow pod stalych defektach sieci krystalicznej, co wiaze sie tylko ze odmiana ich pedu. Istnienie spacji energetycznej mogl

nadprzewodzacym usuwa rozpraszanie par Coopera pod fononach na temat energii nizszej od wielkosci przerwy (taka zmiana energii pary nie jawi sie

byc mozliwa), ale juz fakt, ze wszystkie pary Coopera maja taka sama energie i taki juz sam ped, usuwa ich rozpraszanie na stabilnych defektach sieci

(bo w rezultacie pojedynczego zderzenia musialaby zachodzic jednoczesna poprawka pedu wszystkich par). Az do najwazniejszych osiagniec teorii BCS

naleza:

1. Przewidzenie istnienia przerwy energetycznej oraz okreslenie zwiazku do niej szerokosci sposrod temperatura kryt. nadprzewodnika - poprawnosc

takich przewidywan jest potwierdzona doswiadczalnie.

2. Wyprowadzenie wzoru okreslajacego zwiazek amplitudy temperatury krytycznej nadprzewodnika z parametrem opisujacym wplyw elektronow sposrod

fononami.

kilku. Wyprowadzenie odpowiedniej zaleznosci elektronowego ciepla prawidlowego metali mogl nadprzewodzacym od temperatury.

Okreslone przyblizenia zastosowane przy wyprowadzeniu teorii BCS sa bledne dla nadprzewodnikow wysokotemperaturowych, jednak nie ma w dalszym

ciagu teorii, ktora to opisywalaby cechujaca je wlasciwosci lepiej niz ow teoria. Hipoteza BCS jest ogloszona 1957 przez J. Bardeena, L. Coopera i J. R.

Schriffera, jacy w 1972 roku otrzymali za to Nagrode Nobla w dziedzinie fizyki.

Szanse i klopoty zastosowan nadprzewodnikow

Od momentu odkrycia zjawiska nadprzewodnictwa przez H. Kamerlingh-Onnes\'a po 1911 rok poszukiwano towarow o jak najwyzszej temperaturze

przejscia po stan nadprzewodnictwa. W czasach 70-tych odkryto stop niobu i germanu (Nb3Al0, 8Ge0, 2) na temat Tc = 24K. Przy roku 1987 Bednorz i

Mller otrzymali wysokotemperaturowe nadprzewodniki na bazie tlenkow metali Ba-La-Cu-O. Po zastapieniu w ceramice Ba-La-Cu-O jonu lantanu za

posrednictwem mniejszy jon itru Y3+ otrzymano ceramike YBa2Cu3O7-x. Zachowujac scislego skladu chemicznego tzn. 6, 95 <7-x <6, 98 temperatura

przejscia Tc wzrasta od ok. 20K do 92K.

Nadprzewodniki wraz z ich temperaturami krytycznymi i datami odkrycia.

Jednakze wyroby ceramiczne YBaCuO wydaje sie niestablina tzn. rozklada sie pod dzialaniem wody, nastepuje ucieczka atomow tlenu oraz jest malo

porowata. Powyzsze wady wywoluja brak wykorzystania w konkretnych rozwiazaniach fachowych. Zjawisko nadprzewodnictwa wystepuje rowniez w

poniektorych materialach ceramicznych o organizacji perowskitu oraz w alotropowych odmianach wegla, czyli fulerenach np. C-60. Obecnie mimo

olbrzymich perspektywie na perspektywiczne zastosowanie zjawiska nadprzewodnictwa po nauce i technice, wyszukiwania nadprzewodnikow, ktore

mozna zeby wykorzystywac pod skale przemyslowa nie sprowadzaja rezultatow.

Tomograf komputerowy.

Surowce, w ktorych poteznieje zjawisko nadprzewodnictwa znalazly uzycie w:

1. Elektromagnesach nadprzewodnikowych do fabrykowania silnych rubryk magnetycznych.

dwie. Separatorach rud metali.

kilku. Diagnostyce lekarskiej np. po tomografach komputerowych.

4. Akceleratorach czastek.

5. Budowie napedow i pradnic.

6. Energtycznych kablach przesylowych.

7. Samochodach lewitujacych pod poduszce magnetycznej.

8. Komorkach SQUID - najszybszych elementach bramkujacych na temat czasach przelaczania rzedu 0, 1 ns (czestotliwosc f = 10-ciu GHz).

9. Komputerach na temat bardzo ogromnych czestotliwosciach roboty.

10. Przy urzadzeniach, gdzie zasadniczym szczegolem 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 za posrednictwem bioprady po organizmach zywych.

Pociag lewitujacy na poduszce magnetycznej.

Wyroby ceramiczne specjalna

Wyjatkowe materialy ceramiczne

Sa to rozmaite rodzaje towarow spiekanych odznaczajace sie charakterystycznymi parametrami fachowymi, nietypowymi na rzecz ceramiki kapitalnej. Do

ceramiki specjalnej zaliczane sa materialy o sporej wytrzymalosci elektrycznej, malych stratach dielektrycznych oraz wielkiej rezystywnosci skosnej i

powierzchniowej. Poza tym materialy te posiadaja ustalona przenikalnosc elektryczna niezalezna od napiecia, amplitudy temperatury, czestotliwosci i

czasu. Az do tej stajnie materialow zaliczane sa:

·Materialy polprzewodzace.

·Ceramiczne materialy magnetyczne.

·Ceramika proznioszczelna.

·Materialy na temat malym wspolczynniku rozszerzalnosci cieplnej.

·Materialy silne na postepowanie bardzo goracych gazow (np. w metodzie rakietowej).

·Materialy do wybudowania reaktorow nuklearnych tzw. wyroby ceramiczne nukleoniczna.

·Ceramika biologiczna - czyli materialy dobrze tolerowane przez organizmy zywe.

·Ceramika kosmiczna wykorzystywana do wybudowania pojazdow kosmicznych.

Wlasciwosci szczegolne

Materialy ceramiczne moga byc wykorzystywane w metodzie jadrowej jako nukleoceramika w postaci paliw, albo elementow spowalniajacych lub

absorpcyjnych. Od paliw jadrowych beda wymagane takiego typu wlasciwosci, jak wysoka temperatura topnienia, odpornosc na promieniowanie,

stabilnosc fazowa, odpornosc pod korozje, rozlegla przewodnosc cieplna i rozlegla gestosc materialu rozszczepialnego.

Przy reaktorach nuklearnych sa wykorzystywane tlenkowe materialy ceramiczne tego typu pierwiastkow, jak uran, trajektoria i pluton. Podczas gdy

mniejsza gestosc materialu rozszczepiajacego materialy ceramiczne moze okazac sie zroznicowana wobec metalowych paliw jadrowych za

posrednictwem wzbogacenie uranem, niekorzystny wplyw mniejszej przewodnosci cieplnej zostaje czesciowo zredukowany wieksza stabilnoscia

temperaturowa tlenkow i zwiazana z naszym wieksza gestoscia mocy. Szczegolnie nalezy zaakcentowac znakomita odpornosc na promieniowanie, ktora

po materialach ceramicznych prowadzi tylko do nieznacznych zmian objetosciowych elementow paliwowych.

Oprocz paliw jadrowych materialy ceramiczne beda uzywane dodatkowo jako skladniki spowalniajace lub absorpcyjne. Spowalniacze w reaktorach

energetycznych posluguja do spowalniania szybkich neutronow do szybkosci, przy ktorych wystepuje szczegolnie wielkie prawdopodobienstwo

rozszczepienia jadra atomowego. Ze wzgledu na wychwyt neutronow zada sie od ceramiki przede wszystkim malutkiego ciezaru atomowego z

odpowiednio duzym przekrojem czynnym rozpraszania i niewielkim przekrojem czynnym absorpcji. W charakterze spowalniacz, nie liczac wody i ciezkiej

nawadniania, w reaktorach wodnych cisnieniowych i reaktorach z wrzaca woda wydaje sie 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 byc wyposazonym duzy przekroj czynny wychwytu termicznych neutronow. Sluza one

zarowno do kontroli lub wylaczania reaktora, w tym takze do ekranowania. Jako material ceramiczny przydaje sie dodatkowo weglik boru, ktorego 10-ciu

B-izotop posiada odpowiednio wielki przekroj zajety wychwytu i w konwencjonalnym B4C wydaje sie zawarty w celu 19, 9 %.

Surowce ceramiczne maja coraz szersze zastosowanie po medycynie jako bioceramika. Od tego rodzaju towarow wykorzystywanych po kardiochirurgii,

stomatologii, ortopedii albo praktyce otologicznej wymaga sie biokompatibilnosci, natomiast ponadto odpornosci na scieranie i wystarczajacej

wytrzymalosci mechanicznej. W kardiochirurgii sa efektywnie stosowane metrow. in. nienaturalne zastawki sercowe z pokryciami z pirolitycznego wegla,

po stomatologii ceramiczne implanty sposrod Al203 lub hydroksyapatytu - Ca5(PO4)30H okreslanego akronimem HAK, w ortopedii np. endoprotezy

stawu biodrowego z glowkami z Al203 lub stabilizowanego Zr02, ale juz w chirurgii rekonstrukcyjnej ucha srodkowego, nie liczac 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 wspomniec o ceramice kosmicznej. Od razu promy kosmiczne posiadaly oslony termiczne skonstruowane z plytek ceramicznych

sluzacych do gwarancji przed wysoka temperatura w czasie wchodzenia promu w ziemska atmosfere. Zapewnialo to porzadna ochrone termiczna

pojazdu przy stosunkowo nieduzej gestosci, skutkiem tego malej masie pojazdu. Uzyte poczatkowo material SiO2 zapewnialy wytrzymalosc cieplna do

20000C, przy grubosci 144 kg/m3.

Mikrostruktura ceramiki. Gestosc, porowatosc, nasiakliwosc.

Wyroby ceramiczne jest artykulem wielofazowym, w ktorym mozna rozroznic nastepujace fazy: krystaliczna, szklista i gazowa.

Faza krystaliczna sklada sie z krystalitow danego zwiazku ceramicznego lub stalego roztworu, przy czym cechujaca je sklad i struktura beda okreslone

przez glowne wlasciwosci materialu ceramicznego.

Faza szklista jest amorficzna warstwa wiazaca inne fazy.

Faza gazowa zapelnia puste przestrzenie, innymi slowy tzw. pory ceramiki.

Przestrzenny rozklad faz uzalezniony wydaje sie od technologii produkcji materialu ceramicznego, rodzaju wykorzystanych materialow, kinetyki przemian

fazowych oraz warunkow postepu ziaren i czasu spiekania.

Gestosc

Konsystencja rzeczywista (masa wlasciwa) to stosunek wagi probki w celu jej objetosci rzeczywistej tzn. objetosci pelnej pomniejszonej na temat objetosc

porow.

Gestosc sztuczna to wspolzycie masy probki do do niej objetosci pelnej, lacznie sposrod faza gazowa.

Gestosc ceramicznych materialow szczegolnych (A1203, SiC, B4C, Si3N4 itp. ) wynosi przewaznie ponizej czterech g/cm3, sposrod wyjatkiem Zr02.

Mniejsza zwartosc tychze towarow w porownaniu sposrod gestoscia metali prowadzi zwlaszcza, w zastepowaniu czesci metalowej ceramiczna, w celu

obnizenia do niej ciezaru, , ktorzy ma szczegolne znaczenie np. w metodzie lotniczej i kosmicznej. Mniejszy moment bezwladnosci doprowadza z kolei -

w sytuacji przyspieszonych przebiegow - w celu skrocenia czasu zadzialania, natomiast tym samym w celu oszczednosci energii. Zalety te moga byc

wykorzystywane m. in. w przemysle samochodowym i energetyce przy stosowaniu towarow ceramicznych pod wirniki turbin promieniowych

Porowatosc

Porowatosc bezwarunkowa (calkowita) to stosunek objetosci wszystkich pustych przestrzeni po materiale ceramicznym do jego objetosci. Formuluje

roznice pomiedzy ciezarem odpowiednim i objetosciowym w %. Porowatosc calkowita stanowi rowniez sume porowatosci otwartej i zamknietej.

Porowatosc wzgledna (otwarta) stosunek porow otwartych w celu calkowitej objetosci probki. Zeby obliczyc porowatosc wzgledna wypada najpierw

zwazyc sucha probke (okreslic m0). Nastepnie badana probke wypada nasycic woda, np. przez gotowanie w czasie 1h. Na odpowiednim nasyceniu

trzeba zwazyc probke po powietrzu (m1), a pozniej w wodzie (m2) strategia wagi hydrostatycznej.

Porowatosc zamknieta - pory wystepujace po materiale ceramicznym wewnatrz ziaren krystalicznych po fazie bezpostaciowej lub pod granicach ziaren

krystalicznych, ktore nie maja polaczenia wraz z swobodna przestrzenia materialu. Porowatosc calkowita jest dozwolone oznaczyc przez okreslenie

porowatosci calkowitej i otwartej.

Razem ze wzrostem porowatosci maleje zarowno zwartosc, jak i odpornosc na zginanie materialu ceramicznego, co wydaje sie wyraznie wyrazne np. w

sytuacji reaktywnie powiazanego Si3N4, ktorego porowatosc waha sie wewnatrz 12-30%.

Nasiakliwosc

Nasiakliwosc to zdolnosc wchlaniania cieczy za posrednictwem czerep wypalanej ceramiki. Wydaje sie byc proporcjonalna w celu porowatosci materialu,

gdyz ciecz wnika po pory rospostarte.

Nasiakliwosc calkowita - wspolzycie masy nawadniania w probce do wagi calej probki materialu ceramicznego.

Nasiakliwosc objetosciowa - wspolzycie objetosci nawadniania w probce do objetosci probki materialu ceramicznego.

Powyzsze wielkosci i parametry beda szczegolnie istotne przy okreslaniu zakresu zastosowan oraz wlasnosci uzytkowych ceramiki budowlanej.

Cechy sprezyste towarow anizotropowych i wielofazowych

Informacji podstawowe

Anizotropia to cecha osrodka lub ciala polegajaca na relacji niektorych jego wlasciwosci (mechanicznych, elektrycznych, optycznych) od kierunku, w

ktorym ta wlasciwosc sie bada. Zachodzi glownie po krysztalach i dotyczy metrow. in. przewodnictwa elektrycznego oraz cieplnego, lupliwosci,

wlasciwosci optycznych. Anizotropia optyczna uwidocznia sie w zaleznosci szybkosci rozchodzenia sie swiatla po osrodku od kierunku (dwojlomnosc).

Anizotropia optyczna wymuszona powstaje w osrodkach izotropowych (izotropia), np. cieczach, pod wplywem zewnetrznych rubryk elektrycznych

(zjawiska Kerra) lub magnetycznych (zjawisko Cottona Moutona, zjawisko Voigta ), a takze ultradzwiekow. Cialka wykazujace anizotropie jednych jakosci

fiz., np. sprezystych, sa w stanie nie wykazywac anizotropii odmiennych wlasciwosci fizycznych, np. optycznych.

Przyczyny sprezystego zachowania sie krysztalow mozna wytlumaczyc rozpatrujac zmiany energii potencjalnej atomow w porownaniu do odleglosci

miedzyatomowej. Energia potencjalna atomu Vp wynika sposrod wystepowania sil przyciagania i odpychania miedzy atomami. Krzywa opisujaca te

zaleznosci wydaje sie tzw. krzywa Condona-Morse\'a. Odleglosc odpowiadajaca minimum energii potencjalnej jest rownowagowa odlegloscia

miedzyatomowa. W odstepie tej energia dzialajaca pod atom wydaje sie rowna zeru. Kiedy pod atom operuje zewnetrznie przylozona sila (obciazenie) w

nazwanym kierunku, wtenczas pod do niej wplywem atom oddala sie od wlasnej pozycji rownowagi. Niewielkie przesuniecie atomu po dowolnym

kierunku z polozenia rownowagi wywoluje powstanie wewnetrznych sil skierowanych przeciwnie w celu kierunku przesuniec. Powoduje to tendencje w

celu powrotow atomow do sytuacji rownowagi. Tak bardzo dlugo, jak do ukladu przylozone wydaje sie obciazenie, atomy nie wracaja do swych pozycji

rownowagi. Znajduja sie zatem w stanie naprezen, ktorych trend i miary sa zgodne z nurtem i objetoscia przylozonego obciazenia, lecz maja przeciwny

ruch. Po odjeciu zewnetrznego obciazenia, naprezenia sa w stanie ulec rozladowaniu dzieki powrotowi atomow ponizej ich dzialaniem do sytuacji

rownowagi, , ktorzy jest energetycznie korzystne. To przyczyna sprezystego zachowania sie krysztalow.

Stale sprezystosci Cij prezentuja soba zbior okreslonych miary zwiazanych dokladnie ze struktura krysztalow. Tymczasem w wielu przypadkach

cechujaca je doswiadczalne wyznaczenie natrafia pod znaczne bariery. Dlatego tez, latwiej mozna zdefiniowac warunki konieczne do oznaczenia

technicznej stalej materialowej - modulu Young\'a.

Odksztalcenia niszczace materialow ceramicznych w porownaniu wraz z stala.

Kruchosc materialow ceramicznych jest czasami zwiazana sposrod ich nieduza mozliwoscia znieksztalcenia do chwili zniszczenia, bowiem materialy te

sa wrazliwe na postepowanie wad wewnetrznych, wiec po polikrystalicznych materialach ceramicznych uszkodzenie katastroficzne nastepuje przed

odksztalceniem plastycznym. Oprocz tego tworzywa ceramiczne wykazuja przewaznie duza cena modulu sprezystosci wzdluznej (Younga), totez

cechujaca je odksztalcenia niszczace sa na temat jeden lub wiecej rzedow wartosci mniejsze w porownaniu sposrod odksztalceniami metali. W tablicy

ujeto znieksztalcenia niszczace na rzecz typowych towarow ceramicznych. Bardzo ograniczona zdolnosc tolerowania znieksztalcenia stanowi wazaca

przeszkode po szybkim rozpowszechnianiu sie ceramiki technicznej jako materialu konstrukcyjnego.

Wlasciwosci sprezyste osrodkow anizotropowych

Deformacja po kartezjanskim ukladzie wspolrzednych.

Skala deformacji centrow anizotropowych wydaje sie tensor deformacji zdefiniowany po nastepujacy srodek:

Tensor deformacji jest symetryczny. Mozna przyswajac, ze na rzecz malych naprezen jest rowny:

Uogolnione prawo Hooke; a posiada postac:

Objetoscia opisujaca jakosci sprezyste towarow anizotropowych wydaje sie tzw. tensor modulow sprezystosci Cijkl. Jakkolwiek stosujac procedure

czterech wskaznikow potrzeba az 81 liczb (34=81) w celu opisu w najwiekszym stopniu skomplikowanego ukladu. Dlatego tez, zmodyfikowano te

procedure i dzis do opisu najbardziej skomplikowanego ukladu trojskosnego potrzeba zaledwie 21 liczb. Dokonano owego poprzez rozny, uproszczony

system zapisu wskaznikow.

Spowodowalo to, ze w celu opisu ukladu regularnego wystarczyly 3 cyfry, a w celu opisu ukladu tetragonalnego tylko 7 liczb.

Do opisu wlasciwosci sprezystych jest w dalszym ciagu potrzebny tensor wspolczynnikow podatnosci sprezystej Smn. Wystepuje maz w odrebnej postaci

prawa Hooke\'a, natomiast mianowicie:

Surowce ceramiczne wykazuja symetrie ukladu regularnego. Wyjatkiem sa materialy spolaryzowane lub z wyroznionym jednym nurtem np. w czasie

prasowania.

Cechy sprezyste centrow anizotropowych

Sposrod materialow wielofazowych najprostszym z punktu widzenia analizy jakosci sprezystych przypadkiem jest kompozyt, w ktorego osnowie skrywaja

sie ciagle material ulozone w tym samym czasie do kierunku dzialajacej moce. W typu tym jest dozwolone przyjac, ze wlokna zwiazane sa mocno z

osnowa. Osnowa i wlokna cechuja sie rozmaitymi modulami Younga, odpowiednio E1 i E2, lecz identyczna liczba Poissona. Podczas wydluzania wzdluz

kierunku osi nici zarowno osnowa jak i material ulegaja podobnym odksztalceniom. Bowiem odksztalcenie calego dwufazowego kompozytu jest na skutek

tego jednorodne, energia znieksztalcenia sprezystego owego materialu wydaje sie prosta iloscia energii znieksztalcenia sprezystego obydwu faz.

Innymi slowy modul Younga kompozytu wydaje sie srednia wazona modulow Younga obydwu faz. Modul ow stanowi dolna granice modulu kompozytu

przewaznie wystepuje traf, w ktorym cyfry Poissona nici i osnowy sa rozmaite. Przy podobnym wydluzeniu w kierunku rownoleglym w celu osi nici

powiazanie ze soba osnowy i wlokien powoduje zmniejszenie poprzecznego skurczu po fazie wiekszej oraz powiekszenie tego skurczu w fazie o nizszej

liczbie Poissona w porownaniu wraz z stanem, w ktorym obydwie fazy wystepuja osobno. Innymi slowy, po obydwu fazach musza wystapic wzdluz barier

rozdzialu naprezenia rozciagajace w kierunku prostopadlym w celu tych barier. Nastepstwem owego jest wystapienie w fazach zespolonych po

kompozycie pomocniczej energii odksztalcen sprezystych w zaleznosci od ze stanem przy odksztalceniu nie powiazanych wzajemnie faz.

Dla efektywnego wykorzystania wiekszej wytrzymalosci mechanicznej wlokien w zaleznosci od z osnowa celowe wydaje sie przejecie za posrednictwem

wlokna wiekszej czesci obciazen. Jest to mozliwe, gdy modul Young\'a nici jest znwiekszywiekszy od modulu osnowy lub gdy objetosciowyosciowy

wlokien wydaje sie maksymalnie wielki. Sprezyste odksztalcanie sie sposrod wlokien objetosciowych jak i osnowy wystepuje tylko do chwili przekroczenia

granicy plastycznosci osnowy, na ogol wiecej plastycznej niz wlokna.

O wiele bardziej zlozona sytuacja wystepuje w sytuacji materialow porowatych. Wplyw nieciaglosci fazy stalej, jakimi beda pory, wyplywa z dzialalnosci

dwoch czynnikow:

·zmniejszenie udzialu obciazonej przestrzeni przekroju materialu komorkowego (w tym zamiarze przyjmuje sie, ze modul Young\'a porow gazowych

E=0).

·pory wywieraja wplyw pod rozklad naprezen w fazie stalej.

Schemat ilustrujacy powstawanie koncentracji naprezen u wierzcholka poru.

W czasie rozciaglancuchaglego lancucha wiazan atomowych wystepuje pierwotnie jednolity postep odleglosci miedzyatomowych i energii odksztalcenia

sprezystego, az do uzyskania wartosci odpowiadajacej teoretycznej wytrwalosci wiazan. Jezeli kilka sznurow wiazan miedzyatomowychnieciaglymie n

nieciaglymi wskutek powstania poru to przenoszenie powierzchownego obciazenia na dlugosci przerwanych sznurow staje sie niewykonalne i winien

odbywac sie po odrebnej trajektorii, naokolo poru. Przez lancuch atomow polozonych pod wierzcholku poru przenosi sie w tym przypadku czterokrotnie

wieksze od oczekiwanych sposrod srednich zalety zewnetrznych obciazen. Wystepuje tu koncentracja naprezen. Tylko po duzej odstepie od przestrzeni

poru naprezenia w materiale osiagaja nizsza wartosc rowna zewnetrznemu obciazeniu.

Wlasciwosci sprezyste materialow

Na temat odksztalceniu sprezystym mozna stwierdzic wtedy, gdy po odjeciu sily wzor wraca w celu swych pierwotnych rozmiarow. Znieksztalcenia

sprezyste zwyczajowych materialow ceramicznych sa bardzo nieznaczne, natomiast do blisko 0, 5 - 1% pierwotnych rozmiarow odksztalcenie wydaje sie

wprost stosunkowe do obciazenia P. Okresy wywieraja wplyw na rozklad naprezen po fazie stalej i zredukowanie udzialu obciazonej powierzchni odcinka

materialu komorkowego. Przenoszenie powierzchownego obciazenia odbywa sie wokol poru.

Pory niekuliste powoduja ogromniejsza koncentracje naprezen, niz pory kuliste. Zachodzi nakladanie sie pol naprezenMozliweporow. Mozliwe beda

odksztalcenia zginajace, lokalne oslabienia kontaktow miedzy obszarami fazy stalej. Przewodzi to w celu zmniejszenia wspolczynnika nachylenia relacji

E/Eo wobec Vp.

Akt milosny modulu Young\'a porowatego (E) i nieporowatego (Eo)

polikrysztalu w zaleznosci od udzialu objetosciowego porow.

Metody badani wlasciwosci sprezystych

Metody statyczne dziela sie na:

1. metode skrecania preta - wyznaczenie modulu sztywnosci Gram;

2. procedure rozciagania preta - okreslanie modulu Young\'a;

3. procedure pomiaru ugiecia belki - wyznaczenie strzalki ugiecia.

Cechy materialow ponizej wplywem naprezen

Odpowiedz materialu na skokowa zmiane naprezen moze funkcjonowac nastepujaco:

Kompozyty

We wspolczesnej literaturze technicznej mozna spotkac mnostwo roznych definicji kopozytow, ktore sformulowano wykorzystujac dowolnie przyjete

kryteria. Aczkolwiek najczesciej wykorzystywana jest okreslenie mowiaca, ze materialy kompzytowe, tzw. kompozyty, to takiego typu materialy

makroskopowo monolityczne, na rzecz otrzymania ktorych polaczono skladniki o roznorodnych wlasciwosciach, w rezultacie czego otrzymano

wlasciwosci czy tez wyzsze, czy tez dodatkowe w stosunku do skladnikow wzietych osobno lub zmieszanych tylko razem. Specyficzna cecha

kompozytow jest fakt, iz jest dozwolone projektowac cechujaca je strukture faktycznie, aby dostac zadane jakosci. Z naszej tez racji kompozyty staly sie

punktem rozwiazania i baza dla podstawowej dyscypliny edukacyjnej, jaka wydaje sie obecnie technika materialowa. Surowce kompozytowe beda

szeroko wykorzystywane w roznorodnych dzialach technologii, a perpektywy ich dalszego rozwoju beda niezwykle pozadane. Wynika to z twierdzenia, iz

uzyskiwane przez nie zaakceptowac wlasciwosci wielokrotnie przewyzszaja w duzym stopniu wlasciwosci towarow klasycznych i powszechnie zwaza sie,

ze kompozyty beda pespektywiczna rezerwa materialowa na rzecz rozwijajacej sie techniki, wymagajacej materialow na temat coraz lepszych

wlasciwosciach mechanicznych, fizycznych albo chemicznych.

LONG-E2 - samolot wykonany sposrod materialow kompozytowych.

Klasyfikacja kompozytow

Najczesciej stosowana klasyfikacja kopozytow jest cechujaca je podzial wedlug rodzaju osnowy. Wyroznia sie wiec:

· kompozyty na temat osnowie polimerowej;

· kompozyty o osnowie ceramicznej;

· kompozyty na temat osnowie metalowej.

Wlasciwosci kompozytow zaleza jednak w glowny sposob lecz rowniez od osnowy, lecz rowniez od rodzaju jej podparcia i rodzaju materialu

wzmacniajacego. Do podparcia kompozytow konstrukcyjnych stosowane beda obecnie kolejne rodzaje nici:

1. weglowe ewentualnie grafitowe;

2. szklane;

3. borowe;

4. korundowe;

5. weglika krzemu;

szesc. organiczne typu Kevlar.

Skromniejsze perspektywy beda przed monokrystalicznymi wloknami typu wisker, z powodu skomplikowanej i malo gospodarczej technologii. Cecha

charakterystyczna wszystkich szeroko aplikowanych wlokien wydaje sie ich mala gestosc.

Material do zbrojenia kompozytow

Material weglowe

Wlokna weglowe beda obecnie przewaznie stosowanymi wloknami do zbrojenia kompozytow. Waznym prekursorem w celu produkcji wlokien weglowych

wydaje sie techniczne wlokno poliakrylonitrylowe, tak zwanym. wlokno PAN, ktore zmienia sie we wlokno weglowe droga oksydowania w temperaturze

473-573 K (tj. 200-300C) lub zweglania w obojetnej atmosferze po temperaturze blisko 1273 K (1000C) przy naprezeniach rozciagajacych. Wlokna

takiego typu mozna rowniez poddawac procesom grafityzacji, tzn. wygrzewania po atmosferze obojetnej w temperaturach okolo 2273 K (2000C). Efektem

owego procesu beda wlokna grafitowe, ktore po pewnych przypadkach maja lepsze wlasciwosci niz weglowe. Procedura utleniania powoduje utworzenie

sie w organizacji PAN wiazan nienasyconych, grup wodorotlenowych i karbonylowych. Razem z grupami nitrylowymi kompozycji PAN pelnia istotna

funkcje we wtornych procesach polimeryzacji i cyklizacji, prowadzacych w celu wyksztalcenia mocno zorientowanej kompozycji, nie zmieniajacej sie

dodatkowo podczas powodu wydzielania wodoru, cyjanu i azotu w czasie zweglania po podwyzszonej temperaturze. Wlokna weglowe poddaje sie

jeszcze procesowi obrobki powierzchniowej, ktora ma pod celu rekojmia odpowiedniej adhezji w stosunku do osnowy polimerowej. Do tego stosuje sie

utlenienie przestrzeni za pomoca kwasu azotowego lub tlenu \"in statu nascendi\" wyzwalajacego sie podczas elektrolizy oraz trawienie w mieszaninie

chloru i tlenu po temperaturze 1523-1723K (1250-1450C). Wlokna weglowe poslugujace do zbrojenia osnowy metalowej nalezy pokrywac warstwami

zwiekszajacymi zwilzalnosc metali i stanowiacymi bariere dyfuzyjna. Warstwy takiego typu najczesciej tworzy sie sposrod weglika krzemu lub boru.

Wlokna weglowe produkowane beda obecnie glownie w Japonii. Trzy przedsiebiorstwa japonskie: Toray, Nippon Carbon i Toco daja blisko 60%

swiatowej produkcji. Eksportuja one wlokna do NA JUKATAN i nieomal wszystkich panstwa UE. Firmy amerykanskie produkujace wlokna weglowe

pracuja rowniez wedlug technologii objetych licencja japonska.

Material szklane

Material szklane beda produkowane po wielu metamorfozach. Najpopularniejszymi jednak sa wlokna produkowane wraz z szkiel ubogich w alkalia, lecz

zamoznych w wapien (tzw. szklo E) lub szkiel konwencjonalnych z ukladu SiO2-CaO-Na2O (tzw. szklo C). Do stajnie wlokien szybowych zalicza sie

rowniez wlokna szkla kwarcowego (100% SiO2), ktore charakteryzuja sie bardzo dobrymi wlasciwosciami. Aczkolwiek technologia cechujaca je

wytwarzania z powodu przede wszystkim sporo wyzszych temperatur - wydaje sie znacznie trudniejsza i kosztowniejsza. Najpopularniejsza technologia

produkcji wlokien szklanych wydaje sie topienie kompletu szklarskiego po temperaturze ok. 1923 K (1650C), natomiast nastepnie bezposrednie

wyciagniecie wlokien przez dysze. Inna technologia jest produkowanie z zestwu szklarskiego pierwotnie kulek szybowych, ktore w dalszej kolejnosci

ponownie beda stapiane i wyciagane we wlokna jezdnia przedmuchu powietrza. Wlasciwosci wlokien bardzo sa zalezne od cechujaca je skladu

chemicznego, srednicy, a takze parametrow powodu technologicznego, np. szybkosci wyciagania i schladzania po procesie.

Rower Kangaroo. Jego rama jest przeprowadzona z zywicy poliestrowej zbrojonej wloknem szklanym.

Wlokna borowe

Wlokna borowe produkowane beda wedlug technologii opartej pod chemicznym rozkladzie prozniowym sachs zwiazkow boru BCl3 lub BBr3 po

obecnosci wodoru w temperaturach okolo 1323 K (1050C). W wyniku dysocjacji bor osiada na ziemi drutow wolframowych lub nici weglowych. W efekcie

wlokno takiego typu sklada sie z rdzenia wolframowego lub weglowego (stanowiacego 5-10% objetosci) i otoczki borowej. W sytuacji rdzenia weglowego

powstaje podczas osiadania boru weglik B4C, ktory posiada gorsze jakosci mechaniczne od boru, ale lepsza odpornosc termiczna.

Material Kevlar

Material Kevkar to wlokna organiczne aramidowe, tworzone przez firme Du Pont wedlug technologii nieopublikowanej w literaturze. Obecnie

produkowane sa trzy gatunki wlokien: Kevlar, Kevlar 29 i Kevlar 49. Wlokna Kevlar i Kevlar 29 wykorzystywane sa w celu wzmacniania opon

samochodowych lub zbrojenia przewodow, lin i przedmiotow gumowych pracujacych pod scieranie. Natomiast wlokna Kevlar 49 beda szeroko

wykorzystywane do zbrojenia kompozytow na temat osnowie polimerowej wykorzystywanych po lotnictwie, a takze do wybudowania lodzi i wszelkiego

rodzaju sprzetu sportowego. Praktycznie wszelkie znane zachodnie firmy lotnicze stosuja wlokna Kevlar 49 w swojej tytulow. Szczegolnie sporo zuzywa

cechujaca je firma Lockheed w samolocie L1011 Tristar, a takze korporacja Boeing po samolotach B767 i B757.

Wlokna korundowe

Wlokna korundowe stosowane beda przede wszystkim w celu produkcji kompozytow o osnowie ceramicznej lub metalowej. Wytwarza je kilka firm

ogolnoswiatowych, glownie korporacja japonska Toco i amerykanska Du Pont. Wlokna Toco sa monokrystalicznymi wloknami ciaglymi, o organizacji

alfa-Al2O3. Spolka Du Pont produkuje wlokna alfa-Al2O3 polikrystliczne, tzw. material FP. Urzadzenia ochronne tych wlokien sa zabezpieczone

patentami. Ostatnimi czasy firma Sumitomo Chemical Co. produkuje nieznany typ wlokien Al2O3, natomiast technologia ow jest oparta na polimeryzacji

zwiazkow organoaluminiowych. Zgodnie z ta technologia polialumioxane jest rozpuszczony w organicznym rozpuszczalniku wspolnie ze zwiazkami

zawierajacymi krzem (alkil silikatu). Otrzymany produkt wykorzystywany wydaje sie do tytulow prekursora, ktore po kalcynacji daja wlokno koncowe,

mieszczace w swym skladzie od 70 w celu 100% Al2O3 i od 30 w celu 0% SiO2. Wlokna te maja konstrukcje bardzo drobnokrystalicznego spinelu.

Tlenek SiO2 w niniejszym skladzie sluzy do stabilizacji struktury spinelu i zabezpiecza przed przemiana jej po alfa-Al2O3. Wloka Al2O3 wykorzystywane

sa w celu zbrojenia kompozytow przeznaczonych w celu pracy po wysokich temperaturach. W japonskich samochodach Toyota pewne skladniki silnika

wysokopreznego wykonane sa sposrod kompozytow na temat osnowie metalowej. Wlokna te stosowane beda rowniez w celu kompozytow uzytych w

konstrukcjach lotniczych \"przezroczystych\" dla radarow.

Wlokna weglika krzemu

Material SiC wykorzystywane sa w celu zbrojenia kompozytow o osnowie metalowej. Uzyskuje sie te rolety dwiema drogami, i tak:

1. Wlokna na temat srednicy wiekszej niz 100-140 μm beda uzyskiwane za posrednictwem prozniowa dysocjacje gazowych zwiazkow krzemu na temat

wysokich temperaturach i osadzanie krzemu pod podlozu material weglowego.

dwie. Wlokna SiC bezrdzeniowe, na temat srednicy 20 μm otrzymuje sie za posrednictwem wygrzewanie po wysokich temperaturach wlokien

prekursorowych polikarbosilanu. Procedura ten wydaje sie bardzo dalekowzroczny i opiera sie na syntezie SiC sposrod organosilikonowych zlozonych

zwiazkow, nazywanych polikarbosilanami. Polikarbosilany sa po temperaturze srodowiska cialami stalymi, o bardzo duzej masie czasteczkowej

wynoszacej ok. 1500.

Wlokna prekursora maja pierwotnie bardzo nieduza wytrzymalosc (Rm ok. 5 MPa). Wlasciwosci te ulegaja podwyzszeniu za posrednictwem ogrzanie po

powietrzu w celu temperatury 200C lub za posrednictwem utlenianie ozonem w temperaturze otoczenia. Material prekursora ociepla sie w dalszej

kolejnosci w temperaturze 1400-1500C po prozni lub atmosferze obojetnej, az do otrzymania wlokien weglika krzemu na temat strukturze beta i

wytrwalosci Rm ok. 3000 MPa oraz module sprezystosci podluznej ok. 240 GPa. Material te, pomijajac wysokimi jakosciami mechanicznymi, znamionuje

wysoka ognioodpornosc i dobra zwilzalnosc za posrednictwem metale.

Konfrontacja wlasciwosci nici kompozytowych

Cechy wlokien roznia sie w glowny sposob, w porownaniu do technologii cechujaca je otrzymywania, aplikowanych przekursorow, cechujaca je skladow i

wlasciwosci parametrow procesow technologicznych, czystosci towarow, wielkosci srednic itp. W efekcie, wlokna owego samego materialu moga roznic

sie wytrzymaloscia albo modulem sprezystosci o kilkanascie procent. Fakty podane po ponizej tablicy nalezy traktowac wybitnie orientacyjnie.

Mozna jednak stwierdzic, iz bardzo dogodnie przedstawiaja sie wlasciwosci nici weglowych, ktore rzeczywiscie beda obecnie przewaznie stosowane.

Duzy modul sprezystosci, duza gietkosc, duza odpornosc chemiczna pod dzialanie w szczegolnosci alkalii, dobra obrabialnosc kompozytow zbrojonych

takimi wloknami i niska zaplata preferuja material weglowe z podanych po powyzszej tablicy. Wlokna weglowe sa w dodatku trudno palne, w atmosferze

utleniajacej ulegaja bezplomieniowemu utlenieniu w temperaturach powyzej 400C, przy czym po trosze utlenione zachowuja w duzym stopniu swoja

wlasna wytrzymalosc. W szerokim zakresie sa rowniez stosowane material szklane. Ich prosta technologia, niska zaplata, a takze niepalnosc, wysoka

opornosc elektryczna oraz wysoka odpornosc na rozciaganie - pomimo niskiej zalety modulu sprezystosci podluznej - umozliwiaja ogromne

zastosowania. Powinno sie jednak zdac sobie sprawe, iz kompozyty zbrojone wloknami szklanymi maja nizsze jakosci wytrzymalosciowe, zwazywszy na

slaba adhezje tych nici na granicy wlokno-osnowa. Sa one wykorzystywane przede wszystkim w celu zbrojenia mas plastycznych.

Wlokna borowe maja bardzo wielkie wlasciwosci wytrzymalosciowe. Jednak zwazywszy na ich wyzsza cene wykorzystywane sa zaledwie tam, dokad od

kompozytow wymaga sie specjalnie ogromnych wlasciowsci wytrzymalosciowych oraz sporej sztywnosci, a wiec w kompozytach na osnowie metalowej.

Obszerne perspektywy stoja przed wloknami z weglika krzemu.

Dekohezja materialow

Pelna charakterystyka plywania materialu, pod ktory dzialaa zewnetrzne moce i ktore, odniesione w celu jednostkowej przestrzeni materialu, nazywane

beda obciazeniami, obejmuje rowniez jego odpornosc mechaniczna. Wytrzymaloscia mechaniczna wskazuje sie zdolnosc materialu w celu

wytrzymywania obciazen bez zerwania. Wyraza sie ja z wykorzystaniem wielkosci obciazenia zewnetrznego, przy ktorym material traci spojnosc (ulega

dekohezji), ulegajac rozdzieleniu na 2-ie lub dluzej czesci.

Wazna cecha wlasciwie wszystkich towarow ceramicznych po temperaturze pokojowej i umiarkowanej, natomiast czesciowo i w temperaturach

podwyzszonych, wydaje sie ich kruchosc. Kruchym zniszczeniem nazywa sie takie, przy ktorym material traci spoistosc bez wystapienia poprzednio

znaczniejszych odksztalcen. Zniszczenie kruch rozni od zdewastowania plastycznego, zwyklego dla wielu metali, dokad dekohezja poteznieje dopiero

przy duzych odksztalceniach. W przypadku ciagliwych polikrystalicznych metali o organizacji regularnej plasko centrowanej zniszczenie plastyczne

wydaje sie wynikiem zminimalizowania przekroju czynnego materialu na skutek odksztalcenia plastycznego. Zdolnosc w celu nieulegania dekohezji

wskutek zdewastowania kruchego wskazuje sie takze ciagliwoscia lub odpornoscia pod kruche pekanie.

Poznanie jednostki kruchego zdewastowania materialow ceramicznych i mozliwosci zwiekszenia cechujaca je ciagliwosci posiada istotne istota. Wskutek

postepu zapotrzebowania pod materialy zdolne do roboty w podwyzszonych temperaturach i odporne pod korozje po agresywnym otoczeniu zwrocono

obserwacje na materialy ceramiczne, ktore odpowiadaja naszym wymogom. W przeszkodzie w celu szerszego wykorzystania tych towarow stoi jednak

ich kruchosc (mala ciagliwosc).

Druga charakterystczna cecha towarow ceramicznych z punktu widzenia ich wytrwalosci mechanicznej wydaje sie znaczna roznica tej wytrwalosci przy

roznorodnych stanach obciazenia. Mozna przyjac, ze na rzecz szerokiej palety materialow ceramicznych wytrzymalosci fizyczne przy poddaniu ich,

odpowiednio, zrywaniu, zginaniu i sciskaniu maja sie do zony jak 1: (1, 5-3): (3-15). To znaczy, ze odpornosc mechaniczna pod sciskanie materialu

ceramicznego moze okazac sie az 15-krotnie wieksza od jego wytrwalosci na zbieranie.

Punktem odniesienia dla weryfikacje odpornosci towarow na kruche pekanie wydaje sie wytrzymalosc wiazan miedzyatomowych pod zrywanie ponizej

wplywem obciazenia. Nazywa sie ja wytrzymaloscia teoretyczna lub maksymalna wiadomego materialu. Zerwanie wiazania nastapi wowczas, gdy dwa

sasiednie atomy zostana pod dzialaniem zewnetrznego obciazenia odsuniete od siebie pod odleglosc, przy ktorej energia dazaca w celu powrotu atomu

do pierwotnej pozycji wydaje sie rowna zeru. Oznacza to, ze atom poprzez odjeciu obciazenia pozostaje po pewnej nowatorskiej, przemieszczonej

sytuacji, a miedzy nim i sasiednim atomem nie powstaja sily wzajemnego oddzialywania. Jest dozwolone to rozpatrzyc na podstawie krzywej Vp(r) oraz

ponizszej.

Wykres zmian naprezen wewnetrznych po funkcji odstepie miedzyatomowej

miedzy para 2 atomow (ro - dystans rownowagowa).

Wartosc naprezenia maksymalnego mozna zdefiniowac na podstawie bilansu energetycznego. Jakkolwiek w uzytecznych obliczeniach wspomniana

wartosc definiuje sie przez pomiar napiecia powierzchniowego, modulu Yonga lub polozenia rownowagowego ro.

Niedaleko ogolnie wiekszej teoretycznej wytrwalosci materialow ceramicznych w porownaniu sposrod metalami, wskazane jest zauwazyc, ze w w tej

chwili produkowanych materialach eksperymentalne zalety wytrzymalosci pod rozciaganie Pc zblizone w celu wytrzymalosci maksymalnej udalo sie

dostac tylko w sytuacji monokrysztalow wloskowatych (wiskerow) i nieco mniejsze w przypadku polikrystalicznych wlokien. Material te cechuja sie

wzglednie niezdefektowana, natomiast wiskery nieomal doskonala budowa, pozbawiona nieciaglosci. Osiagane w sytuacji typowych, litych,

polikrystalicznych towarow wytrzymalosci fizyczne, od dwu do czterech rzedow mniejsze od wytrwalosci teoretycznej, lacza sie z dzialaniem defektow

(szczelin, mikropekniec itp. ) znajdujacych sie w takich materialach.

Naprezenia wewnetrzne obok wierzcholka szczelin (pekniec) beda wielokrotnoscia przylozonych obciazen zewnetrznych i moga osiagac wysokosc rowna

wytrwalosci teoretycznej wiazania przy nie bardzo duzych obciazeniach zewnetrznych. Nalezaloby tu wspomniec, ze koncentracja naprezen obok

wierzcholkow porow moze byc co wiecej 100-krotnie ogromniejsza od naprezen zewnetrznych. Jest dozwolone wiec wypatrywac, ze pekniecie istniejace

po materiale poddawanym obciazeniom sa sie rozwinac juz przy niewielkich wartosciach obciazenia powierzchownego.

Z dotychczasowych rozwazan wyplywa, ze juz przy nieduzych obciazeniach ciezko jest unikac tworzenia sie i rozwijania pekniec na temat wymiarze

krytycznym w materiale. W zwiazku z tym istotnego znaczenia przejmuje pojecie ciagliwosci (odpornosci pod kruche pekanie), ktora jest skala energii

pochlanianej przez material przy rozwijaniu sie pekniec. Im ogromniejsza jest ow energia, naszym wieksza robote musza zrealizowac obciazenia

zewnetrzne, aby uszkodzic spoistosc materialu. Kruche zniszczenie moze miec miejsce przy czterech roznych metodach odksztalcania materialu oraz

cechujaca je kombinacjach.

Podstawowe trzy rodzaje kruchego pekania.

Statystyczne aspekty wytrzymalosci mechanicznej materialow kruchych

W przypadku towarow charakteryzujacych sie znaczna mozliwoscia modelowania, jak np. metali, odpornosc mechaniczna danej, wybranej probki

materialu wydaje sie reprezentatywna na rzecz przecietnej wytrwalosci calej jego partii. Odksztalcenie i zerwanie jest tu skutkiem lacznego dzialania

wszystkich defektow po probce. Przy materialach kruchych (wiekszosc towarow ceramicznych) przy jednym spotkaniu zapoczatkowane

rozprzestrzenianie sie nietrwalego pekniecia na temat wielkosci krytycznej prowadzi w celu katastrofalnego spekania materialu sposrod predkoscia rzadu

106 m/s. Poniewaz po materialach poteznieje okreslony rozklad wielkosci defektow, wytrzymalosc roznorodnych probek pobranych z jednej partii

materialu moze przerabiac sie wewnatrz ± 50% wzgledem zalety sredniej, natomiast wytrzymalosc danej probki znamionuje tylko ta probke, nie

zaakceptowac zas srednie wlasciwosci calkowitej partii materialu.

W celu znakowania wytrzymalosci kruchych materialow ceramicznych konieczne wydaje sie oparcie sie na weryfikacji statystycznej, w szczegolnosci na

statystycznej teorii Weibulla. Teoria Weibulla opiera sie pod nastepujacych przypuszczeniach:

1. Tworzywo jest izotropowy, a rozklad wielkosci defektow w materiale jest typowy.

2. Mozliwosc znalezienia sie defektu na temat wielkosci krytycznej w danej jednostkowej objetosci jest na rzecz calego materialu identyczne.

kilku. Dekohezja materialu wskutek kruchego zniszczenia nastepuje wskutek rozprzestrzeniania sie defektu o miary krytycznej.

czterech. Liczba defektow w materiale jest rozlegla.

Wspolczynnik metrow nazywany takze modulem Weibulla zwiazany wydaje sie z gestoscia prawdopodobienstwa wylegania defektu np. szczeliny, na

temat dlugosci c. Im ogromniejsza wartosc metrow, tym wezszy jest przedzial wielkosci szczelin i naszym mniejsze beda wielkosci najczesciej

wystepujacych szczelin.

Oczekiwana czestotliwosc wystepowania szczelin o poszczegolnej

wielkosci c dla roznorodnych wartosci wspolczynnika m po rozkladzie Weibulla.

W zwiazku z tym i rozrzut prawdopodobienstwa kruchego zdewastowania poszczegolnych probek maleje wraz z wzrostem modulu Weibulla. W celu

m=ae krzywa rozkladu wytrwalosci mechanicznej probek przechodzi po postac zalamanej linii nieskomplikowanej, ktorej pionowa czesc pasuje odcietej.

Innymi slowy, wytrzymalosc przestaje byc objetoscia statystyczna i staje sie objetoscia stala.

Mozliwosc kruchego zdewastowania dla roznorodnych wartosci modulu Weibulla metrow.

Empirycznie wyznaczenie wartosci modulu Weibulla na rzecz materialow ceramicznych mieszcza sie po przedziale 5

Twardosc. Strategie pomiaru twardosci.

Twardosc - zdolnosc materialu do przeciwstawiania sie odksztalceniom plastycznym (trwalym) przy miejscowym, statycznym lub dynamicznym,

wywieraniu nacisku pod mala obszar materialu. Skala twardosci wydaje sie stosunek obciazenia do przestrzeni odcisku lub glebokosci odcisku.

Wiekszosc gatunkow ceramiki odznacza sie duza twardoscia (hardness). Na podstawie stabilnych stosunkow wiazan chemicznych jest zwiazek miedzy

twardoscia i temperatura topnienia materialow ceramicznych. Wieksza temperatura topnienia warunkuje wieksza twardosc. Przy nie bardzo

gruboziarnistej organizacji materialu ceramicznego jego twardosc wyznacza sie przez okreslanie mikrotwardosci rozmaitymi wglebnikami diamentowymi.

Dokonujac pomiaru przekatnej odcisku, okresla sie twardosc - w zaleznosci od ksztaltu ostroslupowego wglebnika - sposobem Vickersa lub Knoopa.

Reguly pomiaru mikrotwardosci materialow ceramicznych metodami: a)Vickersa, b)Knoopa.

Konfrontacja twardosci roznorodnych materialow pokaze, ze ceramike specjalna co do tej jakosci przewyzsza zaledwie regularny azotek boru i diament.

Twardosc w polaczeniu z odpornoscia chemiczna i cieplna stanowi wazne wyznacznik odpornosci pod zuzycie, ktora to dla wielkiej wiekszosci towarow

ceramicznych moze okazac sie oceniona jako dobra. Powinno sie jednak zaakcentowac, ze Zr02, pomimo wzglednie mniejszej twardosci, wykazuje

znakomita odpornosc pod zuzycie.

Oprocz konwencjonalnego znakowania mikrotwardosci materialu ceramicznego z wykorzystaniem wciskania diamentowego wglebnika, uzywa sie

podczas lub poprzez obrobce koncowej rowniez procedure rejestrujacego pomiaru mikrotwardosci. Rozroznia sie kobieta tym, te miara twardosci

materialu nie jawi sie byc powstajacy poprzez calkowitym obciazeniu odcisk wglebnika, ale jednoczesnie zarejestrowana podczas calego powodu jego

wnikania w badana powierzchnie wypadkowa sila F(D) jako funkcja glebokosci wnikania D. Z geometrii wglebnika (np. diamentowej piramidy Vickersa lub

czaszy kulistej), glebokosci wnikania i obciazenia przynosi sie w ten sposob ustalic na rzecz jednorodnych i izotropowych towarow przebieg twardosci,

charakteryzujac procedura wnikania wglebnika w plaska i gladka powierzchnie z wykorzystaniem przebiegu moce F(D).

Istota metody rejestrujacego pomiaru mikrotwardosci.

Jezeli wyrazisty wglebnik wciska sie po zeszlifowana obszar materialu ceramicznego, przebieg moce F(D) wydaje sie okreslany po wysokim zakresie

topografia przestrzeni, obecnoscia porow i pekniec oraz za posrednictwem przypadkowa orientacje mikrokrysztalow po odniesieniu w celu kierunku

dzialalnosci obciazenia wglebnika. Wystepujace w dodatku bardzo ogromne rozrzuty sa w stanie zostac po trosze przezwyciezone zastosowaniem

czaszy kulistej wglebnika. Tuz przy zaglebianiu sie czaszy kulistej (np. sposrod promieniem r = 0, 32 mm) w zeszlifowana powierzchnie ceramiczna

przebieg moce F(D) wydaje sie sukcesywnie robiony przez pierwotnie punktowy styk zbioru \"wzniesien\" w kole opisanym stanowiskiem odcisku. Wynika

stad, ze krzywa F(D) wznosi sie mniej lub bardziej ciagle i jednoczesnie zakres (pasmo) rozrzutu krzywych jest w duzym stopniu ograniczony za

posrednictwem silnie zintegrowane dzialanie plaskiego wglebnika. W celu jednakowej glebokosci wnikania D wglebnika jego powierzchnia wydaje sie

zdecydowanie wiecej obciazona sposrod zastosowaniem czaszy kulistej niz ostrej piramidy.

Ogolnie jest dozwolone stwierdzic, ze im bardziej wartosciowe jest uszkodzenie powierzchni materialu, tym mniejsza jest potrzebna sila w celu uzyskania

poszczegolnej glebokosci wnikania diamentu. Te rozne przebiegi sily (bez jednakze uzyskania twardosci materialu podstawowego) sa ustalone

dodatkowo na odmiennie szlifowanych przestrzeniach materialow ceramicznych. Z przebiegu krzywych F(D) wynika, te w przypadku probek szlifowanych

prostoliniowo-zwrotnie z najwiekszym, wykrywalnym rentgenograficznie uszkodzeniem (grubosc warstwy uszkodzonej) i odpowiednio takze najmniejszym

naprezeniem niszczacym musi stanowic d1a poszczegolnej glebokosci zastosowana mniejsza energia niz np. w przypadku probek szlifowanych gleboko

z odpowiednio mala uszkodzona warstwa gorna i wiekszym naprezeniem niszczacym.

Inne procedury pomiaru twardosci

Przy badaniu materialow stosuje sie rozmaite metody pomiaru twardosci. Procedura Brinella opiera sie na wciskaniu twardej kulki stalowej po probke

materialu, a sposob Vickersa diamentowego ostroslupa. Przy obudwu takich metodach skala twardosci (oznaczonej odpowiednio HB i HV) jest

wspolzycie sily naporu do pola powierzchni stalego odcisku pozostawionego przez kulke lub ostroslup. W strategii Rockwella wglebnik (diamentowy

stozek lub kulka) jest wciskany dwustopniowo (najpierw dzialajac obladowaniem wstepnym, pozniej calkowitym), natomiast miara twardosci (oznaczanej

HRA, HRB, HRC lub HRF) jest roznica miedzy bezpieczna umowna objetoscia i glebokoscia trwalego odcisku pozostawionego za posrednictwem stozek

lub kulke. Az do pomiaru twardosci skladnikow strukturalnych stosuje sie pomiary mikrotwardosci takim samym wglebnikiem, jak przy strategii Vickersa,

tylko przy w duzym stopniu mniejszych obciazeniach. W niepohamowanej metodzie pomiaru twardosci mierzy sie wielkosc odbicia kulki stalowej od

powierzchni badanego materialu (metoda Shora). Az do pomiaru twardosci mineralow stosuje sie powage Mohsa. Przy tej dziesieciostopniowej skali

najmniejsza wartosc 1 jest przypisana talkowi, natomiast najwieksza 10-ciu diamentowi. Porownywanie twardosci wydaje sie mozliwe zaledwie w

zakresie jednej metody pomiarowej.

Polaryzacja

Przy typowych materialach ceramicznych nie zaakceptowac przewodzacych pradu elektrycznego elektrony sa mocno zwiazane sposrod rdzeniami

atomow. Jesli zatem do takiego materialu przylozy sie obreb elektryczne to wystapi tylko niewielkie przesuniecie srodkow ciezkosci ladunkow dodatnich w

kierunku przylozonego pola. Naklady ciezkosci frachtow ujemnych przesuwaja sie nieco w kierunku przeciwnym. Wytwarzaja sie wskutek owego lokalne

dipole elektryczne, a wiec elementy, gdzie srodki ciezkosci ladunkow dodatnich nie pokrywaja sie wraz z srodkami ciezkosci ladunkow ujemnych.

Zjawisko wzbudzenia dipoli wskazuje sie polaryzacja elektryczna. Surowce ulegajace polaryzacji elektrycznej nazywane sa dodatkowo dielektrykami.

Funkcjonuje wiele mechanizmow polaryzacji dielektrykow ceramicznych. Przy 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 rodzaju, pole estetyczne moze wywolac takze symetryczne przesuniecia roznoimiennie naladowanych jonow

(dodatnie jony przemieszczaja sie zgodnie z nurtem pola, ujemne - odwrotnie do kierunku pola). Ten rodzaj polaryzacji to polaryzacja atomowa lub

jonowa. Polaryzacja jonowa byc moze takze wystapic wtedy, gdy wiazania maja charakter po trosze kowalencyjny, jednak taki, ze orbitale beda

przesuniete w kierunku bardziej elektroujemnych atomow. Polaryzacja jonowa nie powinna natomiast wystapic w krysztalach zlozonych sposrod jednego

rodzaju atomow (np. w metalach) lub czasteczkach gazow na temat jednakowym rodzaju atomow, jak np. H2, O2.

Jezeli w organizacji wystepuja porzadne dipole, dodatkowo w nieobecnosci zewnetrznego pola elektrycznego, to przylozenie powierzchownego pola

oznacza, ze pod te dipole dzialaja moce, ktore zmierzaja, do zestawienia dipoli w kierunku pola. W wyniku wystepuje polaryzacja orientacyjna

(polaryzacja dipolowa) zaprezentowana na wyzej wymienionym rysunku. Przy krysztalach jonowych dipole takiego typu moga komponowac skojarzone

defekty Schottky\'ego lub asocjacje obcego jonu i wakancji. Projekt przedstawia rowniez ostatni rodzaj polaryzacji, innymi slowy tzw. polaryzacje ladunku

przestrzennego, zwiazana sposrod przemieszczeniem sie nosnikow ekwipunku jednego znaku wzgledem nosnikow drugiego znaku na bardziej

wartosciowe odleglosci, np. wskutek zroznicowanej szybkosci dyfuzji tych nosnikow (jonow, elektronow, dziur elektronowych). Pole funkcjonujace na

skladniki struktury po objetosci ciala stalego posiada zazwyczaj ogromniejsza wartosc anizeli mierzone \"zewnetrzne\" pole nasze, poniewaz tworzy sie

takze z pola wywolanego za posrednictwem polaryzacje bezposredniego otoczenia rozpatrywanego elementu kompozycji ciala niezachwianego, jaki i

pola wywolanego za posrednictwem ladunki znajdujace sie na zewnatrz.

Zjawiska zwiazane sposrod polaryzacja beda szczegolnie istotne przy rozwazaniach nad kondensatorami. Jesli albowiem pomiedzy okladkami

kondensatora bedzie umieszczony dielektryk, pojemnosc kondensatora zwieksza sie. Skala tego podniesienia jest wzgledna przenikalnosc dielektryczna,

(relative dielectric constant), ktora to okresla, ilokrotnie wzrasta pojemnosc kondensatora prozniowego (pustego) poprzez wprowadzeniu miedzy jego

okladki dielektryka. Z kolei wspolczynnik stratnosci dielektrycznej, tak zwanym. tangens kata stratnosci (dielectric loss) znamionuje straty energii podczas

polaryzacji dielektryka, spowodowane jej rozproszeniem. Wielkosc tg kata stratnosci stanowi wraz z przenikliwoscia wzgledna, podstawowe wyznacznik

okreslajace dyspozycyjnosc danego dielektryka.

Wzgledna przenikalnosc dielektryczna jest zalezny zarowno od rodzaju materialu, jak i czestotliwosci przylozonego pola, a takze od temperatury. Gdy z

rosnaca temperatura narasta ruchliwosc jonow, a wiec dodatkowo wzgledna przenikalnosc dielektryka, to juz wraz z zwiekszaniem sie czestotliwosci pola

obserwuje sie jej spadek, poniewaz zmniejsza sie zdolnosc ruchliwosci jonow prawdziwej z ruchliwoscia pola

Rodzaje polaryzacji probek ceramicznych

Jest dozwolone wyroznic kolejne sposoby polaryzacji:

1. Polaryzacja w temperaturze pokojowej - po praktyce wykorzystywana jedynie w celu probek na temat niewielkich polach koercji (miekkie ferroelektryki).

dwie. Chlodzenie przez temperature Curie z przylozonym polem - tylko na rzecz materialow na temat stosunkowo niewysokiej temp. Curie.

3. Polaryzowanie w temperaturze podwyzszonej, lecz nizszej od 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 pokaze ponizszy wykres. Duze zmiany przenikalnosci elektrycznej

uzyskuje sie przez domieszkowanie ceramik jednoskladnikowych. Niewielkie ilosci odpowiednich domieszek powoduja zmiane wartosci E oraz

przesuniecie punktu Curie. Przykladem ceramiki dwuskladnikowej wydaje sie ceramika PZT lub PLZT. Sklady PZT bliskie PbZrO3 (z kilkuprocentowa

zawartoscia PbTiO3) sa antyferroelektrykami, natomiast od skladu 95/5 ceramiki maja wlasciwosci ferroelektryczne.

Zaleznosc przenikalnosci dielektrycznej ceramiki BaTiO3 od czestotliwosci pola pomiarowego.

Przenikalnosc dielektryczna

Przenikalnosc dielektryczna oraz inne jakosci piezoceramiki sa zalezne rowniez od warunkow do niej otrzymywania. Dla przykladu na rysunku ponizej

zaprezentowano wplyw amplitudy temperatury spiekania ceramiki BaTiO3 pod temperaturowe relacji przenikalnosci dielektrycznej. W zakresie temperatur

spiekania 1200-14000C wyzsza temperatura spieku powoduje, ze cena Emax(T) wydaje sie wyzsza.

Wplyw temperatury spiekania na ceche es(T).

Jak na przyklad juz nadmieniono, ponizej miejsca Curie co wiecej bez powierzchownego pola elektrycznego ferroelektryk dzieli sie pod obszary zwane

domenami gdzie polaryzacja posiada ten juz sam kierunek. Przylozenie zewnetrznego pola elektrycznego w celu wielodomenowego krysztalu powoduje

przeorientowanie polaryzacji stronie, co prowadzi do pojawienia sie wypadkowej polaryzacji na skutek dzialania powierzchownego pola elektrycznego nie

jest dotychczas starannie poznany. Zwykle przyjmuje sie, ze przy powierzchni krysztalu, a takze blisko defektow skrywaja sie zarodzie domen o

polaryzacji zgodnej sposrod kierunkiem pola elektrycznego czy tez tworzace sposrod nim nieduzy kat. Domeny te (w ksztalcie igiel) rosna prostopadle do

elektrody. W dosyc slabych polach polaryzacji liniowo zalezy od natezenia pola elektrycznego (odcinek OA pod rysunku). W odcinku naszym zachodza

procesy odwracalne. Tuz przy natezeniu pola, ktore pasuje punktowi B, wszystkie domeny sa zorientowane w kierunku pola. Stan ow nazywamy

nasyceniem. Dalsze zwiekszanie natezenia pola elektrycznego wywoluje wzrost pelnej polaryzacji, ktory wynika sposrod rosnacej polaryzacji

indukowanej, analogicznie jak po dielektrykach liniowych. Krzywa OABC nazywa sie czesto krzywa 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 jakim zachodzi poprawka kierunku polaryzacji,

okreslone odcinkiem OF nazywamy polem koercji. Zaleznosc polaryzacji od natezenia pola elektrycznego jest opisana krzywa CDGHC zwana petla

histerezy. Wydluzenie prostej BC do przeciecia z osia OP definiuje odcinek OK., odpowiadajacy polaryzacji spontanicznej.

Petla histerezy ceramiki ferroelektrycznej rozni sie przewaznie od petli histerezy monokrysztalu. Aby otrzymac polaryzacje nasycenia Pm, nalezy

przylozyc obreb elektryczne lepsze od pola koercji Ec. Wynika to zwlaszcza stad, ze na skutek egzystencji fazy bezpostaciowej o niskim E lokalne pola

nasze, dzialajace pod poszczegolne krystality, moga byc powazne nizsze od pola przylozonego. Ponadto w procesie przepolaryzowania biora rowniez

wklad domeny, gdzie wektor polaryzacji nie jest rownolegly do przylozonego pola. Procedura przepolaryzowania tego typu domen domaga sie

silniejszego pola. Po usunieciu pola nastepuje czesciowa odbudowa struktury domenowej, co powoduje ze zalety Pm i Pr (resztkowa) moga roznic sie

dosc w duzym stopniu. W zwiazku z tym, ze w tytanie baru wzglednie trudno wydaje sie przeorientowac domeny nierownolegle w celu pola (w procesie

przepolaryzowania bierze wklad ok. 10% (a-domen), cena Pm na rzecz ceramiki stanowi okolo 1/3 Ps krysztalu c-domenowego, tj. ok. 12 [uC/cm2].

Ferroelektryki

Cechy ferroelektryczne zostaly wykryte po 1921 rok przez J. Valaska po soli Seignette\'a. W 1943 roku zostaly odkryte jakosci ferroelektryczne po

BaTiO3. Od tego czasu datuje sie intensywny progres badan fizycznych, majacych pod celu takze poszukiwanie nowych materialow ferroelektrycznych,

jak i sprawdzenie ich jakosci. Prowadzone beda takze czynnosci nad teoretycznymi modelami zjawiska ferroelektrycznego. Uslugi eksperymentalne tycza

m. in.: struktury domenowej ferroelektrykow, charakteru przejscia fazowego, wlasciwosci piezo- i piroelektrycznych, dielektrycznych, optycznych,

cieplnych, mechanicznych oraz wybudowania krystalicznej, przewodnictwa cieplnego i tak dalej. W rodzinie ferroelektrykow jest dozwolone wyroznic dwa

modelowe ferroelektryki, na ktorych skupila sie uwaga badaczy. Naleza w celu 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 posiada symetrie ukladu

regularnego sposrod jonami baru Ba2+ po narozach szescianu jonami tlenu O2- pod srodkach elewacji i jonem tytanu Ti4+.

b) Nizej punktu Curie struktura ulega lekkiej deformacji: jony Ba2+ i Ti4+ przesuwaja sie wzgledem jonow O2-, dzieki czemu wytwarza sie moment

dipolowy. Mozliwe, ze gorne i dolne jony tlenu przesuwaja sie nieco ku dolowi.

Struktura krystaliczna tytanianu baru w temperaturze wyzszej od temperatury Curie ma symetrie ukladu prawidlowego z jonami Ba2+ po narozach

szescianu, jonami O2- na srodkach scian i jonami Ti4+ w srodku szescianu. Podczas ochladzania w temperaturze Curie zachodzi przejscie fazowe i szyk

BaTiO3 ulega spontanicznej deformacji: jony Ba2+ i Ti4+ przesuwaja sie w jednym kierunku wobec jonow O2-. W wyniku naszej deformacji po komorce

krystalicznej wytwarza sie elektryczny chwile dipolowy oraz zmienia sie symetria ukladu z poprawnej na tetragonalna.

Dotychczas nie zaakceptowac opracowano jednej, ogolnej teorii zjawiska ferroelektrycznego, ktora tlumaczylaby wszystkie doswiadczalne fakty

obserwowane w takich materialach. Istniejace teorie jest dozwolone podzielic pod trzy stajnie:

·teorie fenomenologiczne (np. zalozenie termodynamiczna Devonshire\'a) - zalozenie fenomenologiczna tlumaczy zaleznosci miedzy wielkosciami

natomiast nie tlumaczy przyczyn;

·teorie modelowe (np. teoria minimow lokalnych Masona i Matthiasa);

·teoria zywiolowa (podstawy naszej teorii dal Cochran).

Teorie te po niektorych przypadkach wykazuja duza zgodnosc sposrod danymi eksperymentalnymi.

Charakterystyczna jakoscia ferroelektrykow to, ze posiadaja trwale dipole elektryczne, ktore sa spontanicznie (bez udzialu zewnetrznego pola

elektrycznego) posegregowane w obszarach makroskopowych, nazywanych domenami elektrycznymi. W takich materialach polaryzacja P nie jawi sie

byc liniowa opcja natezenia pola elektrycznego E (tak tak jak ma miejsce w przypadku dielektrykow niepolarnych i paraelektrykow), ale ma forma petli

histerezy.

Metody doswiadczenia ferroelektrykow

Strategie badania procesow przepolaryzowania ferroelektrykow mozna rozlozyc na:

1. Metody, gdzie pole przepolaryzowujace ma forma sinusoidy:

·calkujacy uklad Sawyera-Towera;

·rozniczkujacy system Diamanta.

dwie. Metody, gdzie pole przeplaryzowujace ma forma impulsu prostokatnego:

·metoda Krumina - system calkujacy;

·metoda Merza - uklad rozniczkujacy.

3. Strategie badan wolnozmiennych, w ktorych obreb przepolaryzowujace posiada ksztalt impulsow trojkatnych.

System Sawyera-Towera

Ten klasyczny, obrobiony w rok 1930, system pomiarowy dzieki swej prostocie i dobrej dokladnosci wydaje sie stosowany w celu dzis jako podstawowy

system do pomiarow polaryzacji spontanicznej PS (lub PR) oraz EC sposrod obserwowanej pod ekranie oscyloskopu petli histerezy ferroelektryka.

System Sawyera-Towera.

System Sawyera-Towera tworzy sie sposrod dwu dzielnikow napiec: oporowego (R), sposrod ktorego podajemy sinusoidalnie zmienne napiecie pod

poziom plytki odchylenia oscyloskopu, i pojemnosciowego (Co, Cx), w ktorym miesci sie badana wzor ferroelektryczna. Rozdzielacz pojemnosciowy

miesci ponadto bezstratny kondensator Co, z ktorego zbieramy naprezenie (Uy) pod plytki Y oscyloskopu. Bowiem Co i Cx stanowia uklad szeregowy, to

ladunek zgromadzony pod kondensatorze Co jest rowny ladunkowi na Cx. Natomiast, gdy Co > > Cx, wowczas praktycznie kompletne napiecie

przekazywane na dzielnik odlozy sie na probce (CX). Potencjal z C0 jest stosunkowe do zgromadzonego na nim (i pod Cx) ekwipunku, a skutkiem tego;

Napiecie sposrod dzielnika oporowego jest z kolei proporcjonalne w celu napiecia przylozonego na probke:

Ostatecznie pod ekranie oscyloskopu ukazujemy portret krzywej P(E), ktora po praktyce wydaje sie petla histerezy ferroelektryka. Sprzeciw regulowany

Rc (o zalety kilku megaomow), wlaczony w tym samym czasie do Co, sluzy w celu skompensowania przesuniec fazowych miedzy pradem natomiast

napieciem, wywolanych stratami probki ferroelektrycznej. Kompletna kompensate strat zapewnia wymog CxRx = CoRo. Wizerunek petli histerezy

ceramiki ferroelektrycznej otrzymanej z wykorzystaniem ukladu Sawyera-Towera przedstawia ponizszy rysunek.

Petla histerezy ceramiki ferroelektrycznej.

Zeby otrzymac portret takiej petli na monitorze oscyloskopu, zwiekszamy stopniowo naprezenie przykladane w celu ukladu autotransformatora,

kompensujac jednoczesnie straty probki opornikiem Ro. Przy porzadnym napieciu petla powinna byc \"nasycona\", tzn. ze jej konce oznaczone pod

rysunku za posrednictwem FG powinny byc liniami prostymi. Odcinek OB na tym rysunku jest regularny do amplitudy przylozonego napiecia

sinusoidalnego, natomiast odcinek OD CZASU (lub OC) - skala napiecia koercji (Uc), innymi slowy wielkosci zwiazanej z polem koercji zaleznoscia:

Na osi P odcinek OL wydaje sie miara zalety polaryzacji maksymalnej (Pm), nawet sumie polaryzacji spontanicznej i indukowanej (Ps + Pi). Dla ceramik

wartosc Ps wyznaczona po polu na temat skonczonym natezeniu bedziemy nazywac polaryzacja orientacyjna (PR). Jej miara wydaje sie odcinek OK. Z

kolei odcinek OH stanowi miare polaryzacji szczatkowej (Pn), zwanej takze pozostala lub remanencja.

Dla wyznaczenia zalety Pr ceramiki ferroelektrycznej sposrod nasyconej petli histerezy sposrod zaleznosci:

Co jest wybitna pojemnoscia kondensatora wzorcowego, ale juz wielkosc Uy mozemy zdefiniowac, mierzac odcinek OK pod petli. Do tego wzmacniacz

osi Y oscyloskopu musi stanowic wykalibrowany, innymi slowy musimy posiadac wiedze dokladnie cena napiecia potrzebna do odchylenia strumienia

elektronow w pionie (np. na temat 1 cm). W praktyce okreslenie polozenia punktu K wprost pod ekranie oscyloskopu jest bardzo trudne, totez obraz petli

na monitorze fotografujemy wspolnie ze skala oscyloskopu i po wywolaniu blony wyswietlamy obraz petli (negatyw) pod ekranie po duzym powiekszeniu.

Pozwala to latwo zdefiniowac polozenie miejsca K, natomiast tym samym i odcinka OK. Dlugosc odcinka OK przeliczamy na naprezenie (Uy), znajac

kalibracje wzmacniacza osi Y.

Opisywana sposob jest zatem czasochlonna i dlatego coraz to czesciej zastepuje sie ja metoda Diamanta, ktora umozliwia natychmiastowy pomiar

odpowiednich odcinkow na petli wprost pod ekranie oscyloskopu. Aby sposrod petli histerezy wyznaczyc obreb koercji (Ec), korzystamy z twierdzenia, ze

odcinek OB wydaje sie proporcjonalny w celu amplitudy przylozonego napiecia sinusoidalnego (a zatem odcinek AB do napiecia miedzyszczytowego

Upp) Miernik napiecia podawanego pod dzielnik pojemnosciowy i rownego w przyblizeniu napieciu pod probce wydaje sie zazwyczaj typowym

woltomierzem napiecia skutecznego. Znawszy jego wskazania (Usk), cena napiecia miedzyszczytowego (Upp) obliczamy z relacji:

Z kolei odcinek CD [mm] jest regularny do podwojnego napiecia koercji (2Uc). Odcinki AB i CD jest dozwolone zmierzyc sposrod duza dokladnoscia na

obrazie wyswietlanym za posrednictwem rzutnik i ulozyc proporcje:

Zastepujac po ukladzie Sawyera-Topwera bezstratny skraplacz Co sporym oporem, dostaniemy petle pradowe badanej probki I(E), ktore opisuja wzor

pradu przeplywajacego prze probke od natezenia pola elektrycznego. W przypadku regulacyjnej petli histerezy petla pradowa ma dwa symetryczne

maksima. Wszelkim nieregularnosciom petli histerezy odpowiadaja specyficzne rozszczepienia pod petlach pradowych. Rozszczepienia takiego typu

moga byc skutkiem zamocowania kompozycji domenowej, spowodowanego np. procesami starzenia, napromieniowaniem itp. Badania petli pradowych

umozliwiaja wykrycie nieregularnosci powodu przepolaryzowania ferroelekrtyka. Ma to zasadnicze istota w badaniach wolnozmiennych. W sytuacji

odmlodzonej probki odleglosc miedzy dwoma \"pikami\" petli pradowej, mierzona na dlugosci 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 tylko w nazwanym przedziale temperatur. Powyzej bezpiecznej temperatury wykonczenie momentow

dipolowych dalekiego zasiegu zostaje stare przez ruchy cieplne. Cieplo te nazywamy ferroelektryczna temperatura Curie. Krzywa zaleznosci

przenikalnosci dielektrycznej ferroelektryka od amplitudy temperatury E=f(T) wykazuje charakterystyczne ostre maksimum. To maksimum obserwuje sie

po temperaturze Curie, w ktorej zanikaja polaryzacja spontaniczna oraz szyk domenowa, natomiast krysztal chodzi z fazy ferroelektrycznej w celu fazy

paraelektrycznej

W fazie paraelektrycznej, tj. powyzej amplitudy temperatury Curie, temperaturowa zaleznosc przenikalnosci dielektrycznej opisuje prawo Curie-Weissa:

Przejscie fazowe ferroelektrykow lecz rowniez charakteryzuje sie ostrym maksimum przenikalnosci dielektrycznej, ale wplywa dodatkowo na proces

piezoelektrycznych, elastycznych, optycznych i cieplnych jakosci krysztalu. Przejsciu ferroelektryka za posrednictwem punkt Curie towarzyszy poprawka

symetrii krysztalu. W czasie przemiany z fazy paraelektrycznej po faze ferroelektryczna struktura krysztalu ulega deformacji i chodzi do nizszej symetrii.

Wykrzywienie ta wydaje sie proporcjonalna w celu polaryzacji wowczas, gdy krysztal w fazie paraelektrycznej wydaje sie piezoelektrykiem, lub do

kwadratu polaryzacji po pozostalych przypadkach. Przejscia fazowe w ferroelektrykach moga byc pierwszego lub pozostalego rodzaju.

Przemiany fazowe A, takze rodzaju

Przejsciem fazowym pierwszego rodzaju nazywamy taki rodzaj przejscia, podczas ktorego energia wewnetrzna Obok, objetosc probki V, polaryzacja

spontaniczna Ps i entropia S modernizuja sie w srodek skokowy. Wystepuje przy tym wydzielenie lub pochloniecie utajonego goraca przemiany. Cieplo

wlasciwe cp w zaleznosci od amplitudy temperatury T wykazuje nieciaglosc po punkcie Curie i uzyskuje w fazie paraelektrycznej cena nieskonczenie

wspaniala. W przypadku przejscia pierwszego rodzaju temperatura Curie-Weissa nie pokrywa sie sposrod punktem Curie. Mozna to zauwazyc pod

wykresie relacji odwrotnosci przenikalnosci dielektrycznej od temperatury.

Przemiany fazowe II rodzaju

Przejsciem fazowym pozostalego rodzaju nazywamy takie przejscie, w ktorym energia wewnetrzna Obok, objetosc probki V, polaryzacja spontaniczna Ps

oraz entropia S ulegaja ciaglym udoskonaleniom w obszarze przejscia fazowego, natomiast skokowo modernizuja sie pochodne takich wielkosci wobec

temperatury (np. cieplo odpowiednie, wspolczynnik rozszerzalnosci). W srodek skokowy pojawiaja sie rowniez swieze elementy symetrii. Wiekszosc

krysztalow ferroelektrycznych wykazuje w punkcie Curie przejscie fazowe pozostalego rodzaju (sol Seignette\'a, krysztaly KDP, TGS i in. ). Przy

tytanianie baru oraz izomorficznych krysztalach naszej grupy ferroelektrykow przejscie fazowe jest pierwszego rodzaju. Pozycja Curie wydaje sie

szczegolnym przypadkiem przejscia fazowego np. tytanian baru posiada trzy przejscia fazowe, natomiast tylko jedno jest elementem Curie (Tc = 1200).

Rozmyte przemiany fazowe

Jak na przyklad juz nadmieniono, oprocz ferroelektrykow wykazujacych przejscie fazowe pierwszego lub pozostalego rodzaju istnieja ferroelektryki

sposrod rozmyta przemiana fazowa. Przy ferroelektrykach za posrednictwem rozmyte przejscie fazowe, najogolniej rozumie sie przejscia

paraelektryczno-ferroelektryczne chodzace krok po kroku w obszernym przedziale temperatur. Rozmycie takiego typu ujawnia sie w charakterze

przenikalnosci dialektycznej i polaryzacji spontanicznej.

Struktura domenowa oraz procedura przepolaryzowania ferroelektrykow

L. Landau wyjasnil trwanie domen na bazie rozwazan energetycznych. Jezeli krysztal sklada sie tylko sposrod jednej domeny, to poprzez jego

powierzchownej stronie powstaje depolaryzujace obreb elektryczne. Ten stan spolaryzowania krysztalu nie jawi sie byc stabilny. Podzial krysztalu pod

domeny okazuje sie wygodny wraz z wzgledow energetycznych. Wypadkowy chwile elektryczny krysztalu jest wowczas rowny zeru, a obreb

depolaryzujace wlasciwie zanika. Istote rozbicia krysztalu na domeny ferroelektryczne jest zalezny od wylegania w nim defektow strukturalnych,

deformacji, od przewodnictwa elektrycznego i warunkow, gdzie nastepuje przejscie do fazy ferroelektrycznej, a wiec od szybkosci chlodzenia i

jednorodnosci amplitudy temperatury w objetosci krysztalu. Podzial krysztalu ferroelektrycznego na domeny prowadzi lecz rowniez do zminimalizowania

energii pola depolaryzacji, ale takze w celu powstania tak zwanym. energii powierzchniowej warstw granicznych. Mowiac generalnie, granice miedzy

domenami powinny byc pewnymi obszarami przejsciowymi o skonczonej grubosci. Z warstwa graniczna (tzw. sciana domenowa) wydaje sie zwiazana

autorytatywna energia, gdyz po przeciwnych stronach warstwy polaryzacja spontaniczna ma kierunki antyrownolegle, czy wektory polaryzacji tworza

przekonany kat. Z przytoczonego wnioskowania wynika, ze podzial krysztalu na domeny prowadzi sposrod jednej strony www do zminimalizowania

energii pola depolaryzacji, natomiast z drugiej strony w celu zwiekszenia energii powierzchniowej warstw granicznych. Ukonczy sie maz, gdy przyrosty

tych miary sa porownywalne. Charakter kompozycji domenowej w duzej mierze zalezy od liczby potencjalnych kierunkow orientacji wektora polaryzacji

spontanicznej po danej organizacji krystalicznej. Przy ferroelektrykach jednoosiowych kierunek polaryzacji spontanicznej po sasiednich domenach moze

roznic sie o 1800 i sa w stanie w tych propozycji wystepowac domeny antyrownolegle, tak zwanym. domeny 1800. W przypadku ferroelektrykow

wieloosiowych mozliwa jest ogromniejsza liczba rodzajow domen, np.: domeny 85 czy 1800, czyli takiego typu, w ktorych wektory polaryzacji po

sasiednich domenach tworza ze soba katy 900 i inne.

Struktura domenowa w warstwie BaTiO3: a)rzut poziomy,

b)rzut pionowy (znaki + i - oraz strzalki definiuja kierunek orientacji dipoli po domenach).

Przy opisie kompozycji domenowej monokrysztalow stosuje sie pojecia c-domen i a-domen. Jezeli wektor polaryzacji domeny jest skierowany

prostopadle w celu powierzchni krysztalu, to obserwujemy c-domeny, ale juz, jezeli Ps jest rownolegla do przestrzeni krysztalu, to widoczne beda

a-domeny. Konstrukcja domenowa mozliwych krysztalow typu perowskitu wydaje sie bardzo zlozona. W polikrysztalach sytuacja wydaje sie jeszcze

bardziej zlozona, gdyz poszczegolne krystality majace okreslona konstrukcje domenowa, wynikajaca z symetrii danej fazy, sa odmiennie zorientowane

wobec powierzchni probki. Charakteryzujac jakosc ferroelektryczny, nadzwyczajna uwage wypada zwrocic pod fakt, iz kierunek polaryzacji spontanicznej

jest dozwolone zmienic z wykorzystaniem zewnetrznego pola elektrycznego. Odwracalnosc polaryzacji spontanicznej nie stanowi wprawdzie glownego

kryterium ferroelektrycznosci, ale zdarzenie to rozroznia jednoznacznie ferroelektryki z stajnie piroelektrykow. Znakomite sa jednak ferroelektryki, gdzie

Ps nie powinna byc przeorientowana w zewnetrzny polu elektrycznym. Badanie procesow przepolaryzowania pozwala bezposrednio pod blizsze

sprawdzenie dynamiki domen ferroelektrycznych, tak zwanym. procesu powstania zarodzi nowych domen (nukleacja domen), oraz ruchu elewacji

domenowych po zewnetrznym polu elektrycznym. Zlozony proces przepolaryzowania jest uzalezniony zarowno od natezenia powierzchownego pola

elektrycznego, jak i ksztaltu oraz czasu trwania impulsu elektrycznego. Razem ze wzrostem czestotliwosci pola zwieksza sie obreb koercji, bowiem

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 stanowi podstawowa cecha wiekszosci znanych ferroelektrykow.

Procedura ten nazywamy przepolaryzowaniem. Badania procesow przepolaryzowania wykonuje sie w intensywnych polach elektrycznych. Pod pojeciem

silnego pola rozumiemy takiego typu pole nasze, w ktorym badany ferroelektryk przestaje zachowywac sie jak liniowy dielektryk. Przy praktyce maja to

byc pola lepsze od pola koercji materialu. Podczas doswiadczenia ceramik ferroelektrycznych pewne miary, zdefiniowane po literaturze fachowej dla

monokrysztalow traca swoja wlasna jednoznacznosc. Tyczy sie to w szczegolnosci pojecia polaryzacji spontanicznej Ps. Jezeli w celu monokrysztalu

przylozymy silne obreb elektryczne zgodnie z wyroznionym nurtem krystalograficznym, to wszystkie wektory polaryzacji spontanicznej w domenach

ustawia sie w kierunku pola. Otrzymamy krysztal monodomenowy. Jesli dla takiego krysztalu Ps wyznaczamy sposrod petli histerezy, to wyzej pewnej

zalety przylozonego pola elektrycznego mierzona wartosc Ps przestaje zwiekszac sie. Mowimy wowczas o nasyconej petli histerezy., w ktorej galezie

nasycenia wydluzaja sie wspolnie ze wzrostem natezenia pola tylko z racji wzrostu polaryzacji indukowanej. W celu takich monokrysztalow latwo okreslic

dokladna cena polaryzacji spontanicznej. Polaryzacja spontaniczna wyznaczana sposrod petli histerezy dla ceramik ferroelektrycznych (np. PZT) w

kazdej sytuacji rosnie wraz z wzrostem natezenia pola przepolaryzowujacego, az do chwili przebicia probki. Wynika to z niebywale skomplikowanej

wybudowania ceramik, gdzie wskutek dzialalnosci wielu czynnikow nie mozna skierowac wektorow polaryzacji spontanicznej wszystkich krystalitow

zgodnie z kierunkiem pola zewnetrznego. Rozmawiamy, ze nie zaakceptowac wszystkie obroty domen beda dozwolone. Problem ten teoretycznie

rozpatruje Fesenko [6] na rzecz tytanianu baru w polach o nieskonczenie wielkim natezeniu. Okazuje sie, ze miedzy polaryzacja spontaniczna ceramiki

BaTiO3 (Ps) o polaryzacja monodomenowego monokrysztalu (Ps\') jest nastepujacy zwiazek:

·w fazie tetragonalnej Ps = 0, 831 Ps\';

·w fazie romboedrycznej Ps = 0, 866 Ps\'.

W praktyce oznacza to, ze w polach przepolaryzowujacych na temat nieskonczenie wielkich natezeniach mamy mozliwosc zmierzyc tylko 83, 1 % lub 86,

szesc % polaryzacji spontanicznej BaTiO3. Przy wyznaczeniu Ps po polach na temat skonczonym natezeniu mozemy zatem jedynie zmierzac

osiagniecia 83, 1 % lub 86, 6 % Ps\'.

Polprzewodniki

Budowa atomu krzemu

On-line krystalicznej krzemu wystepuje wiazanie atomowe (kowalencyjne). Atomy on-line krystalicznej beda rozmieszczone po takich odleglosciach, ze

cechujaca je powloki walencyjne zachodza nawzajem na zony. Para elektronow walencyjnych sasiadujacych ze soba dwu atomow jest wspolna na rzecz

obu takich atomow, atom wewnetrzny zdobywa trawala w najwiekszym stopniu korzystna energetycznie strukture osmioelektronowa. Do wyrwania

elektronu walencyjnego z takiego rownania konieczne jest dostarczenie odpowiedniej ilosci energii. W celu krzemu jest ona rowna 1. 1 eV.

Budowa atomu krzemu.

Elektron wyrwany sposrod wiazania kowalencyjnego staje sie nosnikiem swobodnym ekwipunku. Moze sie on przemieszczac w pelna objetosc krysztalu,

pod dzialaniem zewnetrznego pola elektrycznego, oderwanie elektronu sposrod wiazania powoduje powstanie luki, czyli czesciowa jonizacje dwu

atomow, tego rodzaju dodatnio naladowana luke po wiazaniu wskazuje sie dziura.

Model pasmowy atomu

Przy odosobnionym atomie elektrony sa w stanie znajdowac sie po scisle konkretnych stanach energetycznych. Sa to:

1. Pasmo zasadnicze jest to pasmo w ktorym elektrony znajdujace sie pod orbicie sa w stanie przyjmowac wszelka wartosc energii mieszczacej sie

wewnatrz pasemka wlosow.

2. Pasmo zabronione - jest to pasmo lezace miedzy pasmami dozwolonymi. W tym pasmie istnieja takiego typu wartosci energii, ktorych nie powinna

przyjmowac przecietny elektron.

kilku. Pasmo przewodnictwa - skrywaja sie w nim elektrony wyrwane sposrod sieci krystalicznej.

Model energetyczny, pasmowy.

Polprzewodniki samoistne

Polprzewodniki to ciala stale, ktorych opor elektryczny wlasciwy (rezystywnosc elektryczna) wydaje sie zawarty po przedziale 10-4-108ohm*m, a wiec

wydaje sie wiekszy niz metali, natomiast mniejszy niz dielektrykow. Cecha charakterystyczna polprzewodnikow jest intensywna zaleznosc przewodnictwa

elektrycznego od warunkow zewn. (temperatury, napromieniowania, pol elektr. itd), natomiast (odwrotnie niz w przypadku metali) przewodnictwo

polprzewodnikow rosnie wraz z wzrostem amplitudy temperatury. Wedlug pasmowej teorii ciala stalego po temperaturze 0 K pasmo walencyjne

polprzewodnikow jest calkiem wypelnione elektronami i obreb elektryczne nie powinna zmienic oraz polozenia, oraz pedu pojedynczych elektronow, a

wiec wywolac obiegu pradu elektrycznego. Dlatego tez, by elektron mogl uczestniczyc po przeplywie pradu, musi zostac przeniesiony w celu pasma

przewodnictwa (nastepnego pasemka wlosow pustego lub niecalkowicie zapelnionego), oddzielonego od pasma walencyjnego tzw. pasmem

wzbronionym (przerwa energetyczna). Ilosc energii potrzebna do przeniesienia elektronu po polprzewodniku sposrod pasma walencyjnego do pasemka

wlosow przewodnictwa rowna sie od 2*10-3 do kilku eV (szerokosc przerwy energetycznej). Zatem juz w temperaturze pokojowej pewna cyfra elektronow

zostaje przeniesiona w celu pasma przewodnictwa. Liczba ow rosnie wraz z wzrostem amplitudy temperatury. W temperaturze zera bezwzglednego

polprzewodniki samoistne nie przewodza elektronow. Szerokosc pasma zabronionego w temperaturze pokojowej wynosi na rzecz:

·diamentu szesc. 0 eV

·germanu 0. 68-0. 72 eV

·krzemu 1. 1 eV

Przy przewodnictwie polprzewodnika samoistnego biora udzial swobodne elektrony oraz blizniacza ilosc dziur (powstajacych po pasmie walencyjnym w

wyniku przejscia elektronow sposrod tego pasemka wlosow do pasemka wlosow przewodnictwa). Szczeliny zachowuja sie jak czastki o podstawowym

ladunku dodatnim. O zalety przewodnictwa prawidlowego decyduje takze koncentracja, a takze ruchliwosc nosnikow ladunku. Elektrony poruszaja sie

ruchem swobodnym przemieszczajac bez przeszkod dlugie ukochany swobodnie on-line krystalicznej. Przy przewodnictwie dziurowym udzial biora

elektrony sposrod sasiedniego wiazania wypelniajac dziure. Ruch dziur odbywa sie w kierunku przeciwnym w celu ruchu elektronow.

Usytuowanie pasm energetycznych po polprzewodniku.

Polozenie pasm energetycznych w izolatorze.

Usytuowanie pasm energetycznych po przewodniku.

Rozroznia sie polprzewodniki samoistne, nie zaakceptowac zawierajace domieszek i polprzewodniki domieszkowe. Przy polprzewodnikach samoistnych

przewodnictwo jest zalezny tylko od cyfry elektronow przeniesionych z pasemka wlosow walencyjnego w celu pasma przewodnictwa (i dziur

pozostawionych za posrednictwem nie po pasmie walencyjnym). W polprzewodnikach domieszkowych jest zalezny ono przede wszystkim od ilosci i

rodzaju domieszek, tj. obcych atomow (lub defektow sieci), ktore albo dostarczaja elektronow w celu pasma przewodnictwa (donory), czy tez wychwytuja

elektrony z pasemka wlosow walencyjnego pozostawiajac tam szczeliny (akceptory).

Polprzewodniki niesamoistne

Przy polprzewodniku typu n domieszka sa atomy pieciowartosciowe. 4 elektrony walencyjne atomu domieszki tworza wiazanie kowalencyjne sposrod

sasiednimi atomami w sieci. Piaty elektron wydaje sie slabo zwiazany z jadrem swego atomu i moze okazac sie latwo oderwany dzieki drganiom

termicznym sieci. Zachowuje sie tak jak elektron swobodny. Domieszki, ktore dostarczaja dodatkowych elektronow przewodnictwa to domieszki

donorowe. Atomy domieszki to donory.

Model sieci 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 energia jonizacji

wydaje sie znacznie mniejsza niz energia jonizacji na rzecz atomow sieci krystalicznej. W stosunku do malej odstepie w preznosci energii pulapu

donorowego od dolnej granicy pasma przewodnictwa wystarczy drobna porcja energii aby przekazac elektron domieszki do pasemka wlosow

przewodnictwa. Na przylozeniu powierzchownego pola elektrycznego elektrony uczestnicza w przewodnictwie elektronowym polprzewodnika.

Polprzewodnik typu p. Deficyt jednego elektronu walencyjnego to dziura. Elektrony z okolicznych wiazan wykazuja tendencje w celu zapelniania luki.

Atom domieszki, ktory zatrudnia elektron to akceptor.

Schemat 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 calkiem pusty. Kochanie porcja energii powoduje, ze elektron sieci krystalicznej sposrod pasma

walencyjnego polprzewodnika chodzi na dozwolony, dyskretny akceptorowy poziom atomu domieszki. Przy temperaturze pokojowej, kazdy z atomow

domieszki akceptorowej dolacza jeden elektron z pasemka wlosow walencyjnego. Przy pasmie walencyjnym powstaje wlasciwa liczba dziur. Wlasciwosci

polprzewodnika domieszkowego sa zalezne od rodzaju i cyfry atomow domieszek wprowadzonego w celu krysztalu polprzewodnika np. przedlozenie

jednego atomu boru pod 105 atomow krzemu powoduje 1000 krotny wzrost przewodnosci krzemu.

Aplikujac celowe i kontrolowane wprowadzanie domieszek w celu polprzewodnikow (domieszkowanie) mozna oddzialywac zarowno pod wartosc, a takze

na typ przewodnictwa. Typowymi polprzewodnikami beda substancje na temat wiazaniach kowalencyjnych, zarowno pierwiastki (np. krzem, german,

selen), jak uklady chemiczne (np. arsenek galu, antymonek galu, weglik krzemu).

Zlacze p-n

Zlacze p-n otrzymuje sie obecnie przewaznie stosujac technike planarna, natomiast domieszkowanie wykonuje sie procedurami dyfuzji, epitaksji lub

implantacji jonow. Z tego wyplywa podzial zlacz p-n pod: dyfuzyjne, epitaksjalne i implantowane. Dawniej duza role odgrywaly dwie inne metody

domieszkowania, tj. domieszkowanie podczas wyciagania monokrysztalow (zlacze wyciagane) i metoda stopowa (zlacze stopowe). Na styku warstw p i n,

wskutek sporej roznicy koncentracji nosnikow ekwipunku, nastepuje dyfuzja nosnikow wiekszosciowych: dziur sposrod obszaru p do arealu n i elektronow

sposrod obszaru n do arealu p (nosniki te poprzez przejsciu w celu obszarow na temat przeciwnym typie przewodnictwa ulegaja rekombinacji). W

nastepstwie dyfuzyjnego obiegu elektronow i dziur w obszarze graniczym warstw p i n przebywaja nieskompensowane ladunki jonow domieszek,

tworzace powloke dipolowa ekwipunku przestrzennego, zwana tez powloka zaporowa (lub warstwa zubozona, ze wzgledu na deficyt w niej nosnikow

ekwipunku elektronow i dziur). Stanela warstwa dipolowa wytwarza obreb elektryczne, natomiast z istnieniem tego pola wiaze sie powstanie bariery

potencjalu. Nosniki mniejszosciowe (elektrony w obszarze p i dziury w obszarze n), ktore znalazly sie przypadkowo w obszarze warstwy zaporowej (np.

na skutek chaotycznego lotu cieplnego), beda unoszone w celu obszaru przeciwnego typu, zgodnie z kierunkiem funkcjonujacego pola elektrycznego. W

stanie rownowagi termodynamicznej (zlacze niespolaryzowane napieciem zewn. ) prady unoszenia nosnikow mniejszosciowych sa w piwnicy rowne i

przeciwnie nakierowane, a zatem prad wypadkowy plynacy za posrednictwem zlacze siega zeru. Przylozenie do zlacza napiecia powierzchownego o

polaryzacji zgodnej sposrod kierunkiem napiecia dyfuzyjnego (kierunek zaporowy) powieksza bariere potencjalu, utrudniajac przechodzenie nosnikow

wiekszosciowych przez powloke graniczna zlacza. Przez zlacze plynie wtenczas niewielki prad wsteczny, zestawiony glownie sposrod nosnikow

mniejszosciowych, zwany pradem nasycenia. Doprowadzenie do zlacza napiecia na temat polaryzacji odmiennej do kierunku napiecia dyfuzyjnego

(kierunek przewodzenia) obniza ale juz bariere potencjalu, ulatwiajac przechodzenie nosnikow wiekszosciowych przez powloke graniczna zlacza. Przy

odpowiednio duzych wartosciach tego napiecia przez zlacze plynie znaczny prad, zw. pradem przewodzenia, zlozony przede wszystkim z nosnikow

wiekszosciowych. Ten sposob dzialalnosci zlacza p n oznacza rowniez, ze jego sprzeciw elektryczny po jednym kierunku przylozenia napiecia jest w

duzym stopniu wiekszy (kierunek zaporowy) niz w kierunku przeciwnym (kierunek przewodzenia).

Charakterystyka pradowo-napieciowa diody polprzewodnikowej:

Upr - potencjal przebicia zenerowskiego, Is - prad wsteczny.

Wszelkie zlacze p-n charakteryzuje pojemnosc, skladajaca sie z przepustowosci warstwy zaporowej Cj oraz z przepustowosci dyfuzyjnej Kompakt.

Pojemnosc Cj jest okreslona przyrostem ekwipunku przestrzennego warstwy zaporowej, wywolanym zwiekszaniem sie napiecia powierzchownego.

Pojemnosc Kompakt wiaze sie sposrod procesem dyfuzji nosnikow mniejszosciowych, wstrzykiwanych w celu obszarow p i n zlacza w rezultacie

przylozenia napiecia zewnetrznego. Formuluje ja wspolzycie przyrostu ekwipunku zwiazanego sposrod tymi nosnikami (gromadzacymi sie w obszarze p i

n zlacza) w celu przyrostu napiecia zewnetrznego.

Tranzystor mocy wraz z zdjeta wysoka czescia obudowy.

Termistory

Termistory - to elementy polprzewodnikowe, bezzlaczowe, ktorych rezystancja wydaje sie funkcja amplitudy temperatury. Ze wzgledu na proces

charakterystyki rezystancyjno-temperaturowej R=f(T) termistory mozna rozlozyc na kilku grupy:

1. termistory NTC - Negativ Temperature Coefficent, ujemny wspolczynnik temperaturowy;

dwie. termistory PTC - Positiv Temperature Coefficent, dodatni wspolczynnik temperaturowy;

kilku. termistory CTR - Critical Temperature Resistor, rezystor na temat temperaturze krytycznej.

Charakterystyki R=f(T) dla roznorodnych typow termistorow.

Termistory typu PTC (ang. Positive Temperature Coefficient) zwane sa takze pozystorami. W sytuacji termistorow CTR (ang. Critical Temperature

Resistor) rezystancja adaptuje sie skokowo (nawet na temat kilka rzedow wielkosci) po waskim zakresie temperatury.

Szczegol polprzewodnikowy termistora wytwarza sie przez spiekanie okreslonych towarow z materialami wiazacymi, w sytuacji NTC - tlenkow metali

(manganu, niklu, zelaza, kobaltu, miedzi), PTC - tytanianu barowo-strontowego, CTR - tlenkow wanadu i tytanu.

Najwazniejszymi parametrami termistora sa: rezystancja w temperaturze 250C (R25), czulosc temperaturowa, maksymalana moc, zakres amplitudy

temperatury pracy.

Uzycie termistorow:

1. W metodzie pomiarowej:

·w termometrii jako bardzo czule czujniki amplitudy temperatury (metoda oporowa);

·przy pomiarze mocy w ramach mikrofal;

·do okreslania cisnienia gazow;

·do okreslania pulapu cieczy.

dwie. W ukladach sygnalizacji, kontroli i stabilizacji temperatury np. w ukladach automatycznej kontroli.

3. Az do stabilizacji napieciowej.

4. Az do kompensacji temperaturowej ukladow elektronicznych.

5. Przy miernikach mocy pradu ogromnej czestotliwosci.

1-wszy termistor skonstruowali w rok 1946 Przy. H. Brattain i A, takze. A. Becker (USA)

Ferromagnetyzm

Ferromagnetyzm to zespol jakosci niektorych postaci o organizacji krystalicznej lub amorficznej (ferromagnetyki), uwarunkowanych wystepowaniem

samorzutnego uporzadkowania momentow magnetycznych atomow lub jonow sporzadzajacych siec krysztalu w miniaturowych obszarach nazywanych

domenami (powoduje to spontaniczne namagnesowanie takich obszarow). Domeny sa z reguly bezladnie zorientowane i w sytuacji nieobecnosci

zewnetrznego pola magnetycznego ich wypadkowy moment magnetyczny moze byc rowny zeru (cialo jako caloksztalt nie wykazuje namagnesowania).

Stopien samorzutnego uporzadkowania, calkowity po temperaturze zera bezwzglednego, wraz z wzrostem amplitudy temperatury maleje az do punktu

Curie, w ktorym ferromagnetyzm zanika. Ponizej punktu Curie ferromagnetyki staja sie na ogol paramagnetykami. Pod dzialaniem zewnetrznego pola

magnetycznego nastepuje uporzadkowanie ustawionych chaotycznie wobec siebie chwil magnetycznych pojedynczych domen (a wiec kierunkow ich

namagnesowania spontanicznego) powstaje wowczas namagnesowanie calego ciala, ktore po trosze utrzymuje sie po usunieciu pola powierzchownego

(histereza magnetyczna). Pole w srodku takiego ciala moze przekroczyc setki, co wiecej tysiace razy przylozone obreb zewnetrzne. Nazwa

ferromagnetyzmu niesie sie takze wlasciwy ferromagnetyzm, wystepujacy gdy elementarne chwile magnetyczne po ciele beda jednakowe i ustawione w

tym samym czasie (zgodnie), jak rowniez ferrimagnetyzm (antyferromagnetyzm nieskompensowany), wystepujacy gdy podstawowe momenty

magnetyczne sa rozmaite i wyznaczone antyrownolegle. Takich ferromagnetyzm wykazuja polprzewodniki ferromagnetyczne. Istnieja po nich takiego

typu stany uporzadkowania, w ktorych namagnesowanie spontanicznie zanika. Temperatury, gdzie to nastepuje, nazywaja sie magnetycznymi punktami

(temperaturami) kompensacji.

W ciagu minionych lat usilny rozwoj fizyki ferroelektrycznej i ferromagnetykow dotyczyl poglebiania zdolnosci zarowno na temat ich specyfikach, jak i

metodach otrzymywania nowych materialow. Doprowadzilo to w celu odkrycia wielu ferroelektrykow sposrod uporzadkowanymi momentami

magnetycznymi. Surowce, w ktorych nie liczac polaryzacji spontanicznej istnieje dodatkowo spontaniczne namagnesowanie, nazwano

ferroelektromagnetykami. Po przy jednym spotkaniu pierwszy zwiazek tego typu otrzymal G. A. Smolenski, przeprowadzajac synteze ferroelektrykow o

organizacji perowskitu. Pozniej odkryto 2-ie duze dzinki ferroelektrykow sposrod uporzadkowaniem magnetycznym: manganiny i boracyty.

Ferroelektomagnetyki sa materialami interesujacymi wraz z wzgledow poznawczych i aplikacyjnych. Wykazuja one sporo jakosci uwarunkowanych

wzajemnym oddzialywaniem elektrycznego i magnetycznego podsystemu. Moga w tych propozycji wystepowac rozmaite rodzaje uporzadkowania

magnetycznego i elektrycznego:

·ferroelektryczne z ferromagnetycznym;

·ferroelektryczne sposrod ferrimagnetycznym;

·ferroelektryczne z antyferromagnatycznym;

·antyferroelektryczne sposrod ferromagnetycznym;

·antyferroelektryczne z ferrimagnetycznym;

·antyferroelektryczne sposrod antyferroelektrycznym.

Dopuszczalne uporzadkowania ukladow spinow elektronowych.

Dla roznorodnych kombinacji uporzadkowania elektrycznego i magnetycznego Gram. A. Smolenski, A. J. Micek i G. Nadlin opracowali teorie

termodynamiczna. Hipoteza ta doswiadczalnie potwierdza wniosek o wzajemnym wplywie jakosci dialektycznych i magnetycznych po otoczeniu

ferroelektrycznego i ferromagnetycznego punktu Curie. Stwierdzono rowniez, ze po ferroelektrykach pojawia sie rezultat magnetoelektryczny. Na

przylozeniu pola elektrycznego nastepuje zmiana uporzadkowania magnetycznego, natomiast po przylozeniu pola magnetycznego pojawia sie zmiana

polaryzacji elektrycznej. Funkcjonuje, wiec mozliwosc sterowania z pomoca pola elektrycznego wlasciwosciami magnetycznymi, zas z wykorzystaniem

pola magnetycznego - jakosciami elektrycznymi w niniejszym samym materiale. Zjawisko to ma ogromne perspektywy mozliwego zastosowania.

Optoelektronika

Optoelektronika

Otoelektronika to dzial elektroniki zajmujacy sie lacznym wykorzystaniem optycznego i elektronicznego sposobu robienia i wreczania sygnalow. Istota

optoelektroniki beda procesy robienia sygnalow elektr. na opt. (przejscie od kanalu elektrycznego do optyczny) i przeciwnie, oraz procesy wytwarzania,

przesylania, przetwarzania i magazynowania wiedzy niesionych za posrednictwem swiatlo. Naslonecznienie, a wiec przewod optyczny, umozliwia

uzyskanie w duzym stopniu wiekszej przepustowosci informacyjnej oraz odpornosci pod zaklocenia estetyczne przy przesylaniu sygnalow. Uzycie w

czasach szescdziesiatych laserow jako zrodel swiatla logicznego oraz cienkich warstw sprowadzilo gwaltowny progres optoelektroniki. Drobne warstwy

oraz struktury wielowarstwowe polprzewodnikowe, dielektryczne lub magnetyczne moga stanowic osrodek optyczny zarowno wytwarzajacy i rejestrujacy,

jak przenoszacy i przetwarzajacy sygnal swietlny.

Do przyrzadow przetwarzajacych sygnaly optyczne pod elektroniczne naleza np. fotodiody (w naszym fotoogniwa), fototranzystory, fotopowielacze, w

celu przyrzadow natomiast, ktore przetwarzaja sygnaly nasze 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 i monitory komputerowe. Szczegolnie

atrakcyjna grupa przyrzadow optoelektronicznych beda obwody optyczne scalone (optyka zintegrowana), posiadajace postac plytki (o rozmiarach rzedu 1

1 mm), na ktorej technika cienkich warstw sa naniesione rozne skladniki optyczne (soczewki, siatki dyfrakcyjne, zrodla, detektory, swiatlowody). Mieszcza

one uzycie w telekomunikacji optycznej (swiatlowodowej) i po informatyce optycznej (komputery optyczne). Inna znaczaca dziedzina wykorzystania

optoelektroniki wydaje sie przetwarzanie energii slonecznej pod elektryczna po fotoogniwach instalowanych glownie pod statkach kosmicznych, a takze

po urzadzeniach naziemnych.

Swiatlowody

Swiatlowod (falowod optyczny) jest kanalem do kierowania fali swietlnej. Swiatlowodami beda zazwyczaj material szklane (niekiedy z elementow

sztucznych) komponujace sie z rdzenia i otaczajacego go plaszcza z materialu o wspolczynniku zalamania mniejszym od wspolczynnika zalamania

materialu rdzenia. Oprocz swiatlowodow wloknistych stosuje sie takze swiatlowody plaskie i paskowe. Zasada dzialania swiatlowodow polega pod

wielokrotnym wykorzystaniu zjawiska pelnego wewnetrznego odbicia (odbicie i zalamanie fal) wiazki promieni podazajacej na dlugosci swiatlowodow.

Material swiatlowodow maja srednice rdzenia rzedu 10-6, 10-4 metrow. Swiatlowody sa w stanie wystepowac w postaci pojedynczego material, wiazki

nici lub dziesiatek tysiecy zespawanych wlokien (plytki swiatlowodowe). Zaletami swiatowodow wloknistych sa male rozmiary poprzeczne, maly ciezarek,

dobra rozpietosc, bardzo male tlumienie promieni, odpornosc pod zmiany amplitudy temperatury i zaklocenia zewnetrzne oraz mozliwosc przesylania

nimi sygnalow w obszernym pasmie czestotliwosci. Swiatlowody wlokniste wykorzystuje sie w swiatlowodowej telekomunikacji dalekozasiegowej, w

sieciach polaczen miejscowych, w czujnikach (wielkosci mechanicznych, elektrycznych, chemicznych itp. ). Ponadto wykorzystywane sa wiazki

swiatlowodowe w celu przekazywania ujec, np. ciezko dostepnych frakcji maszyn (fiberoskopy) lub frakcji organizmu ludzkiego (endoskopy). Swiatlowody

paskowe maja zastosowanie po ukladach optoelektroniki scalonej: zrodlach swiatla, modulatorach i przelacznikach sygnalu swietlnego, a takze jako

czujniki.

Budowa swiatlowodu jednomodowego.

Kable optyczne

Kable optyczne sa skonstruowane z nici swiatlowodowych. Material swiatlowodowe maja mala srednice (zwykle ok. 0, 1 mm) i maly ciezarek, umozliwiaja

jednoczesne przenoszenie wielu sygnalow telefonicznych (do kilkudziesieciu tysiecy, natomiast wiazka nici kilkaset tys i wiecej) na ogromne odleglosci

(zwykle do stu km wyjawszy wzmacniania sygnalu). Sa takze nieczule pod zewnetrzne zaklocenia elektromagnetyczne i same nie zaakceptowac sa

cechujaca je zrodlem. Kable optyczne telekomunikacyjne moga byc calkiem dielektryczne lub zawierac metalowy wzmaczaniacz budowy, pancerz

stalowy, tasme metaliczna jako oslone przeciwwilgociowa i inne.

Lasery

Laser (ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) to urzadzenie generujace lub wzmacniajace spojne promieniowanie

elektromagnetyczne w ramach widmowym uobecnionym miedzy daleka podczerwienia natomiast nadfioletem. Zasada dzialania lasera jest oparta na

wymuszonej emisji promieniowania elektromagnetycznego zachodzacej w ukladach atomow, jonow lub czasteczek doprowadzonych za posrednictwem

tzw. pompowanie optyczne (wzbudzanie) do postaci inwersji obsadzen odpowiednich rzadow energetycznych. jakosc inwersji to stan, w ktorym na

gornym poziomie przejscia laserowego wydaje sie znacznie dluzej centrow energicznych niz na poziomie dolnym. Przedsiebiorczosc ukladu pochodzi z

energii pompujacej system (promieniowanie wzbudzajace, energia wyladowania elektrycznego, energia elektronow wiazki wzbudzajacej, energia

chemiczna). Glownymi elementami lasera sa:

·osrodek czynny (osnowa z zawartymi w niej atomami lub jonami laserujacymi);

·zrodlo pompujace oraz rezonator optyczny (w generatorze);

Tymczasowy system LENS - topienie sproszkowanych metali

za pomoca lasera w celu wyprodukowania precyzyjnych elementow

(trudnych w celu wykonania procedurami tradycyjnymi).

Rezonator umozliwia wytworzenie promieniowania monochromatycznego w postaci wiazki o nieduzej srednicy i rozbieznosci (od ok. 1 s w celu kilkunastu

minut katowych). Promieniowanie to cechuje sie spojnoscia przestrzenna i czasowa oraz sporym natezeniem. Rozciaglosc fali promieniowania zalezy od

wlasciwosci rezonatora i osrodka czynnego. Sila promieniowania rowna sie: przy generacji ciaglej od kilku miliwatow do dziesiatek kilowatow, natomiast

przy generacji impulsowej od kilku watow do paru terawatow. Lasery klasyfikuje sie zwykle wg rodzajow osnowy. W laserze na ciele stalym w postaci

krysztalu dielektrycznego lub szkla optycznego centrami czynnymi beda zwykle jony pierwiastkow sposrod grupy lantanowcow lub zelazowcow. Osrodek

zajety ma forma walca dlugosci od paru do kilkudziesieciu cm i srednicy od kilku w celu kilkudziesieciu mm. Do przewaznie stosowanych naleza: laser

rubinowy i neodymowy, tytanowy. Az do laserow sachs naleza metrow. in. laser helowo-neonowy, laser argonowy, laser molekularny. Lasery cieczowe (w

tym barwnikowe) pozwalaja na ciagla zmiane dlugosci fali w ramach widzialnym, po podczerwieni i nadfiolecie. Lasery polprzewodnikowe cechuja sie

malymi rozmiarami i duza sprawnoscia. Lasery odebraly zastosowanie po wielu sferach nauki i techniki:

1. w technologii materialow (precyzyjne ciecie, spawanie i wiercenie trudno topliwych materialow, dynamiczne wywazanie, zautomatyzowane ciecie

papieru, tkanin, elementow sztucznych itp. )

dwie. do skrupulatnych 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, w celu precyzyjnego pozycjonowania

zlozonych budowy

4. po medycynie i biologii (mikrochirurgiczne zabiegi okulistyczne, bezkrwawe kuracje chirurgiczne, oczyszczanie zebow sposrod prochnicy, usuwanie

naczyniakow, kuracje kosmetyczne)

5. do notowania i odtwarzania dzwiekow i obrazow ( gramofon cyfrowy, magnetowid)

szesc. w metodzie wojsk. (pomiar odleglosci, sterowanie bombami i pociskami, oswietlanie, specjalne procedury rozpoznania i fotografowania

7. w holografii

8. po technologii chemicznej

9. po telekomunikacji optycznej (lacze laserowe, telekomunikacja swiatlowodowa).

Laser wycinajacy w metalu. Ruch i poloizenie promienii lasera

kontrolowane recznie lub za pomoca komputera.

Laserowe wycinanie uszkodzonej tkanki.

Naczynia krwionosne szybciej sie zasklepiaja, , ktorzy zmniejsza krwawienie.

Pocisk naprowadzany promieniami lasera.

Uzycie laserow zrewolucjonizowalo spektroskopie atomowa i czasteczkowa i powiekszylo metrow. in. dokladnosc pomiarow stabilnych atomowych,

natomiast przez to i uniwersalnych stabilnych fizycznych. Az do badania ultraszybkich procesow i reakcji chemicznych w ukladach molekularnych i w

fizyce ciala niezachwianego sluza stymulanty swiatla na temat czasie odbywania sie rzedu pikosekund, otrzymywane po ukladach laserowych tzw.

strategia synchronizacji modow. Impulsy takiego typu po zogniskowaniu maja zwartosc mocy w celu 1016 W/cm2. Trwaja jednoczesnie prace morzem

impulsami w dalszym ciagu krotszymi femtosekundowymi (rzedu 10-15s), ktore otrzymuje sie za posrednictwem skracanie impulsow pikosekundowych.

Lasery przyczynily sie do odkrycia i zbadania wielu zjawisk (m. in. bistabilnosci optycznej, wymuszonej przezroczystosci osrodka, generacji

harmonicznych promieni, wymuszonego rozpraszania swiatla), a takze spowodowaly progres nowych sfer nauki, jak na przyklad elektronika kwantowa,

optyka nieliniowa, holografia, optoelektronika i odmiennych.

Zastosowanie lasera w holografii.

Rozwoj technologii laserowej brnie m. in. w kierunku: osiagniecia wiekszych mocy i energii promieniowania, podniesienia sprawnosci i niezawodnosci

dzialalnosci, uzyskania promieniowania spojnego w ramach rentgenowskim i zastosowania po trojwymiarowym filmie i tv oraz w celu 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 doswiadczenia emisji wymuszonej w zakresie mikrofalowym (maser). Zasada pracy lasera zostala opracacowana w

1958 roku za posrednictwem A. L. Schawlowa i Ch. H. Townesa, natomiast pierwszy laser (rubinowy) jest zbudowany po roku 1960 przez T. H. Maimana.

Spis tresci:

Budowa atomu......................................................2

Wiazania atomowe.................................................. 6

Diament i grafit..................................................... 10

Diamentopodobne.................................................. 15

Kwarc................................................................ 18

Pierowsikt........................................................... 20

Ferryty...............................................................21

Defekty strukturalne............................................... 25

Surowce bezpostaciowe......................................... 31

Materialy quasikrystaliczne...................................... 34

Regula faz.......................................................... 38

Materialy wielofazowe........................................... 39

Surowce ceramiczne.............................................42

Porcelana............................................................ 46

Surowce budowlane.............................................49

Surowce ogniotrwale............................................ 50

Elektroceramika................................................... 53

Dielektryki ceramiczne..........................................54

Piezoelektryki..................................................... 55

Elementy teorii BCS.............................................58

Wyroby ceramiczne specjalna............................................... 63

Mikrostruktura ceramiki......................................... 64

Surowce anizotropowe.......................................... 66

Kompozyty........................................................ 71

Dekohezja.........................................................76

Pomiary twardosci................................................ 79

Polaryzacja........................................................ 81

Dielektryki po polu elektrycznym..............................83

Ferroelektryki..................................................... 85

Przemiany fazowe................................................ 90

Konstrukcja domenowa............................................. 92

Polprzewodniki................................................... 94

Ferromagnetyzm................................................101

Optoelektronika................................................. 102