rzym serial chomikuj

( rzym_serial_chomikuj.pdf )

http://www9.extrafiles.be/hfile/rzym_serial_chomikuj#

Podobne: gry mafia chomikuj, fifa 11 serial chomikuj, gry sims 3 chomikuj,

muzyka swiata chomikuj, gta sa ios chomikuj, droga zycia chomikuj,

gry simcity chomikuj, gra sims chomikuj, druki ips serial chomikuj,

Struktura atomu

Elementarne czastki wybudowania atomu

Od chwili poczatku dwudziestego stulecia, sposrod informacji zawartych w pracach Ernesta Rutherforda, wiadomo, iz atomy znajduja sie zbudowane

sposrod jadra a, takze krazacych wkolo niego elektronow. Jadro atomowe, ktorego promien jest rzedu ok. 10-14m, skupia w calej sobie nieomal cala

mnostwo atomu a, takze jest obdarzone ladunkiem dodatnim. Promien atomu wynosi w porzadku. 10-10m. Ujemnie naladowane czasteczki powloki

atomowej kompensuje pozytywny ladunek jadra atomu. Fizycy wyrozniaja plus minus 20 czastek elementarnych wchodzacych w budowe atomow, ktore

spelniaja w calej nich bardzo odpowiedzialne funkcje. Aby w calej prosty strategia opisac budowe atomu, nalezy poznac wlasciwosci i funkcje protonow,

neutronow i elektronow w atomie.

Protony a, takze neutrony znajduja sie elementami skladowymi jadra. Ogol ich mas (ok. jednej, 7*10-24g kazdy) przekracza 99, 9% masy calego atomu.

Elektrony o malej masie (ok. dziewiec, 1*10-28g kazdy) rozmieszczone znajduja sie wokol jadra w powloce atomu. Protony maja ekwipunek dodatni, ale

juz elektrony ekwipunek ujemny. W obu przypadkach wynosi pan 1, 6*10-19C. Jest to tak zwanym. ladunek podstawowy. Liczba elektronow w atomie jest

prosta liczbie protonow, dlatego kazdy atom jest elektrycznie niewzruszony. Z kolei cyfra protonow przesadza o wariantu pierwiastka (liczbie atomowej) a

takze o liczbie elektronow krazacych po zewnetrznych orbitach atomu. Pierwszym przyblizeniem budowy orbit jest projekt Bohra. Neutrony nie odgrywaja

ladunku elektrycznego, a masa neutronu jest w przyblizeniu rowna masie protonu.

Atomy znanych jak dotad pierwiastkow sposrod chemicznego punktu widzenia sygnalizuja podstawowe skladniki makroskopowe materii. Roznia sie

iloscia protonow w calej jadrze, wobec tego takze bagazem jadra a, takze liczba elektronow wokol jadra. Chemiczny rys pierwiastka odrzucic zmienia sie

ze wzgledu na roznorodna zawartosc neutronow w dwoch roznych jadrach atomowych tamtego samego pierwiastka. Istnieja zatem atomy pierwiastka

rozniace sie masa, jednak nie rozniace sie bagazem elektrycznym. Tego typu atomy nazywamy izotopami.

Pierwiastki oznacza sie symbolami zlozonymi z jakiejs lub dwoch liter katalogow lacinskiej kategorii. Czesto obok symbolu pierwiastka z lewej strony,

obok dolu podaje sie cyfre protonow w calej jadrze, ale juz z lewej strony symbolu u gory - stosunkowa mase atomowa rowna sumie protonow a, takze

neutronow. W tej podstawie bardzo swobodnie mozna zdefiniowac liczbe neutronow w jadrze atomu. Modelem moze tu byc atom wodoru:

11H - wodor (H).

21H - deuter (D) zawierajacy 1 neutron.

31H - tryt (T) zawierajacy dwoch neutrony.

W calej przyrodzie jest tylko 20 pierwiastkow, ktore nie odgrywaja naturalnych izotopow. Sa to tak zwane pierwiastki czyste. Naleza w celu nich metrow.

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

atomowa pierwiastkow jest wiec srednia wartoscia mas atomowych konkretnych izotopow danego pierwiastka. W konsekwencji wartosc nasza nie moze

istniec liczba kompletna. Energia wiazania czastek zasadniczych w jadrze oraz defekt masy tez sa tamtego przyczyna.

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

6*10-24g. Masa atomu sodu jest okolo 23 razy potezniejsza, natomiast masa atomu olowiu ok. 207 razy potezniejsza. Jesli odniesc masy konkretnych

atomow to otrzyma sie wzgledne masy atomowe konkretnych pierwiastkow.

Podstawowe zalozenia teorii Bohra

Niels Bohr wprowadzil dwa zalozenia sprzeczne sposrod klasyczna elektrodynamika:

1. Nadawanie kwantu promieniowania o sily hn jest mozliwa tylko i wylacznie w przypadku przeskoku elektronu sposrod orbity o wyzszej sily na orbite o

mniejszej energii, ale juz nie jest nadawane promieniowanie w czasie krazenia elektronu po orbicie stacjonarnej.

dwoch. Elektrony moga w stanie stacjonarnym zajmowac tylko i wylacznie takie orbity, aby katalogow moment pedu byl calkowita wielokrotnoscia

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

falowej, jezeli przyjmie sie, iz elektron wedrujacy po orbicie o okolicy r konstruuje fale stojaca o dlugosci l, to znaczy ze tylko i wylacznie takie orbity moga

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

Nadrzednym zastosowaniem a, takze sukcesem teorii Bohra byla interpretacja linii widmowych atomu wodoru. Linie te byly 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 desen, a takze modele na linie widmowe innych serii. Poniekad obecnie stosowane oznaczenie linii widmowych

szczegolnego promieniowania rentgenowskiego oparte na modelu Bohra, zgodnie z jakim promieniowanie, ktore powstaje w nastepstwie przeskoku

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

orbity). Podobnie przeskok elektronow sposrod wyzszych orbit na orbite druga nazywamy promieniowaniem serii L itd. W ramach poszczegolnej serii

rozroznia sie w dalszym ciagu linie natomiast, b, gram w zaleznosci od rozbieznosci numerow orbit, miedzy ktorymi nastapil przeskok. Niestety fiaskiem

teorii Bohra byla niemoznosc interpretacji na jej podstawie roznych subtelnych linii, , ktorzy wykazalo do niej niedoskonalosc. Linie te mogly zostac

zinterpretowane na podstawie mechaniki falowej, wedlug ktora forma energetyczny elektronu jest opisany za pomoca odrzucic jednej, lecz czterech liczb

kwantowych.

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

Wspolczesny obraz budowy atomu

Obecnie przedstawienie budowy polega na inzynierii kwantowej, wedlug ktora forma energetyczny wszystkich elektronu jest okreslony czterema liczbami

kwantowymi, ped elektronu ma pewien zakres nieokreslonosci, ruch elektronow moze byc rozwazany jako fala, a polozenie elektronow traktuje sie w calej

kategoriach prawdopodobienstwa. Glownym sukcesem mechaniki kwantowej byla interpretacja subtelnych linii widmowych, jakich nie mozna bylo

wyjasnic za posrednictwem modelu atomu Bohra.

Sluzace do najwazniejszych praw i rownan mechaniki kwantowej (zwanej tez falowa) przylegaja:

·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 dzialach prawdopodobienstwa);

·statystyka kwantowa Fermiego-Diraca.

Wiele zjawisk fizycznych (np. efekt fotoelektryczny, interferencja elektronow) wskazuje na korpuskularno-falowy rys elektronow. Innymi slowy, ze nie

sposob z jednakowa dokladnoscia rownoczesnie okreslic polozenia elektronu wkolo atomu a takze wartosci jego pedu. Stwierdzenie to jest zawartoscia

zasady Heisenberga. Zachowanie sie elektronu jest zatem wielowatkowa funkcja jego odleglosci od jadra a takze parametrow energetycznych

uwzgledniajacych oddzialywania innych elektronow, poruszajacych sie po analogicznych lub w wyzszym stopniu zlozonych torach. Problem nasz

probowano rozwiklac za pomoca rownan rozniczkowych. Rownanie Schroedingera najbardziej optymalnie opisuje stan energetyczny wybranego

elektronu. Wyboru elektronu dokonuje sie poprzez przyjmowanie odpowiednich wartosci brzegowych, koniecznych do rozwiklania tego rownania.

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

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

kwantowych. W danym atomie nie moze istniec dwoch podobnych elektronow ustalonych za pomoca tamtego samego kompletu liczb kwantowych (zakaz

Pauliego).

Wyroznia sie nastepujace liczby kwantowe:

·glowna liczbe kwantowa n, przyjmujaca wartosci nastepnych dodatnich liczb calkowitych (n=1, 2, trzy... ), jaka ma sens robociarz zwiazany sposrod

odlegloscia orbitalu od jadra;

·poboczna cyfre kwantowa l, przyjmujaca wartosci l=n-1 jeden po drugim az do zera, zwiazana sposrod ksztaltem orbitalu;

·magnetyczna cyfre kwantowa metrow, przyjmujaca wartosci od -1, przez 0, do +1 (-1 <=m <=+1), uwzgledniajaca oddzialywania powstajace z obrotu

elektronu w calej polu elektromagnetycznym innych poruszajacych sie elektronow;

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

Animacja obrazujaca zapelnienie powlok atomowych w charakterze funkcje liczby atomowej pierwiastka.

Animacja obrazujaca zapelnienie orbit elektronowych w charakterze funkcje liczby atomowej.

Zarysowana wczesniej animacja to kwintesencja prostej tabeli liczb kwantowych dla pierwiastkow sposrod ukladu okresowego. Przedstawia zapelnienie

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

3s jest zapelniana po podpowloce 4s. Elektrony na 3d maja niesparowane spiny (kiedy jest to tylko i wylacznie mozliwe). Te preferencje w calej

zapelnianiu podpowloki 3d przyczyniaja sie do tego, ze elektrony sa wyciagane z 4s.

Prezentacja graficzna

Wiazania miedzy atomami

Reaktywnosc chemiczna elementow i powstajace z zonie sily wiazan chemicznych znajduja sie w scislym zwiazku sposrod konfiguracja elektronowa

powlok wkolo jadra atomu. Stabilnosc struktury elektronowej gazow szlachetnych a takze ogolna sklonnosc pierwiastkow czolowej i innej grupy w celu

pozbywania sie elektronow, jak rowniez sklonnosc elementow siodmej a, takze szostej kilku do przyjmowania elektronow a, takze tworzenia w zwiazku z

tym trwalej struktury elektronowej najblizszego atomu gazu szlachetnego wskazuje na szczegolna jej funkcje w powstawaniu sily a, takze natury wiazania

chemicznego. Miara tendencji w celu przyjmowania elektronow przez atomy jest powinowactwo elektronowe. Wielkosc ta przerabia sie tez okresowo w

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

liczby porzadkowej atomu w sezonach towarzyszy przyrost powinowactwa elektronowego. Miara tendencji do oddawania elektronow jest wartosc sily

jonizacji. Wielkosc ta przerabia sie tez okresowo w calej periodycznym ukladzie pierwiastkow.

Na podstawie znajomosci wartosci elektroujemnosci, sily jonizacji a, takze powinowactwa elektronowego mozna zalozyc typ tworzacego sie wiazania

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

· wiazania jonowe (heteropolarne);

· wiazania atomowe (kowalentne, homeopolarne);

· wiazania koordynacyjne;

· wiazania metaliczne;

Zbytnio zasade utworzenia wiazania chemicznego przyjeto taka zmiane liczby elektronow danego atomu, jaka ma na zamysle doprowadzenie w celu

konfiguracji elektronowej najblizszego gazu szlachetnego. Regula ta nazywana jest regula oktetu elektronowego.

Wiazania jonowe

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

kationow opiera sie na oddaniu przynajmniej okreslonego elektronu, w nastepstwie dostarczenia sily jonizacji w celu danego atomu. Liczba oddanych

elektronow jest rowna wartosciowosci jonu. Schematycznie proces nasz mozna zapisac w postaci rownania:

Mechanizm powstawania anionow opiera sie na przyjeciu przynajmniej okreslonego elektronu poprzez atom pierwiastka elektroujemnego, w nastepstwie

jego widocznego powinowactwa elektronowego. Liczba przewidzianych elektronow jest rowna wartosciowosci anionu. Procedura ten wolno zapisac

nastepujaco:

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

sila wprost proporcjonalna do wielkosci ladunkow a, takze odwrotnie proporcjonalna do kwadratu ich odleglosci. Konfiguracja obydwu rodzajow jonow jest

najczesciej typu oktetu nieczynnego gazu szlachetnego.

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

krysztalu jonowego jest zalezna od wariantu, wartosciowosci a, takze wielkosci jonow. Do perfekcyjnych przykladow zwiazkow o tak zaawansowanej

budowie wolno 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 kluczowym kationem (tzw. liczba koordynacyjna) oraz gemoetria zespolow (wieloscianow) koordynacyjnych. Przedstawia to ponizsza tabela:

Wiazania atomowe (kowalencyjne)

Pierwiastki srodkowych grup ukladu okresowego odrzucic tworza ogolnie zwiazkow jonowych, chociaz w calej pewnych postanowieniach moga

konstruowac naladowane jony. Energia jonizacji lub powinowactwa elektronowego jest jednak bardzo duza. Konfiguracje gazu szlachetnego pierwiastki te

prosciej osiagaja inaczej. Niecalkowicie obsadzone elektronami orbitale atomowe reagujacych atomow moga sie wzajemnie przenikac (nakladac), tak iz

wokol kazdego z jader reagujacych atomow sporzadza sie kontrakt konfiguracji elektronowej gazu szczytnego. Powstaje dzieki temu orbital molekularny.

Formalnie wiazanie to oznacza sie w charakterze pare elektronowa, w ktorej oba elektrony pochodza od obu atomow. Tego rodzaju dublet elektronowy

moze wyksztalcic sie jedynie z dwoch elektronow o przeciwnych spinach.

Reakcje, w ktorych reaguja nawzajem dwa takie same atomy, kieruja do utworzenia tzw. wiazan homoatomowych. Wiazania atomowe moga powstawac

tez pomiedzy roznorodnymi atomami - nosza wtenczas nazwe wiazan heteroatomowych. Azot, fluor a, takze tlen w calej 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 w calej reakcji, znajduja sie sparowane a, takze oznaczone

identycznie.

Jezeli w calej atomie jest kilka odrzucic sparowanych elektronow, to byc moze powstac nieco wiazan atomowych, tzw. pojedynczych, podwojnych lub

potrojnych, to znaczy wielokrotnych. Modelem moze tu byc azot, ktory byc moze utworzyc 3 wiazania pojedyncze lub jedno pojedyncze, jedno podwojne

lub jedno potrojne. Jednak odrzucic wszystkie atomy pierwiastkow odgrywaja taka konfiguracje elektronowa, ktora zapewnia uzyskanie oktetu w

nastepstwie sparowania elektronow. Atom wegla o struktury 1s22s22p2 dzierzy dwa odrzucic sparowane elektrony, w wyniku utworzenia dwoch wiazan

atomowych odrzucic osiaga oktetu. Po podaniu niewielkiej liczbie energii atom wegla przerabia konfiguracje, ktora zapewnia aktualnie utworzenie oktetu.

Taki proces przegrupowania sie elektronow na orbitalach sposrod zamiarem utworzenia stabilnej czasteczki zwiazku chemicznego nazywa sie

hybrydyzacja.

Wowczas gdy wiazanie atomowe tworza atomy o jednakowej elektroujemnosci, to sumaryczny ekwipunek elektryczny rozlozony jest symetrycznie (np.

N2, O2, Cl2). Gdy wiazanie atomowe jest utworzone poprzez atomy rozniace sie elektroujemnoscia, maksimum gestosci elektronowej jest przesuniete ku

atomu w wyzszym stopniu elektroujemnego. W taki sposob powstaje dipol, natomiast cala czasteczka jest polarna np. HCl. Polarne czastki relacji

chemicznego zachowuja ogolna charakter wiazan atomowych, ale z uwagi na przesuniecie ladunku elektrycznego nazywa sie te rolety jako atomowo

spolaryzowane.

Wiazania koordynacyjne

Wiazanie koordynacyjne charakteryzuje sie rowniez powstawaniem dubletu elektronowego jako szczegolu wiazacego dwie rozne atomy. Jednak warunek

utworzenia takiego wiazania jest nastepujacy: para wolnych elektronow musi poszlajac sie od okreslonego atomu, ale juz drugi atom musi posiadac tzw.

luke elektronowa. 1 z atomow jest donorem dwoch elektronow. Drugi atom staje sie akceptorem tych dwoch elektronow, dzieki wprowadzeniu katalogow

w luke elektronowa.

Wiazanie koordynacyjne jest wiec tez odmiana wiazania atomowego. Dziala wiele zwiazkow chemicznych, w ktorych wystepuje kootdynacyjne. Obecnosc

wiazania koordynacyjnegow czasteczce oznacza tez obecnosc wiazania atomowego miedzy innymi detalami skladowymi tejze czasteczki. Jakkolwiek w

skutek wystepowania tzw. rezonansu wiazan pojedyncze ich typy sa nierozroznialne, a w ten sposob rownocenne.

Wiazania metaliczne

Kamienie roznia sie od innych pierwiastkow zdolnoscia dobrego przewodzenia pradu elektrycznego i ciepla oraz metalicznym polyskiem. Jakosci te

przypisuje sie specyficznemu stanowi, nazywanemu metalicznym. Atomy metali rozmieszczone sa w calej wezlach sieci internetowej krystalicznej.

Elektrony walencyjne poruszaja sie ochoczo w lokalizacji pomiedzy drgajacymi atomami w calej wezlach sieci internetowej. Stanowia ow lampy tzw. gaz

elektronowy. Postac taki odrzucic pozwala na rzeczowa lokalizacje konkretnych elektronow na orbitalach atomow metalu, rozmieszczonych w wezlach

sieci krystalicznej, na ogol bardzo blisko mojej dziurki. Orbitale atomowe tak ciasno ulozonych atomow przenikaja sie jednak wzajemnie, tworzac dzieki

temu orbitale czasteczkowe z pasmem elektronowym swobodnych elektronow. Elektrony te odrzucic zajmuja kazdego orbitali, z uwagi na sparowanie

elektronow na orbitalach czasteczkowych. W taki sposob wytwarza sie wiez, okreslana jako wiazanie metaliczne.

Porownawcza charakterystyka wiazan chemicznych

Wszelkie dotychczas poznane wiazania chemiczne charakteryzowaly sie koniecznoscia utworzenia orbitalu molekularnego. W zaleznosci od wielkosci

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

jonowe. Wskazywaloby to na moznosc \"plynnego przejscia\" od wiazan jonowych w celu atomowych. Zmiana charakteru wiazania z atomowego na

jonowy odbywa sie kosztem wzrastajacej polaryzacji ladunku, , ktorzy w ostatecznosci prowadzi w celu jego pelnego przekazania a, takze powstania

jonow [A+] a takze [B-]. W praktyce o wariancie wiazania przesadza roznica elektroujemnosci pomiedzy wyjatkowymi pierwiastkami.

Tablica elektroujemnosci wg. Paulinga

Wiazania jonowe a, takze metaliczne wychodza w cialach krystalicznych. Wiazanie koordynacyjne jest typem posrednim miedzy nimi, ze wzgledu na

szczegolna role wiazacego dubletu elektronowego. Jezeli nasz dublet elektronowy bedzie mogl swobodnego oderwania sie od swoich atomow, to

pomiedzy nimi wystapi wiazanie typu metalicznego [A]plus:[B]plus. Zdolnosc przewodzenia na sposob elektronowy zmniejsza sie od metali, poprzez

\"polmetaliczne przewodniki\" (np. krzem), w ktorych pasmo przewodnictwa elektronowego wspolistnieje z indukowanymi ladunkami dodatnimi. Zdolnosc

nasza zanika jako tako wzrostu niemetalicznego charakteru pierwiastka. Podobna wspolzaleznosc wiazan sztucznych mozna dostrzec na przykladzie

atomow elementow innych okresow. Na tejze podstawie wolno stwierdzic, iz wystepuje bardzo niewiele tak zwanym. czystych wiazan chemicznych. Na

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

Rodzaj atomow i wariant wiazania pomiedzy nimi w calej sposob niepodwazalny okreslaja miare i uklad czasteczki. Czasteczka jest trojwymiarowa,

natomiast wiazania chemiczne znajduja sie ukierunkowane w calej przestrzeni. Doswiadczenia widm w calej podczerwieni a takze badania rentgenowskie

struktury czasteczek wraz z rezultatami innych testowan dostarczaja wiadomosci o przestrzennym rozmieszczeniu atomow w sieci krystalicznej oraz

katalogow orientacji, a takze o wariantu wiazan sztucznych wystepujacych pomiedzy nimi.

Zwiazki jonowe tworza siec krystaliczna, w ktorej przeciwnie naladowane jony oddzialywuja na siebie silami przyciagania elektrostatycznego. Poniewaz

pojedyncze czasteczki relacji np. NaCl, nie wystepuja w sieci krystalicznej, wlasciwosci fizyczne krystalicznych zwiazkow jonowych znajduja sie podobne.

Cechuja je ogolnie wysokie temperatury topnienia, porzadna wytrzymalosc mechaniczna i niska preznosc par.

Zwiazki chemiczne, w ktorych wystepuja niepolarne wiazania atomowe lub momenty dipolowe wiazan wzajemnie sie kompensuja, tworza malutkie

czasteczki. W calej wiekszosci charakteryzuje je wysoka preznosc par, natomiast w momencie niewielkich mas molowych, w calej warunkach zwyklych

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

rezultacie asocjacji bardzo wyraznie rosnie ich miare, co powoduje zmniejszenie sie preznosci katalogow par a, takze podwyzszenie temperatury

wrzenia. Niemetale wyzszych okresow ukladu okresowego pierwiastkow tworza czasteczki mogl stalym, np. bialy fosfor P4 a takze siarka S8

Struktura diamentu, grafitu a, takze sfalerytu

Brylant

Diament jest jedna sposrod trzech alotropowych odmian wegla. Strukture diamentu tworza atomy wegla, sposrod ktorych kazdy tworzy na cztery wiazania

kowalencyjne (kierunkowe) o katach pomiedzy nimi wynoszacymi 109028\'. Stopien wypelnienia przestrzeni kosztuje 34%. Dzierzy najczesciej forma

osmioscianu, dwunastoscianu rombowego lub szescianu. Narasta w formie mono- lub polikrystalicznej. Okazuje sie byc chemicznie obojetny i wykazuje

bardzo odpowiednie przewodnictwo cieple. Odznacza sie wysokim wspolczynnikiem zalamania promieni. Jest odpowiednim izolatorem elektrycznym.

Przewaznie jest bezbarwny, jednak moze tez wyrozniac sie barwa niebieska lub blekitna, byc moze rowniez istniec zolty, rozowofioletowy, brunatny, co

wiecej czarny. Rownoczesnie posiada potezny, diamentowy blask oraz dzierzy bardzo ogromny wspolczynnik zalamania swiatla a, takze silna dyspersje

swiatla, , ktorzy powoduje piekna gre barw (tzw. ognie). Jest bardzo twardy (10 wg skali Mohsa) a, takze kruchy. Brylant jest solidny na dzialanie kwasow

a, takze agresywnych powodow atmosferycznych. Spala sie w calej wysokich temperaturach. Ponadto zawiera wlasciwosci polprzewodnikowe. Sztuczne

diament syntetyczne w celu celow przemyslowych powstaja w calej warunkach bardzo duzego cisnienia i wysokich temperatur. Diamenty techniczne tak

zwanym. bort, ballas i karbonado, czesto wlaczaja domieszki innych mineralow np. grafitu.

Zastosowanie diamentu: sprzet skrawajace a, takze scierne, proszki scierne, sprzet wiertnicze, obrobka szkla, ceramiki i skal, w zlotnictwie i jubilerstwie

(jako tak zwanym. brylanty).

Brylant czesciowo oszlifowany. Brylanty jubilerskie.

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

zaokraglone, natomiast sciany wypukle. Diamenty bezbarwne sa wyjatkowe. Najczesciej spotyka sie odmiany zabarwione (zwykle zoltawe lub brunatne).

Wsrod zbitych, drobnokrystalicznych skupien diamentow odroznia sie odmiany bort a, takze karbonado. Najwiekszy ze znanych dotad brylantow (tzw.

Cullinan) o masie 3106 karatow (co pasuje 621 g), wydobyto w calej 1905 rok w kopalni Premier Mine w Pretorii (RPA). Pochodzace z kopaln

poludniowoafrykanskich pochodzily tez inne rozlegle diamenty, np. Excelsior (995, 2 kr) i Jonker (726 kr), a sposrod Brazylii diament Prezydent Vargas

(726, 6 kr).

Struktura komorki elementarnej diamentu.

Grafit

Grafit jest heksagonalna odmiana pierwiastka wegla. Na wszelka komorke grafitu przypadaja cztery atomy wegla. Wiazania w internecie grafitu znajduja

sie niejednakowe, 3 elektrony wiaza sie z 3 elektronami tworzac wiazania o wiele silniejsze niz w diamencie. Czwarty elektron znajduje sie w rezonansie

tworzac wiazanie podwojne, odnosi sie do to wiazania z atomami - jest dlugie a, takze dlatego slabe, podobne w celu wiazania molekularnego. Stopien

wypelnienia przestrzeni w calej komorce grafitu wynosi w porzadku. 17%. Krystalizuje w ukladzie heksagonalnym, konstruuje warstwy, ktore moga

swobodnie przesuwac sie wzgledem mojej dziurki. Grafit dzierzy zwykle forma ziarnistych lub ziemistych skupien. Jest czarny ze srebrzystym odcieniem

lub stalowoszary sposrod polyskiem zblizonym do metalicznego. Ponadto jest bardzo miekki (1 wg skali Mohsa), tlusty w calej dotyku a, takze

nieprzezroczysty. Odznacza sie odpowiednim przewodnictwem elektrycznym i cieplnym oraz ogromna odpornoscia na dzialanie powodow chemicznych.

Grafit spala sie bardzo z trudem w strumieniu tlenu, topi sie w calej luku elektrycznym, w kwasach jest nierozpuszczalny. Grafit jest tez otrzymywany

sztucznie poprzez ogrzewanie w celu wysokiej temperatury substancji majetnych w wegiel.

Zastosowanie grafitu (naturalnego a, takze sztucznego) - jest stosowany do towaru tygli a, takze retort, elektrod, jako moderator i reflektor oraz element

(wraz sposrod borem) pretow regulacyjnych w calej reaktorach nuklearnych, takze w celu produkcji olowkow, farb, tuszu oraz w charakterze suchy smar.

Sfaleryt

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

skupienia zbite, ziarniste. Jest izometryczny - rozmiary krysztalu sa identyczne lub zblizone w calej trzech kierunkach. Sfaleryt dopuszczalny bezbarwny,

zolty, miodowy, brunatny, intensywnie czerwony (blenda rubinowa), ciemnozielony w celu czrnego (mermatyt). Posiada zatluszczony, diamentowy blask.

Jest rozsypujacy sie i przecietnie twardy (3, 5 - 4 wg skali Mohsa). Ponadto jest dobrze lupliwy oraz fosforyzuje przy tarciu i rozbijaniu. Jest rozpuszczalny

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

Zastosowanie sfalerytu: wytworczosc cynku metalicznego, otrzymywanie osobliwych metali (german, ind, gal, kadm) wytworczosc ekranow

fosforyzujacych, produkcja barwnikow, zdobnictwo.

Sfaleryt (blenda cynkowa)

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

Sfaleryt - druza idiomorficznych krysztalow na kwarcu, Rumunia.

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

oraz na Dolnym Slasku).

Struktury diamentopodobne

Do surowcow o strukturach diamentopodobnych zaliczaja sie przewaznie polprzewodniki. Fundamentalna grupa polprzewodnikow sa monokrysztaly i

warstwy krzemu a takze germanu, a takze zwiazki elementow z III i V grupy ukladu okresowego (np. GaAs, GaP, PbTe, itd. ). Krysztalowy krzem dzierzy

strukture diamentu, a pozostale wymienione zwiazki krystalizuja w przewazajacej liczbie w kondycje sfalerytu, ktora wywodzi sie ze budowle diamentu,

sposrod tym, iz wezly sieci internetowej obsadzone znajduja sie na przemian pierwiastkami kilku III a, takze V. Krysztaly mieszane jakim sposobem np.

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

Krzem

Krzem (Si, silicum) jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej czternascie. Nalezy do kilku weglowcow, jest polprzewodnikiem. Narasta w postaci

szarych, twardych a, takze kruchych krysztalow. Jego goraczka topnienia to 14100C, natomiast gestosc dwoch, 33 g/cm3. Jest rozpuszczalny w

prawami, lecz solidny na dzialanie kwasow (z wyjatkiem azotowego i fluorowodorowego). Krzem jest jednym z naczelnych skladnikow skorupy ziemskiej

(ok. 27% masowych). Nalezy do najpospolitszych pierwiastkow na tlenie. Narasta w postaci zwiazkow we kazdego niemal gorach, glownie pod postacia

glinokrzemianow, krzemianow i dwutlenku krzemu. Jawi sie jako jeden z naczelnych pierwiastkow w calej organizmach pierwotniakow, wystepuje takze w

roslinach, w sladowych ilosciach w calej tkankach ssakow. Krzem otrzymywany jest poprzez redukcje dwutlenku krzemu glinem albo magnezem, a pod

postacia stopu sposrod zelazem (tzw. zelazokrzem) w nastepstwie prazenia rud zelaza, piasku kwarcowego a, takze wegla. Krzem o niemalym stopniu

czystosci 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- a, takze optoelektronicznym, wytworczosc stali stopowych, produkcja rdzeni

transformatorowych, wytworczosc szkiel metalicznych oraz w charakterze dodatek w celu produkcji stali kwasoodpornych, wysokowytrzymalych i trwalych

na korozje.

Budowa atomu krzemu.

Czyszczenie i przyjmowanie krzemu

Krzem wystepuje w calej ilosci plus minus 28% w calej skorupie ziemskiej w postaci utlenionej jako element piasku a, takze skal (krzemionka). Czysty

krzem jest ukochany ze wzgledu na cena zlozonego przebiegu oczyszczania. Etapy oczyszczania krzemu:

·Oczyszczanie chemiczne - to reakcja redukcji z weglem w szlachetnej temperaturze. Na tym sporze otrzymuje sie material zawierajacy 99. 9%

krzemu.

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

Czyszczenie strefowe.

Na skutek lokalnego ocieplania indukcyjnego na krotkim odcinku preta jest uzyskiwana goraczka wyzsza od punktu topnienia krzemu, wzrasta lokalna

strefa roztopionego surowca, ktora odrzucic wycieka. Za sprawa dzialaniu stresu powierzchniowego ruch preta lub ruch zwojnicy powoduje przesuwanie

sie roztopionej strefy. Unosi ona nawzajem zanieczyszczenia bowiem maja wieksza rozpuszczalnosc w calej fazie cieklej nie stabilnej. Po paru

przejsciach obszary cieklej na dlugosci preta zakazenia zostaja zebrane w konkretnym koncu preta.

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

Sposob Czocharskiego - wyciagania sposrod fazy cieklej.

German

German (Ge, germanium) jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 32. Zalicza sie do grupy weglowcow, jest polprzewodnikiem. Wystepuje pod

postacia szarobialych, twardych i kruchych krysztalow. Tej temperatura topnienia to 9370C, a zwartosc 5, trzydziestu pieciu g/cm3. Poza tym jest solidny

na faktory atmosferyczne, maksymy oraz kwasy nieutleniajace. Ulega dzialaniu chloru, bromu, kwasu azotowego a takze siarkowego. Wykazuje

wlasciwosci stali i niemetalu (wiekszosc zwiazkow), wystepuje na stopniach utlenienia IV a, takze II (polaczenia nietrwale). German tworzy

germanowodory (germany) analogiczne do krzemowodorow. W przyrodzie jest pierwiastkiem silnie rozproszonym, rzadko pod postacia wlasnych

mineralow (glownie germanitu i argyrodytu) oraz w calej niektorych weglach kopalnych a, takze w ropie naftowej.

Zastosowanie germanu: drzewiej w ukladach elektroniki polprzewodnikowej, obecnie w calej spektroskopach, ultraczulych detektorach podczerwieni

(przepuszcza promieniowanie podczerwone) a takze jako element stopow osobliwych, luminofor, natomiast jego tlenek jest skladnikiem szkiel

optycznych.

Elementy polprzewodnikowe.

Weglik krzemu

Weglik krzemu (SiC) jest bezbarwna substancja krystaliczna o bardzo szlachetnej twardosci (9, 5-9, siedmiu w 10-stopniowej skali Mohsa). Ponadto

wykazuje duza stabilnosc termiczna, odrzucic ulega stopieniu, a tylko sublimacji. Przechowuje swoje wlasciwosci w podwyzszonych temperaturach.

Odznacza sie ceniona odpornoscia na dzialanie bunczucznych czynnikow sztucznych. Nie reaguje z kwasami, ale wykazuje pewna czulosc na dzialanie

zasad. Posiada wlasciwosci polprzewodnikowe. Weglik krzemu nie poteznieje w przyrodzie, ale jest otrzymywany sztucznie. Techniczny weglik krzemu

(tzw. karborund) dzierzy zwykle koloryt ciemna (zanieczyszczenie tlenkami metali). Karborund jest otrzymywany w calej piecach elektrycznych z piasku

kwarcowego a, takze koksu (na drodze reakcji SiO2 plus 3C -—> SiC + 2CO).

Zastosowanie weglika krzemu: stosowany do wytworczosci materialow sciernych, ogniotrwalych, skladnikow oporowych w celu piecow elektr. (tzw. sylit),

materialow opto- i mikroelektronicznych. Jest tez wykorzystywany przy produkcji wlokien weglika krzemu wzmacnijacych strukture kompozytow.

Wegliki spiekane

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

wiazacym (spoiwem - na ogol kobaltem lub niklem). Wegliki spiekane odznaczaja sie wielka twardoscia, jaka zachowuja w celu temp. 10000C (niektore w

celu 12000C) a takze dobra odpornoscia na scieranie. Ich slaboscia jest jednak znaczna kruchosc. Wegliki spiekane otrzymywane znajduja sie poprzez

wymieszanie proszku weglika z proszkiem metalu, ksztaltowanie i spiekanie. Najbardziej popularny weglik wolframu jest otrzymywany na wedrowce

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

Zastosowanie weglikow spiekanych: weglikow spiekanych uzywa sie do towaru ostrzy narzedzi skrawajacych (w postaci plytek nakladanych na stalowe

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

pomiarowych. Narzedzia skrawajace sposrod ostrzami sposrod weglikow spiekanych umozliwiaja uzycie najwiekszych szybkosci skrawania a, takze

moga obrabiac tak masywne materialy, jakim sposobem: 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 w calej ukladzie heksagonalnym

(alfa-kwarc), nizej tej temperatury w ukladzie trygonalnym (rozpowszechniony w przyrodzie beta-kwarc). Kwarc wystepuje pod postacia prawidlowych

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

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

ametyst, cytryn, agat, i onyks. Wszystkie znajduja sie cenione w charakterze kamienie polszlachetne: fioletowy ametyst, zolty cytryn, ciemnobrunatny

kwarc zadymiony, czarny morion a, takze inne. Kwarc przepuszcza promieniowanie nadfioletowe, natomiast jego blask jest szklisty. Ponadto jest twardy,

rozsypujacy sie i wykazuje wlasciwosci piezoelektryczne. Nalezy do najpospolitszych mineralow na powierzchni gleby - jest glownym skladnikiem wielu

skal magmowych (np. granitow), osadowych (np. piaskow, piaskowcow) a, takze metamorficznych (np. kwarcytow, gnejsow). Jest tez rozpowszechniony

w charakterze produkt przebiegow hydrotermalnych (tworzy zyly, druzy).

Zastosowanie kwarcu: jest stosowany w przemysle szklarskim a, takze ceramicznym (piaski, kruszywo kwarcowe), w optyce (wyrob soczewek,

pryzmatow, szkla kwarcowego). Towarzyszy rowniez w celu wyrobu kwarcytowych materialow ogniotrwalych. Odmiany szlachetne sa wykorzystywane w

jubilerstwie, a sporzadzane syntetycznie monokrysztalu kwarcu znajduja sie stosowane metrow. in. w celu wyrobu rezonatorow piezoelektrycznych a,

takze generatorow wysokich czestotliwosci (tzw. piezokwarc). Poza tym wykorzystuje sie go w calej mechanice precyzyjnej np. w calej zegarkach.

Polimorfizm kwarcu

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

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

wlasciwosciami chemicznymi. Poszczegolne odmiany polimorficzne znajduja sie trwale w calej okreslonych postanowieniach termodynamicznych.

Przemiana jednej odmiany w naczelna moze byc odwracalna (polimorfizm monotropowy). Odmiany polimorficzne tworza rowniez pierwiastki, a takze

zwiazki chemiczne, przy czym polimorfizm pierwiastkow sztucznych jest zwany alotropia. Przypadkami substancji wykazujacych polimorfizm znajduja sie:

wegiel (2 odmiany: grafit i diament), weglan wapnia CaCO3 (3 odmiany: aragonit, kalcyt a, takze vateryt), dwutlenek tytanu TiO2 (3 odmiany: rutyl, anataz

i brukit).

Taka substancja wykazujaca polimorfizm jest tez kwarc. Polimorficznymi odmianami kwarcu sa trydymity (alfa, beta, gamma) a, takze krystobulity (alfa,

beta). Powstaja tu tez krysztaly slupowe, rzadziej bipiramidalne i tabliczkowe, rozroznia sia kwarce prawe i lewe. Bardzo pospolite sa blizniaki:

delfinackie, brazylijskie, japonskie itp.

Krzemiany

Krzemiany to mikstury krystaliczne znajdujace sie solami kwasow krzemowych (slabych kwasow o ogolnym wzorze xSiO2*yH2O). Elementem budowy

kazdego krzemianow znajduja sie tetraedry ktore sa odpowiedzialne grupie krzemotlenowej SiO4, w ktorych krzem dzierzy wzgledem tlenu liczbe

koordynacyjna 4. W sieci przestrzennej krzemiany moga zalegac jako zwykle (monomeryczne) jony [SiO]-4 (krzemiany wyspowe) lub polianiony

(krzemiany grupowe, pierscieniowe, wstegowe, warstwowe i przestrzenne). Krzemiany znajduja sie zwiazkami trwalymi, nierozpuszczalnymi w calej

wodzie (oprocz krzemianow litowcow). Od przestrzennego ukladu tetraedrow krzemotlenowych jest zalezne sklad syntetyczny i wlasciwosci krzemianow

(np. twardosc, lupliwosc, wlasciwosci opt. ). W calej krystalicznej sieci internetowej krzemianow jony krzemu sa zastepowane roznymi jonami, przewaznie

jonami glinu (glinokrzemiany). Krzemiany litowcow wychodza przez stapianie krzemionki sposrod wodorotlenkami lub weglanami litowcow. Krzemiany

wychodza w przyrodzie jako najrozniejsze mineraly skalotworcze (naleza w celu glownych detali skorupy ziemskiej). Krzemianami znajduja sie m. in.:

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

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

oraz szkla. Roztwory 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, zawierajacy czesto domieszki rzadkich metali, np. cezu, niobu, toru. Posiada koloru w duzej ilosci

odcieniach, od szarej a, takze zoltobrunatnej poprzez ciemnobrunatna w celu szarawoczarnej a, takze czarnej. Dzierzy diamentowy blask. Krystalizuje w

calej ukladzie regularnym. Jest przecietnie twardy (5, 5 w calej skali Mohsa). Wystepuje w calej skalach magmowych i metamorficznych, bogatych w calej

wapn a, takze tytan, natomiast ubogich w calej krzemionke. Tej nazwa pochodzi od nazwiska rosyjskiego mineraloga Perowskiego.

Tytanian baru

Tytanian baru jest przedstawicielem zwiazkow typu ABO3 o organizacji perowskitu. Struktura krysztalu jonowego BaTiO3 w calej temperaturze wyzej

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

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

i Ti+4 przesuwaja sie w konkretnym kierunku aspektem O-2., natomiast gorne a, takze dolne jony przesuwaja sie w kierunu przeciwnym. W rezultacie tej

zmiany w komorce krystalicznej BaTiO3 wytwarza sie elektryczny moment dipolowy a, takze zmienia sie symetria ukladu krystalograficznego sposrod

regularnego na trygonalny.

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

Przyczyny ferroelektrycznych wlasciwosci tytanianu baru

Tytanian baru wykazuje szczegolne wlasciwosci elektryczne, natomiast dokladniej opowiadajac ferroelektryczne. Jest to spowodowane nastepujacymi

czynnikami:

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

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

· minuty sasiednich komorek sa zestawione rownolegle;

· domeny znajduja sie na ogol chaotycznie zorientowane a, takze w przypadku nieobecnosci pola elektrycznego ich wypadkowy moment dopuszczalny

rowny zeru (cialo w charakterze calosc zostaje niespolaryzowane);

· umieszczenie cialka w podworza polu elektr. powoduje wykonczenie domen a, takze polaryzacje calego ciala;

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

powodow zewnetrznych);

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

· powstawaniem wyraznej petli histerezy dielektrycznej;

· tytanian baru wykazuja takze wielka piezoelektrycznosc, a takze wiele anomalii we jakosciach sprezystych a, takze optycznych.

Postac ferroelektryczny BaTiO3 wiaze sie sposrod okreslona struktura krystaliczna, natomiast jego zanik z przemiana fazowa w celu struktury o wyzszym

stopniu symetrii. Sluzace do innych cieszacych sie popularnoscia ferroelektrykow przylegaja: sol Seignette\'a, tytanian strontu, olowiu, wodorofosforan

wapnia. Sa one stosowane m. in. do wytworczosci kondensatorow ceramicznych oraz elektromechanicznych przetwornikow piezoelektrycznych.

Spinel. Ferryty o organizacji spinelu. Wykorzystania ferrytow.

Spinel

Spinel (spinel wlasciwy) to mineral, tlenek glinu a, takze magnezu o wzorze sumarycznym Al2MgO4. Spinel wlasciwy poteznieje w przyrodzie, lecz nie

jest ferrytem a, takze nie zawiera wlasciwosci magnetycznych. Ma za to liczne odmiany, krystalizuje w calej ukladzie regularnym (krysztaly osmioscienne,

czesto blizniaki). Tworzy skupienia zwiezle, ziarniste. Spinel stosowny zwykle jest bezbarwny, jednak takze moze istniec: czerwony, rudawy, rozowy,

zielen, niebieski lub fioletowy. Posiada szklisty blask i jest trudno topliwy (temp. topnienia 21500C). Moze stac sie wytwarzany syntetycznie.

Zastosowanie spinelu wlasciwego: jako surowiec do wytworczosci materialow sciernych i ogniotrwalych oraz w calej 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- a, takze

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

jak a, takze pierwiastki trojwartosciowe moga zastepowac sie wzajemnie w obszernych granicach. Skutkiem tego, uwzgledniajac domieszki duza

zmiennosc skladu chemicznego spineli. Spinele krystalizuja w calej ukladzie regularnym, zwykle pod postacia osmioscianu. Sluzace do mineralow

sposrod grupy spineli mozna zaliczyc niektore rudy i tlenki metali. Modelem moze byc tu magnetyt lub hematyt.

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

a takze spinele zelazowe (glownie magnetyt).

Spinele glinowe

Do tejze grupy spineli zaliczyc nalezy przede wszystkim galnit ZnAl2O4 a takze hercynit FeAl2O4. Sa odporne na dzialanie czynnikow atmosferycznych.

Przezroczyste spinele glinowe pozbawione skaz sa wykorzystywane w calej mechanice precyzyjnej (np. na lozyska) a takze jako kamienie szlachetne.

Spinele chromowe

Spinele chromowe to grupa mineralow o ogolnym wzorze sumarycznym (Mg, Fe)(Cr, Al, Fe)2O4. Ponadto spinele te moga zawierac 18-62% Cr2O3,

0-18% FeO, 6-16% MgO, 0-33% Al2O3, 2-30% Fe2O3. W stosunku do skladu odroznia sie chromit wlasciwy FeCr2O4, rzadko spotykany chromit

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

nieprzezroczysty a, takze posiada blask zblizony w celu metalicznego. Narasta glownie w calej zasadowych gorach magmowych (dunitach i

perydotytach), takze w calej powstalych poprzez przeobrazenie tych skal serpentynitach. Chromity stosowne sa jedynymi rudami chromu o znaczeniu

przemyslowym (w Polsce byly eksploatowane w calej Tapadlach na stoku Slezy). Odmiany zawierajae FeO lub Fe2O3 wykazuja wlasciwosci

paramagnetyczne. Chromity stosowane sa w celu wyrobu surowcow ogniotrwalych, barwnikow, takze w calej metalurgii (do produkcji zelazochromu).

Ferryty

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

tlenkow w szlachetnej temperaturze. Ferryty metali dwuwartosciowych (np. Fe2+, Ni2+, Mn2+, Cu2+, Zn2+) krystalizuja w calej ukladzie regularnym (siec

przestrzenna spinelu normalnego lub odwroconego). Ferryty o sieci spinelu odwroconego maja wlasnosci ferrimagnetykow i mieszcza sie zastosowanie w

charakterze magnesy ceramiczne. Ferryt barowy krystalizuje w calej ukladzie heksagonalnym i jest ferromagnetykiem.

Pod wzgledem wlasciwosci magnetycznych rozroznia sie ferryty magnetycznie miekkie (struktura glownie spinelowa) i ferryty magnetycznie masywne

(struktura heksagonalna). Pierwsze sposrod nich znajduja sie stosowane w celu wyrobu rdzeni cewek indukcyjnych glowic magnetycznych, a ferryty

magnetycznie masywne do towaru magnesow trwalych. Znane znajduja sie rowniez ferryty o prostokatnej petli histerezy, stosowane w celu wyrobu

metrow. in. skladnikow pamieci komputerow.

Ferryty magnetycznie miekkie jednej i magnetycznie twarde dwoch.

Ferryty zestawiaja wlasciwosci magnetyczne z jakosciami izolatorow. Nie plyna w calej nich prady wirowe. Przydaja sie w celu pracy przy bardzo

wysokich czestotliwosciach. Duza liczba ferrytow dzierzy strukture spinelu Fe3O4, MgFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CuFe2O4, ZnFe2O4, MoFe2O4 lub

LiFe5O8.

Zastosowanie ferrytow

Wykorzystania ferrytow magnetycznie miekkich (technika stalopradowa):

·rdzenie pamieciowe;

·transformatory impulsowe;

·wzmacniacze magnetyczne;

·szybkie przekazniki;

·rdzenie cewek;

·rdzenie transformatorow srednich czestotliwosci;

·prety antenowe;

·glowice magnetofonowe;

Surowce magnetyczne

Magnesy ferrytowe masywne

Ferryty barowe i strontowe sa spiekami tlenkow BaO2 i SrO2 z Fe2O3. Materialy znajduja sie powszechnie do kupienia i tanie. Ferryty masywne sa

najpowszechniej stosowane w celu wyrobu magnesow stalych. Tworzone sa w calej ukladzie izotropowym i anizotropowym.

Magnesy izotropowe - maja we kazdego kierunkach w calej przyblizeniu takie same wlasciwosci magnetyczne. Proces magnetyzacji jest jednorodny we

kazdego kierunkach osiowych. Magnesy izotropowe posiadaja nieznaczna gestosc sily.

Magnesy anizotropowe - w calej polu magnetycznym otrzymuja najkorzystniejszy kierunek namagnesowania. W przeciwienstwie do magnesow

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

indukcji resztkowej). Ferryty twarde odgrywaja wzglednie ogromny wspolczynnik temperaturowej remanencji 0, 2% na 0C a, takze moga byc stosowane

w zakresie od -400C w celu +2000C. W podobny sposob materialy ceramiczne magnesy ferrytowe sa masywne i kruche, ale odporne na natlenianie

(korozje) a, takze warunki pogodowe. Sa trwale wobec duzej ilosci chemikaliow, nawet lepiej skoncentrowanych kwasow. Obrobka realna jest tylko i

wylacznie 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. Wytworczosc odbywa sie poprzez odlew: piaskowy,

kokoliowy, dokladny, prozniowy a, takze spiekanie. Stop AlNiCo zostal odkryty piecdziesiat lat wstecz i jest najstarszym uzywanym do tej pory materialem

magnetycznym. W zestawieniu z z obecnie stosowanymi magnesami stop AlNiCo ma male natezenie pola koercji przy wysokiej remanencji. Oznacza to,

iz magnesy te musza posiadac wydluzony ku magnetyzacji uklad sztabkowy, zeby nie poddac sie rozmagnesowaniu. Zaleta magnesow AlNiCo jest niska

wartosc wspolczynnika temperaturowego 0, 02 na 0C a, takze szeroki teren zastosowan od -2700C w celu +4000C. Ze wzgledu na to magnesy te

stosowane sa w kazdym miejscu tam, gdzie wymaga sie stalego pola magnetycznego przy duzych skokach temperatur. Wymagany ksztalt sztabkowy, a

dzieki czemu duzy spacja miedzy biegunami korzystny jest przy uruchamianiu np. zestykow hermetycznych. Magnesy AlNiCo wytwarzane sa zwlaszcza

jako anizotropowe. Przez nieduza koercje a, takze drogi kobalt magnesy te stosowane znajduja sie coraz bardzo rzadko.

Magnesy sposrod wypelniaczami syntetycznymi

Magnesy laczone z tworzywami syntetycznymi znajduja sie obecnie zwyczajnie stosowane, poprzez co rekomenduje sie te rolety Panstwa uwadze.

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

wtryskiwanie otrzymuje sie gotowe magnesy. Z elastycznego tworzywa sztucznego a, takze proszku ferrytowego produkowane znajduja sie plytki a, takze

tasmy magnetyczne o grubosci od 0, 5 w celu 2 mm. Poprzez laminacje bialym PCV produkowane znajduja sie oznaczenia. W toku wytwarzania

czasteczki magnetyczne w calej elastycznych plytkach lub tasmach sa w calej rozkladane rownie i ustawiane w polu magnetycznym, przez co powstaje

obreb jednorodne a, takze anizotropowe.

Magnesy wysokoenergetyczne

Zawsze sa to magnesy porzadne z kilku ziem osobliwych. Produkt wysokoenergetyczny (gestosc sily ponad 280 kJ/m3, lub 35 MGOe) umozliwia swieze

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

dotychczas mocowanymi magnesami ferrytowo - borowymi lub AlNiCo, stalo sie realne. Przy identycznej gestosci sily magnes ferrytowo - borowy

musialby istniec 6-krotnie wiekszy, a zeby z odleglosci 1mm od powierzchni bieguna wytwarzal obreb 100 mT (1000 Gaussow) jego formaty musialyby

istniec 25-krotnie duze w porownaniu sposrod magnesem samarowo-kobaltowym. Nowy magnes neodymowo-ferytowo-borowy zawiera o 40 procent

wyzsza zwartosc energii od opisanego w calej przykladzie magnesu samarowo-kobaltowego.

Powyzej przedstawiono konfrontacja niektorych surowcow magnetycznych.

Czym sa \"ziemie rzadkie\"?

Ziemie rzadkie, okreslane tez lantanowcami, sa kolejny pierwiastkami sposrod liczba atomowa 57-71 w calej ukladzie temporalnym pierwiastkow.

Stanowia siodma czesc wszystkich elementow wystepujacych w calej naturze. \"Ziemie rzadkie\" odrzucic sa totez w zadnym razie wyjatkowe. Znaczenie

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

Europa (Eu) do otrzymywania barwy czerwonej w reflektorach kineskopowych; Samar (Sm) a, takze Neodym (Nd) do wytworczosci

wysokoenergetycznych surowcow magnetycznych. Samar zawarty jest w miniaturowych ilosciach w calej ziemiach osobliwych, w przeciwienstwie do

neodymu. Uzyskanie odpowiednio wysokiego wielkosci czystosci a, takze obrobka znajduja sie powodem szlachetnej ceny w zestawieniu z z

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

Jakim sposobem sa wytwarzane magnesy wysokoenergetyczne?

Produkcja magnesow SmCo a, takze NdFeB opiera sie na wytopie odpowiedniego stopu. Tak otrzymane wlewki surowca sa w nastepnej kolejnosci

kruszone a, takze mielone na drobny proszek, po czym prasowane w calej polu magnetycznym i nareszcie spiekane. Przedsiebiorstwo Delachaux

obrabia sprasowane izostatycznie i spiekane surowe wlewki materialu o przekroju 100x50 mm a, takze dlugosci w porzadku. 200 mm w kierunku

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

Magnetyzacja

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

znajduja sie naladowane akumulatory kondensatorowe, ktore sa rozladowywane w cewkach bezrdzeniowych. Szczegol magnetyczny zlokalizowany w

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

magnetyczne. Zasadniczo magnetyzacja mozliwa jest w uprzywilejowanym kierunku wyznaczonym w czasie wytworczosci. Firma Delachaux dostarcza

magnesy standardowe nasycone magnetycznie. W zyczenie kontrahenta dostarczane znajduja sie magnesy mogl magnetyzacji, natomiast pozniejsze

nasycenie dokonywane jest w systemie klienta.

Wlasciwosci

Magnesy SmCo sa bardzo twarde a, takze kruche. Magnesy NdFeB znajduja sie rowniez masywne, ale aktualnie nie naprawde kruche. Zlokalizowane w

przeciwnych polach odrzucic traca zwinnosci magnetycznych. SmCo i NdFeB nie znajduja sie odporne na dzialanie kwasow nieorganicznych a, takze

zasad. Permanentny kontakt sposrod woda wiedzie do korozji. Magnesy NdFeB ulegaja powierzchniowemu utlenianiu nawet w kontakcie sposrod

wilgotnym powietrzem, dlatego przewaznie umieszczane znajduja sie w obudowach ze stali nierdzewnych. Srodki organiczne i suche powietrze o

temperaturze pokojowej odrzucic powoduja jakichkolwiek niekorzystnych odmian.

Defekty budowle i katalogow wplyw

na wlasciwosci surowcow

Defektem, to znaczy niedoskonaloscia krysztalu, jest kazde odchylenie od doskonalosci periodycznej sieci lub struktury w calej krysztale. Zwyczajnymi

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

wezlami sieci). Defekt punktowy zlokalizowany jest w poblizu wezla sieci, to znaczy atomu w calej krysztale, w przeciwienstwie do linii defektow lub

plaszczyzny defektow. Plaszczyzny defektow moga tworzyc sie w zasadniczych stadiach powstawania nowej budowle krystalicznej w obrebie

istniejacego krysztalu. Wszystkie rzeczywiste krysztaly znajduja sie zawsze w calej pewnym stopniu niedoskonale. W calej niektorych cialach stalych

niedoskonalosci te znajduja sie dosyc wlasciwie poznane. Sporo prac badawczych poswiecono germanowi, krzemowi, miedzi oraz stopom, bowiem w

calej stopach poteznieje szczegolnie wysoka koncentracja niedoskonalosci punktowych. Sporo podstawowych wlasciwosci cial stabilnych zalezy w calej

rownym stopniu od katalogow niedoskonalosci budowle, jak i od natury wlasciwego krysztalu, ktory to moze realizowac tylko funkcje nosicela

niedoskonalosci lub osrodka, w ktorym ow lampy sie rozwijaja. Przewodnictwo elektryczne niektorych polprzewodnikow zalezy calkowicie od sladowych

ilosci domieszek chemicznych. Barwa wielu krysztalow wywolana jest obecnoscia defektow. Luminescencja krysztalow zwiazana jest prawie w kazdej

sytuacji z obecnoscia domieszek. Domieszki lub niedoskonalosci moga niezmiernie przyspieszac dyfuzje atomow w calej cialach stabilnych. Od defektow

zaleza przewaznie wlasciwosci fizyczne i sprezyste cial stabilnych.

Klasyfikacja defektow

Defekty budowle mozna podzielic na: defekty subatomowe a takze defekty atomowe (wlasciwe). Sluzace do pierwszej kilku defektow subatomowych

mozna zaliczyc:

· elektrony nadmiarowe;

· wolne poziomy (dziury);

· ekscytony (pary elektron wygwizdow zwiazane oddzialywaniem elektrostatycznym);

· plazmony (zespolowe wzbudzenia Coulombowskie).

Do innej grupy defektow atomowych wolno zaliczyc:

· atomowe defekty punktowe;

· defekty liniowe (dyslokacje);

· defekty plaskie (plaszczyznowe, dwuwymiarowe);

· defekty objetosciowe.

Atomowe defekty punktowe

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

sytuacji krysztalu kompleksowego z okreslonego rodzaju atomow defektami takimi sa wakancje, powstajace w nastepstwie opuszczenia poprzez atom

wlasnej normalnej pozy w organizacji, tj. wezla sieci przestrzennej i jego przejscia na przyklad na obszar krysztalu, ktora rowniez byc moze byc

traktowana jako zaburzenie periodycznosci. Ma mozliwosc to nastapic rowniez w nastepstwie przejscia atomu do progu linii dyslokacji. W kazdym

przypadkuproces powstawania wakancji wolno ujac ogolnie jako proces wymiany pustego wezla sposrod powierzchni krysztalu lub na progu dyslokacji z

atomami wnetrza budowle. W tym znaczeniu powierzchnie krysztalu lub dyslokacje mozna okreslic \"zrodlami\" wakancji lub takze \"studniami\" wakancji,

jesli przebiega proces odwrotny. Innym wariantem defektu punktowego jest jon miedzywezlowy, ktorego powstanie opisac mozna w charakterze wynik

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

mozliwosc wystepowania atomow Metrow w wezlach podsieci atomow X a, takze na odwrot. W calej szczegolnym sytuacji krysztalow zwiazkow

jonowych, przy powstawaniu defektow punktowych powinien byc zachowany warunek elektroobojetnosci, zgodnie z jakim krysztal jonowy nie moze

wlaczac niezrownowazonyvh frachtow elektrycznych okreslonego rodzaju. Innymi slowy brak swobodnych nosnikow w calej krysztalach jonowych oraz

moznosc przemieszczen defektow.

Najprostszym defektem w sieci jest luka w internecie, zwana defektem Schottky\'ego, ktora jest wywolana brakiem atomu lub jonu w calej wezle sieci

internetowej. Defekt Schottki\'ego w idealnym krysztale wolno wyobrazic sobie jako translokacja atomu sposrod wezla sieci internetowej lezacego w calej

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

Niedobor Schottky\'ego.

Odmiennym typem niedoskonalosci krysztalow znajduja sie 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 jest uzaleznione zwlaszcza od temperatury.

Koncentracja sluza w stanie rownowagi maleje jako tako obnizania temperatury. Rzeczywista koncentracja luk jest wieksza od wartosci odpowiadajacej

rownowadze, kiedy krysztal rosnie w podwyzszonej temperaturze, natomiast nastepnie pozostanie nagle oziebiony przez co luki ulegaja zamrozeniu.

Na podstawie testowan przewodnictwa jonowego oraz pomiarow gestosci rozumie sie samo przez sie, ze w calej czystych halogenkach (fluorkach,

chlorkach, bromkach itp. ) alkaicznych najczestszymi gatunkami luk w internecie sa defekty Schottky\'ego, natomiast w halogenkach srebra - defekty

Frenkla. Wytwarzaniu defektow Schottky\'ego kompanow zmniejszenie gestosci krysztalu, poniewaz zmniejsza sie objetosc krysztalu bez zmiany masy.

Podczas powstawania defektow Frenkla objetoscc krysztalu odrzucic ulega modyfikacji, a wiec odrzucic ulega modyfikacji jego gestoec. Mechanizm

przewodnictwa elektrycznego w calej krysztalach jonowych polega przewaznie na obrotu jonow, natomiast nie elektronow. Fakt nasz zostal ustalony na

wedrowce porownania przenoszonego ladunku elektrycznego z masa substancji, ktora wydziela sie na elektrodach bedacych z kontaktem z krysztalem.

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

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

Obecnie w celu zapisu defektow wykorzystywana jest symbolika Krgera-Vinka.

Defekty liniowe (dyslokacje)

Inny podstawowy wariant zaburzen budowle krystalicznej sygnalizuja zaburzenia liniowe, rozciagajace sie wzdluz ustalonych linii w calej krysztale.

Frekwencja tych zaburzen, nazywanych tez dyslokacjami, odrzucic powoduje postepu entropii konfiguracyjnej krysztalu, poniewaz sa ow lampy pewnym

wariantem uporzadkowanych podstruktur. Obecnosc dyslokacji zwieksza rownolegle energie wewnetrzna krysztalu, wobec tego nie wychodza one

samorzutnie i w odroznieniu od defektow punktowych odrzucic sa ow lampy wynikiem ustalania sie rownowagi termodynamicznej. Pochodzeniem

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

Spotyka sie kilka naczelnych typow dyslokacji. Do okreslonego 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 jedna odleglosc miedzyatomowa nastapil w calej lewej

polowie plaszczyzny poslizgu, lecz odrzucic nastapil w calej prawej. Dyslokacja nazywa sie granice pomiedzy obszarem przesunietym i nieprzesunietym.

Jej polozenie odpowiada ukonczeniu dodatkowej polplaszczyzny wcisnietej w calej gorna polowke krysztalu jakim sposobem na niniejszym rysunku.

Dyslokacja krawedziowa swietna.

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

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

Gest dyslokacji pod spodem wplywem naprezenia scinajacego.

Gest dyslokacji w calej krysztale pokrewny jest w celu przesuwania sie faldy lub zmarszczki na dywanie. Falda przesuwa sie latwiej niz caly dywan, lecz

przesuniecie sie faldy wzdluz dywanu daje w nastepstwie przesuniecie calego dywanu na podlodze. Wowczas gdy atomy na jednej stronie internetowej

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

pochodzacej od innych, ktore znajduja sie na drugiej stronie internetowej plaszczyzny poslizgu. Obliczono, iz wewnetrzne naprezenie potrzebne w celu

przesuwania sie dyslokacji jest zupelnie malutkie, pod warunkiem, iz sily wiazan w krysztale nie zaleza bardzo od kierunkow. Dyslokacje moga totez

powodowac, iz krysztal dopuszczalny bardzo plastyczny. Przejscie dyslokacji przez krysztal jest rownowazne przemieszczeniu sie w poslizgu jednej

czesci krysztalu aspektem drugiej. Innym prostym wariantem dyslokacji jest dyslokacja srubowa.

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

Dyslokacja srubowa oznacza granice pomiedzy przesunieta, natomiast nieprzesunieta frakcja krysztalu. Zapora ta biega rownolegle w celu kierunku

poslizgu, a odrzucic prostopadle, jak to zachodzi w momencie dyslokacji krawedziowej. Mozna to sobie zobaczyc w wyobrazni, ze dyslokacja srubowa

wzrasta przy czesciowym nacieciu krysztalu nozem a, takze przesunieciu czesci nacietej o jeden spacja atomowy rownolegle do przegow naciecia.

Dyslokacja srubowa zmienia kolejne plaszczyzny atomowe w calej powierzchnie srubowe, z czegoz wywodzi sie nazwa tejze dyslokacji. Sluzace do

okreslenia dyslokacji stosowane znajduja sie dwa wektory:

· wektor Burgersa oznaczany jako b;

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

Wektor Burgersa b jest wektorem przesuniecia, ktory nazywa wielkosc a, takze kierunek przesuniecia atomow w internecie lezacych wyzej plaszczyzny

poslizgu w stosunku do atomow lezacych nizej tej plaszczyzny. Wyznaczenie wektora Burgersa wymaga wykreslenia tak zwanym. obwodu (konturu)

Burgersa, to znaczy zamknietej linii wokol wycinka struktury zawierajacego linie dyslokacji. Istnienie wektora Burgersa oznacza, ze w celu przywrocenia

periodycznej budowy nieodzowne sa zmiany w calym krysztale wlaczajacym dyslokacje. W calej idealnym sytuacji wektor Burgersa powinien istniec

rowny odstepowi miedzyplaszczyznowemu lub jego wielokrotnosci. Dyslokacje o tej charakterystyce nazywane znajduja sie dyslokacjami niesamowitymi.

Animacja obrazujaca dyslokacje krawedziowa doskonala.

Animacja przedstawiajaca dyslokacje srubowa idealna.

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

Natomiast w momencie dyslokacji srubowej wektor Burgersa oraz wektor okreslajacy kierunek linii dyslokacji sa wektorami rownoleglymi, , ktorzy

zapisujemy symbolicznie bIIt. Rowniez calkowicie doskonale dyslokacje krawedziowe, jak i srubowe sa sprawami skrajnymi. W calej rzeczywistych

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

srubowymi.

Defekty plaskie (dwuwymiarowe)

Sluzace do tej kilku zaburzen sieci internetowej krystalicznej zaliczyc mozna: niskokatowe granice skosne (daszkowe), niskokatowe granice skrecenia,

granice blizniacze, bledy ulozenia, granice domen antyfazowych. Zestaw dyslokacji krawedziowych uszeregowanych jedna nad naczelna tworzy plaskie

zaburzenie, rozdzielajace krysztal na dwie czesci o plaszczyznach sieciowych nachylonych wzgledem mojej dziurki pod niewielkim katem. Tego typu

zaburzenie plaskie nosi nazwe niskokatowej granicy skosnej (albo daszkowej). Podobne zaburzenia plaskie - niskokatowe granice skrecenia - moga

tworzyc poprzez uszergowanie zbioru dyslokacji srubowych. Niskokatowa zapora skrecenia oddziela dwie czesci krysztalu aspektem siebie o niewielki

naroznik (kilka sekund do paru minut w calej mierze stopniowej), rownolegle w celu plaszczyzny skrzyzowanych dyslokacji srubowych. Z kolei granice

szerokatowe to granice miedzy ziarnami, wyzej kilku poziomow lub wyzej 15 poziomow w zaleznosci od zrodla literaturowego. W sytuacji tych barier

musza egzystowac obszary w ktorych nie ma dopasowania sieci rozdzielone wysepkami dopasowania. Takie defekty sa charakterystczne dla postaci

polikrystalicznych. Inny wazny typ zaburzen plaskich powstaje w nastepstwie rozszczepienia sie omawianych przedtem dyslokacji idealnych, o wektorze

Burgersa jednakowym jednemu odstepowi sieciowemu, na dyslokacje czesciowe o nizszej watrosci wektora b. Przedsiebiorczosc odksztalcenia

sprezystego krysztalu jest proporcjonalna w celu kwadratu wektora Burgersa, co jest rownoznaczne z ustanowieniem, ze takiego typu rozszczepienie jest

energetycznie korzystne. Tego typu defekty nazywane znajduja sie bledami ulozenia, a wychodza glownie wskutek zaburzen w calej sekwencji ulozenia

plaszczyzn atomowych. Czesto tez spotykane znajduja sie tzw. granice blizniacze. Polega to za zakupach grupowych, ze dwie monokrysztaly identycznej

substancji znajduja sie ze soba zrosniete w taki sposob, iz siec internet jednego sposrod nich dopuszczalny przetransponowana w calej siec kluczowego

poprzez przeksztalcenia symetryczne. W calej mineralach wychodza najczesciej blizniaki odbicia, obrotu lub inwersji, a w calej metalach mamy do

czynienia przewaznie z blizniakami wzrostu, transformacje lub odksztalcenia. Kolejnym defektem plaszczyznowym znajduja sie granice domen

antyfazowych. Domena antyfazowa, antyfaza jest to maly obszar we wnetrzu stopu, o strukturze uporzadkowanej, ale niezgodnej ze struktura obszarow

sasiednich. Domeny antyfazowe odznaczaja sie spontanicznym namagnesowaniem (ferromagnetyki) lub samorzutna polaryzacja (ferroelektryki). W

granicach domen antyfazowych pojawiaja sie bledy powstajace z zajmowania pozycji perfekcyjnych przez nieodpowiednie atomy.

Oddzialywanie defektow na wlasnosci surowcow

Wiele naczelnych wlasciwosci postaci stalych jest zalezne w jednakowym stopniu od ich niedoskonalosci struktury, a takze od natury wlasciwego

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

krysztalu idealnego, pozbawionego calkowicie defektow jest realne jedynie w calej temperaturze zera bezwzglednego. Poniewaz w lepszych

temperaturach powinien istniec pewna liczba defektow, ktorych stezenie zalezy przewaznie od temperatury i warunkow wzrostu krysztalu. Oprocz tego

czlek niekiedy rozmyslnie wprowadza defekty, aby zmieniac wlasciwosci niektorych materialow. Pierwszoplanowym przykladem tych propozycji bedzie w

tym miejscu produkcja polprzewodnikow domieszkowanych przewaznie atomami elementow z III lub V grupy ukladu okresowego. Przewodnictwo

elektryczne mimo wszystko interesujace jakosci polprzewodnikowe zaleza calkowicie od sladowych liczbie domieszek. Dlatego nawet nierozlegla

koncentracja dyslokacji moze bardzo znaczaco wplywac na surowce polprzewodnikowe. W sytuacji materialow ferroelektrycznych np. tytanianu baru

duza liczba defektow byc moze przyczyniac sie do spowodowania rozmycia transformacje fazowej. Ponadto defekty budowle odpowiedzialne znajduja sie

za wydarzenie luminescencji a takze niektore jakosci optyczne (np. moga wplywac na koloru krysztalow). Skupienie zaburzen budowle wplywa na

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

cialach stabilnych. Moga tez przyczyniac sie w wyrazny sposob w celu zmian niektorych wlasnosci krysztalow takich jak np. gestosc, ciagla sieciowa itp.

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

Podsumowujac, nalezy stwierdzic, ze zaburzenia struktury wplwaja na:

· wlasnosci elektryczne np. w calej polprzewodnikach, ferroelektrykach;

· jakosci optyczne np. luminescencja, dyfrakcja promieniowania, barwa;

· wlasnosci mechaniczne np. sprezystosc, plastycznosc.

Waznym parametrem okreslajacym dzialanie zaburzen budowle 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 cialka stale odrzucic wykazujace szczegolnego dla krysztalu okresowego uporzadkowania atomow

(czasteczek) i wynikajacych z niego wlasciwosci. Ciala bezpostaciowe obejmuja roznorodne substancje a, takze materialy, spomiedzy ktorych

wyodrebnia sie grupe cial, zwana szklami, o charakterystycznych, lacznych cechach. Odmienne ciala bezpostaciowe to niejednakowe materialy

prawdziwe, skladajace sie sposrod czasteczek roznego rodzaju (np. drewno, skora) i wykazujace roznorodne wlasciwosci. Zwykle jednak terminem cialo

bezpostaciowe nazywa sie jedynie szkla, natomiast stan bezpostaciowy nazywa sie stanem szklistym. Charakterystyczna jakoscia makroskopowa szkiel

jest zdolnosc do ciaglego i odwracalnego przejscia wraz z stanu trwalego w forma ciekly pod spodem wplywem odmian temperatury a, takze cisnienia.

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

wzroscie jej lepkosci do wartosci 1013-1014 dPa*s, przy jakiej ciecz gubi ruchliwosc a, takze staje sie cialem stalym. Temperatura, w ktorej nasza

krytczna lepkosc jest osiagana, nazywa sie temperatura zeszklenia Tg a, takze odpowiada punktowi przegiecia na krzywej zaleznosci niektorych

wielkosci (lepkosci, ciepla wlasciwego, wspolczynnika dyfuzji) od temperatury. Temperatura Tg nie jest wielkoscia trwala dla poszczegolnej substancji

(zalezy od szybkosci chlodzenia), jest jednak najlepsza wielkoscia charakteryzujaca bezpostaciowe cialo stale. Surowiec bezpostaciowy przechowuje

strukture cieczy przechlodzonej, sposrod ktorej powstal, wykazuje zatem uporzadkowanie bliskiego zasiegu, tj. w najblizszym sasiedztwie danego atomu

(na obszarach 10-20 angstremow to znaczy 10-10m). Obreby uporzadkowane odgrywaja strukture bliska strukturze wlasciwych cial krystalicznych, ale

odmiennie niz w calej krysztalach odrzucic powtarza sie ona periodycznie w lokalizacji. Wiazania pomiedzy atomami nalezacymi do sasiednich obszarow

uporzadkowanych maja roznorodna dlugosc a, takze energie.

Machina produkujaca garnki szklane.

Przejscie ciala bezpostaciowego w plyn podczas ocieplania przebiega stopniowo (cialo mieknie, staje sie plastyczne, a w nastepnej kolejnosci stopniowo

osiaga plynnosc cieczy). Zachodzi to w pewnym przedziale temperatury (a odrzucic jak w przypadku postaci krystal. w calej stalej temperaturze

topnienia), poniewaz wiazania pomiedzy atomami znajduja sie zrywane jeden po drugim (w sekwencji wzrastajacej energii), a odrzucic jednoczesnie

jakim sposobem w krysztale. Zdolnosc substancji do wystepowania w stanie szklistym zalezy od budowy do niej czasteczek, natomiast glownie od

charakteru znajdujacych sie w tych propozycji wiazan sztucznych i jest szczegolnie rozlegla dla wiazan posrednich pomiedzy jonowymi natomiast

kowalencyjnymi. Czasteczki o tego rodzaju wiazaniach swobodnie tworza lancuchy i trojwymiarowe szkielety, , ktorzy powoduje zwiekszenie lepkosci

niedaleko temperatury topnienia i upraszcza przechodzenie przy ochladzaniu w calej stan szklisty. Substancjami o takich czasteczkach sa poniektore

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

swobodnie otrzymuje sie szkla krzemianowe (szklo) lub z polimerow organicznych (np. plexiglas), ale juz uzyskanie szkiel ze stopionych metali lub

prostych zwiazkow jonowych wymaga specjalnych technik (np. bardzo szybkiego chlodzenia jak w przypadku szkla metalicznego).

Reczna technologia wydmuchiwania naczyn szybowych.

Szkla znajduja sie substancjami termodynamicznie nietrwalymi a, takze wykazuja trwala tendencje w celu przejscia w calej stan rownowagi, tj. w celu

krystalizacji. W calej niskich temperaturach szkla moga przetrwac co wiecej miliardy wielu lat (zostaly znalezione w glebie ksiezycowej). W calej wyzszych

temperaturach (ale nizej temperatury zeszklenia) moga ulegac odszkleniu (dewitryfikacji), tj. stopniowej krystalizacji. Procesem odszklenia wolno

kierowac dopisujac (podczas otrzymywania szkla) substancji ulatwiajacych krystalizacje i aplikujac specjalna obrobke cieplna otrzymanego materialu. W

taki sposob uzyskuje sie tzw. tworzywa szklanokrystaliczne, bardzo wytrzymale mechanicznie. Wlasciwosci elektryczne, optyczne a, takze mechaniczne

substancji w stanie bezpostaciowym sa ogolnie takie same jakim sposobem ich formie krystalicznej, przy czym stosunkowo swobodnie mozna te rolety

modyfikowac poprzez wprowadzanie domieszek i wlasciwa obrobke termiczna.

Tkaniny rowingowe (wlokna szklane) do wytworczosci laminatow

o podwyzszonej wytrzymalosci mechanicznej.

Popularne grupy szkiel i specjalizacji zastosowan:

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

· szklo potasowe (drozsze, szlachetniejsze szkla);

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

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

· szklo kwarcowe, krzemionkowe (praca w wysokich 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).

Przyciagajacym i pozytecznym rozwiazaniem technicznym jest tak zwanym. szklo bezpieczne. Jest to wariant szkla szczegolowego, ktore w nastepstwie

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

bezpiecznych przylegaja rowniez szklo klejone a takze szklo zbrojone. Szyby zlozone z paru tafli szkla klejonego jednoczy sie specjalna folia lub zywica,

przez co po rozbiciu odlamki pozostaja przyczepione w celu wytrzymalej warstwy spajajacej. Nastepnie szklo zbrojone to szklo walcowane sposrod

wtopiona wen siatka metalowa, zapobiegaja rozpryskiwaniu sie szkla przy peknieciu.

Do surowcow bezpostaciowych zaliczyc nalezy tez polprzewodniki amorficzne. Sa ow lampy otrzymywane na cienkich warstwach, podczas bardzo

szybkiego chlodzenia. Wykorzystywane znajduja sie przy reflektorach obrazowych, zestawiaja bowiem fotoprzewodnictwo z opornoscia elektryczna.

Niejednokrotnie mozna te rolety spotkac w calej fotolitografii (etapie technologii planarnej przy wytworczosci elementow polprzewodnikowych).

Materaialy quasikrystaliczne

Do tejze grupy surowcow zaliczane znajduja sie:

· polimery;

· ciekle krysztaly;

· ciala porzadne superjonowe np. NaAl11O17.

Powyzej zostaly omowione jedynie surowce cieklokrystaliczne.

Ciekle krysztaly

Ciekly krysztal to faza posrednia (mezofaza, faza mezomorficzna) laczaca cechy fazy cieklej a, takze krystalicznej fazy stalej. Od chwili zwyklej cieczy

rozni sie wystepowaniem uporzadkowania dalekiego rejonu (innego jednak niz w calej krysztalach) a, takze wynikajaca dlatego anizotropia wlasciwosci.

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

krysztaly moga konstruowac substancje o wydluzonych sztywnych czasteczkach wlaczajacych plaskie czesci (np. pierscien benzenowy). Na skutek

wzajemnego oddzialywania czasteczki ustawiaja sie naprawde, ze katalogow dluzsze osie sa w celu siebie rownolegle (uporzadkowanie orientacyjne).

Ciekle krysztaly mozna podzielic na termotropowe (powstajace w nastepstwie ogrzewania mocnych substancji mogl krystalicznym lub ochladzania tych

substancji mogl cieklym) a, takze liotropowe (powstajace wskutek rozpuszczania niektorych substancji w okreslonym rozpuszczalniku).

Rozbior cieklych krysztalow.

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

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

· faze smektyczna, w ktorej czasteczki sa rownolegle do mojej dziurki, a co wiecej sa ulozone w warstwy w taki sposob, iz osie czasteczek sa prostop.

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

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

rownolegle, a aspektem czasteczek sasiednich warstw znajduja sie skrecone o pewien naroznik.

Faza neumatyczna. Faza smektyczna.

Obraz mikroskopowy neumatyka. Wizja mikroskopowy smektyka.

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

selektywne odbicie a, takze zalamanie fal). Wlasciwosci te sa b. wrazliwe na nawet male zmiany parametrow zewn. (pol elektr. a, takze magnet. czy

temperatury). Na przyklad zjawisko zmiany dlugosci fali swiatla odbitego od cienkiej warstwy plynnego krysztalu (zmiana barwy tejze warstwy) pod

spodem wplywem odmian temperatury znalazlo zastosowanie w calej diagnostyce lekarskiej i przetwornikach obrazu. Zjawisko zmiany kierunku

polaryzacji promieni przechodzacego poprzez ciekly krysztal (zmiana natezenia i koloru swiatla) pod spodem wplywem odmian pola elektr. jest uzywane

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

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

makromolekul czy wirusow), zatem badania nad cieklymi krysztalami maja ogromne znaczenie dla rozwoju niektorych dziedzin medycyny (m. in.

wykorzystuje sie je w celu testowania lekow i w calej badaniach nad chorobami nowotworowymi).

Przykladowe specjalizacji zastosowan cieklych krysztalow.

Deski rozdzielcze w calej samochodach. Tablice ogloszeniowe np. kolejowe.

Zastosowanie cieklych krysztalow - monitory cieklokrystaliczne.

Fazy. Regula faz. Zasady konstrukcji diagramow fazowych.

Faza termodynamiczna

Faza termodynamiczna to czesc ukladu rownowagi jednorodna pod wzgledem fizycznym. Oddzielona jest od pozostalej czesci ukladu ewidentna granica

tak zwanym. powierzchnia rozdzialu, przy przekraczaniu ktorej forma termodynamiczny cialka, jego budowe chemiczny lub budowa ulepszaja sie w

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

kompatybilnosci sieci).

Uklady jednofazowe okreslane sa ukladami jednorodnymi (homogenicznymi). Z kolei uklady dwu- a, takze wielofazowe nazywa sie imieniem ukladow

niejednorodnych (heterogenicznych). 2-ie odmiany alotropowe tego danego pierwiastka zwaza sie za dwie rozmaite fazy. Roztwor stanowi jedna faze w

zakresie skladu zmieniajacego sie w calej sposob ciagly. W ukladach rownowagi byc moze wystepowac nieco faz, oznaczanych najczesciej literami

greckimi: alfa, beta, gamma.

Stopnie swobody

Stopnie swobody to sklad niezaleznych niestalych koniecznych a, takze wystarczajacych w celu opisania postaci ukladu fizycznego w wszelkiej chwili.

Cyfra stopni swobody (s) w calej przpadku ukladu termodynamicznego to liczba niezaleznych zmiennych (temperatura, cisnienie, entropia itd. ), ktore

odrzucic moga byc uwaznie okreslone. Sa w stanie natomiast przerabiac sie w calej okreslonym przedziale bez naruszenia liczby faz.

Liczba niezaleznych skladnikow (z) to najskromniejsza liczba detali, z jakich mozna konstruowac uklad robociarz.

Regula faz Gibbsa

Jest to zaleznosc wiazaca liczbe poziomow swobody (s) z iloscia (f) ewentualnych wspolistniejacych faz i iloscia (z) detali ukladu termodynamicznego,

ktory zlokalizowany jest w stanie rownowagi i w ktorym nie zachodza reakcje chemiczne. Oznacza to, iz w ustalonych warunkach termodynamicznych

sklad fazowy (ilosciowy seks miedzy fazami) pozostaje permanentny. Mozna to zapisac w calej nastepujacy strategia:

Regula faz Gibbsa jest podstawa konstrukcji diagramow fazowych. Okresla gdyz maksymalna cyfre faz majacych mozliwosc ze soba wspolistniec np. dla

ukladu jednoskladnikowego liczba faz znajdujacych sie w calej rownowadze kosztuje najwyzej trzy (np. woda, para wodna, lod).

Zasady konstrukcji diagramow fazowych

Budowa diagramow fazowych uzalezniona jest przede wszystkim od liczby poziomow swobody. Wobec:

·s=0 --> kontrakt jest niezmienny, jego rownowaga moze egzystowac tylko przy stalej temperaturze i okreslonym skladzie faz (na diagramie fazowym

punkt);

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

granicach cieplo lub budowe, ale tylko i wylacznie jednej fazy (na diagramie linia);

·s=2 --> uklad dwuzmienny, co oznacza, iz bez naruszania rownowagi ukladu mozna tutaj zmieniac w calej pewnych krawedziach temperature lub

sklad jakiejs fazy lub sklad dwoch faz, jednak bez odmian temp. (na diagramie plaszczyzna);

·s=3 --> na diagramie fragment objetosci, wykres rownowagi jest przestrzenny, obie osie wartosci i jedna temperatura (na diagramie objetosc).

Czesto stosowanym diagramem jest tzw. trojkat skladu, np. trojkat skladu porcelany.

Mozna wyroznic cztery rodzaje ukladow:

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

2. Uklad rownowagi fazowej z eutektyka (brak mozliwosci rozpuszczenia skladnika A w calej skladniku B, najczesciej tworza pierwiastki w duzym stopniu

rozniace sie wlasciwosciami).

trzy. Uklad sposrod ograniczona rozpuszczalnoscia w stanie nieustannym i eutektyka (tworza pierwiastki krystalizujace w calej roznych ukladach, badz w

calej tych samych, ale przy roznicy wielkosci atomow wiekszej niz 15%).

4. Uklad z perytektyka (tworza pierwiastki krystalizujace w calej roznych ukladach lub tych samych, lecz przy rozbieznosci wielkosci ziaren wiekszej niz

15%).

Surowce wielofazowe

W najwiekszym stopniu zlozona odmiana rzeczywistych surowcow sa surowce wielofazowe zlozone z duzej ilosci faz, rowniez krystalicznych a takze

bezpostaciowych. Wyobrazenie \"faza\" jest tu uzyte w znaczeniu raczej opisowym, a odrzucic termodynamicznym a, takze oznacza jednorodna pod

mikroskopem czesc wybudowania materialu. Pochodzace z tego sposobu okreslania skladu fazowego wywodzi sie takze nazwa mikrostruktura na

zdefiniowanie budowy surowca widocznej pod spodem mikrodkopem. W calej literaturze ceramicznej budowe te okresla sie tez slowem makrostruktura

lub tekstura. Regula faz jest sluszna dla faz, znajdujace sie w rownowadze, a wiec wtedy, gdy potencjal chemiczny dowolnego skladnika ukladu jest

jednakowy w wszelkiej fazie. Poniewaz rzeczywiste surowce wielofazowe niekoniecznie znajduja sie mogl rownowagi, totez nie mozna w celu nich

stosowac reguly faz w scislym tego slowa znaczeniu.

Wspolczesne materialy wielofazowe mozna podzielic na nastepujae grupy:

· Materialy ceramiczno-metaliczne tzw. cermetale;

· Surowce porowate;

· Wielofazowe surowce kombinowane, to znaczy kompozyty.

Cermetale

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

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

budowe jak i wlasciwosci.

Typowa mikrostruktura cermetali o roznych udzialach objetosciowych

faz metalicznych a, takze niemetalicznych.

Powyzsze rysunki portretuja mikrostrukture standardowych cermetali. W pierwszym sposrod rysunkow faza metaliczna (czarne pola) objeta jest poprzez

ciagla osnowe fazy ceramicznej (biale pola). Przy udziale objetosciowym stali bliskim 50% otrzymuje sie mikrostrukture jakby odrocona, gdzie faze ciagla

tworzy obecnie metal. Widac to na drugim sposrod powyzszych rusunkow. Odpowiednio ulepszaja sie i wlasciwosci cermetalu, oktorych decyduje

zwlaszcza faza nieprzerwana. Zmiany te moga wystapic, zaleznie od ksztaltu obrebow wystepowania poszczegolnej fazy, przy roznych udzialach

objetosciowych. Modelem moze byc zilustrowany ponizej cermetal Pb (czarne pola) - Ge (biale pola).

Mikrostruktura cermetalu Pb-Ge.

Przy miniaturowych udzialach olowiu obszary wystepowania fazy metalicznej (Pb) odgrywaja postac rozbryzganych kropel (prawy rysunek). Na skutek

tego kanaliki przewodzacej elektrycznie fazy Pb tworza faze ciagla aktualnie przy do niej udziale objetosciowym rownym 20%. Materialy wielofazowe o

mikrostrukturze podobnej w celu wystepujacej w calej cermetalach zyskuje sie tez bez detali metalicznych. Modelem moze byc weglik krzemu typu Refel,

w ktorym ziarna SiC powiazane znajduja sie przez male udzialy objetosciowe krzemu, a takze materialy, w ktorych ziarna SiC otoczone znajduja sie

warstewkami izolatora elektrycznego (BeO). Ten kolejny material laczy dobre przewodnictwo cieplne rowniez SiC a takze BeO, bedac przy tym

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

Cermetale otrzymuje sie zazwyczaj poprzez prasowanie a, takze spiekanie zmieszanych proszkow ceramicznych i proszkow metali. Najczestszymi

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

itd. Cermetale odznaczaja sie wielka twardoscia, ogniotrwaloscia, odpornoscia na chemikalia, jednak sa raczej kruche.

Zastosowanie cermetali: w celu wytwarzania ostrzy narzedzi skrawajacych, elementow turbin gazowych a, takze silnikow odrzutowych, czesci aparatury

chemicznej a takze oslon powietrza w dlawikach jadrowych.

Surowce porowate

Naczelna wazna grupe materialow wielofazowych o rozmyslnie uksztaltowanej mikrostrukturze stanowia surowce porowate, tj. materialy, w ktorych druga

faza jest gaz zawarty w calej porach. Celowosc wytwarzania tego rodzaju materialow wynika przede wszystkim sposrod zastosowania surowcow

ceramicznych w charakterze filtrow, cieplnych materialow izolacyjnych i powlok cieplochronnych, a takze do zamiarow izolacji dzwiekowej. Materialy

ceramiczne o rozmyslnie wyksztalconych porach znajduja interesujace zastosowania w calej medycynie, badz jako przegrody w ogniwach paliwowych

(porowaty AlLiO2). W stosunku do wymagan, udzial porow byc moze tu dojrzewac do 90% objetosciowych. Przez wzglad ma malutkie przewodnictwo

cieple gazow w zestawieniu z z ceramiczna faza trwala jest to korzystne dla zredukowania przewodnictwa cieplnego. Najczesciej produkowanym

rodzajem surowcow wielofazowych o zwiekszonym udziale objetosciowym porow sa surowce wytwarzane ogolnie przez prasowanie i spiekanie stalych

czastek (ziarn) pochodzenia naturalnego, o dosc wielkich rozmiarach ziarn (d> jednej μm). Surowce takie wskazuje sie materialami ziarnistymi. Rowniez

ze wzgledu na wariant surowca, a takze na pozadane wlasciwosci (stosunkowo dobra wytrzymalosc na naprezenia cieplne a, takze male przewodnictwo

cieplne przy niezbyt wysokich wymaganiach w odniesieniu do wytrzymalosci mechanicznej), w postaci tak zaawansowanej wytwarza sie materialow

ogniotrwalych, stosowanych w charakterze wykladziny przedmiotow cieplnych w calej metalurgii, przemysle cementowym itp. Udzial objetosciowy porow

w calej takich materialach dochodzi w celu 0, 3-0, 4, przy czym rozmiary porow sa przewaznie znacznie mniejsze od formatow duzych ziarn. Modele

takiego materialu, przede wszystkim przydatne dla oceny jego wlasciwosci maszynowych i cieplnych, mozna konstruowac ze zbioru kul, ulozonych w

rozmaity sposob, , ktorzy pokazano nizej.

Modele surowcow ziarnistych. Rozlozenie ziarn: a)luzne regularne, b)w pojedyncza szachownice,

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

W prawdziwych materialach ziarnistych musza zalegac obszary o roznym ulozeniu ziarn, od luznego w celu najgestszego piramidalnego lub

tetraedrycznego. Materialy komorkowe otrzymuje sie najczesiej poprzez wprowadzenie w celu materialu wypalajacych sie zalacznikow. Mozliwosc uzycia

tej kilku materialow porowatych w przypadku konstrukcji pracujacych pod spodem obciazeniami mechanicznymi jest obnizona, z uwagi na katalogow

mala wytrzymalosc mechaniczna a, takze odpornosc na pelzanie w calej podwyzszonych temperaturach. Znacznie lepszymi wlasciwosciami

mechanicznymi odznaczaja sie materialy piankowe. W chwili obecnej wolno je generowac praktycznie wraz z wszystkich z trudem topliwych substancji

ceramicznych, jezeli w toku wypalania materialu wykona sie wytyczne umozliwiajace wydzielanie sie gazow w kompletnej objetosci surowca znajdujacego

sie w stanie plastycznym. Szczegolnie drobnym przewodnictwem cieplnym i dobrymi wlasciwosciami mechanicznymi odznaczaja sie wegliki, wytworzone

w postaci surowcow piankowych. Wyjatkowa podgrupe sygnalizuja materialy piankowe wytwarzane sposrod mikrosfer, wytwarzajacych sie w calej lotnych

popiolach z elektrowni weglowych. Realna mikrostruktura surowcow komorkowych o niezbyt szlachetnej porowatosci zawiera nie przecinajace sie

nawzajem izolowane okresy. Model tak zaawansowanej mikrostruktury wolno wyprowadzic dzielac objetosc surowca na takie same rownoleglosciany

Fiodorowa (kubooktaedry). Wewnatrz kazdego z tych propozycji znajduje sie sferyczny por o promieniu r. Maksymalny udzial objetosciowy porow w

takowym modelu, odpowiadajacy punktowemu stykaniu sie porow wynosi Vp = 0, 678. W calej materialach piankowych mikrostruktura wyksztalca sie w

nastepstwie wydzielania sie gazow w calej calej objetosci uplastycznionego surowca. W zwiazku sposrod ta wyjatkowa cecha surowcow piankowych,

odrozniajaca je od materialow komorkowych jest to, iz nawet przy duzych udzialach objetosciowych porow, dochodzacych w celu 0, dziewiec - 0, 95,

okresy nigdy odrzucic schodza sie ze soba i oderwane sa od siebie membranami ciala trwalego o roznej grubosci, tworzacego ciagly schemat. Przy Vp <

0, cztery rzadko wystepujace pory wyksztalcaja sie pod postacia kulistych banieczek. Ze zwiekszeniem sie porowatosci, cisnienie gazu w znajdujacych

sie licznie, wobec tego bardziej takich samych do mojej dziurki porach, powoduje wzajemne dzialanie i wytworzenie wielosciennych porow.

Zastosowanie surowcow porowatych: w celu wyrobu opakowan, filtrow a takze jako izolatory w elektrotechnice i cieple materialy izolacyjne, powloki

cieplochronne, a takze w celu celow separacji dzwiekowej w calej budownictwie. Poza tym wykorzystywane znajduja sie w energetyce jadrowej (np. jako

przegrody w ogniwach paliwowych) a takze w medycynie i automatyce. jako izolatory w elektrotechnice i budownictwie, do towaru opakowan, stacji.

Rola surowcow ceramicznych w calej technice

Zazwyczaj terminem wyroby ceramiczne okresla sie materialy zdobyte przez wypalanie substancji mineralnych, czemu asystuja nieodwracalne reakcje

chemiczne. Obecnie do ceramiki zalicza sie niekiedy wszystkie te materialy, ktore nie znajduja sie metalami, polimerami lub kompozytami, a wiec tez

substancje nieorganiczne (do waznych materialow przylegaja polprzewodniki: german, krzem), organiczne, beton, diament, a nawet lod. Ze wzgledu na

wariant wystepujacych wiazan chemicznych rozroznia sie ceramike jonowa a, takze kowalencyjna. Surowce ceramiczne sa krystaliczne, po czesci

krystaliczne lub amorficzne (szkla ceramiczne). Czasami osobno wymienia sie szklo, aczkolwiek ogolnie uznaje sie je za podgrupe ceramiki. Materialy

ceramiczne naleza w celu najwczesniej uzytych przez jednostki.

Rys wiekopomny

Narzedzia krzemienne oraz surowce budowlane sposrod kamienia a, takze gliny byly wytwarzane aktualnie w czasach prahistorycznych. Naczynia

sposrod gliny rozpoczyto wypalac w porzadku. 8000 wielu lat p. n. e., strategia wytwarzania szkla odkryto w porzadku. 4000 wielu lat p. n. e., natomiast

betonu w czasach rzymskich. W pierwszej kolejnosci suszone cegly powstaly w calej starozytnym Synaju okolo 10-ciu tys. wielu lat temu. Nastepnie

pierwsze ceramiczne materialy wypalane powstawaly w calej starozytnim Babilonie ok. cztery tys. wielu lat p. n. e. Epoka sredniowiecza przyniosla

produkowane na skale masowa cegly wypalane oraz porcelane o kompletnie dobrych wlasnosciach (porcelana chinska, slynna porcelana japonska

sposrod Seto). Od chwili roku w porzadku. 1700 wytworczosc szlachetnej porcelany rozwija sie bardzo intensywnie na terenie Swiata (porcelana

misnienska, wiedenska, sewrska, berlinska).

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

Wiek 19 to epoka powstania a, takze rozwoju przemyslu ceramicznego, towarow ceramiki ogolnobudowlanej oraz surowcow ceramiki ogniotrwalej dla

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

wyzwanie dla nowych surowcow ceramicznych. Wynika ceramika osobliwa dla oryginalnych dziedzin metoda i nauczania. Ceramika zaczyna byc

stosowana w elektrotechnice, elektronice, energetyce jadrowej, a takze w samochodow i przemysle kosmicznym. Rowniez medycyna a, takze

biotechnologia osiagaja po wyjatkowe materialy ceramiczne.

Klasyfikacja surowcow ceramicznych

Surowce ceramiki kapitalnej opartej na 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.

piec. Materialy ogniotrwale dla przemyslu hutniczego.

6. Materialy scierne i odporne na scieranie.

Elektroceramika a, takze przykladowe specjalizacji zastosowan

jednej. Materialy dla elektrotechniki (izolatory wysokiego napiecia, osprzet energetyczny itd. ).

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

3. Wyroby ceramiczne elektrotermiczna (elementy grzejne, wykladziny izolacyjne itd. ).

cztery. Ceramika osobliwa (ceramika jadrowa, bioelementy, medycyna, przemysl obcy i motoryzacyjny).

Szybkoobrotowa tarcza scierna zrobiona z bardzo

twardej substancji ceramicznej - tlenku glinowego wypalanego w calej obecnosci spoiwa.

Rola surowcow ceramicznych w calej technice

W ciagu wiekow obreb zastosowan ceramiki poszerzal sie ze wzgledu na do niej duza wytrzymalosc termiczna a, takze chemiczna, specyficzne

wlasciwosci elektryczne, duza trwalosc i wytrzymalosc. Materialy ceramiczne sa w dodatku latwo do kupienia i wzglednie tanie. Uzywa sie te rolety

zarowno w charakterze tworzywa konstrukcyjne (zwlaszcza na elementy konstrukcji narazonych na dzialanie szlachetnej temperatury, jakim sposobem

silniki, turbiny gazowe), jak tez materialy efektywne. Specjalne surowce ceramiczne znajduja sie wytwarzane sposrod otrzymywanych syntetycznie

tlenkow (gl. glinu, cyrkonu), azotkow (np. krzemu, boru, tytanu, glinu), weglikow. Proszki tych zwiazkow zageszcza sie i spieka w szlachetnej

temperaturze a, takze pod ogromnym cisnieniem. Naprawde uzyskane surowce odgrywaja ogromna role w calej technice, metrow. in. w charakterze

warstwy (np. z weglikow spiekanych lub diamentowe, nakladane na rdzenie metalowe dla zwiekszenia katalogow stabilnosci termicznej, odpornosci na

zuzycie a, takze korozje), w charakterze materialy scierne, jako surowce do produkowania biokompatybilnych implantow (np. sposrod tlenku glinu, Al2O3,

lub hydroksyapatytu, Ca10(PO4)6(OH)2).

Materialy ceramiczne stosowane w calej mikroelektronice odgrywaja wyjatkowe znaczenie, ich cena stanowi w porzadku. 80% ogolnej wartosci robionych

obecnie surowcow ceramicznych. W szerokim zakresie sa uzywane ceramiczne surowce polprzewodnikowe, znajduja sie z tych propozycji wytwarzane

metrow. in.: diody, fotodiody, tranzystory, lasery, akumulatory sloneczne. Dazy sie w celu uzyskania nadprzewodnikow wysokotemperaturowych, sposrod

ktorymi wiaze sie nadzieje na ogromny rozwoj techniczny. Wlasciwosci nadprzewodnikowe wykazuja niektore surowce ceramiczne. W zestawieniu z z

nadprzewodnikami metalicznymi odznaczaja sie ow lampy znacznie lepsza temperatura krytyczna Tc, przekraczajaca juz w duzym stopniu 100K, np.

zwiazek o wzorze HgBa2Ca2Cu3O8 ma Tc = 135 K. Poniektore zwiazki calosciowe o jakosciach donorowo-akceptorowych wykazuja tak wielka

przewodnosc elektryczna, ze zdaja sie byc nazywane metalami organicznymi.

Szklo bylo a, takze nadal jest stosowane zwlaszcza ze wzgledu na swe wlasciwosci optyczne, ale istotne sa tez takie jego cechy, jakim sposobem:

stabilnosc termiczna, odpornosc chemiczna, trwalosc a, takze mala przewodnosc elektryczna. Nadrzednym skladnikiem szkla jest krzemionka, ktora na

stopieniu a, takze ochlodzeniu dzierzy cechy amorficznego ciala trwalego, ale w istocie jest ciecza o bardzo duzej lepkosci. Wlasciwosci szkla zaleza w

duzym stopniu od jakosciowego i ilosciowego skladu chemicznego: rodzaju a, takze zawartosci kationow metali, przewaznie sodu, a takze potasu,

wapnia, cynku, olowiu i in. skladnikow. Za sprawa zmiane skladu mozna w calej pewnym stopniu wplywac na wartosc wspolczynnika zalamania a takze

absorpcji promieni o okreslonej dlugosci fali. Oprocz szkla okiennego, elektrotechnicznego i laboratoryjnego coraz obszerne zastosowanie mieszcza sie

wlokna szklane. Doklada sie staran, by opanowac rodzaje wytwarzania wlokien niezbednych w celu zbrojenia kompozytow narazonych na dzialanie w

duzym stopniu podwyzszonej temperatury. Obecnie znajduja sie juz popularne wlokna stabilne termicznie w celu temperatury 1000-12000C (Si-C,

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

polikarbosilanow lub polikarbosilazanow. Swiatlowody z wlokien szklanych, z uwagi na wielokrotnie wieksza gestosc komunikatu informacji w zestawieniu

z z kablami miedzianymi, sa niewatpliwie uzywane coraz powszechniej zamiast typowych kabli telefonicznych. Nowe ewentualnosci sterowania wiazka

swiatla otworzyly sie dzieki poznaniu optyki nieliniowej; optyczne zjawiska nieliniowe wystepuja w momencie krysztalow niektorych soli nieorganicznych,

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

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

glinokrzemiany, weglany wapnia a, takze magnezu, sadze, grafit) zamieszczane w wielkich ilosciach w celu elastomerow dla obnizenia nakladow

pienieznych wytwarzania produktow lub nadania im zbawiennych wlasciwosci. W calej technice zapisu i odtwarzania informacji istotne znaczenie

odgrywaja materialy ceramiczne o jakosciach magnetycznych, np. tlenek zelaza Fe2O3, chromu CrO2, ferryt barowy. Wyjatkowe materialy ceramiczne o

jakosciach piezoelektrycznych (cyrkonian i tytanian olowiu, PbZrO3 i PbTiO3), ferroelektrycznych, tez 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 duzej ilosci ukladach komputerowych.

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

wilgotnosci, cisnienia, temperatury, masy probki, natomiast stosowane w calej nich surowce sa zaliczane do tak zwanym. materialow pojetnych. W istocie

zawsze sa to zlozone uklady zdolne w celu rozpoznawania bodzcow zewnetrznych a, takze po katalogow zanalizowaniu w celu reagowania w calej

odpowiedni strategia. Sygnaly sposrod czujnikow docieraja do analizatora, ktory w zaleznosci od efektow analizy transmituje polecenie w celu zespolu

kontrolnego i rownolegle wyswietla te rolety na monitorze monitora. Zespol kontrolny uruchamia zespol wykonawczy. Uklady bystre sa uzywane m. in. do

operowania procesami produkcyjnymi i sledzenia warunkow korzystania z maszyn. Sluzace do ceramiki nalezy nader relewantna grupe surowcow,

ktorych podstawowym skladnikiem jest wegiel. Zawsze sa to przede wszystkim wlokna weglowe, pewnie najlepsze zbrojenie kompozytow polimerowych,

o bardzo duzej odpornosci chemicznej a, takze termicznej. W stosunku do tego jakimi wlasciwosciami musi sie odznaczac kompozyt stosuje sie jedna z

dwoch nadrzednych odmian wlokien weglowych: o wysokim module Younga (modul sprezystosci podluznej) lub o duzej wytrzymalosci. Rozne odmiany

sadzy, o rozmiarach czastek w granicach 10-ciu 500 nm i przestrzeni wlasciwej piec 300 m2/g sa zwyczajnie stosowane w charakterze napelniacze

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

jest odmiana wegla krystalizujaca w calej ukladzie heksagonalnym, o organizacji warstwowej. Kolejne warstwy, zbudowane z szescioczlonowych

pierscieni weglowych, sa scalone nielicznymi wiazaniami chemicznymi a, takze latwo ulegaja przesunieciu aspektem siebie pod spodem wplywem

naprezen stycznych. W konsekwencji grafit przejawia, podobnie jak siarczek molibdenu MoS2, wlasciwosci smaru stalego, jest ponadto bardzo odporny

chemicznie i termicznie, dobrze przewodzi prad elektryczny. Jest stosowany do produkowania uszczelnien, tygli, elementow przewodzacych prad

elektryczny, jako smar staly lub, w postaci koloidalnej, dodatek w celu olejow smarowych. Diament jest krystaliczna odmiana wegla o budowie

harmonijnej. Oszlifowane diamenty (brylanty) tradycyjnie stanowia najcenniejsza ozdobe. Obecnie diamenty, rowniez naturalne (drobne, czesto

zanieczyszczone), jak i uzyskiwane syntetycznie, znajduja sie coraz powszechniej wykorzystywane w calej technice (glownie w postaci proszkow lub

warstw nakladanych, np. na rdzenie metalowe) w celu produkcji narzedzi skrawajacych, sciernych, wiertel, w charakterze zabezpieczenie implantow itd.

Nader interesujaca kondycje i wlasciwosci maja fulereny (fullereny) czasteczki wegla o regularnej organizacji przestrzennej (kuliste lub walcowe),

zbudowane sposrod kilkudziesieciu w celu kilkuset atomow wegla. Szanse wystepowania wegla w takiej formie przewidywano aktualnie w latach

siedemdziesiatych 20 wieku, jednak pierwszy sposrod calej bliskich fuleren C60 zostal odkryty w 1985 r. Pomimo intensywnych testowan wlasciwosci

fulerenow nie sa dotychczas calkiem poznane a, takze czasteczki te nie odebraly do tej pory naprawde szerokiego uzycia jak sie poczatkowo

spodziewano. Wiadomo aktualnie, ze moga one wykonywac funkcje nosnikow ladunku, selektywnych sorbentow, stabilnych smarow, przejawiaja

wlasciwosci ferromagnetyczne, moga byc uzywane w ukladach optyki nieliniowej, rysuja sie perspektywy osiagniecia fulerenowych nadprzewodnikow.

Poznanie wlasciwosci i przydatnosci technicznej roznych postaci wegla jest nader wazne gdyz uwaza sie, ze na wyczerpaniu zapasow ropy naftowej

bedzie to podstawowy surowiec, od ktorego racjonalnego wdrozenia zalezec sa mozliwosci dalszego rozwoju terazniejszej cywilizacji.

Porcelana

Porcelana (ceramika) to wariant wyrobow ceramicznych o czerepie bialym, spieczonym, nieprzepuszczalnym dla wody a, takze gazow, przeswiecajacym

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

takze miekka. W calej sklad porcelany twardej trafia 40-60% kaolinu (nie wiecej niz 20% kaolinu dopuszczalny zastapione glina wypalajaca sie na bialo),

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

30-45% kwarcu a, takze 25-40% skalenia.

Trojkat skladu

Porcelana odznacza sie jej osoba duza trwaloscia mechaniczna, dobrymi wlasciwosciami dielektrycznymi, jest bardzo malo nasiakliwa (porowatosc

otwarta do 0, 5%) a takze odporna na dzialanie powodow chemicznych. stosuje sie ja do wytworczosci wysokonapieciowych izolatorow, ksztaltek

izolacyjnych, sprzetu laboratoryjnego, naczyn stolowych i produktow artystycznych. Porcelana miekka dzierzy mniejsza trwalosc mechaniczna a, takze

gorsze wlasciwosci dielektryczne niz porcelana twarda, odznacza sie natomiast wieksza przeswiecalnoscia a, takze biela. Okazuje sie byc stosowana w

celu produkcji produktow artystycznych, ekonomicznych oraz izolatorow niskonapieciowych.

Formowanie do wypalania wyrobow ceramicznych.

Technologia wytworczosci porcelany jest podobna w celu produkcji fajansu, jednakze w momencie porcelany surowce musza istniec czystsze a, takze

drobniej zmielone. Temperatura wypalania surowych, odrzucic szkliwionych produktow porcelanowych kosztuje 920-9800C, produktow szkliwionych

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

szkliwa skaleniowe. Wyroby sposrod porcelany zdobi sie na ogol farbami naszkliwnymi, gdyz wieksza czesc farb ceramicznych w szlachetnej temperaturz

wypalania ulega uszkodzeniu. Porcelana pozostala wynaleziona w calej Chinach w calej 1 polowie VII wieku n. e.

Reakcje zachodzace podczas wypalania czerepu porcelany

Surowce w celu produkcji porcelany to:

· kwarc - SiO2;

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

· skalen (glinkokrzemian potasu, sodu).

1 etap opiera sie na podgrzewaniu kaolinitu w celu temperatury w porzadku. 5000C W rezultacie reakcji chemicznej nastepuje osuszanie, dehydryzacja

(wydzielenie sie wody) oraz wzrasta metakaolinit.

dwoch[Al2O3*2SiO2*2H2O] -—> 2Al2O3*4SiO3 plus 4H2O

Dalszy etap przebiegu to podgrzanie metakaolinitu w celu temperatury w porzadku. 800-9000C. W calej tej temperaturze nastepuje rozklad metakaolinitu

na tlenki skladowe, a glownie wydziela sie dwutlenek krzemu.

2Al2O3*4SiO3 -—> 2Al2O3*3SiO2 + SiO2

Trzeci cykl procesu wiaze sie z podgrzaniem mieszanki w celu temp. w porzadku. 1200 0C. Tu zachodzi miekniecie skalenia, jego przejscie do fazy

cieklej a takze powstaje mulit. Mulit dzierzy postac ciekich, iglowatych krysztalow tworzacych schemat.

3Al2O3*2SiO3 -—> 3Al2O3*2SiO2 + O2

Powyzej 1200 0C lepkosc szkla szkla skaleniowego kurczy sie, zmienia sie jego budowe. W wyniku przebiegu technologicznego zachodzi zblizenie

czastek kwarcu, nadtapianie ziaren a, takze powstaja zarodki mulitu. Im wieksza goraczka tego etapu, tym trwalosc porcelany jest lepsza, jednak

pogorsza sie jej wyglad. Dlatego, takze w przypadku porcelany stolowej wypalanie przeprowadza sie dwukrotnie. 1 raz w calej nizszej temperaturze na

biskwit, i drugi raz w podwyzszonej temperaturze wraz z szkliwem.

Wyroby ceramiczne uzytkowa. Wyroby ceramiczne uzytkowa.

Polporcelana

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

otwarta do 0, 8%, na ogol jest pokrywana szkliwem. Technika otrzymywania jest zblizona w celu technologii wytworczosci porcelany, jakkolwiek

temperatura wypalania (1300-13500C) jest ok. 1000C nizsza niz temperatura wypalania porcelany twardej, a uzyte do towaru porcelitu surowce moga

byc slabszej jakosci. Porcelit w porownaniu sposrod porcelana dzierzy mniejsza trwalosc na zginanie oraz nieprzeswiecajacy czerep. Pochodzace z

polporcelany sporzadza sie garnki stolowe, wyroby sanitarne, natomiast wyroby sposrod porcelitu na ogol sa zdobione ciemnym szkliwem.

Naczynia porcelitowe kolorowe. Naczynia wykonane sposrod porcelitu transparentnego.

Fajans

Fajans jest wariantem wyrobow ceramicznych o porowatym czerepie, barwie od bialawej do jasnokremowej, a nawet (zaleznie od liczbie zelaza w calej

surowcach) czerwonorozowej. We wspolczesnym przemysle ceramicznym w zaleznosci od uzytych materialow i wielkosci spieczenia rozroznia sie dwie

rodzaje fajansu: fajans twardy (skaleniowy) o 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 w calej mlynach skalenie, kwarc a, takze marmur miesza sie sposrod

woda a, takze glina, natomiast nastepnie odfiltrowuje tak, by zawartosc nawadniania w masie wynosila w porzadku. 25%. Pochodzace z ujednorodnionej

masy formuje sie wyroby swoja reka albo mechanicznie (formierskie maszyny) lub odlewa w postaciach gipsowych (masy do odlewania maja w porzadku.

35% nawadniania i w porzadku. 0, 2% np. sody lub szkla wodnego, zwiekszajacych jej plynnosc). Uformowane wyroby suszy sie i wypala w temp.

1080-11800C. Towary te zdobi sie podszkliwnymi farbami ceramicznymi i szkliwi sie szkliwami borowymi lub borowo-olowiowymi. Towary szkliwione

wypala sie jeszcze raz w temp. 920-12000C. Dzis z fajansu szkliwionego sporzadza sie garnki domowego wykorzystywania, plytki scienne, wyroby

artystyczne, dawniej tez wyroby kanalizacyjne. Z fajansu nieszkliwionego tworzy sie filtry samochodowe bakteriologiczne a, takze przegrody w celu

elektrolizerow.

Ceramiczne materialy remontowo-budowlane

Ceramika ogolnobudowlana to surowce budowlane formowane z mikstury, ktorej podstawowym skladnikiem jest glina, suszona i wypalana. Rozroznia

sie: ceramike budowlana o czerepie porowatym, wypalana w temp. 800-9000C, o porowatosci 5-20%, ogniotrwala (cegly szamotowe a, takze dynasowe),

polszlachetna i szlachetna (plytki scienne szkliwione, fajansowe i porcelanowe wyroby sanitarne), dekoracyjna (cegly dekororacyjne, kafle). Ponadto

stosuje sie ceramike budowlana o czerepie spieczonym, zwartym, wypalana w temp. powyzej 11000C, o porowatosci ponizej 5% (klinkierowe cegly bud.

a, takze drogowe, plytki podlogowe a, takze scienne plytki kamionkowe, kamionkowe rury kanalizacyjne).

Ekologiczne cegly klinkierowe.

Z punktu widzenia zastosowan budowlanych niezmiernie zasadniczym produktem ceramiki budowlanej jest cegla. Na ogol formowana w calej ksztalcie

prostopadloscianu o znormalizowanych wymiarach sposrod gliny, piasku, cementu lub innych materialow mineralnych. Nastepnie poddawana procesom

wypalania dla uzyskania szlachetnej wytrzymalosci mechanicznej i odpornosci na wplywy czynnikow atmosferycznych. Ze wzgledu na zastosowany

material a, takze przeznaczenie rozrozniamy cegly:

· ceramiczne, cegly otrzymywane w danym etapie wypalania surowca, ktorego podstawowym skladnikiem jest glina;

· dziurawki, cegly ceramiczne o wysokich parametrach izolacyjnych, posiadajace poprzeczne lub podluzne wloty przelotowe;

· kominowe, cegly ceramiczne sposrod otworami lub bez, o ksztalcie wycinka pierscienia kolka (wykorzystywane w celu budowy okraglych kominow

wolnostojacych);

· kratowki, cegly ceramiczne z wentylami prostopadlymi w celu podstawy, o dobrych wlasnosciach termoizolacyjnych a, takze duzej wytrzymalosci na

sciskanie (stosowane w celu budowy tapet zewnetrznych);

· szamotowe, cegly ceramiczne zapisane z szamotu i glinki ogniotrwalej, moga wystepowac pod postacia standardowych bloczkow lub innych 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 a, takze mniszka);

· plytki scienne, posadzkowe a, takze 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 znaczenie w przemysle hutniczym. Kryteria podzialu.

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

odznaczaja sie rowniez ogromna ogniotrwaloscia pod spodem obciazeniem, odpornoscia na dzialanie wielu powodow chemicznych, drobnym

wspolczynnikiem rozszerzalnosci termicznej, odpornoscia na nieoczekiwane zmiany temperatury oraz drobnym przewodnictwem cieplnym. Do towaru

materialow ogniotrwalych sa wykorzystywane przewaznie prawdziwe surowce mineralne zawierajace zwiazki chem. o wysokiej temp. topnienia

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

uzyciu specjalnym wykorzystuje sie tez surowcow syntetycznych, jak wegliki, azotki a takze borki niektorych metali, np. krzemu, cyrkonu, glinu.

Rozbior ceramicznych surowcow ogniotrwalych

Rozbior ze wzgledu na ogniotrwalosc mierzona za posrednictwem stozkow pirometrycznych:

· surowce ogniotrwale (temperaturowu zakres wdrozen 1500-17700C);

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

· surowce o najsolidniejszej ogniotrwalosci (temperaturowu zakres wdrozen powyzej 20000C).

Podzial z uwagi na technologie wytworczosci:

· surowce z mas plastycznych;

· materialy sposrod mas sypkich;

· surowce z mas lejnych;

· materialy sposrod mas termoplastycznych;

· surowce prasowane na goraco.

Rozbior ze wzgledu na porowatosc:

· przede wszystkim zwarte (porowatosc otwarta w celu 3%);

· wysoko zwarte;

· zwarte;

· o niskiej zwartosci (porowatosc otwarta powyzej 45%).

Podzial z uwagi na rodzaj obrobki:

· surowce niewypalane;

· materialy obrabiane cieplnie;

· materialy wypalane;

· surowce topiono-odlewane;

Masy glinokrzemianowe.

Rozbior ze wzgledu na budowe chemiczny:

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

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

· materialy (karbokorundowe, cyrkonowe, itp. ).

Szamot odlewniczy.

Istotnosc ceramicznych surowcow ogniotrwalych w calej przemysle hutniczym

Do najwazniejszych zastosowan surowcow ceramicznych w calej przemysle hutniczym mozna zaliczyc:

· budowa wielkiego kotla,

· nagrzewnice dmuchu ogromnego pieca,

· mieszalniki surowki;

· czesci piecow martenowskich,

· czesci piecow elektrycznych,

· czesci piecow szklarskich,

· czesci urzadzen w celu odlewu stali;

· wykladziny konwektorow;

· tygle.

Elektroceramika

Elektroceramika to materialy a, takze wyroby ceramiczne stosowane w calej elektrotechnice, elektronice i elektrotermii ze wzgledu na katalogow

wlasciwosci (duza rezystywnosc a, takze wytrzymalosc elektryczna, mala stratnosc elektr., ogniotrwalosc itp. ). Moga byc dielektrykami,

polprzewodnikami jon. lub superjonowymi. Do najczestszych zastosowan wolno 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);

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

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

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

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

Najbardziej chodliwa ceramika elektrotechiczna jest steatyt oraz porcelana elektrotechniczna.

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

stratnosc dielektryczna a takze duza trwalosc elektryczna. Moze stac sie stosowany w calej wysokiej temperaturze oraz przy wielkich czestotliwosciach.

Jego slaboscia jest ale juz duza kruchosc i slaba odpornosc na wstrzasy cieple. Jest stosowany do wytworczosci elementow izolacyjnych,

konstrukcyjnych. Niejednokrotnie znajduje uzycie w zespolach radiotechniki a, takze elektroniki dzialajacych w stabilnych temperaturach, lecz przy

wspanialych czestotliwosciach a, takze pod wielkimi napieciami. Profesjonalnego steatyt jest wykorzystywany w charakterze dielektryk ceramiczny I typu.

Porcelana elektrotechniczna to wariant porcelany twardej o uwaznie spieczonym czerepie koloru bialego lub bialego z odcieniem kremowym. W calej

sklad masy do wytworczosci tej porcelany wchodza glownie: kaoliny sposrod domieszka gliny plastycznej, drobno zmielony kwarc, skalen, korund itp.

Czynnikiem majacym wyrazny wplyw na wlasciwosci elektryczne porcelany jest zawartosc K2O oraz Na2O w skaleniu (wieksza rezystywnosc uzyskuje

sie przy nizszej zawartosci Na2O). Z porcelany elektrotechnicznej robi sie izolatory nisko- a, takze wysokonapieciowe dla pradow nieduzej czestotliwosci.

W calej sklad produktow z porcelany elektrotechnicznej wkraczaja przede wszystkim izolatory wysokiego stresu. I w tym miejscu rozroznia sie liniowe,

pniowe, wiszace, wsporcze oraz przepustowe.

Dielektryki ceramiczne

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

pojeciem dielektrykow ceramicznych rozumie sie popularne surowce elektroizolacyjne, ceramiczne. Dielektryki ceramiczne maja wielka wytrzymalosc

elektryczna, duzy opor wlasciwy (rezystancje wlasciwa), drobny wspolczynnik klesk dielektrycznych, rozmaita przenikalnosc elektryczna. Ponadto

charakteryzuje je rozlegla wytrzymalosc mechaniczna, wysoka wytrzymalosc i rozlegla ognioodpornosc zwykla. Zaleznie od wlasciwosci fizycznych

odpowiadajacych przeznaczeniu do wytworczosci roznych produktow dielektryki ceramiczne dzieli sie na dielektryki I a, takze II typu.

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

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

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

steatytowa. Dielektryki ceramiczne I typu sa najczesciej stosowane w calej kondensatorach niskonapieciowych o dyspozycji biernej w celu 200 W calej.

Ponadto odebraly zastosowanie w calej obwodach rezonansowych, do kompensacji cieplnej obwodow radiotechnicznych a takze do kondensatorow

wysokonapieciowych, kondensatorow mocy a takze impulsowych o malych pojemnosciach.

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

Oparte sa na materialach ferroelektrycznych o duzej przenikalnosci elektrycznej. Zawieraja domieszki pozwalajace zdobyc najbardziej plaski przebieg

mozliwosci e=f(T), mniejsza stratnosc, wieksza rezystywnosc, wieksza 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 kilku IIA a, takze IIF. Dielektryki typu

IIA i IIB oparte na tytanianie baru maja drobna wzgledna przenikalnosc elektryczna - ok. tysiac i drobna stratnosc. Dielektryki IIC a, takze IID oparte na

spiekach BaTiO3 sposrod domieszkami odgrywaja przenikalnosc rzedu 2000-5000 a, takze 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, kolejny;

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

Czasami sa tez produkowane wyjatkowe kondensatory sposrod dielektykiem o przenikalnosci elektrycznej wzglednej wyzej 10000.

Towary steatytowe.

Piezoelektryki

Zjawisko piezoelektryczne

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

spodem wplywem sciskania lub cwiczen wzdluz jakiejs z osi krystalograficznych. O ile plytke plasko-rownolegla o okreslonej orientacji krystalograficznej

wycieta sposrod krysztalu piezoelektrycznego, podda sie mech. odksztalceniom, to na przeciwleglych do niej sciankach wychodza roznoimienne ladunki

elektryczne. Jest to tzw. zwykle zjawisko piezoelektryczne. Jesli ale juz plytke umiesci sie w calej zewnetrznym polu elektrycznym to ulega jej osoba

odksztalceniu pod spodem jego wplywem. Jest to tak zwanym. odwrotne wydarzenie 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. Okazuje sie byc wykorzystywana w celu przetwarzania napiec i impulsow mechanicznych w calej elektryczne a, takze odwrotnie (piezoelektronika).

Piezoelektrycznosc odkryli w rok 1880 fizycy francuzcy Pierre i Paul Curie.

Wszelkie materialy mogl ferroelektrycznym znajduja sie jednoczesnie piezoelektrykami. Ze wzgledu na symetrie krysztalow piezoelektryki naleza w celu

rodziny krysztalow niecentrosymetrycznych, tzn. nie majacych srodka symetrii. Krysztaly niecentrosymetryczne wchodza w calej 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 ladunku na sciankach krysztalu (polaryzowaniu sie bryly dielektryka w calej okreslonym

kierunku) pod wplywem naprezenia mechanicznego. W krysztalach niecentrosymetrycznych naprezenia mechaniczne moga wywolac polaryzacje (np. w

calej kwarcu) lub zmiane polaryzacji spontanicznej (w ferroelektrykach). Polaryzacja wytworzona w calej krysztale pod spodem wplywem naprezen

mechanicznych swiadczy liniowa funkcje tych naprezen. Rownaniem opisujacym prosty skutek piezoelektryczny jest:

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

opisujacym prosty skutek piezoelektryczny jest:

W zaleznosci od kierunku zmian skladowej polaruzacji - kierunku wektora polaryzacji aspektem kierunku dzialania naprezen zewnetrznych mozna

rozroznic zjawisko piezoelektryczne poprzeczne a, takze podluzne. Kiedy kierunek odmian skladowej polaryzacji Pi w calej prostym zjawisku

piezoelektrycznym jest prostopadly w celu kierunku dzialania zewnetrznych naprezen mechanicznych, wtedy obserwowane wydarzenie nazywane jest

poprzecznym zjawiskiem piezoelektrycznym. Jakkolwiek jezeli kierunek zmian skladowej polaryzacji Pi jest rownolegly do kierunku dzialania naprezen, to

zjawisko takiego typu jest okreslane mianem podluznego zjawiska piezolektrycznego. W krysztalach centrosymetrycznych kazde kierunki znajduja sie

niepolarne, dlatego tez niedobor w tych propozycji efektu piezolektrycznego, a kazde skladowe tensora modulow piezoelektrycznych rownaja sie zeru. W

calej krysztalach niecentrosymetrycznych, wykazujacych anizotropie wlasciwosci, w teorii tensor dijk moze miec 18 skladowych, lecz zaleznie od rodzaju

symetrii krysztalu, wobec tego od jego klasy krystalograficznej, pewna cyfra tych skladowych moze byc prosta zeru.

Piezoelektryki ceramiczne

Wyroby ceramiczne piezoelektryczna jest materialem drobnokrystalicznym zlozonym sposrod krysztalow ferroelektrycznych, ktore maja kondycje

domenowa o okreslonych kierunkach polaryzacji.

Zwazywszy na wlasciwosci piezoelektryczne wszystkie ferroelektryki mozna podzielic na obie grupy. Sluzace do pierwszej kilku zaliczane znajduja sie te

ferroelektryki, ktore wyzej temperatury Curie traca wlasciwosci piezoelektryczne. Zwyklym przykladem te ferroelektryka jest BaTiO3, ktory to w

temperaturze Tc = 120 0C przechodzi wraz z stanu ferroelektrycznego (uklad tetragonalny, niecentrosymetryczna wytwornosc symetrii cztery mm) w calej

stan paraelektryczny (uklad systematyczny, centrosymetryczna wytwornosc symetrii trzy mm). Sluzace do drugiej kilku wchodza ferroelektryki, ktore a,

takze w fazie paraelektrycznej znajduja sie piezoelektrykami. Modelem takiego ferroelektryka jest sol Seigetta\'a. W calej krysztale ow wlasciwosci

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

dolnego punktu Curie oraz wyzej gornego punktu Curie sol Seigetta\'a wciaz wykazuje wlasciwosci piezoelektryczne, wbrew iz zlokalizowany jest w fazie

paraelektrycznej (uklad rombowy, niecentrosymetryczna wytwornosc symetrii 222).

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

niobianow itp. baru, olowiu lub cyrkonu. Czasteczki tych ferroelektrykow odgrywaja budowe jonowa, ulegaja totez 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. Tworza sie ow lampy z mikrokrysztalow typowych dla struktury ceramiki. Spontanicznie spolaryzaowane obszary

podstawowe (domeny) czerwca rozmiary mniejsze od mikrokrysztalow. Poprzez dobry dobor detali mozna zdobyc optymalna wzor parametrow surowca

od temperatury, z zachowaniem wlasciwosci piezoelektrycznych. W celu osiagniecia wlasciwosci piezoelektrycznych ferroelektryczna ceramike poddaje

sie aktywacji w calej stalym polu elektrycznym, to znaczy poprzez polaryzacje.

Wskutek egzystencji fazy bezpostaciowej i przestrzennego rozkladu krystalitow, procesy polaryzacji ceramik znajduja sie znacznie w wyzszym stopniu

skomplikowane niz polaryzacja krysztalu. Proces polaryzacji i stabilnosc stanu spolaryzowanego maja ogromne znaczenie pozyteczne. W przetwornikach

piezoelektrycznych nieodzowne jest uzycie materialu spolaryzowanego, a prace przetwornika znamiennie okresla stabilnosc polaryzacji. Przylozenie

silnego pola elektrycznego, nie liczac przeorientowania domen, wywoluje polaryzacje ladunku przestrzennego zarowno w calej krystalitach, takze fazie

bezpostaciowej miedzy krystalitami.

Zastosowania piezoelektrykow ceramicznych

Sposoby zastosowania piezoelektrykow ceramicznych wolno podzielic na trzy podstawowe grupy:

jednej. Przetworniki sily mechanicznej w calej elektryczna:

·akcelerometry (czujniki w celu pomiaru przyspieszen) np. w calej poduszkach napowietrznych.

·detonatory a, takze zapalniki frachtow wybuchowych.

·zapalarki do gazu.

·mikrofony a, takze hydrofony (do zapisu dzwieku pod woda).

2. Przetworniki energii elektrycznej w calej mechaniczna:

·aparaty sluchowe.

·mikropompy medyczne.

·glosniki wysokich czestotliwosci.

·hydrolokatory.

·pluczki ultradzwiekowe.

trzy. Przetworniki energii elektrycznej w mechaniczna i na odwrot:

·ultradzwiekowe wyposazenia regulacji obiegu.

·transformatory piezoelektryczne.

·filtry.

Wyroby ceramiczne PZT

Wyroby ceramiczne PZT jest oparta na spiekach tytanu i cyrkonianu olowiowego. Jakosci tej ceramiki w znacznym stopniu zaleza od metoda

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 detali wyjsciowych a takze modyfikatora.

·Otrzymuwanie ceramiki PZT ze zmielonych i zmieszanych w odpowiednim stosunku ceramik PBTiO3 a, takze PBZrO3 sposrod ewentualnym

suplementem modyfikatorow.

1 sposob nastepuje wedlug nastepujacej reakcji w calej fazie stabilnej:

0, 94 PbO plus 0, 06 SrCO3 plus 0, 53 ZrO2 plus 0, 47 TiO -—> Pb0, 94Sr0, 06(Zr0, 53Ti0, 47)O3

Moderatorem jest w tejze reakcji stront.

Druga sposrod metod opiera sie na dokladnym rozdrobnieniu a, takze zmieszaniu ceramik PBTiO3 a, takze PBZrO3, natomiast nastepnie dwukrotnym

spiekaniu w calej temperaturze 11500C i 12000C. Technologia te otrzymano tez ceramiki sposrod modyfikatorami. Sprawdzono wyrazna wzor pomiedzy

iloscia i wariantem modyfikatora, natomiast optymalna temperatura spiekania. Aby obnizyc parowanie olowiu sposrod probek a takze zlagodzic

powiazane z ow odstepstwa od stechiometrii, sztuki spiekano w calej grubosciennym tyglu z gliny ogniotrwalej. W calej tyglach uieszczono dodatkowo

mieszanke PbO plus PbO2, natomiast jako podsypke zastosowano ZrO2. Do spiekania ceramiki PZT nie wskazane jest uzywac tygli platynowych,

poniewaz wystepuja trudnosci z danie jej szczelnosci tygla oraz wydarzenie sublimacji platyny i do niej dyfuzji w celu wnetrza sztuki w wysokich

temperaturach.

Technika otrzymywania ceramiki PZT metoda goracego prasowania opracowana w calej Uniwersytecie w calej Rostowie przedstawia sie w calej sposob

nastepujacy. Zmieszane w calej ilosciach stechiometrycznych suche proszki wyjsciowe sposrod dodatkiem modyfikatora formuje sie w pastylki na

fizycznej prasie hydraulicznej, nie dodajac lepiszcza. Wylacznie scianki matrycy przeciera sie olejem parafinowym. Cisnienie prasowania wynosi plus

minus 50 kG/cm2. Sprasowana pastylke umieszcza sie w tulei stalowej, obsypujac ja mieszanka korundu a, takze specjalnej gliny. Calosc sposrod obu

witryn www jest sciskana przez sworznie korundowe. Ciezarki i seks ramion galce dobrano naprawde, aby napor na sworzen wynosil w porzadku. 200

kG. Po wlaczeniu grzania goraczka w komorze rosnie galopem i osiaga ok. 11000C w ciagu 20-25 min. W taki sposob uzyskuje sie probki o srednicy

jedenastu mm a, takze grubosci cztery mm. Wobec wiekszych probkach nalezy obnizac predkosc postepu temperatury. Pomiar i regulacja temperatury

odbywa sie za pomoca paru termopar, sposrod ktorych jedna steruje ukladem grzania kotla. Zastosowana jest tu regulacja dwustawna. Za sprawa

bezwladnosci cieplej ukladu, odchylenia od zalozonej temperatury spiekania byly nizsze niz ± 100C. Termin utrzymywania maksymalnej temperatury

wynosil 20-40 chwil (zaleznie od rodzaju spiekanego skladu a, takze zakladanej wielkosci ziaren), natomiast jej cena 1110-11900C. Na ochlodzeniu tuleje

ze spiekiem i podsypka wewnatrz wyciagam sie sposrod komory, natomiast nastepnie probke z tulei wyciska sie na prasie. Probka sposrod podsypka

powoduje wrazenie calosci, jednak nieco dotkniec w celu wirujacej tarczy szlifierskiej pozwala je swobodnie rozdzielic. Zadana mikrostrukture sztuki

uzyskuje sie poprzez ustawianie temperatury a, takze czasu spiekania.

Metoda rezonansu-antyrezonansu

Metoda rezonansu-antyrezonansu jest modyfikacja metody impedancji szergowej. W calej metodzie tejze dokunuje sie pomiarow czestotliwosci

rezonansu, antyrezonansu i pierwszego overtonu (kolejnego rezonansu na wyzszych czestotliwosciach). Dla czestotliwosci rezonansowej reaktancja

ukladu zastepczego jest minimalna, a dla czestotliwosci antyrezonansowej maksymalna. Rezonans odpowiada rezonansowi mechanicznemu, natomiast

antyrezonans - rezonansowi elektrycznemu galezi mechanicznej z pojemnoscia. Mozna zalozyc, ze plytka z surowca piezoelektrycznego wykonuje

drgania, ktore moga istniec opisane rownaniem oscylatora tlumionego, ladunek na plytce jest proporcjonalny w celu wychylenia:

Uklad tlumiony sposrod sila wymuszajaca. Aby wystapila taka wzor na plytce musi wystapic efekt piezoelektryczny. Prosty kontrakt do doswiadczenia

rezonansu-antyrezonansu prezentuje sie nastepujaco:

Wysokotemperaturowe nadprzewodniki.

Elementy teorii BCS.

Perspektywy a, takze problemy wdrozen.

Nadprzewodnictwo

Nadprzewodnictwo to cecha pewnych substancji polegajaca metrow. in. na skokowym zaniku oporu elektrycznego w temperaturze nizszej od

charakterystycznej dla danej substancji temperatury krytycznej. W polach magnetycznych, odrzucic przekraczajacych szczegolnego dla poszczegolnej

substancji natezenia krytycznego, kazde substancje (w stanie nadprzewodzacym) sa w calej calej objetosci idealnymi diamagnetykami. Przejawia sie to

wypieraniem pola magnetycznego z przewodnika umieszczonego w calej zewn. polu magnetycznym (slabszym od jakiegos pola kryt. ) na wprowadzeniu

fita w faze nadprzewodzaca - zjawisko Meissnera-Ochsenfelda. Doskonaly (w okreslonych warunkach) diamagnetyzm jest przyczyna wypychania

nadprzewodnikow sposrod obszaru najsilniejszego pola magnetycznego. Wystepuja dwie typy nadprzewodnikow:

·nadprzewodniki A, takze typu - wiekszosc nadprzewodzacych pierwiastkow metalicznych, ktore w calej polach magnet. silniejszych od pola

krytycznego przechodza w calej stan zwyczajny (nienadprzewodzacy);

·nadprzewodniki II typu - nadprzewodzace stopy a, takze zwiazki miedzymetaliczne, np. Nb3Sn, ktore cechuja dwie wartosci krytycznego natezenia

pola magnetycznego.

W polu magnetycznym o natezeniu wiekszym od czolowej wartosci krytycznej nadprzewodnik przechodzi w tak zwanym. stan mieszany, w ktorym tylko i

wylacznie czesc jego objetosci jest idealnym diamagnetykiem. Opor elektryczny nadprzewodnika mogl mieszanym zostaje rowny zeru. W polu

magnetycznym o natezeniu wiekszym od innej wartosci kryt. nadprzewodnik II typu przechodzi w forma normalny.

Nadprzewodnictwo odkryl w calej 1911 rok H. Kamerlingh-Onnes. W rok 1957 J. Bardeen, L. Cooper a, takze J. Schrieffer opracowali mikroskopowa

teorie nadprzewodnictwa, czyli tak zwanym. teorie BSC. W rok 1986 wynalezienia 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 nad nadprzewodnikiem, ktory to zawiera itr.

Elementy teorii BCS

Teoria Bardeena, Coopera, Schriefera (BCS) to mikroskopowa teoria nadprzewodnictwa. Opiera sie na modelu zakladajacym, ze:

jednej. W stanie nadprzewodzacym elektrony przewodnictwa metalu tworza tzw. pary Coopera, tj. pary elektronow o jednolitych, lecz przeciwnie

skierowanych pedach i spinach. Pary Coopera maja zatem spin rowny zeru a, takze sa bozonami, moga totez wszystkie pozostawac w konkretnym,

podstawowym dzieje kwantowym (nie podlegaja regule Pauliego).

dwoch. Oddzialywanie wiazace miedzy elektronami tworzacymi pary Coopera powoduje, ze katalogow energia jest nieco nizsza niz pomyslowosc

elektronow przewodnictwa metalu mogl normalnym, tj. nienadprzewodzacym (dlatego oddzialywanie prowadzace do powstania par Coopera okresla sie

jako dzialanie przyciagajace).

trzy. Powstawanie par Coopera jest zwiazane sposrod oddzialywaniem elektronow przewodnictwa sposrod fononami.

Obnizenie energii par Coopera nizej energii elektronow przewodnictwa w calej metalu wiedzie do powstania przerwy energetycznej miedzy stanami

obsadzonymi poprzez pary Coopera, a stanami dostepnymi dla pojedynczych elektronow przewodnictwa. Skupienie par Coopera tlumaczy najbardziej

niezwykla ceche nadprzewodnikow, tj. calkowity zanik oporu elektrycznego. Opor elektryczny metalu mogl normalnym jest wynikiem rozpraszania

elektronow przewodnictwa na fononach, co jest polaczone wraz z zmiana katalogow energii a, takze pedu, a takze rozpraszania tych elektronow na

stalych defektach sieci krystalicznej, co wiaze sie tylko i wylacznie ze odmiana ich pedu. Istnienie spacji energetycznej mogl nadprzewodzacym usuwa

rozpraszanie par Coopera na fononach o energii nizszej od szerokosci przerwy (taka zmiana sily pary nie jest mozliwa), ale juz fakt, iz wszystkie pary

Coopera odgrywaja taka sama energie a, takze taki osobiscie ped, usuwa ich rozpraszanie na stabilnych defektach sieci internetowej (bo w nastepstwie

pojedynczego wypadku musialaby odbywac sie jednoczesna zmiana pedu kazdego par). Sluzace do najwazniejszych osiagniec teorii BCS naleza:

jednej. Przewidzenie egzystowania przerwy energetycznej oraz zdefiniowanie zwiazku do niej szerokosci sposrod temperatura kryt. nadprzewodnika -

poprawnosc tych przewidywan pozostala potwierdzona doswiadczalnie.

2. Wyprowadzenie wzoru podsumowujacego zwiazek temperatury krytycznej nadprzewodnika z parametrem opisujacym dzialanie elektronow sposrod

fononami.

trzy. Wyprowadzenie wlasciwej zaleznosci elektronowego ciepla wlasciwego metali mogl nadprzewodzacym od temperatury.

Konkretne przyblizenia stosowane przy wyprowadzeniu teorii BCS sa niezgodne z rzeczywistoscia dla nadprzewodnikow wysokotemperaturowych,

jednak nie ma w dalszym ciagu teorii, ktora opisywalaby katalogow wlasciwosci dobrze niz nasza teoria. Teoria BCS pozostala ogloszona 1957 przez J.

Bardeena, L. Coopera a, takze J. R. Schriffera, ktorzy w 1972 roku otrzymali za to Nagrode Nobla w branzy fizyki.

Perspektywy i troski zastosowan nadprzewodnikow

Od momentu wynalezienia zjawiska nadprzewodnictwa przez H. Kamerlingh-Onnes\'a w calej 1911 rok poszukiwano surowcow o jakim sposobem

najwyzszej temperaturze przejscia w calej stan nadprzewodnictwa. W latach 70-tych odkryto stop niobu i germanu (Nb3Al0, 8Ge0, 2) o Tc = 24K. W calej

roku 1987 Bednorz a, takze Mller otrzymali wysokotemperaturowe nadprzewodniki na bazie tlenkow metali Ba-La-Cu-O. Po zastapieniu w ceramice

Ba-La-Cu-O jonu lantanu poprzez mniejszy jon itru Y3+ otrzymano ceramike YBa2Cu3O7-x. Przy zachowaniu scislego skladu chemicznego tzn. 6, 95

<7-x <6, 98 goraczka przejscia Tc wzrasta od ok. 20K do 92K.

Nadprzewodniki wraz z ich temperaturami krytycznymi a, takze datami wynalezienia.

Jednakze wyroby ceramiczne YBaCuO jest niestablina tzn. rozklada sie pod wplywem wody, zachodzi ucieczka atomow tlenu a takze jest troche

porowata. Powyzsze wady sprawiaja brak uzycia w specyficznych rozwiazaniach fachowych. Zjawisko nadprzewodnictwa wystepuje tez w niektorych

materialach ceramicznych o organizacji perowskitu a takze w alotropowych odmianach wegla, czyli fulerenach np. C-60. Obecnie wbrew olbrzymich

nadziei na perspektywiczne zastosowanie zjawiska nadprzewodnictwa w calej nauce a, takze technice, poszukiwania nadprzewodnikow, ktore mozna

azeby wykorzystywac na skale industrialna nie daja rezultatow.

Tomograf komputerowy.

Surowce, w ktorych poteznieje zjawisko nadprzewodnictwa znalazly uzycie w:

jednej. Elektromagnesach nadprzewodnikowych do produkowania silnych rubryk magnetycznych.

dwoch. Separatorach rud metali.

trzy. Diagnostyce lekarskiej np. w calej tomografach komputerowych.

4. Akceleratorach czastek.

piec. Budowie napedow i pradnic.

6. Energtycznych kablach przesylowych.

7. Samochodach lewitujacych na poduszce magnetycznej.

8. Schowkach SQUID - najszybszych elementach bramkujacych o czasach przelaczania rzedu 0, 1 ns (czestotliwosc f = 10-ciu GHz).

dziewiec. Komputerach o bardzo wysokich czestotliwosciach roboty.

10. W calej urzadzeniach, w ktorych zasadniczym skladnikiem jest nadprzewodnikowy interferometr kwantowy.

11. W calej nadprzewodzacym pierscieniu do wykrywania i pomiaru bardzo niewielkich zmian indukcji magnetycznej, rzedu 10-15 T (sto mld razy nizszej

niz ziemskiego pola magn. ), np. pol magn. wytwarzanych poprzez bioprady w calej organizmach zywych.

Pociag lewitujacy na poduszce magnetycznej.

Wyroby ceramiczne specjalna

Wyjatkowe materialy ceramiczne

Sa to rozmaite rodzaje surowcow spiekanych odznaczajace sie charakterystycznymi parametrami technicznymi, nietypowymi dla ceramiki kapitalnej. Do

ceramiki specjalnej zaliczane sa surowce o duzej wytrzymalosci elektrycznej, malych stratach dielektrycznych a takze wielkiej rezystywnosci skosnej a,

takze powierzchniowej. Poza tym materialy te posiadaja okreslona przenikalnosc elektryczna niezalezna od napiecia, temperatury, czestotliwosci a, takze

czasu. Sluzace do tej kilku materialow zaliczane sa:

·Materialy polprzewodzace.

·Ceramiczne materialy magnetyczne.

·Ceramika proznioszczelna.

·Materialy o malym wspolczynniku rozszerzalnosci cieplej.

·Materialy odporne na dzialanie bardzo goracych gazow (np. w technice rakietowej).

·Materialy do wybudowania reaktorow nuklearnych tzw. wyroby ceramiczne nukleoniczna.

·Ceramika biologiczna - czyli surowce dobrze tolerowane przez organizmy zywe.

·Ceramika kosmiczna wykorzystywana do wybudowania pojazdow kosmicznych.

Wlasciwosci wyjatkowe

Materialy ceramiczne moga byc uzywane w technice jadrowej w charakterze nukleoceramika pod postacia paliw, czy elementow spowalniajacych lub

absorpcyjnych. Od paliw jadrowych znajduja sie wymagane takiego typu wlasciwosci, jakim sposobem wysoka goraczka topnienia, wytrzymalosc na

promieniowanie, stabilnosc fazowa, odpornosc na korozje, rozlegla przewodnosc cieplna i rozlegla gestosc surowca rozszczepialnego.

W calej reaktorach nuklearnych sa stosowane tlenkowe surowce ceramiczne tego rodzaju pierwiastkow, jakim sposobem uran, trajektoria i pluton.

Podczas gdy mniejsza gestosc surowca rozszczepiajacego surowce ceramiczne dopuszczalny zroznicowana w stosunku do metalowych paliw jadrowych

poprzez wzbogacenie uranem, niekorzystny dzialanie mniejszej przewodnosci cieplnej pozostanie czesciowo zredukowany wieksza stabilnoscia

temperaturowa tlenkow i powiazana z ow wieksza gestoscia mocy. W szczegolnosci nalezy podkreslic znakomita wytrzymalosc na promieniowanie, ktora

w calej materialach ceramicznych prowadzi tylko i wylacznie do nieznacznych zmian objetosciowych elementow paliwowych.

Oprocz paliw jadrowych surowce ceramiczne znajduja sie uzywane tez jako czesci spowalniajace lub absorpcyjne. Spowalniacze w dlawikach

energetycznych sluza do spowalniania szybkich neutronow do szybkosci, przy jakich wystepuje przede wszystkim wielkie mozliwosc rozszczepienia jadra

atomowego. Zwazywszy na wychwyt neutronow zada sie od ceramiki przede wszystkim drobnego ciezaru atomowego z odpowiednio duzym przekrojem

czynnym rozpraszania i niewielkim przekrojem czynnym absorpcji. Jak spowalniacz, nie liczac wody a, takze ciezkiej nawadniania, w dlawikach wodnych

cisnieniowych i dlawikach z wrzaca woda jest stosowany grafit rowniez w calej reaktorach grafitowych oraz w calej reaktorach wysokotemperaturowych,

w tym o luznym zapelnieniu kulkami paliwowymi.

W przeciwienstwie do spowalniaczy elementy absorpcyjne musza posiadac duzy odcinek czynny wychwytu termicznych neutronow. Sluza ow lampy

zarowno do dostosowywania lub wylaczania reaktora, jak tez do ekranowania. Jako tworzywo ceramiczny przydaje sie do tego weglik boru, ktorego

10-ciu B-izotop dzierzy odpowiednio ogromny przekroj czynny wychwytu a, takze w konwencjonalnym B4C jest zawarty w celu 19, dziewiec %.

Surowce ceramiczne odgrywaja coraz obszerne zastosowanie w calej medycynie w charakterze bioceramika. Po to rodzaju surowcow wykorzystywanych

w calej kardiochirurgii, stomatologii, ortopedii czy praktyce otologicznej wymaga sie biokompatibilnosci, natomiast ponadto odpornosci na scieranie i

satysfakcjonujacej wytrzymalosci mechanicznej. W kardiochirurgii sa skutecznie stosowane metrow. in. nienaturalne zastawki sercowe z pokryciami z

pirolitycznego wegla, w calej 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. W pierwszej kolejnosci promy kosmiczne posiadaly obudowy termiczne zbudowane z plytek

ceramicznych przeznaczonych do opieki przed ogromna temperatura w czasie wchodzenia promu w ziemska atmosfere. Zapewnialo to ceniona ochrone

termiczna pojazdu przy stosunkowo malej gestosci, a co za tym idzie malej masie pojazdu. Uzywane poczatkowo wlokna SiO2 zapewnialy wytrzymalosc

cieplna do 20000C, przy gestosci 144 kg/m3.

Mikrostruktura ceramiki. Gestosc, porowatosc, nasiakliwosc.

Wyroby ceramiczne jest materialem wielofazowym, w ktorym mozna rozroznic nastepujace fazy: krystaliczna, szklista i gazowa.

Faza krystaliczna sklada sie z krystalitow danego relacji ceramicznego lub stalego roztworu, przy czym katalogow sklad a, takze struktura znajduja sie

okreslone poprzez glowne wlasciwosci materialu ceramicznego.

Faza szklista jest amorficzna warstwa wiazaca inne fazy.

Faza gazowa zapelnia nieograniczone przestrzenie, to znaczy tzw. okresy ceramiki.

Przestrzenny rozklad faz uzalezniony jest od technologii produkcji surowca ceramicznego, wariantu wykorzystanych materialow, kinetyki przemian

fazowych a takze warunkow postepu ziaren a, takze czasu spiekania.

Gestosc

Gestosc rzeczywista (masa wlasciwa) to stosunek masy probki w celu jej objetosci rzeczywistej tzn. objetosci calkowitej pomniejszonej o objetosc porow.

Gestosc pozorna to seks masy sztuki do do niej objetosci calkowitej, lacznie sposrod faza gazowa.

Gestosc ceramicznych materialow osobliwych (A1203, SiC, B4C, Si3N4 itp. ) wynosi przewaznie ponizej cztery g/cm3, sposrod wyjatkiem Zr02. Mniejsza

zwartosc tychze surowcow w porownaniu sposrod gestoscia metali prowadzi zwlaszcza, w zastepowaniu czesci metalowej ceramiczna, w celu obnizenia

do niej ciezaru, , ktorzy ma specyficzne znaczenie np. w technice lotniczej a, takze kosmicznej. Mniejszy moment bezczynnosci doprowadza za to - w

momencie przyspieszonych przebiegow - w celu skrocenia wysilku zadzialania, natomiast tym samym w celu oszczednosci sily. Zalety te moga byc

uzywane m. in. w przemysle samochodowym a, takze energetyce przy stosowaniu surowcow ceramicznych na wirniki turbin promieniowych

Porowatosc

Porowatosc bezwzgledna (calkowita) to stosunek objetosci wszystkich pustych przestrzeni w calej materiale ceramicznym do jego objetosci. Wyraza

roznice pomiedzy ciezarem odpowiednim i objetosciowym w %. Porowatosc calkowita stanowi tez sume porowatosci otwartej a, takze zamknietej.

Porowatosc wzgledna (otwarta) stosunek porow otwartych w celu calkowitej objetosci probki. Aby obliczyc porowatosc wzgledna nalezy najpierw zwazyc

sucha probke (okreslic m0). Nastepnie badana probke nalezy nasycic woda, np. poprzez gotowanie w czasie 1h. Na odpowiednim nasyceniu trzeba

zwazyc probke w calej powietrzu (m1), a nastepnie w wodzie (m2) metoda wagi hydrostatycznej.

Porowatosc zamknieta - okresy wystepujace w calej materiale ceramicznym wewnatrz ziaren krystalicznych w calej fazie bezpostaciowej lub na granicach

ziaren krystalicznych, ktore nie odgrywaja polaczenia wraz z swobodna powierzchnia materialu. Porowatosc calkowita wolno oznaczyc poprzez

okreslenie porowatosci calkowitej a, takze otwartej.

Wraz ze wzrostem porowatosci spada zarowno zwartosc, jak i trwalosc na zginanie materialu ceramicznego, co jest wyraznie wyrazne np. w momencie

reaktywnie zespolonego Si3N4, ktorego porowatosc waha sie w obrebie 12-30%.

Nasiakliwosc

Nasiakliwosc to zdolnosc wchlaniania cieczy poprzez czerep wypalanej ceramiki. Okazuje sie byc proporcjonalna w celu porowatosci surowca, gdyz plyn

wnika w calej pory rospostarte.

Nasiakliwosc calkowita - seks masy nawadniania w probce do masy calej sztuki materialu ceramicznego.

Nasiakliwosc objetosciowa - seks objetosci nawadniania w probce do objetosci probki surowca ceramicznego.

Powyzsze wielkosci a, takze parametry znajduja sie szczegolnie istotne przy okreslaniu zakresu wdrozen oraz jakosci uzytkowych ceramiki budowlanej.

Wlasciwosci sprezyste surowcow anizotropowych a, takze wielofazowych

Informacji podstawowe

Anizotropia to cecha osrodka lub ciala polegajaca na zaleznosci niektorych jego wlasciwosci (mechanicznych, elektrycznych, optycznych) od kierunku, w

ktorym te wlasciwosc sie bada. Narasta glownie w calej krysztalach a, takze dotyczy metrow. in. przewodnictwa elektrycznego a takze cieplnego,

lupliwosci, wlasciwosci optycznych. Anizotropia optyczna uwidocznia sie w zaleznosci szybkosci rozchodzenia sie swiatla w calej osrodku od kierunku

(dwojlomnosc). Anizotropia optyczna wymuszona wzrasta 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 wlasciwosci fiz., np. sprezystych, moga nie wykazywac anizotropii innych wlasciwosci fizycznych, np. optycznych.

Przyczyny sprezystego zachowania sie krysztalow mozna wyjasnic rozpatrujac zmiany energii potencjalnej atomow w zaleznosci od odleglosci

miedzyatomowej. Energia potencjalna atomu Vp wynika sposrod wystepowania mocy przyciagania a, takze odpychania miedzy atomami. Krzywa

opisujaca te zaleznosci jest tzw. zagiecie Condona-Morse\'a. Dystans odpowiadajaca minimum energii potencjalnej jest rownowagowa odlegloscia

miedzyatomowa. W odleglosci tej energia dzialajaca na atom jest rowna zeru. Kiedy na atom wykonuje zewnetrznie przylozona sila (obciazenie) w

okreslonym kierunku, wtedy pod do niej wplywem atom oddala sie od wlasnej pozycji rownowagi. Niewielkie przesuniecie atomu w calej dowolnym

kierunku z polozenia rownowagi wywoluje powstanie weneckich sil skierowanych przeciwnie w celu kierunku przesuniec. Powoduje to tendencje w celu

powrotow atomow do pozy rownowagi. Naprawde dlugo, jakim sposobem do ukladu przylozone jest obciazenie, atomy nie wracaja do swoich pozycji

rownowagi. Znajduja sie zatem w stanie naprezen, ktorych kierunek i wielkosci sa zgodne z kierunkiem i szerokoscia przylozonego obciazania, lecz

odgrywaja przeciwny skret. Po odjeciu zewnetrznego obciazania, naprezenia moga ulec rozladowaniu dzieki powrotowi atomow pod spodem ich

wplywem do pozy rownowagi, , ktorzy jest energetycznie korzystne. Jest to przyczyna sprezystego zachowania sie krysztalow.

Stale sprezystosci Cij portretuja soba zestaw okreslonych wielkosci zwiazanych uwaznie ze struktura krysztalow. Tymczasem w wielu przypadkach

katalogow doswiadczalne wyznaczenie natrafia na znaczne trudnosci. Dlatego tez, prosciej mozna zdefiniowac warunki nieodzowne do oznakowania

technicznej stabilnej materialowej - modulu Young\'a.

Odksztalcenia niszczace materialow ceramicznych w porownaniu wraz z stala.

Kruchosc materialow ceramicznych jest nieraz zwiazana sposrod ich nieokazala mozliwoscia odksztalcenia do chwili zniszczenia, poniewaz materialy te

sa wrazliwe na dzialanie wad weneckich, wiec w calej polikrystalicznych materialach ceramicznych defekt katastroficzne zachodzi przed odksztalceniem

plastycznym. Ponadto tworzywa ceramiczne wykazuja przewaznie duza cena modulu sprezystosci wzdluznej (Younga), totez katalogow odksztalcenia

niszczace sa o jeden lub wiecej rzedow wartosci mniejsze w porownaniu sposrod odksztalceniami metali. W tablicy ujeto odksztalcenia niszczace dla

typowych surowcow ceramicznych. Bardzo ograniczona zdolnosc tolerowania odksztalcenia stanowi wazaca przeszkode w calej szybkim

rozpowszechnianiu sie ceramiki technicznej w charakterze materialu konstrukcyjnego.

Wlasciwosci sprezyste osrodkow anizotropowych

Deformacja w calej kartezjanskim ukladzie wspolrzednych.

Miara deformacji osrodkow anizotropowych jest tensor zmiany zdefiniowany w calej nastepujacy strategia:

Tensor zmiany jest symetryczny. Mozna przyswajac, ze dla malych naprezen jest rowny:

Uogolnione prawo Hooke; a dzierzy postac:

Objetoscia opisujaca wlasciwosci sprezyste surowcow anizotropowych jest tzw. tensor modulow sprezystosci Cijkl. Jakkolwiek stosujac metode czterech

wspolczynnikow potrzeba az 81 liczb (34=81) w celu opisu najbardziej skomplikowanego ukladu. Dlatego tez, zmodyfikowano te metode i obecnie do

wykazu najbardziej zlozonego ukladu trojskosnego potrzeba tylko 21 liczb. Dokonano tamtego poprzez rozny, uproszczony program zapisu

wspolczynnikow.

Spowodowalo to, ze w celu opisu ukladu regularnego wystarczyly 3 liczby, a w celu opisu ukladu tetragonalnego tylko i wylacznie 7 liczb.

Do wykazu wlasciwosci sprezystych jest w dalszym ciagu potrzebny tensor wspolczynnikow podatnosci sprezystej Smn. Wystepuje pan w innej postaci

uprawnienia Hooke\'a, natomiast mianowicie:

Surowce ceramiczne wykazuja symetrie ukladu regularnego. Wyjatkiem sa surowce spolaryzowane lub z wyroznionym jednym kierunkiem np. w czasie

prasowania.

Wlasciwosci sprezyste osrodkow anizotropowych

Sposrod materialow wielofazowych najprostszym z perspektywy analizy wlasciwosci sprezystych przypadkowo jest kompozyt, w ktorego osnowie sa

ciagle wlokna ulozone rownolegle do kierunku dzialajacej moce. W modelu tym wolno przyjac, iz wlokna zespolone sa mocno z osnowa. Osnowa a, takze

wlokna cechuja sie roznorodnymi modulami Younga, odpowiednio E1 i E2, lecz podobna liczba Poissona. Podczas wydluzania wzdluz kierunku osi

wlokien zarowno osnowa jak i wlokna ulegaja identycznym odksztalceniom. Poniewaz odksztalcenie calego dwufazowego kompozytu jest na skutek tego

jednorodne, energia odksztalcenia sprezystego tamtego materialu jest prosta suma energii odksztalcenia sprezystego obydwu faz.

Innymi slowy modul Younga kompozytu jest srednia wazona modulow Younga obydwu faz. Modul nasz stanowi dolna granice modulu kompozytu

przewaznie wystepuje zbieg okolicznosci, w ktorym liczby Poissona wlokien i osnowy sa rozmaite. Przy identycznym wydluzeniu ku rownoleglym w celu

osi wlokien powiazanie nawzajem osnowy a, takze wlokien powoduje zmniejszenie poprzecznego skurczu w calej fazie wiekszej oraz zwiekszenie tego

skurczu w fazie o nizszej liczbie Poissona w porownaniu wraz z stanem, w ktorym obydwie fazy wystepuja oddzielnie. Innymi slowy, w calej obydwu

fazach musza wystapic wzdluz barier rozdzialu naprezenia rozciagajace ku prostopadlym w celu tych barier. Nastepstwem tamtego jest wystapienie w

fazach zespolonych w calej kompozycie dodatkowej energii odksztalcen sprezystych w zestawieniu z ze stanem przy odksztalceniu nie zwiazanych

wzajemnie faz.

Dla skutecznego wykorzystania wiekszej wytrzymalosci mechanicznej wlokien w zestawieniu z z osnowa celowe jest przejecie poprzez wlokna wiekszej

czesci obciazen. Jest to realne, gdy modul Young\'a wlokien jest znwiekszywiekszy od modulu osnowy lub gdy objetosciowyosciowy wlokien jest

maksymalnie ogromny. Sprezyste odksztalcanie sie sposrod wlokien objetosciowych jak i osnowy wystepuje tylko i wylacznie do chwili przekroczenia

granicy plastycznosci osnowy, na ogol w wyzszym stopniu plastycznej niz wlokna.

Stanowczo bardziej zlozona pozycja wystepuje w momencie materialow porowatych. Wplyw nieciaglosci fazy stabilnej, jakimi znajduja sie pory, wynika z

dzialania dwoch powodow:

·zmniejszenie wkladu obciazonej przestrzeni przekroju surowca komorkowego (w tym zamysle przyjmuje sie, ze modul Young\'a porow gazowych E=0).

·pory wywieraja wplyw na rozklad naprezen w fazie stalej.

Schemat ilustrujacy powstawanie koncentracji naprezen u wierzcholka poru.

Podczas rozciaglancuchaglego lancucha wiazan atomowych wystepuje pierwotnie jednolity przyrost odleglosci miedzyatomowych i sily odksztalcenia

sprezystego, az do uzyskania wartosci odpowiadajacej teoretycznej wytrzymalosci wiazan. O ile kilka lancuchow wiazan miedzyatomowychnieciaglymie n

nieciaglymi wskutek powstania poru to przenoszenie powierzchownego obciazenia na dlugosci przerwanych lancuchow staje sie nieprawdopodobne i

powinien odbywac sie po innej trajektorii, wkolo poru. Przez lancuch atomow polozonych na wierzcholku poru przenosi sie w tym przypadku czterokrotnie

wieksze od oczekiwanych sposrod srednich wartosci zewnetrznych obciazen. Wystepuje tu koncentracja naprezen. Tylko w calej duzej odleglosci od

przestrzeni poru naprezenia w materiale osiagaja nizsza wartosc rowna zewnetrznemu obciazeniu.

Wlasciwosci sprezyste materialow

Na temat odksztalceniu sprezystym mozna rzec wtedy, kiedy po odjeciu sily wzor wraca w celu swych pierwotnych rozmiarow. Odksztalcenia sprezyste

standardowych materialow ceramicznych sa bardzo nieznaczne, przy czym do plus minus 0, piec - 1% pierwotnych formatow odksztalcenie jest wprost

stosunkowe do obciazania P. Pory wywieraja dzialanie na rozklad naprezen w calej fazie stabilnej i zmniejszenie udzialu obciazonej powierzchni

przekroju materialu komorkowego. Przenoszenie powierzchownego obciazenia odbywa sie wokol poru.

Pory niekuliste powoduja wieksza koncentracje naprezen, niz okresy kuliste. Zachodzi nakladanie sie pol naprezenMozliweporow. Mozliwe znajduja sie

odksztalcenia zginajace, lokalne oslabienia kontaktow miedzy obszarami fazy stalej. Wiedzie to w celu zmniejszenia wspolczynnika nachylenia zaleznosci

E/Eo aspektem Vp.

Akt milosny modulu Young\'a porowatego (E) i nieporowatego (Eo)

polikrysztalu w zaleznosci od wkladu objetosciowego porow.

Metody badani wlasciwosci sprezystych

Metody statyczne dziela sie na:

jednej. metode skrecania preta - wyznaczenie modulu sztywnosci Gram;

2. metode rozciagania preta - okreslanie modulu Young\'a;

3. metode pomiaru ugiecia belki - wyznaczenie strzalki ugiecia.

Wlasciwosci materialow pod spodem wplywem naprezen

Odpowiedz surowca na skokowa zmiane naprezen moze przebiegac nastepujaco:

Kompozyty

We terazniejszej literaturze technicznej mozna spotkac duzo roznych definicji kopozytow, ktore sformulowano wykorzystujac dowolnie obrane kryteria.

Jednak najczesciej wykorzystywana jest okreslenie mowiaca, iz materialy kompzytowe, tzw. kompozyty, to takiego typu materialy makroskopowo

monolityczne, dla otrzymania jakich polaczono skladniki o roznych wlasciwosciach, w nastepstwie czego uzyskano wlasciwosci badz wyzsze, badz

dodatkowe wzgledem skladnikow wzietych osobno lub zmieszanych tylko i wylacznie razem. Specyficzna cecha kompozytow jest zjawisko, iz wolno

projektowac katalogow strukture naprawde, aby zdobyc zadane wlasciwosci. Z tejze tez racji kompozyty staly sie punktem wyjscia i baza dla zasadniczej

dyscypliny edukacyjnej, jaka jest obecnie mechanika materialowa. Surowce kompozytowe znajduja sie szeroko stosowane w roznych dzialach metoda, a

perpektywy ich dalszego rozwoju znajduja sie niezwykle korzystne. Wynika to z argumentu, iz uzyskiwane przez odrzucic wlasciwosci niejednokrotnie

przewyzszaja w duzym stopniu wlasciwosci surowcow klasycznych a, takze powszechnie zwaza sie, iz kompozyty znajduja sie pespektywiczna rezerwa

materialowa dla rozwijajacej sie techniki, pochlaniajacej materialow o coraz lepszych wlasciwosciach maszynowych, fizycznych czy chemicznych.

LONG-E2 - samolot wykonany sposrod materialow kompozytowych.

Klasyfikacja kompozytow

Najczesciej stosowana klasyfikacja kopozytow jest katalogow podzial podlug rodzaju osnowy. Wyroznia sie wiec:

· kompozyty o osnowie polimerowej;

· kompozyty o osnowie ceramicznej;

· kompozyty o osnowie metalowej.

Wlasciwosci kompozytow zaleza jednak w elementarny sposob nie tylko od osnowy, lecz tez od sposobu jej wzmocnienia i wariantu materialu

wzmacniajacego. Do wzmocnienia kompozytow konstrukcyjnych stosowane znajduja sie obecnie kolejne rodzaje wlokien:

1. weglowe ewentualnie grafitowe;

2. szklane;

3. borowe;

4. korundowe;

5. weglika krzemu;

6. organiczne typu Kevlar.

Skromniejsze perspektywy znajduja sie przed monokrystalicznymi wloknami typu wisker, z racji skomplikowanej a, takze malo gospodarczej technologii.

Wlasnoscia charakterystyczna kazdego szeroko stosowanych wlokien jest ich niska gestosc.

Material do zbrojenia kompozytow

Material weglowe

Wlokna weglowe znajduja sie obecnie przewaznie stosowanymi wloknami do zbrojenia kompozytow. Podstawowym prekursorem w celu produkcji

wlokien weglowych jest techniczne wlokno poliakrylonitrylowe, tak zwanym. wlokno TATUSIEK, ktore zmienia sie we wlokno weglowe droga oksydowania

w temperaturze 473-573 K (tj. 200-300C) lub zweglania w obojetnej atmosferze w calej temperaturze plus minus 1273 K (1000C) przy naprezeniach

rozciagajacych. Wlokna takiego typu mozna tez poddawac procesom grafityzacji, tzn. wygrzewania w calej atmosferze obojetnej w temperaturach okolo

2273 K (2000C). Efektem tamtego procesu znajduja sie wlokna grafitowe, ktore w calej pewnych losach maja lepsze wlasciwosci niz weglowe. Procedura

utleniania powoduje utworzenie sie w organizacji PAN wiazan nienasyconych, grup wodorotlenowych a, takze karbonylowych. Wspolnie z grupami

nitrylowymi budowle PAN graja istotna funkcje we wtornych procesach polimeryzacji i cyklizacji, prowadzacych w celu wyksztalcenia mocno

zorientowanej budowle, nie zmieniajacej sie tez podczas przebiegu wydzielania wodoru, cyjanu a, takze azotu w czasie zweglania w calej podwyzszonej

temperaturze. Wlokna weglowe poddaje sie jeszcze procesowi obrobki powierzchniowej, ktora ma na celu zagwarantowanie odpowiedniej adhezji w

stosunku do osnowy polimerowej. Do tego stosuje sie utlenienie przestrzeni za pomoca kwasu azotowego lub tlenu \"in statu nascendi\" wyzwalajacego

sie podczas elektrolizy oraz trawienie w mieszaninie chloru a, takze tlenu w calej temperaturze 1523-1723K (1250-1450C). Wlokna weglowe sluzace do

zbrojenia osnowy metalowej nalezy pokrywac warstwami zwiekszajacymi zwilzalnosc metali i stanowiacymi bariere dyfuzyjna. Warstwy takiego typu

najczesciej konstruuje sie sposrod weglika krzemu lub boru.

Wlokna weglowe produkowane znajduja sie obecnie glownie w Japonii. Trzy spolki japonskie: Toray, Nippon Carbon i Toco daja plus minus 60%

swieckiej produkcji. Eksportuja one wlokna do STANY i nieomal wszystkich panstw UE. Spolki amerykanskie produkujace wlokna weglowe pracuja tez

wedlug technologii objetych licencja japonska.

Material szklane

Material szklane znajduja sie produkowane w calej wielu metamorfozach. Najpopularniejszymi jednak sa wlokna produkowane wraz z szkiel ubogich w

alkalia, lecz majetnych w wapien (tzw. szklo E) lub szkiel typowych z ukladu SiO2-CaO-Na2O (tzw. szklo C). Do kilku wlokien szybowych zalicza sie tez

wlokna szkla kwarcowego (100% SiO2), ktore charakteryzuja sie bardzo dobrymi wlasciwosciami. Jednak technologia katalogow wytwarzania z racji

przede wszystkim mnostwo wyzszych temperatur - jest znacznie trudniejsza i kosztowniejsza. Najpopularniejsza technologia produkcji wlokien szklanych

jest topienie kompletu szklarskiego w calej temperaturze w porzadku. 1923 K (1650C), natomiast nastepnie bezposrednie wyciagniecie wlokien przez

dysze. Inna technologia jest produkowanie z zestwu szklarskiego pierwotnie kulek szybowych, ktore w nastepnej kolejnosci ponownie znajduja sie

stapiane a, takze wyciagane we wlokna jezdnia przedmuchu powietrza. Wlasciwosci wlokien bardzo zaleza od katalogow skladu chemicznego, srednicy,

a takze parametrow przebiegu technologicznego, np. szybkosci wyciagania i chlodzenia po sporze.

Rower Kangaroo. Jego konstrukcja jest zrobiona z zywicy poliestrowej zbrojonej wloknem szklanym.

Wlokna borowe

Wlokna borowe produkowane znajduja sie wedlug technologii opartej na chemicznym rozkladzie prozniowym gazowych zwiazkow boru BCl3 lub BBr3 w

calej obecnosci wodoru w temperaturach okolo 1323 K (1050C). W wyniku dysocjacji bor osiada na ziemi drutow wolframowych lub wlokien 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 w czasie osiadania boru weglik B4C, ktory dzierzy gorsze wlasciwosci mechaniczne od boru, lecz lepsza wytrzymalosc termiczna.

Material Kevlar

Material Kevkar zawsze sa to wlokna organiczne aramidowe, wytwarzane przez firme Du Pont podlug technologii nieopublikowanej w literaturze. Obecnie

sporzadzane sa 3 gatunki wlokien: Kevlar, Kevlar 29 a, takze Kevlar 49. Wlokna Kevlar i Kevlar 29 stosowane sa w celu wzmacniania opon

samochodowych lub zbrojenia kabli, lin a, takze przedmiotow gumowych pracujacych na scieranie. Jakkolwiek wlokna Kevlar 49 znajduja sie szeroko

stosowane do zbrojenia kompozytow o osnowie polimerowej wykorzystywanych w calej lotnictwie, a takze do wybudowania lodzi a, takze wszelkiego

wariantu sprzetu sportowego. Praktycznie kazde znane zachodnie firmy lotnicze stosuja wlokna Kevlar 49 w swojej wytworczosci. Szczegolnie mnostwo

zuzywa katalogow firma Lockheed w samolocie L1011 Tristar, a takze firma Boeing w calej samolotach B767 i B757.

Wlokna korundowe

Wlokna korundowe stosowane znajduja sie przede wszystkim w celu produkcji kompozytow o osnowie ceramicznej lub metalowej. Tworzy je nieco firm

ogolnoswiatowych, glownie firma japonska Toco i amerykanska Du Pont. Wlokna Toco sa monokrystalicznymi wloknami ciaglymi, o organizacji

alfa-Al2O3. Przedsiebiorstwo Du Pont produkuje wlokna alfa-Al2O3 polikrystliczne, tzw. wlokna FP. Urzadzenia ochronne tych wlokien sa ochronione

patentami. W ostatnich latach firma Sumitomo Chemical Co. produkuje nowy typ wlokien Al2O3, przy czym technologia nasza jest podparta na

polimeryzacji zwiazkow organoaluminiowych. Zgodnie z te technologia polialumioxane jest rozpuszczony w organicznym rozpuszczalniku wraz ze

zwiazkami zawierajacymi krzem (alkil silikatu). Otrzymany produkt wykorzystywany jest do wytworczosci prekursora, ktore po kalcynacji daja wlokno

koncowe, mieszczace w wlasnym skladzie od 70 w celu 100% Al2O3 i od 30 w celu 0% SiO2. Wlokna te maja kondycje bardzo drobnokrystalicznego

spinelu. Tlenek SiO2 w niniejszym skladzie sluzy do stabilizacji struktury spinelu i zabezpiecza przed przemiana jej w calej alfa-Al2O3. Wloka Al2O3

stosowane sa w celu zbrojenia kompozytow przeznaczonych w celu pracy w calej wysokich temperaturach. W japonskich samochodach Toyota pewne

czesci silnika wysokopreznego wykonane sa sposrod kompozytow o osnowie metalowej. Wlokna te stosowane znajduja sie rowniez w celu kompozytow

uzytych w konstrukcjach lotniczych \"przezroczystych\" dla radarow.

Wlokna weglika krzemu

Material SiC stosowane sa w celu zbrojenia kompozytow o osnowie metalowej. Dostaje sie te rolety dwiema drogami, i tak:

jednej. Wlokna o srednicy wiekszej niz 100-140 μm znajduja sie uzyskiwane poprzez prozniowa dysocjacje gazowych zwiazkow krzemu o wysokich

temperaturach i osadzanie krzemu na podlozu wlokna weglowego.

dwoch. Wlokna SiC bezrdzeniowe, o srednicy kliku μm zyskuje sie poprzez wygrzewanie w calej wysokich temperaturach wlokien prekursorowych

polikarbosilanu. Procedura ten jest bardzo dalekowzroczny i opiera sie na syntezie SiC sposrod organosilikonowych kompleksowych zwiazkow, zwanych

polikarbosilanami. Polikarbosilany sa w calej temperaturze otoczenia cialami stalymi, o bardzo duzej masie czasteczkowej wynoszacej ok. tysiac piecset.

Wlokna prekursora maja pierwotnie bardzo nieduza wytrzymalosc (Rm ok. piec MPa). Wlasciwosci te ulegaja podwyzszeniu poprzez ogrzanie w calej

powietrzu w celu temperatury 200C lub poprzez utlenianie ozonem w temperaturze otoczenia. Material prekursora ogrzewa sie w nastepnej kolejnosci w

temperaturze 1400-1500C w calej prozni lub atmosferze obojetnej, az do uzyskania wlokien weglika krzemu o strukturze beta i wytrzymalosci Rm w

porzadku. 3000 MPa oraz module sprezystosci podluznej ok. 220 GPa. Material te, oprocz wysokimi jakosciami mechanicznymi, charakteryzuje wysoka

ognioodpornosc i porzadna zwilzalnosc poprzez metale.

Konfrontacja wlasciwosci wlokien kompozytowych

Wlasciwosci wlokien roznia sie w elementarny sposob, w zaleznosci od technologii katalogow otrzymywania, stosowanych przekursorow, katalogow

skladow a, takze wlasciwosci parametrow procesow technologicznych, czystosci surowcow, wielkosci srednic itp. W efekcie, wlokna tamtego samego

surowca moga zmieniac sie wytrzymaloscia czy modulem sprezystosci o kilkaset procent. Informacje podane w calej ponizej tablicy nalezy odnosic sie

wybitnie orientacyjnie.

Mozna jednak stwierdzic, ze bardzo odpowiednio przedstawiaja sie wlasciwosci wlokien weglowych, ktore rzeczywiscie znajduja sie obecnie przewaznie

stosowane. Wielki modul sprezystosci, duza gietkosc, duza wytrzymalosc chemiczna na dzialanie zwlaszcza alkalii, porzadna obrabialnosc kompozytow

zbrojonych tymi wloknami a, takze niska koszt preferuja wlokna weglowe spomiedzy podanych w calej powyzszej tablicy. Wlokna weglowe sa w dodatku

trudno palne, w aurze utleniajacej ulegaja bezplomieniowemu utlenieniu w temperaturach powyzej 400C, przy czym po czesci utlenione zachowuja w

duzym stopniu swoja wytrzymalosc. Szeroko sa tez stosowane wlokna szklane. Cechujaca je prosta technologia, niska koszt, a takze niepalnosc, wysoka

opornosc elektryczna a takze wysoka trwalosc na rozciaganie - mimo niskiej wartosci modulu sprezystosci podluznej - umozliwiaja rozlegle zastosowania.

Trzeba jednak zdac sobie kwestie, iz kompozyty zbrojone wloknami szklanymi odgrywaja nizsze wlasciwosci wytrzymalosciowe, z uwagi na slaba

adhezje tych wlokien na granicy wlokno-osnowa. Sa one stosowane przede wszystkim w celu zbrojenia mas plastycznych.

Wlokna borowe odgrywaja bardzo wielkie wlasciwosci wytrzymalosciowe. Jednak z uwagi na ich lepsza cene stosowane sa tylko tam, gdzie od

kompozytow wymaga sie specjalnie wysokich wlasciowsci wytrzymalosciowych oraz duzej sztywnosci, wobec tego w kompozytach na osnowie

metalowej. Wielkie perspektywy stoja przed wloknami z weglika krzemu.

Dekohezja materialow

Kompletna charakterystyka prezentowania sie materialu, na ktory dzialaa zewnetrzne moce i ktore, odniesione w celu jednostkowej przestrzeni materialu,

okreslane beda obciazeniami, obejmuje tez jego trwalosc mechaniczna. Trwaloscia mechaniczna wskazuje sie zdolnosc materialu w celu wytrzymywania

obciazen bez zerwania. Wyraza sie ja za posrednictwem wielkosci obciazania zewnetrznego, przy ktorym tworzywo traci spojnosc (ulega dekohezji),

ulegajac rozdzieleniu na obie lub wiecej czesci.

Fundamentalna cecha wlasciwie wszystkich surowcow ceramicznych w calej temperaturze pokojowej a, takze umiarkowanej, natomiast czesciowo a,

takze w temperaturach podwyzszonych, jest ich kruchosc. Kruchym zniszczeniem nazywa sie takie, przy ktorym tworzywo traci spoistosc bez wystapienia

poprzednio znaczniejszych odksztalcen. Uszkodzenie kruch odroznia od wyniszczenia plastycznego, zwyczajowego dla duzej ilosci metali, gdzie

dekohezja poteznieje dopiero przy duzych odksztalceniach. W przypadku ciagliwych polikrystalicznych metali o organizacji regularnej plasko centrowanej

zdewastowanie plastyczne jest wynikiem zredukowania przekroju czynnego materialu na skutek odksztalcenia plastycznego. Zdolnosc w celu nieulegania

dekohezji wskutek wyniszczenia kruchego wskazuje sie takze ciagliwoscia lub odpornoscia na kruche pekanie.

Poznanie jednostki kruchego wyniszczenia materialow ceramicznych i ewentualnosci zwiekszenia katalogow ciagliwosci dzierzy istotne znaczenie.

Wskutek postepu zapotrzebowania na materialy sprawne do roboty w podwyzszonych temperaturach a, takze odporne na korozje w calej agresywnym

srodowisku zwrocono obserwacje na surowce ceramiczne, ktore odpowiadaja ow wymogom. W przeszkodzie w celu szerszego uzycia tych surowcow

stoi jednak ich kruchosc (mala ciagliwosc).

Druga charakterystczna cecha surowcow ceramicznych z perspektywy ich wytrzymalosci mechanicznej jest znaczna sprzecznosc tej wytrzymalosci przy

roznych stanach obciazania. Mozna przyjac, ze dla szerokiej gamy materialow ceramicznych wytrzymalosci fizyczne przy poddaniu ich, odpowiednio,

zrywaniu, zginaniu i sciskaniu maja sie do mojej dziurki jak jednej: (1, 5-3): (3-15). Innymi slowy, ze trwalosc mechaniczna na sciskanie surowca

ceramicznego dopuszczalny az 15-krotnie wieksza od jego wytrzymalosci na zbieranie.

Punktem odniesienia dla oceny odpornosci surowcow na kruche pekanie jest wytrzymalosc wiazan miedzyatomowych na zrywanie pod spodem wplywem

obciazania. Nazywa sie ja trwaloscia teoretyczna lub maksymalna danego materialu. Zerwanie wiazania nastapi wowczas, kiedy dwa sasiednie atomy

pozostana pod wplywem zewnetrznego obciazania odsuniete od siebie na odleglosc, przy ktorej energia dazaca w celu powrotu atomu do pierwotnej

pozycji jest rowna zeru. Oznacza to, iz atom na odjeciu obciazania pozostaje w calej pewnej swiezej, przemieszczonej pozy, a pomiedzy nim a, takze

sasiednim atomem nie wychodza sily wzajemnego oddzialywania. Jest dozwolone to rozpatrzyc na podstawie krzywej Vp(r) a takze ponizszej.

Wykres zmian naprezen wewnetrznych w calej funkcji odleglosci miedzyatomowej

miedzy para dwoch atomow (ro - dystans rownowagowa).

Cena naprezenia maks. mozna zdefiniowac na podstawie bilansu energetycznego. Jakkolwiek w praktycznych obliczeniach wymieniona wartosc wytycza

sie poprzez pomiar stresu powierzchniowego, modulu Yonga lub polozenia rownowagowego ro.

Nieopodal ogolnie wiekszej teoretycznej wytrzymalosci materialow ceramicznych w porownaniu sposrod metalami, warto zauwazyc, iz w obecnie

produkowanych materialach eksperymentalne wartosci wytrzymalosci na rozciaganie Pc zblizone w celu wytrzymalosci maksymalnej udalo sie zdobyc

tylko w momencie monokrysztalow wloskowatych (wiskerow) a, takze nieco mniejsze w przypadku polikrystalicznych wlokien. Material te cechuja sie

wzglednie niezdefektowana, natomiast wiskery nieomal doskonala budowa, pozbawiona nieciaglosci. Osiagane w momencie typowych, litych,

polikrystalicznych surowcow wytrzymalosci fizyczne, od dwu do trzech rzedow nizsze od wytrzymalosci teoretycznej, zespalaja sie z wplywem defektow

(szczelin, mikropekniec itp. ) znajdujacych sie w tych materialach.

Naprezenia wewnetrzne obok wierzcholka szczelin (pekniec) znajduja sie wielokrotnoscia przylozonych obciazen zewnetrznych i moga osiagac miare

rowna wytrzymalosci teoretycznej wiazania przy nie bardzo duzych obciazeniach zewnetrznych. Nalezaloby tu wspomniec, ze koncentracja naprezen

obok wierzcholkow porow moze byc co wiecej 100-krotnie potezniejsza od naprezen zewnetrznych. Jest dozwolone wiec przewidywac, ze pekniecie

istniejace w calej materiale poddawanym obciazeniom sa sie rozwijac juz przy niewielkich cenach obciazenia powierzchownego.

Z dotychczasowych rozwazan wynika, ze aktualnie przy nieduzych obciazeniach z trudem jest uniknac tworzenia sie i rozwijania pekniec o wymiarze

krytycznym w materiale. W zwiazku z tym fundamentalnego znaczenia nabiera pojecie ciagliwosci (odpornosci na kruche pekanie), ktora jest miara

energii pochlanianej przez tworzywo przy rozwijaniu sie pekniec. Im potezniejsza jest nasza energia, ow wieksza prace musza zrealizowac obciazenia

zewnetrzne, aby zniszczyc spoistosc surowca. Kruche zdewastowanie moze zalegac przy trzech roznych sposobach odksztalcania surowca oraz

katalogow kombinacjach.

Fundamentalne trzy rodzaje kruchego pekania.

Statystyczne wzgledy wytrzymalosci mechanicznej materialow kruchych

W przypadku surowcow charakteryzujacych sie znaczna mozliwoscia modelowania, jak np. metali, trwalosc mechaniczna poszczegolnej, wybranej sztuki

materialu jest reprezentatywna dla przecietnej wytrzymalosci calej jego partii. Odksztalcenie i zerwanie jest tu skutkiem lacznego dzialania kazdego

defektow w calej probce. W calej materialach kruchych (wiekszosc surowcow ceramicznych) jednego razu zapoczatkowane rozprzestrzenianie sie

nietrwalego pekniecia o wielkosci krytycznej prowadzi w celu katastrofalnego spekania materialu sposrod predkoscia rzadu 106 m/s. Poniewaz w calej

materialach poteznieje okreslony rozklad wielkosci defektow, wytrzymalosc roznych probek pobranych z jakiejs partii surowca moze przerabiac sie w

obrebie ± 50% wzgledem wartosci sredniej, natomiast wytrzymalosc poszczegolnej probki charakteryzuje tylko te probke, odrzucic zas srednie

wlasciwosci kompletnej partii surowca.

W celu okreslania wytrzymalosci kruchych materialow ceramicznych konieczne jest oparcie sie na weryfikacji statystycznej, miedzy innymi na

statystycznej teorii Weibulla. Teoria Weibulla opiera sie na nastepujacych zalozeniach:

1. Surowiec jest izotropowy, a rozklad wielkosci defektow w materiale jest typowy.

2. Mozliwosc znalezienia sie defektu o wielkosci krytycznej w poszczegolnej jednostkowej objetosci jest dla calego surowca identyczne.

trzy. Dekohezja surowca wskutek lamliwego zniszczenia zachodzi wskutek rozprzestrzeniania sie defektu o wielkosci krytycznej.

cztery. Liczba defektow w materiale jest rozlegla.

Wspolczynnik metrow nazywany takze modulem Weibulla zwiazany jest z gestoscia prawdopodobienstwa wystepowania defektu np. szczeliny, o dlugosci

c. Im potezniejsza wartosc metrow, tym wezszy jest przedzial wielkosci szczelin i ow mniejsze znajduja sie wielkosci najczesciej wystepujacych szczelin.

Oczekiwana czestotliwosc wystepowania szczelin o okreslonej

wielkosci c dla roznych wartosci wspolczynnika m w calej rozkladzie Weibulla.

W zwiazku z tym a, takze rozrzut prawdopodobienstwa kruchego wyniszczenia poszczegolnych probek maleje wraz z wzrostem modulu Weibulla. Gwoli

m=ae zagiecie rozkladu wytrzymalosci mechanicznej probek przechodzi w calej postac zalamanej linii zwyczajnej, ktorej pionowa czesc pasuje odcietej.

Innymi slowy, wytrzymalosc konczy byc szerokoscia statystyczna a, takze staje sie szerokoscia stala.

Mozliwosc kruchego wyniszczenia dla roznych wartosci modulu Weibulla metrow.

Empirycznie wyznaczenie wartosci modulu Weibulla dla materialow ceramicznych mieszcza sie w calej przedziale piec

Twardosc. Strategie pomiaru twardosci.

Twardosc - zdolnosc surowca do przeciwstawiania sie odksztalceniom plastycznym (trwalym) przy miejscowym, statycznym lub dynamicznym,

wywieraniu nacisku na mala obszar materialu. Miara twardosci jest stosunek obciazania do przestrzeni odcisku lub glebokosci odcisku.

Wiekszosc gatunkow ceramiki odznacza sie wielka twardoscia (hardness). Na podstawie stabilnych stosunkow wiazan chemicznych funkcjonuje zwiazek

miedzy twardoscia a, takze temperatura topnienia materialow ceramicznych. Wieksza goraczka topnienia warunkuje wieksza twardosc. Przy nie bardzo

gruboziarnistej organizacji materialu ceramicznego jego twardosc wyznacza sie przez okreslanie mikrotwardosci roznorodnymi wglebnikami

diamentowymi. Dokonujac pomiaru przekatnej odcisku, okresla sie twardosc - w zaleznosci od ksztaltu ostroslupowego wglebnika - pomyslem Vickersa

lub Knoopa.

Zasady pomiaru mikrotwardosci materialow ceramicznych metodami: a)Vickersa, b)Knoopa.

Konfrontacja twardosci roznych materialow pokazuje, ze ceramike specjalna pod wzgledem tej wlasciwosci przewyzsza tylko regularny azotek boru a,

takze diament. Twardosc w zlaczeniu z odpornoscia chemiczna a, takze cieplna swiadczy wazne kryterium odpornosci na zuzycie, ktora dla

zdecydowanej wiekszosci surowcow ceramicznych dopuszczalny oceniona w charakterze dobra. Trzeba jednak podkreslic, ze Zr02, pomimo wzglednie

mniejszej twardosci, wykazuje znakomita odpornosc na zuzycie.

Nie liczac konwencjonalnego okreslania mikrotwardosci surowca ceramicznego za posrednictwem wciskania diamentowego wglebnika, uzytkuje sie w

czasie lub na obrobce koncowej rowniez metode rejestrujacego pomiaru mikrotwardosci. Wyodrebnia sie jej osoba tym, te miara twardosci materialu nie

jest powstajacy na calkowitym obciazeniu odcisk wglebnika, ale rownolegle zarejestrowana w czasie calego przebiegu jego wnikania w badana

powierzchnie wypadkowa sila F(D) jako funkcja glebokosci wnikania D. Pochodzace z geometrii wglebnika (np. diamentowej piramidy Vickersa lub

czaszy kulistej), glebi wnikania a, takze obciazenia daje sie w ten sposob ustalic dla jednorodnych a, takze izotropowych surowcow przebieg twardosci,

charakteryzujac proces wnikania wglebnika w plaska i rowna powierzchnie za posrednictwem przebiegu moce F(D).

Istota metody rejestrujacego pomiaru mikrotwardosci.

Jezeli mocny wglebnik wciska sie w calej zeszlifowana obszar materialu ceramicznego, przebieg moce F(D) jest okreslany w calej wysokim stopniu

topografia przestrzeni, obecnoscia porow i pekniec oraz poprzez przypadkowa orientacje mikrokrysztalow w calej odniesieniu w celu kierunku dzialania

obciazenia wglebnika. Wystepujace w dodatku bardzo ogromne rozrzuty moga zostac po czesci przezwyciezone przeznaczeniem czaszy kulistej

wglebnika. Wobec zaglebianiu sie czaszy kulistej (np. sposrod promieniem r = 0, 32 mm) w zeszlifowana powierzchnie ceramiczna przebieg moce F(D)

jest sukcesywnie robiony przez pierwotnie punktowy styk zbioru \"wzniesien\" w kole opisanym miejscem odcisku. Wyplywa stad, iz krzywa F(D) wznosi

sie mniej lub bardziej ciagle i rownolegle zakres (pasmo) rozrzutu krzywych jest w duzym stopniu ograniczony poprzez silnie zintegrowane dzialanie

plaskiego wglebnika. Gwoli jednakowej glebi wnikania D wglebnika jego powierzchnia jest zdecydowanie w wyzszym stopniu obciazona sposrod

zastosowaniem czaszy kulistej niz ostrej piramidy.

Ogolnie wolno stwierdzic, iz im duze jest defekt powierzchni surowca, tym mniejsza jest niezbedna sila w celu uzyskania okreslonej glebokosci wnikania

diamentu. Tego typu rozne przebiegi sily (bez jednakze uzyskania twardosci surowca podstawowego) sa ustalone tez na roznie szlifowanych

powierzchniach materialow ceramicznych. Z przebiegu krzywych F(D) wynika, te w przypadku probek szlifowanych prostoliniowo-zwrotnie z najwyzszym,

wykrywalnym rentgenograficznie uszkodzeniem (grubosc warstwy uszkodzonej) i odpowiednio takze najmniejszym naprezeniem niszczacym musi istniec

d1a okreslonej glebokosci zastosowana mniejsza energia niz np. w przypadku probek szlifowanych gruntownie z odpowiednio mala uszkodzona warstwa

wierzchnia i wiekszym naprezeniem niszczacym.

Inne strategie pomiaru twardosci

Przy badaniu materialow stosuje sie rozmaite metody pomiaru twardosci. Sposob Brinella opiera sie na wciskaniu twardej kulki stalowej w calej probke

surowca, a metoda Vickersa diamentowego ostroslupa. W calej obudwu tych metodach miara twardosci (oznaczonej odpowiednio HB i HV) jest seks 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, nastepnie calkowitym), natomiast miara twardosci (oznaczanej HRA, HRB, HRC

lub HRF) jest sprzecznosc miedzy bezpieczna umowna szerokoscia i glebokoscia trwalego odcisku pozostawionego poprzez stozek lub kulke. Sluzace

do pomiaru twardosci skladnikow strukturalnych stosuje sie pomiary mikrotwardosci takim danym wglebnikiem, jakim sposobem przy strategii Vickersa,

tylko i wylacznie przy w duzym stopniu mniejszych obciazeniach. W niezahamowanej metodzie pomiaru twardosci mierzy sie wielkosc odbicia kulki

stalowej od powierzchni badanego materialu (metoda Shora). Sluzace do pomiaru twardosci mineralow stosuje sie miare Mohsa. W calej tej

dziesieciostopniowej skali najskromniejsza wartosc jednej jest przypisana talkowi, natomiast najwieksza 10-ciu diamentowi. Porownywanie twardosci jest

mozliwe tylko w zakresie jakiejs metody pomiarowej.

Polaryzacja

W calej typowych materialach ceramicznych odrzucic przewodzacych pradu elektrycznego elektrony sa silnie zwiazane sposrod rdzeniami atomow. Jesli

zatem do takiego materialu przylozy sie obreb elektryczne to wystapi tylko i wylacznie niewielkie przesuniecie srodkow ciezkosci ladunkow dodatnich w

kierunku przylozonego pola. Srodki ciezkosci frachtow ujemnych przesuwaja sie troche w kierunku przeciwnym. Wytwarzaja sie wskutek tamtego lokalne

dipole elektryczne, wobec tego elementy, w ktorych srodki ciezkosci ladunkow dodatnich nie pokrywaja sie wraz z srodkami ciezkosci ladunkow

ujemnych. Zjawisko wzbudzenia dipoli wskazuje sie polaryzacja elektryczna. Surowce ulegajace polaryzacji elektrycznej okreslane sa tez dielektrykami.

Dziala wiele mechanizmow polaryzacji dielektrykow ceramicznych. Pod wplywem przylozonego pola elektrycznego elektrony przesuwaja sie nieznacznie

wzgledem rdzeni atomow. W rezultacie tego zjawiska nastepuje polaryzacja elektronowa.

Mechanizmy polaryzacji w calej dielektryku: a) polaryzacja elektronowa, b) polaryzacja atomowa,

c) polaryzacja orientacyjna, d) polaryzacja ladunku przestrzennego.

Jesli krysztal sklada sie z jonow roznego wariantu, pole powierzchowne moze sprowadzic takze wzajemne przesuniecia roznoimiennie naladowanych

jonow (dodatnie jony przemieszczaja sie zgodnie z kierunkiem pola, ujemne - przeciwnie do kierunku pola). Ten rodzaj polaryzacji to polaryzacja

atomowa lub jonowa. Polaryzacja jonowa byc moze takze wystapic wtedy, jak wiazania odgrywaja charakter po czesci kowalencyjny, jednak taki, iz

orbitale znajduja sie przesuniete ku bardziej elektroujemnych atomow. Polaryzacja jonowa nie moze natomiast wystapic w krysztalach zlozonych sposrod

jednego wariantu atomow (np. w metalach) lub czasteczkach gazow o jednakowym wariantu atomow, jakim sposobem np. H2, O2.

O ile w organizacji wystepuja trwale dipole, tez w nieobecnosci zewnetrznego pola elektrycznego, to przylozenie powierzchownego pola oznacza, ze na

te dipole dzialaja moce, ktore zmierzaja, do ustawienia dipoli ku pola. W konsekwencji wystepuje polaryzacja orientacyjna (polaryzacja dipolowa)

reprezentowana na wspomnianym rysunku. W calej krysztalach jonowych dipole takiego typu moga konstruowac skojarzone defekty Schottky\'ego lub

asocjacje obcego jonu a, takze wakancji. Rysunek przedstawia tez ostatni wariant polaryzacji, to znaczy tzw. polaryzacje ladunku przestrzennego,

zwiazana sposrod przemieszczeniem sie nosnikow ladunku jednego znaku wzgledem nosnikow drugiego znaku na duze odleglosci, np. wskutek

zroznicowanej szybkosci dyfuzji tych nosnikow (jonow, elektronow, dziur elektronowych). Pole funkcjonujace na czesci struktury w calej objetosci cialka

stalego dzierzy zazwyczaj wieksza wartosc niz mierzone \"zewnetrzne\" pole elektryczne, poniewaz komponuje sie rowniez z pola wywolanego poprzez

polaryzacje bezposredniego otoczenia rozpatrywanego elementu budowle ciala trwalego, jaki i pola wywolanego poprzez ladunki bedace na zewnatrz.

Zjawiska zwiazane sposrod polaryzacja znajduja sie szczegolnie istotne przy rozwazaniach nad kondensatorami. Jesli gdyz pomiedzy okladkami

kondensatora zostanie umieszczony dielektryk, pojemnosc kondensatora zwieksza sie. Miara tego podniesienia jest wzgledna przenikalnosc

dielektryczna, (relative dielectric constant), ktora okresla, ilokrotnie wzrasta pojemnosc kondensatora prozniowego (pustego) na wprowadzeniu pomiedzy

jego okladki dielektryka. Nastepnie wspolczynnik stratnosci dielektrycznej, tak zwanym. tangens kata stratnosci (dielectric loss) charakteryzuje straty sily

podczas polaryzacji dielektryka, podyktowane jej rozproszeniem. Wielkosc tg kata stratnosci stanowi wraz z przenikliwoscia stosunkowa, podstawowe

kryterium okreslajace przydatnosc danego dielektryka.

Wzgledna przenikalnosc dielektryczna jest zalezne zarowno od rodzaju surowca, jak i czestotliwosci przylozonego pola, a takze od temperatury. Kiedy z

rosnaca temperatura rosnie ruchliwosc jonow, a wiec tez wzgledna przenikalnosc dielektryka, to juz wraz z zwiekszaniem sie czestotliwosci pola

obserwuje sie jej spadek, poniewaz kurczy sie zdolnosc ruchliwosci jonow obowiazujacej z ruchliwoscia pola

Sposoby polaryzacji probek ceramicznych

Jest dozwolone wyroznic kolejne sposoby polaryzacji:

1. Polaryzacja w temperaturze pokojowej - w calej praktyce wykorzystywana jedynie w celu probek o niewielkich polach koercji (miekkie ferroelektryki).

dwoch. Chlodzenie poprzez temperature Curie z przylozonym polem - tylko dla materialow o stosunkowo niewysokiej temp. Curie.

3. Polaryzowanie w temperaturze podwyzszonej, jednak nizszej od temperatury Curie (krzywe cieplnego przebicia ceramik).

Dielektryk w calej zmiennym polu elektrycznym.

Przenikalnosc dielektryczna

Wzor stalej dielektrycznej od czestotliwosci pola

Wzor stalej dielektrycznej od czestotliwosci pola pomiarowego w ceramice BaTiO3 pokazuje ponizszy wykres. Duze zmiany przenikalnosci elektrycznej

uzyskuje sie przez domieszkowanie ceramik jednoskladnikowych. Niewielkie liczbie odpowiednich domieszek powoduja modyfikacje wartosci E oraz

przesuniecie punktu Curie. Przykladem ceramiki dwuskladnikowej jest ceramika PZT lub PLZT. Sklady PZT bliskie PbZrO3 (z kilkuprocentowa

zawartoscia PbTiO3) sa antyferroelektrykami, natomiast od skladu 95/5 ceramiki odgrywaja wlasciwosci ferroelektryczne.

Zaleznosc przenikalnosci dielektrycznej ceramiki BaTiO3 od czestotliwosci pola pomiarowego.

Przenikalnosc dielektryczna

Przenikalnosc dielektryczna a takze inne wlasciwosci piezoceramiki zaleza rowniez od warunkow do niej otrzymywania. Na przyklad na rysunku ponizej

zaprezentowano wplyw temperatury spiekania ceramiki BaTiO3 na temperaturowe zaleznosci przenikalnosci dielektrycznej. W zakresie temperatur

spiekania 1200-14000C wyzsza goraczka spieku powoduje, ze cena Emax(T) jest wyzsza.

Oddzialywanie temperatury spiekania na ceche es(T).

Jak na przyklad juz nadmieniono, ponizej punktu Curie co wiecej bez powierzchownego pola elektrycznego ferroelektryk dzieli sie na obszary okreslane

domenami w ktorych polaryzacja dzierzy ten osobiscie kierunek. Przylozenie zewnetrznego pola elektrycznego w celu wielodomenowego krysztalu

powoduje przeorientowanie polaryzacji domenie, co wiedzie do pojawienia sie wypadkowej polaryzacji na skutek dzialania powierzchownego pola

elektrycznego nie zostal dotychczas uwaznie poznany. Na ogol przyjmuje sie, ze przy powierzchni krysztalu, a takze niedaleko defektow sa zarodzie

domen o polaryzacji zgodnej sposrod kierunkiem pola elektrycznego badz tworzace sposrod nim maly kat. Domeny te (w ksztalcie igiel) rosna

prostopadle do elektrody. W pod dostatkiem slabych polach polaryzacji liniowo zalezy od natezenia pola elektrycznego (odcinek OA na rysunku). W

odcinku ow zachodza przebiegi odwracalne. Wobec natezeniu pola, ktore pasuje punktowi B, wszystkie domeny sa zorientowane w kierunku pola. Stan

nasz nazywamy nasyceniem. Dalsze zwiekszanie natezenia pola elektrycznego wywoluje wzrost calkowitej polaryzacji, ktory to wynika sposrod rosnacej

polaryzacji indukowanej, analogicznie jak w calej dielektrykach liniowych. Krzywa OABC nazywa sie czesto zagiecie pierwotna.

Ferroelektryczna petla histerezy, P-polaryzacja, E-natezenie pola.

Wraz ze zmniejszaniem pola polaryzacja zmienia sie wzdluz krzywej BD. W calej polu zerowym krysztal zostaje jeszcze spolaryzowany. Wielkosc

polaryzacji okreslona odcinkiem OD w calej polu E=O nazywa sie polaryzacja resztkowa. Natezenie pola, przy jakim zachodzi zmiana kierunku

polaryzacji, okreslone odcinkiem OF nazywamy polem koercji. Zaleznosc polaryzacji od natezenia pola elektrycznego jest opisana krzywa CDGHC

zwana petla histerezy. Zakres prostej BC do przeciecia z osia OP wytycza odcinek W PORZADKU., odpowiadajacy polaryzacji spontanicznej.

Petla histerezy ceramiki ferroelektrycznej odroznia sie na ogol od petli histerezy monokrysztalu. Aby uzyskac polaryzacje nasycenia Pm, trzeba przylozyc

obreb elektryczne lepsze od pola koercji Ec. Wynika to zwlaszcza stad, iz na skutek egzystencji fazy bezpostaciowej o malym E lokalne pola elektryczne,

dzialajace na poszczegolne krystality, moga byc powazne nizsze od pola przylozonego. Ponadto w danym etapie przepolaryzowania zabieraja rowniez

udzial domeny, w ktorych wektor polaryzacji nie jest rownolegly do przylozonego pola. Procedura przepolaryzowania tego rodzaju domen wymaga

silniejszego pola. Po usunieciu pola zachodzi czesciowa odbudowa struktury domenowej, co powoduje ze wartosci Pm a, takze Pr (resztkowa) moga

zmieniac sie dosc w duzym stopniu. W zwiazku z tym, iz w tytanie baru wzglednie trudno jest przeorientowac domeny nierownolegle w celu pola (w

procesie przepolaryzowania bierze udzial ok. 10% (a-domen), cena Pm dla ceramiki swiadczy okolo 1/3 Ps krysztalu c-domenowego, tj. ok. jedenastu

[uC/cm2].

Ferroelektryki

Wlasciwosci ferroelektryczne sa wykryte w calej 1921 rok przez J. Valaska w calej soli Seignette\'a. W 1943 roku sa odkryte wlasciwosci ferroelektryczne

w calej BaTiO3. Od tego czasu datuje sie intensywny rozwoj badan fizycznych, majacych na celu rowniez poszukiwanie oryginalnych materialow

ferroelektrycznych, jak i zrewidowanie ich wlasciwosci. Prowadzone znajduja sie takze uslugi nad teoretycznymi modelami zjawiska ferroelektrycznego.

Uslugi eksperymentalne tycza m. in.: struktury domenowej ferroelektrykow, zakresu przejscia fazowego, wlasciwosci piezo- i piroelektrycznych,

dielektrycznych, optycznych, cieplnych, maszynowych oraz wybudowania krystalicznej, przewodnictwa cieplnego itd. W rodzinie ferroelektrykow wolno

wyroznic dwie modelowe ferroelektryki, na jakich skupila sie uwaga eksploratorow. 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 dzierzy symetrie ukladu

regularnego sposrod jonami baru Ba2+ w calej narozach szescianu jonami tlenu O2- na srodkach tapet i jonem tytanu Ti4+.

b) Powyzej punktu Curie struktura ulega lekkiej zmiany: jony Ba2+ i Ti4+ przesuwaja sie wzgledem jonow O2-, przez co wytwarza sie moment dipolowy.

Mozliwe, iz gorne a, takze dolne jony tlenu przesuwaja sie troche ku dolowi.

Struktura krystaliczna tytanianu baru w temperaturze wyzszej od temperatury Curie ma symetrie ukladu prawidlowego z jonami Ba2+ w calej narozach

szescianu, jonami O2- na srodkach scian a, takze jonami Ti4+ w srodku szescianu. Podczas ochladzania w temperaturze Curie przebiega przejscie

fazowe i budowa BaTiO3 ulega spontanicznej zmiany: jony Ba2+ i Ti4+ przesuwaja sie w konkretnym kierunku aspektem jonow O2-. W wyniku tejze

deformacji w calej komorce krystalicznej wytwarza sie elektryczny moment dipolowy a takze zmienia sie symetria ukladu z harmonijnej na tetragonalna.

Dotychczas odrzucic opracowano jakiejs, ogolnej teorii zjawiska ferroelektrycznego, ktora tlumaczylaby wszystkie doswiadczalne fakty monitorowane w

tych materialach. Istniejace teorie wolno podzielic na trzy kilku:

·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 dynamiczna (podstawy tejze teorii dal Cochran).

Teorie te w calej niektorych losach wykazuja wielka zgodnosc sposrod danymi eksperymentalnymi.

Charakterystyczna jakoscia ferroelektrykow to, ze maja trwale dipole elektryczne, ktore sa spontanicznie (bez wkladu zewnetrznego pola elektrycznego)

dostosowane w rejonach makroskopowych, zwanych domenami elektrycznymi. W tych materialach polaryzacja P nie jest liniowa opcja natezenia pola

elektrycznego E (tak jak to ma polozenie w przypadku dielektrykow niepolarnych a, takze paraelektrykow), lecz ma uklad petli histerezy.

Metody doswiadczenia ferroelektrykow

Strategie badania przebiegow przepolaryzowania ferroelektrykow mozna podzielic na:

jednej. Metody, w ktorych pole przepolaryzowujace ma uklad sinusoidy:

·calkujacy uklad Sawyera-Towera;

·rozniczkujacy kontrakt Diamanta.

dwoch. Metody, w ktorych pole przeplaryzowujace ma uklad impulsu prostokatnego:

·metoda Krumina - kontrakt calkujacy;

·metoda Merza - uklad rozniczkujacy.

3. Strategie badan wolnozmiennych, w ktorych obreb przepolaryzowujace dzierzy ksztalt impulsow trojkatnych.

Uklad Sawyera-Towera

Ten klasyczny, opracowany w rok 1930, kontrakt pomiarowy dzieki swej prostocie i porzadnej dokladnosci jest stosowany w celu dzis w charakterze

podstawowy kontrakt do pomiarow polaryzacji spontanicznej PS (lub PR) a takze EC sposrod obserwowanej na ekranie oscyloskopu petli histerezy

ferroelektryka.

Uklad Sawyera-Towera.

Uklad Sawyera-Towera komponuje sie sposrod dwu dzielnikow napiec: oporowego (R), sposrod ktorego podajemy sinusoidalnie wahajace sie napiecie

na poziom plytki odchylenia oscyloskopu, i pojemnosciowego (Co, Cx), w ktorym znajduje sie badana wzor ferroelektryczna. Dzielnik pojemnosciowy

zawiera ponadto bezstratny kondensator Co, z ktorego zbieramy naprezenie (Uy) na plytki Y oscyloskopu. Poniewaz Co a, takze Cx sygnalizuja uklad

zolnierz mlodej daty, to ekwipunek zgromadzony na kondensatorze Co jest rowny ladunkowi na Cx. Natomiast, kiedy Co > > Cx, wtenczas praktycznie

cale napiecie przekazywane na rozdzielacz odlozy sie na probce (CX). Naprezenie z C0 jest stosunkowe do zgromadzonego na nim (i na Cx) ladunku, a

dlatego;

Napiecie sposrod dzielnika oporowego jest za to proporcjonalne w celu napiecia przylozonego na probke:

Ostatecznie na ekranie oscyloskopu ukazujemy obraz krzywej P(E), ktora w calej praktyce jest petla histerezy ferroelektryka. Opor regulowany Rc (o

wartosci kilku megaomow), wlaczony rownolegle do Co, sluzy w celu skompensowania przesuniec fazowych pomiedzy pradem natomiast napieciem,

sprowadzonych stratami sztuki ferroelektrycznej. Pelna kompensate klesk zapewnia warunek CxRx = CoRo. Wizja petli histerezy ceramiki

ferroelektrycznej otrzymanej za posrednictwem ukladu Sawyera-Towera przedstawia ponizszy rysunek.

Petla histerezy ceramiki ferroelektrycznej.

Aby otrzymac obraz takiej petli na monitorze oscyloskopu, powiekszamy stopniowo naprezenie przykladane w celu ukladu autotransformatora,

kompensujac rownolegle straty sztuki opornikiem Ro. Przy pewnym napieciu petla powinna byc \"nasycona\", tzn. iz jej konce oznaczone na rysunku

poprzez FG musza liniami prostymi. Odcinek OB na tym rysunku jest regularny do amplitudy przylozonego stresu sinusoidalnego, natomiast odcinek OD

(lub OC) - miara napiecia koercji (Uc), to znaczy wielkosci zlaczonej z polem koercji zaleznoscia:

Na osi P wydzial OL jest miara wartosci polaryzacji maksymalnej (Pm), rownej sumie polaryzacji spontanicznej a, takze indukowanej (Ps + Pi). Dla

ceramik wartosc Ps wyznaczona w calej polu o skonczonym natezeniu bedziemy nazywac polaryzacja orientacyjna (PR). Do niej miara jest odcinek W

PORZADKU. Z kolei wydzial OH swiadczy miare polaryzacji szczatkowej (Pn), zwanej takze pozostala lub remanencja.

Dla wyznaczenia wartosci Pr ceramiki ferroelektrycznej sposrod nasyconej petli histerezy sposrod zaleznosci:

Co jest znana pojemnoscia kondensatora wzorcowego, ale juz wielkosc Uy mozemy zdefiniowac, mierzac wydzial OK na petli. Do tego wzmacniacz osi Y

oscyloskopu musi istniec wykalibrowany, to znaczy musimy posiadac wiedze dokladnie cena napiecia potrzebna do odchylenia strumienia elektronow w

pionie (np. o 1 cm). W praktyce okreslenie polozenia punktu K wprost na ekranie oscyloskopu jest bardzo trudne, zatem obraz petli na monitorze

fotografujemy wraz ze skala oscyloskopu a, takze po wywolaniu blony wyswietlamy obraz petli (negatyw) na ekranie w calej duzym powiekszeniu.

Pozwala to latwo zdefiniowac polozenie punktu K, natomiast tym samym a, takze odcinka W PORZADKU. Dlugosc przekroju OK przeliczamy na

naprezenie (Uy), znawszy kalibracje wzmacniacza osi Y.

Opisywana metoda jest totez czasochlonna a, takze dlatego coraz to czesciej zastepuje sie ja metoda Diamanta, ktora pozwala natychmiastowy

eksperyment odpowiednich odcinkow na petli wprost na ekranie oscyloskopu. Aby sposrod petli histerezy wyznaczyc obreb koercji (Ec), korzystamy z

argumentu, ze wydzial OB jest proporcjonalny w celu amplitudy przylozonego napiecia sinusoidalnego (a totez odcinek AB do stresu miedzyszczytowego

Upp) Miernik stresu podawanego na dzielnik pojemnosciowy i rownego w przyblizeniu napieciu na probce jest zazwyczaj typowym woltomierzem stresu

skutecznego. Znajac jego zarzadzenia (Usk), cena napiecia miedzyszczytowego (Upp) obliczamy z zaleznosci:

Z kolei wydzial CD [mm] jest regularny do podwojnego napiecia koercji (2Uc). Odcinki AB a, takze CD wolno zmierzyc sposrod duza precyzja na obrazie

wyswietlanym poprzez rzutnik a, takze ulozyc proporcje:

Zastepujac w calej ukladzie Sawyera-Topwera bezstratny skraplacz Co niemalym oporem, dostaniemy petle pradowe badanej sztuki I(E), ktore opisuja

wzor pradu przeplywajacego prze probke od natezenia pola elektrycznego. W przypadku regulacyjnej petli histerezy petla pradowa ma dwie symetryczne

maksima. Wszelkim nieregularnosciom petli histerezy odpowiadaja charakterystyczne rozszczepienia na petlach pradowych. Rozszczepienia takiego typu

moga byc skutkiem zamocowania budowle domenowej, spowodowanego np. procesami starzenia, napromieniowaniem itp. Doswiadczenia petli

pradowych umozliwiaja wykrycie nieregularnosci przebiegu przepolaryzowania ferroelekrtyka. Ma to zasadnicze znaczenie w doswiadczeniach

wolnozmiennych. W sytuacji odmlodzonej sztuki odleglosc pomiedzy 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 w calej ferroelektrykach tylko i wylacznie w okreslonym przedziale temperatur. Powyzej pewnej temperatury wykonczenie

momentow dipolowych dalekiego rejonu zostaje zniszczone przez obroty cieplne. Cieplo te nazywamy ferroelektryczna temperatura Curie. Krzywa

zaleznosci przenikalnosci dielektrycznej ferroelektryka od temperatury E=f(T) wykazuje charakterystyczne ostre maksimum. To maksimum obserwuje sie

w calej temperaturze Curie, w ktorej zanikaja polaryzacja spontaniczna oraz budowa domenowa, natomiast krysztal przechodzi z fazy ferroelektrycznej w

celu fazy paraelektrycznej

W fazie paraelektrycznej, tj. powyzej temperatury Curie, temperaturowa zaleznosc przenikalnosci dielektrycznej opisuje prawo Curie-Weissa:

Przejscie fazowe ferroelektrykow nie tylko charakteryzuje sie ostrym maksimum przenikalnosci dielektrycznej, lecz wplywa tez na przebieg

piezoelektrycznych, elastycznych, optycznych a, takze cieplnych wlasciwosci krysztalu. Przejsciu ferroelektryka poprzez punkt Curie towarzyszy zmiana

symetrii krysztalu. W czasie transformacje z fazy paraelektrycznej w calej faze ferroelektryczna struktura krysztalu ulega zmiany i przechodzi do mniejszej

symetrii. Wypaczenie ta jest proporcjonalna w celu polaryzacji wtenczas, gdy krysztal w fazie paraelektrycznej jest piezoelektrykiem, lub do kwadratu

polaryzacji w calej pozostalych losach. Przejscia fazowe w ferroelektrykach moga byc pierwszego lub kluczowego rodzaju.

Metamorfozy fazowe A, takze rodzaju

Przejsciem fazowym pierwszego rodzaju nazywamy taki wariant przejscia, w czasie ktorego pomyslowosc wewnetrzna U, objetosc sztuki V, polaryzacja

spontaniczna Ps i entropia S ulepszaja sie w strategia skokowy. Wystepuje przy tym wydzielenie lub pochloniecie utajonego ciepla przemiany.

Serdecznie wlasciwe cp w zaleznosci od temperatury T wykazuje nieciaglosc w calej punkcie Curie i osiaga w fazie paraelektrycznej cena nieskonczenie

ogromna. W przypadku przejscia pierwszego wariantu temperatura Curie-Weissa nie pokrywa sie sposrod punktem Curie. Mozna to zauwazyc na

wykresie zaleznosci odwrotnosci przenikalnosci dielektrycznej od temperatury.

Metamorfozy fazowe II rodzaju

Przejsciem fazowym kluczowego rodzaju nazywamy takie przejscie, w ktorym pomyslowosc wewnetrzna U, objetosc sztuki V, polaryzacja spontaniczna

Ps oraz entropia S ulegaja ciaglym udoskonaleniom w obszarze przejscia fazowego, natomiast skokowo ulepszaja sie pochodne tych wielkosci aspektem

temperatury (np. cieplo stosowne, wspolczynnik rozszerzalnosci). W strategia skokowy pojawiaja sie rowniez swieze elementy symetrii. Wiekszosc

krysztalow ferroelektrycznych wykazuje w punkcie Curie przejscie fazowe kluczowego rodzaju (sol Seignette\'a, krysztaly KDP, TGS i in. ). W calej

tytanianie baru oraz izomorficznych krysztalach tejze grupy ferroelektrykow przejscie fazowe jest pierwszego rodzaju. Pozycja Curie jest szczegolnym

przypadkowo przejscia fazowego np. tytanian baru dzierzy trzy przejscia fazowe, natomiast tylko jedno jest elementem Curie (Tc = 1200).

Rozmyte transformacje fazowe

Jak na przyklad juz nadmieniono, oprocz ferroelektrykow wykazujacych przejscie fazowe pierwszego lub kluczowego rodzaju sa ferroelektryki sposrod

rozmyta przemiana fazowa. W calej ferroelektrykach poprzez rozmyte przejscie fazowe, ogolnie rozumie sie przejscia paraelektryczno-ferroelektryczne

chodzace stopniowo w obszernym przedziale temperatur. Rozmycie takiego typu ujawnia sie w charakterze przenikalnosci dialektycznej a, takze

polaryzacji spontanicznej.

Struktura domenowa oraz proces przepolaryzowania ferroelektrykow

L. Landau wyjasnil bycie domen na bazie rozwazan energetycznych. Jezeli krysztal sklada sie tylko sposrod jednej domeny, to na jego zewnetrznej

stronie wzrasta depolaryzujace obreb elektryczne. Tego rodzaju stan spolaryzowania krysztalu nie jest stabilny. Rozbior krysztalu na domeny dowiaduje

sie wygodny wraz z wzgledow energetycznych. Wypadkowy moment elektryczny krysztalu jest wtenczas rowny zeru, a obreb depolaryzujace wlasciwie

zanika. Rys rozbicia krysztalu na domeny ferroelektryczne jest zalezne od wystepowania w nim defektow strukturalnych, zmiany, od przewodnictwa

elektrycznego a, takze warunkow, w ktorych nastepuje przejscie do fazy ferroelektrycznej, wobec tego od szybkosci chlodzenia a, takze jednorodnosci

temperatury w objetosci krysztalu. Rozbior krysztalu ferroelektrycznego na domeny prowadzi nie tylko do zredukowania energii pola depolaryzacji, lecz

takze w celu powstania tak zwanym. energii powierzchniowej warstw granicznych. Mowiac ogolnie, granice miedzy domenami maja obowiazek byc

drobnymi obszarami przejsciowymi o skonczonej grubosci. Pochodzace z warstwa graniczna (tzw. elewacja domenowa) jest zwiazana pewna energia,

bowiem po przeciwnych stronach warstwy polaryzacja spontaniczna ma kierunki antyrownolegle, lub wektory polaryzacji tworza pewien kat. Pochodzace

z przytoczonego wnioskowania wynika, iz podzial krysztalu na domeny prowadzi sposrod jednej witryny do zredukowania energii pola depolaryzacji,

natomiast z drugiej strony w celu zwiekszenia sily powierzchniowej warstw granicznych. Ukonczy sie pan, gdy przyrosty tych wielkosci sa porownywalne.

Charakter budowle domenowej znamiennie zalezy od liczby ewentualnych kierunkow orientacji wektora polaryzacji spontanicznej w calej danej

organizacji krystalicznej. W calej ferroelektrykach jednoosiowych kierunek polaryzacji spontanicznej w calej sasiednich domenach moze zmieniac sie o

1800 i moga w tych propozycji wystepowac domeny antyrownolegle, tak zwanym. domeny 1800. W przypadku ferroelektrykow wieloosiowych realna jest

potezniejsza liczba wariantow domen, np.: domeny 80 czy 1800, czyli takiego typu, w ktorych wektory polaryzacji w calej sasiednich domenach tworza

nawzajem katy 900 i rozne.

Struktura domenowa w warstwie BaTiO3: a)rzut poziomy,

b)rzut pionowy (znaki + a, takze - a takze strzalki definiuja kierunek orientacji dipoli w calej domenach).

W calej opisie budowle domenowej monokrysztalow stosuje sie pojecia c-domen i a-domen. Jezeli wektor polaryzacji domeny jest zwrocony prostopadle

w celu powierzchni krysztalu, to obserwujemy c-domeny, ale juz, jezeli Ps jest rownolegla do przestrzeni krysztalu, to widoczne znajduja sie a-domeny.

Struktura domenowa mozliwych krysztalow typu perowskitu jest bardzo zlozona. W polikrysztalach sytuacja jest jeszcze bardziej kompleksowa, gdyz

pojedyncze krystality posiadajace okreslona kondycje domenowa, wynikajaca z symetrii danej fazy, sa roznie zorientowane aspektem powierzchni sztuki.

Charakteryzujac forma ferroelektryczny, szczegolna uwage nalezy zwrocic na fakt, ze kierunek polaryzacji spontanicznej wolno zmienic za

posrednictwem zewnetrznego pola elektrycznego. Odwracalnosc polaryzacji spontanicznej nie swiadczy wprawdzie glownego kryterium

ferroelektrycznosci, ale wydarzenie to odroznia jednoznacznie ferroelektryki z kilku piroelektrykow. Popularne sa jednak ferroelektryki, w ktorych Ps nie

moze byc przeorientowana w zewnetrzny polu elektrycznym. Badanie przebiegow przepolaryzowania pozwala bezposrednio na blizsze zrewidowanie

dynamiki domen ferroelektrycznych, tak zwanym. procesu powstania zarodzi oryginalnych domen (nukleacja domen), a takze ruchu tapet domenowych w

calej zewnetrznym polu elektrycznym. Skomplikowany proces przepolaryzowania jest podporzadkowany zarowno od natezenia powierzchownego pola

elektrycznego, jak i ksztaltu oraz wysilku trwania impulsu elektrycznego. Wraz ze wzrostem czestotliwosci pola zwieksza sie obreb koercji, poniewaz

odwrocenie polaryzacji w krotszym czasie wymaga pola o wiekszym natezeniu. Przy czestotliwosci ok. 104 Hz zanika proces przeorientowania domen.

Przepolaryzowanie ferroelektrykow

Zmiana zwrotu polaryzacji spontanicznej w calej zewnetrznym polu elektrycznym swiadczy podstawowa cecha wiekszosci znanych ferroelektrykow.

Procedura ten nazywamy przepolaryzowaniem. Doswiadczenia procesow przepolaryzowania wykonuje sie w mocnych polach elektrycznych. Pod

pojeciem silnego pola rozumiemy takiego typu pole elektryczne, w ktorym badany ferroelektryk konczy zachowywac sie jak liniowy dielektryk. W calej

praktyce beda to pola lepsze od pola koercji surowca. Podczas doswiadczenia ceramik ferroelektrycznych pewne wielkosci, zdefiniowane w calej

literaturze kompetentnej dla monokrysztalow traca swoja jednoznacznosc. Odnosi sie do to zwlaszcza pojecia polaryzacji spontanicznej Ps. Jezeli w celu

monokrysztalu przylozymy silne obreb elektryczne wedlug wyroznionym kierunkiem krystalograficznym, to wszystkie wektory polaryzacji spontanicznej w

domenach ustawia sie w kierunku pola. Otrzymamy krysztal monodomenowy. Wowczas gdy dla takiego krysztalu Ps wyznaczamy sposrod petli

histerezy, to wyzej pewnej wartosci przylozonego pola elektrycznego wymierzana wartosc Ps przestaje wzrastac. Mowimy wtenczas o nasyconej petli

histerezy., w ktorej galezie nasycenia wydluzaja sie wraz ze wzrostem natezenia pola tylko na skutek wzrostu polaryzacji indukowanej. Gwoli 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 sztuki. Wynika to z

niebywale skomplikowanej wybudowania ceramik, w ktorych wskutek dzialania wielu powodow nie mozna odwrocic wektorow polaryzacji spontanicznej

kazdego krystalitow wedlug kierunkiem pola zewnetrznego. Rozmawiamy, ze odrzucic wszystkie dochody z domen znajduja sie dozwolone. Problem ten

w teorii rozpatruje Fesenko [6] dla tytanianu baru w polach o nieskonczenie wielkim natezeniu. Okazuje sie, iz miedzy polaryzacja spontaniczna ceramiki

BaTiO3 (Ps) o polaryzacja monodomenowego monokrysztalu (Ps\') funkcjonuje nastepujacy alians:

·w fazie tetragonalnej Ps = 0, 831 Ps\';

·w fazie romboedrycznej Ps = 0, 866 Ps\'.

W praktyce oznacza to, iz w polach przepolaryzowujacych o nieskonczenie wspanialych natezeniach mamy mozliwosc zmierzyc tylko i wylacznie 83,

jednej % lub 86, 6 % polaryzacji spontanicznej BaTiO3. Przy wyznaczeniu Ps w calej polach o skonczonym natezeniu mozemy totez jedynie dazyc do

osiagniecia 83, 1 % lub 86, 6 % Ps\'.

Polprzewodniki

Budowa atomu krzemu

W sieci krystalicznej krzemu wystepuje wiazanie atomowe (kowalencyjne). Atomy w internecie krystalicznej znajduja sie rozmieszczone w calej takich

odleglosciach, ze katalogow powloki walencyjne zachodza wzajemnie na mojej dziurki. Para elektronow walencyjnych sasiadujacych ze soba dwu

atomow jest wspolna dla obu tych atomow, atom wewnetrzny osiaga trawala najbardziej korzystna energetycznie strukture osmioelektronowa. Do

wyrwania elektronu walencyjnego z takiego rownania nieodzowne jest dostarczenie odpowiedniej liczbie energii. Gwoli krzemu ow firma rowna jednej. 1

eV.

Budowa atomu krzemu.

Elektron wyrwany sposrod wiazania kowalencyjnego staje sie nosnikiem swobodnym ladunku. Moze sie on ruszac w cala objetosc krysztalu, pod

wplywem zewnetrznego pola elektrycznego, oderwanie elektronu sposrod wiazania powoduje powstanie luki, czyli czesciowa jonizacje dwu atomow, taka

dodatnio naladowana luke w calej wiazaniu wskazuje sie dziura.

Model pasmowy atomu

W calej odosobnionym atomie elektrony moga znajdowac sie w calej scisle ustalonych stanach energetycznych. Sa to:

jednej. Pasmo istotne jest to pasmo w ktorym elektrony znajdujace sie na orbicie moga przyjmowac wszelka wartosc sily mieszczacej sie wewnatrz

pasemka wlosow.

2. Pasmo zabronione - jest to pasmo lezace miedzy pasmami dozwolonymi. W tym pasmie istnieja takiego typu wartosci sily, ktorych nie moze

przyjmowac zaden elektron.

trzy. Pasmo przewodnictwa - sa w nim elektrony wyrwane sposrod sieci krystalicznej.

Model energetyczny, pasmowy.

Polprzewodniki samoistne

Polprzewodniki to cialka stale, jakich opor elektryczny wlasciwy (rezystywnosc elektryczna) jest zawarty w calej przedziale 10-4-108ohm*m, a wiec jest

wiekszy niz metali, natomiast mniejszy niz dielektrykow. Wlasnoscia charakterystyczna polprzewodnikow jest potezna zaleznosc przewodnictwa

elektrycznego od warunkow zewn. (temperatury, napromieniowania, pol elektr. itd), przy czym (odwrotnie niz w przypadku metali) przewodnictwo

polprzewodnikow rosnie wraz z wzrostem temperatury. Wedlug pasmowej teorii cialka stalego w calej temperaturze 0 K pasmo walencyjne

polprzewodnikow jest calkowicie wypelnione elektronami i obreb elektryczne nie moze zmienic ani polozenia, ani pedu konkretnych elektronow, wobec

tego wywolac obiegu pradu elektrycznego. Dlatego tez, by elektron posiadal mozliwosc uczestniczyc w calej przeplywie pradu, musi pozostac

przeniesiony w celu pasma przewodnictwa (nastepnego pasemka wlosow pustego lub niecalkowicie zapelnionego), oddzielonego od pasma

walencyjnego tzw. pasmem wzbronionym (przerwa energetyczna). Stan energii niezbedna do przekazania elektronu w calej polprzewodniku sposrod

pasma walencyjnego do pasemka wlosow przewodnictwa kosztuje od 2*10-3 do trzy eV (szerokosc przerwy energetycznej). Zatem aktualnie w

temperaturze pokojowej pewna cyfra elektronow pozostanie przeniesiona w celu pasma przewodnictwa. Liczba nasza rosnie wraz z wzrostem

temperatury. W temperaturze zera bezwzglednego polprzewodniki samoistne nie przewodza elektronow. Szerokosc pasma zabronionego w temperaturze

pokojowej wynosi dla:

·diamentu 6. 0 eV

·germanu 0. 68-0. 72 eV

·krzemu 1. jednej eV

W calej przewodnictwie polprzewodnika samoistnego biora udzial swobodne elektrony oraz identyczna ilosc dziur (powstajacych w calej pasmie

walencyjnym w wyniku przejscia elektronow sposrod tego pasemka wlosow do pasemka wlosow przewodnictwa). Szczeliny zachowuja sie jak czasteczki

o podstawowym ladunku dodatnim. O wartosci przewodnictwa wlasciwego decyduje rowniez koncentracja, a takze ruchliwosc nosnikow ladunku.

Elektrony poruszaja sie ruchem swobodnym przemieszczajac bez przeszkod dlugie ukochany swobodnie w internecie krystalicznej. W calej

przewodnictwie dziurowym udzial zabieraja elektrony sposrod sasiedniego wiazania wypelniajac dziure. Ruch dziur odbywa sie ku przeciwnym w celu

ruchu elektronow.

Usytuowanie pasm energetycznych w calej polprzewodniku.

Polozenie pasm energetycznych w izolatorze.

Usytuowanie pasm energetycznych w calej przewodniku.

Rozroznia sie polprzewodniki samoistne, odrzucic zawierajace domieszek i polprzewodniki domieszkowe. W calej polprzewodnikach samoistnych

przewodnictwo jest zalezne tylko od liczby elektronow przeniesionych z pasemka wlosow walencyjnego w celu pasma przewodnictwa (i dziur

pozostawionych poprzez nie w calej pasmie walencyjnym). W polprzewodnikach domieszkowych jest zalezne ono przewaznie od liczbie i wariantu

domieszek, tj. obcych atomow (lub defektow sieci), ktore albo dostarczaja elektronow w celu pasma przewodnictwa (donory), badz wychwytuja elektrony

z pasemka wlosow walencyjnego zostawiajac tam dziury (akceptory).

Polprzewodniki niesamoistne

W calej polprzewodniku typu n domieszka sa atomy pieciowartosciowe. 4 elektrony walencyjne atomu domieszki tworza wiazanie kowalencyjne sposrod

sasiednimi atomami w sieci. Piaty elektron jest slabo polaczony z jadrem swego atomu i dopuszczalny latwo oderwany dzieki drganiom termicznym sieci

internetowej. Zachowuje sie tak jak elektron swobodny. Domieszki, ktore dostarczaja dodatkowych elektronow przewodnictwa to domieszki donorowe.

Atomy domieszki to donory.

Model sieci internetowej krystalicznej krzemu z domieszka atomow np. fosforu.

Animacja prezentujaca przewodnictwo typu n.

Poziom donorowy wystepuje w calej pasmie zabronionym o szerokosci Wg. Jest to poziom subtelny (nie pasmo). Dla elektronow domieszki pomyslowosc

jonizacji jest znacznie mniejsza niz pomyslowosc jonizacji dla atomow sieci internetowej krystalicznej. Wzgledem malej odleglosci w skali energii

wielkosci donorowego od dolnej granicy pasma przewodnictwa wystarczy drobna porcja sily aby przeniesc 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 sasiednich wiazan wykazuja tendencje w celu zapelniania luki. Atom

domieszki, ktory odpowiada elektron to akceptor.

Model 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 nasz jest calkowicie pusty. Kochanie porcja sily powoduje, iz elektron sieci internetowej krystalicznej

sposrod pasma walencyjnego polprzewodnika przechodzi na zgodny z prawem, dyskretny akceptorowy poziom atomu domieszki. W calej temperaturze

pokojowej, wielu z atomow domieszki akceptorowej dorzuca jeden elektron z pasemka wlosow walencyjnego. W calej pasmie walencyjnym powstaje

wlasciwa liczba dziur. Wlasciwosci polprzewodnika domieszkowego zaleza od wariantu i liczby atomow domieszek wprowadzonego w celu krysztalu

polprzewodnika np. zapoczatkowanie jednego atomu boru na 105 atomow krzemu powoduje 1000 krotny wzrost przewodnosci krzemu.

Aplikujac celowe a, takze kontrolowane wprowadzanie domieszek w celu polprzewodnikow (domieszkowanie) mozna wplywac zarowno na wartosc, a

takze na typ przewodnictwa. Typowymi polprzewodnikami znajduja sie substancje o wiazaniach kowalencyjnych, zarowno pierwiastki (np. krzem,

german, selen), jak zwiazki chemiczne (np. arsenek galu, antymonek galu, weglik krzemu).

Zlacze p-n

Zlacze p-n otrzymuje sie obecnie przewaznie stosujac technike planarna, przy czym domieszkowanie sporzadza sie procedurami dyfuzji, epitaksji lub

implantacji jonow. Pochodzace z tego wynika podzial zlacz p-n na: dyfuzyjne, epitaksjalne i implantowane. Dawniej wielka role odgrywaly dwie rozne

metody domieszkowania, tj. domieszkowanie podczas wyciagania monokrysztalow (zlacze wyciagane) a, takze metoda stopowa (zlacze stopowe). Na

styku warstw p i n, wskutek duzej roznicy koncentracji nosnikow ladunku, nastepuje dyfuzja nosnikow wiekszosciowych: dziur sposrod obszaru p do

obrebu n a, takze elektronow sposrod obszaru n do obrebu p (nosniki te na przejsciu w celu obszarow o przeciwnym wariancie przewodnictwa ulegaja

rekombinacji). W rezultacie dyfuzyjnego obiegu elektronow a, takze dziur na terenie graniczym warstw p a, takze n pozostaja nieskompensowane ladunki

jonow domieszek, tworzace powloke dipolowa ladunku przestrzennego, zwana tez warstwa zaporowa (lub warstwa zubozona, ze wzgledu na niedobor w

zonie nosnikow ladunku elektronow a, takze dziur). Stanela warstwa dipolowa wytwarza obreb elektryczne, natomiast z istnieniem tego pola wiaze sie

powstanie bariery potencjalu. Nosniki mniejszosciowe (elektrony na terenie p a, takze dziury na terenie n), ktore znalazly sie przypadkowo na terenie

warstwy zaporowej (np. na skutek chaotycznego obrotu cieplnego), znajduja sie unoszone w celu obszaru przeciwnego typu, wedlug kierunkiem

dzialajacego pola elektrycznego. W stanie rownowagi termodynamicznej (zlacze niespolaryzowane napieciem zewn. ) prady unoszenia nosnikow

mniejszosciowych sa sobie rowne a, takze przeciwnie nakierowane, a zatem prad wypadkowy plynacy poprzez zlacze jest rowny zeru. Przylozenie do

wiazadla napiecia powierzchownego o polaryzacji zgodnej sposrod kierunkiem stresu dyfuzyjnego (kierunek zaporowy) powieksza bariere potencjalu,

utrudniajac przechodzenie nosnikow wiekszosciowych przez powloke graniczna wiazadla. Przez zlacze plynie wtedy niewielki napiecie wsteczny,

zestawiony glownie sposrod nosnikow mniejszosciowych, zwany pradem nasycenia. Doprowadzenie do wiazadla napiecia o polaryzacji odmiennej do

kierunku napiecia dyfuzyjnego (kierunek przewodzenia) obniza ale juz bariere potencjalu, ulatwiajac przechodzenie nosnikow wiekszosciowych przez

powloke graniczna wiazadla. Przy odpowiednio duzych cenach tego stresu przez zlacze plynie spory prad, zw. pradem przewodzenia, zlozony

przewaznie z nosnikow wiekszosciowych. Tego rodzaju sposob dzialania zlacza p n oznacza rowniez, iz jego opor elektryczny w calej jednym kierunku

przylozenia stresu jest w duzym stopniu wiekszy (kierunek zaporowy) niz w kierunku przeciwnym (kierunek przewodzenia).

Charakterystyka pradowo-napieciowa diody polprzewodnikowej:

Upr - potencjal przebicia zenerowskiego, Is - napiecie wsteczny.

Kazde zlacze p-n charakteryzuje pojemnosc, skladajaca sie z przepustowosci warstwy zaporowej Cj a takze z przepustowosci dyfuzyjnej Cd. Pojemnosc

Cj jest okreslona przyrostem ladunku przestrzennego warstwy zaporowej, wywolanym zwiekszaniem sie napiecia powierzchownego. Pojemnosc Cd

wiaze sie sposrod procesem dyfuzji nosnikow mniejszosciowych, wstrzykiwanych w celu obszarow p i n zlacza w nastepstwie przylozenia stresu

zewnetrznego. Wyraza ja seks przyrostu ladunku zwiazanego sposrod tymi nosnikami (gromadzacymi sie w obszarze p i n zlacza) w celu przyrostu

stresu zewnetrznego.

Tranzystor mocy wraz z zdjeta gorna czescia obudowy.

Termistory

Termistory - zawsze sa to elementy polprzewodnikowe, bezzlaczowe, jakich rezystancja jest funkcja temperatury. Ze wzgledu na przebieg charakterystyki

rezystancyjno-temperaturowej R=f(T) termistory mozna podzielic na trzy grupy:

jednej. termistory NTC - Negativ Temperature Coefficent, ujemny wspolczynnik temperaturowy;

dwoch. termistory PTC - Positiv Temperature Coefficent, dodatni wspolczynnik temperaturowy;

trzy. termistory CTR - Critical Temperature Resistor, rezystor o temperaturze krytycznej.

Charakterystyki R=f(T) dla roznych typow termistorow.

Termistory typu PTC (ang. Positive Temperature Coefficient) okreslane sa takze pozystorami. W sytuacji termistorow CTR (ang. Critical Temperature

Resistor) rezystancja przerabia sie skokowo (nawet o kilka rzedow wielkosci) w calej waskim przedziale temperatury.

Szczegol polprzewodnikowy termistora wytwarza sie przez spiekanie okreslonych surowcow z materialami wiazacymi, w momencie NTC - tlenkow metali

(manganu, niklu, zelaza, kobaltu, miedzi), PTC - tytanianu barowo-strontowego, CTR - tlenkow wanadu a, takze tytanu.

Najwazniejszymi parametrami termistora sa: rezystancja w temperaturze 250C (R25), czulosc temperaturowa, maksymalana moc, zakres temperatury

pracy.

Zastosowanie termistorow:

jednej. W technice pomiarowej:

·w termometrii w charakterze bardzo wrazliwe czujniki temperatury (metoda oporowa);

·przy pomiarze mocy w zakresie mikrofal;

·do okreslania cisnienia gazow;

·do okreslania wielkosci cieczy.

dwoch. W ukladach sygnalizacji, dostosowywania i stabilizacji temperatury np. w ukladach automatycznej dostosowywania.

3. Sluzace do stabilizacji napieciowej.

4. Sluzace do kompensacji temperaturowej ukladow komputerowych.

5. W calej miernikach dyspozycji pradu obszernej czestotliwosci.

1 termistor skonstruowali w rok 1946 W calej. H. Brattain i A, takze. A. Becker (USA)

Ferromagnetyzm

Ferromagnetyzm to zespol wlasciwosci niektorych postaci o organizacji krystalicznej lub amorficznej (ferromagnetyki), uwarunkowanych powstawaniem

samorzutnego uporzadkowania momentow magnetycznych atomow lub jonow wytwarzajacych siec krysztalu w miniaturowych obszarach zwanych

domenami (powoduje to spontaniczne namagnesowanie tych obszarow). Domeny sa ogolnie bezladnie zorientowane i w momencie nieobecnosci

zewnetrznego pola magnetycznego ich wypadkowy moment magnetyczny moze byc rowny zeru (cialo jako caloksztalt nie wykazuje namagnesowania).

Wielkosc samorzutnego uporzadkowania, calkowity w calej temperaturze zera bezwzglednego, wraz z wzrostem temperatury maleje az do punktu Curie,

w ktorym ferromagnetyzm zanika. Powyzej punktu Curie ferromagnetyki sa na ogol paramagnetykami. Pod wplywem zewnetrznego pola magnetycznego

zachodzi uporzadkowanie ustawionych chaotycznie aspektem siebie sekund magnetycznych konkretnych domen (a wiec kierunkow ich namagnesowania

spontanicznego) wzrasta wowczas namagnesowanie calego cialka, ktore po czesci utrzymuje sie po usunieciu pola powierzchownego (histereza

magnetyczna). Pole we wnetrzu takiego cialka moze przekroczyc setki, nawet lepiej tysiace razy przylozone obreb zewnetrzne. Kategoria

ferromagnetyzmu miesci sie rowniez wlasciwy ferromagnetyzm, wystepujacy kiedy elementarne minuty magnetyczne w calej ciele znajduja sie

jednakowe a, takze ustawione rownolegle (zgodnie), jak rowniez ferrimagnetyzm (antyferromagnetyzm nieskompensowany), wystepujacy gdy

podstawowe momenty magnetyczne sa rozmaite i zestawione antyrownolegle. Tego rodzaju ferromagnetyzm wykazuja polprzewodniki

ferromagnetyczne. Istnieja w calej nich takiego typu stany uporzadkowania, w ktorych namagnesowanie spontanicznie zanika. Temperatury, w ktorych to

zachodzi, nazywaja sie magnetycznymi punktami (temperaturami) kompensacji.

W ciagu zeszlych lat usilny rozwoj fizyki ferroelektrycznej a, takze ferromagnetykow dotyczyl poglebiania wiedzy zarowno o ich jakosciach, jak i

procedurach otrzymywania oryginalnych materialow. Doprowadzilo to w celu odkrycia duzej ilosci ferroelektrykow sposrod uporzadkowanymi momentami

magnetycznymi. Surowce, w ktorych nie liczac polaryzacji spontanicznej istnieje tez spontaniczne namagnesowanie, nazwano ferroelektromagnetykami.

Po jednego razu pierwszy alians tego typu otrzymal G. A. Smolenski, przeprowadzajac synteze ferroelektrykow o organizacji perowskitu. Pozniej odkryto

obie duze bliskich ferroelektrykow sposrod uporzadkowaniem magnetycznym: manganiny a, takze boracyty. Ferroelektomagnetyki sa materialami

interesujacymi wraz z wzgledow poznawczych i aplikacyjnych. Wykazuja ow lampy sporo wlasciwosci uwarunkowanych wzajemnym oddzialywaniem

elektrycznego i magnetycznego podsystemu. Sa w stanie w tych propozycji wystepowac rozmaite rodzaje uporzadkowania magnetycznego a, takze

elektrycznego:

·ferroelektryczne z ferromagnetycznym;

·ferroelektryczne sposrod ferrimagnetycznym;

·ferroelektryczne z antyferromagnatycznym;

·antyferroelektryczne sposrod ferromagnetycznym;

·antyferroelektryczne z ferrimagnetycznym;

·antyferroelektryczne sposrod antyferroelektrycznym.

Realne uporzadkowania ukladow spinow elektronowych.

Dla roznych kombinacji uporzadkowania elektrycznego a, takze magnetycznego Gram. A. Smolenski, A. J. Micek a, takze G. Nadlin opracowali teorie

termodynamiczna. Teoria ta doswiadczalnie potwierdza konkluzja o wzajemnym wplywie wlasciwosci dialektycznych a, takze magnetycznych w calej

otoczeniu ferroelektrycznego i ferromagnetycznego punktu Curie. Stwierdzono tez, ze w calej ferroelektrykach ukazuje sie skutek magnetoelektryczny.

Na przylozeniu pola elektrycznego zachodzi zmiana uporzadkowania magnetycznego, zas po przylozeniu pola magnetycznego pojawia sie zmiana

polaryzacji elektrycznej. Dziala, wiec moznosc sterowania z pomoca pola elektrycznego wlasciwosciami magnetycznymi, zas za posrednictwem pola

magnetycznego - jakosciami elektrycznymi w niniejszym samym materiale. Zjawisko to ma ogromne perspektywy praktycznego zastosowania.

Optoelektronika

Optoelektronika

Otoelektronika to sekcja elektroniki zajmujacy sie lacznym wykorzystaniem optycznego i elektronicznego sposobu przetwarzania i wreczania sygnalow.

Zasada optoelektroniki znajduja sie procesy przetwarzania sygnalow elektr. na opt. (przejscie od kanalu elektrycznego do optyczny) i na odwrot, oraz

przebiegi wytwarzania, przesylania, przetwarzania a, takze magazynowania wiadomosci niesionych poprzez swiatlo. Calkiem jasno, a wiec przewod

optyczny, pozwala uzyskanie w duzym stopniu wiekszej przepustowosci informacyjnej a takze odpornosci na zaklocenia powierzchowne przy przesylaniu

sygnalow. Zastosowanie w latach szescdziesiatych laserow jako zrodel swiatla logicznego oraz cienkich warstw spowodowalo gwaltowny rozwoj

optoelektroniki. Cienkie warstwy a takze struktury wielowarstwowe polprzewodnikowe, dielektryczne lub magnetyczne moga stanowic osrodek optyczny

zarowno wytwarzajacy i rejestrujacy, jak przenoszacy i przetwarzajacy sygnal swietlny.

Do narzedzi przetwarzajacych sygnaly optyczne na elektroniczne przylegaja np. fotodiody (w ow fotoogniwa), fototranzystory, fotopowielacze, w celu

przyrzadow zas, ktore przetwarzaja sygnaly elektryczne na optyczne zalicza sie np. diody elektroluminescencyjne, lasery zlaczowe oraz roznego rodzaju

wskazniki i wyswietlacze (displeje) alfa-numeryczne i graficzne, wlaczajac w calej to kineskopy telewizyjne a, takze monitory komputerowe. Szczegolnie

fascynujaca grupa narzedzi optoelektronicznych znajduja sie obwody optyczne scalone (optyka zintegrowana), posiadajace postac plytki (o rozmiarach

rzedu jednej 1 mm), na ktorej technika cienkich warstw sa naniesione rozne czesci optyczne (soczewki, siatki dyfrakcyjne, zrodla, detektory,

swiatlowody). Mieszcza one uzycie w telekomunikacji optycznej (swiatlowodowej) i w calej informatyce optycznej (komputery optyczne). Inna relewantna

dziedzina uzycia optoelektroniki jest przetwarzanie sily slonecznej na elektryczna w calej fotoogniwach instalowanych glownie na statkach kosmicznych,

a takze w calej urzadzeniach naziemnych.

Swiatlowody

Swiatlowod (falowod optyczny) jest kanalem do prowadzenia fali swietlnej. Swiatlowodami znajduja sie zazwyczaj wlokna szklane (niekiedy z tworzyw

sztucznych) komponujace sie z rdzenia i otaczajacego go plaszcza z surowca o wspolczynniku zalamania nizszym od wspolczynnika zalamania surowca

rdzenia. Nie liczac swiatlowodow wloknistych stosuje sie takze swiatlowody plaskie a, takze paskowe. Regula dzialania swiatlowodow polega na

wielokrotnym wykorzystaniu zjawiska pelnego wewnetrznego odbicia (odbicie a, takze zalamanie fal) wiazki promieni podazajacej na dlugosci

swiatlowodow. Material swiatlowodow odgrywaja srednice rdzenia rzedu 10-6, 10-4 metrow. Swiatlowody moga wystepowac pod postacia pojedynczego

wlokna, wiazki wlokien lub tysiecy tysiecy zespawanych wlokien (plytki swiatlowodowe). Zaletami swiatowodow wloknistych sa malutkie rozmiary

poprzeczne, maly ciezar, dobra uniwersalnosc, bardzo malutkie tlumienie promieni, odpornosc na zmiany temperatury i zaburzenia zewnetrzne a takze

mozliwosc przesylania nimi znakow w obszernym pasmie czestotliwosci. Swiatlowody wlokniste wykorzystuje sie w swiatlowodowej telekomunikacji

dalekozasiegowej, w sieciach polaczen rodzimych, w czujnikach (wielkosci maszynowych, elektrycznych, sztucznych itp. ). Ponadto uzywane sa wiazki

swiatlowodowe w celu przekazywania obrazow, np. z trudem dostepnych czesci maszyn (fiberoskopy) lub czesci organizmu ludzkiego (endoskopy).

Swiatlowody paskowe odgrywaja zastosowanie w calej ukladach optoelektroniki scalonej: zrodlach swiatla, modulatorach i przelacznikach sygnalu

swietlnego, a takze w charakterze czujniki.

Struktura swiatlowodu jednomodowego.

Kable optyczne

Kable optyczne sa zbudowane z wlokien swiatlowodowych. Material swiatlowodowe odgrywaja mala srednice (zwykle w porzadku. 0, jednej mm) a, takze

maly ciezar, umozliwiaja jednoczesne przenoszenie duzej ilosci sygnalow telefonicznych (do kilkunastu tysiecy, natomiast wiazka wlokien kilkaset tysiecy

i wiecej) na ogromne odleglosci (zwykle do 100 km wyjawszy wzmacniania sygnalu). Sa takze nieczule na zewnetrzne zaburzenia elektromagnetyczne a,

takze same odrzucic sa katalogow zrodlem. Przewody optyczne telekomunikacyjne moga byc calkowicie dielektryczne lub zawierac metalowy

wzmaczaniacz konstrukcji, pancerz stalowy, tasme metalowa jako oslone przeciwwilgociowa a, takze inne.

Lasery

Laser (ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) to urzadzenie generujace lub wzmacniajace spojne promieniowanie

elektromagnetyczne w zakresie widmowym zawartym miedzy odlegla podczerwienia natomiast nadfioletem. Regula dzialania lasera jest podparta na

wymuszonej emisji promieniowania elektromagnetycznego zachodzacej w ukladach atomow, jonow lub czasteczek doprowadzonych poprzez tzw.

pompowanie optyczne (wzbudzanie) do postaci inwersji obsadzen odpowiednich poziomow energetycznych. forma inwersji to stan, w ktorym na gornym

poziomie przejscia laserowego jest znacznie wiecej centrow czynnych niz w stopniu dolnym. Przedsiebiorczosc ukladu pochodzi z sily pompujacej

kontrakt (promieniowanie wzbudzajace, energia wyladowania elektrycznego, pomyslowosc elektronow wiazki wzbudzajacej, pomyslowosc chemiczna).

Glownymi elementami lasera sa:

·osrodek czynny (osnowa z zawartymi w zonie atomami lub jonami laserujacymi);

·zrodlo pompujace oraz rezonator optyczny (w generatorze);

Tymczasowy system LENS - topienie sproszkowanych metali

za pomoca lasera w celu wyprodukowania precyzyjnych skladnikow

(trudnych w celu wykonania procedurami tradycyjnymi).

Rezonator umozliwia wytworzenie promieniowania monochromatycznego w postaci wiazki o malej srednicy a, takze rozbieznosci (od ok. jednej s w celu

kilkunastu chwil katowych). Promieniowanie to charakteryzuje sie spojnoscia przestrzenna i czasowa oraz niemalym natezeniem. Dlugosc fali

promieniowania zalezy od wlasciwosci rezonatora i osrodka czynnego. Moc promieniowania kosztuje: przy generacji ciaglej od kilku miliwatow do tysiecy

kilowatow, natomiast przy generacji impulsowej od kilku watow do paru terawatow. Lasery klasyfikuje sie zwykle wg rodzajow osnowy. W laserze na ciele

stalym pod postacia krysztalu dielektrycznego lub szkla optycznego centrami czynnymi znajduja sie zwykle jony pierwiastkow sposrod grupy lantanowcow

lub zelazowcow. Osrodek czynny ma uklad walca dlugosci od paru do kilkunastu cm a, takze srednicy od kilku w celu kilkudziesieciu mm. Do przewaznie

stosowanych przylegaja: laser rubinowy i neodymowy, tytanowy. Sluzace do laserow gazowych naleza metrow. in. laser helowo-neonowy, laser

argonowy, laser molekularny. Lasery cieczowe (w tym barwnikowe) pozwalaja na ciagla zmiane dlugosci fali w zakresie widzialnym, w calej podczerwieni

a, takze nadfiolecie. Lasery polprzewodnikowe cechuja sie niewielkimi rozmiarami a, takze duza sprawnoscia. Lasery odebraly zastosowanie w calej

wielu sferach nauki a, takze techniki:

jednej. w technologii materialow (precyzyjne ciecie, spawanie i wiercenie trudno topliwych materialow, efektywne wywazanie, zautomatyzowane ciecie

papieru, tkanin, tworzyw sztucznych itp. )

dwoch. do dokladnych pomiarow dlugosci, odleglosci, pulapu chmur, wielkosci zanieczyszczen atmosfery, szybkosci obiegu, predkosci obrotu

obrotowego ( giroskop optyczny) itp.

trzy. do operowania praca maszyn roboczych, wytyczania torow wodnych w portach, chodnikow w calej kopalniach, w celu precyzyjnego seo zlozonych

konstrukcji

4. w calej medycynie a, takze biologii (mikrochirurgiczne zabiegi okulistyczne, bezkrwawe operacje chirurgiczne, czyszczenie zebow sposrod prochnicy,

eliminowanie naczyniakow, operacje kosmetyczne)

piec. do notowania i odtwarzania dzwiekow a, takze obrazow ( gramofon cyfrowy, magnetowid)

6. w technice wojsk. (pomiar odleglosci, nawigacja bombami a, takze pociskami, oswietlanie, specjalne strategie rozpoznania a, takze fotografowania

siedmiu. w holografii

8. w calej technologii chemicznej

9. w calej telekomunikacji optycznej (lacze laserowe, telekomunikacja swiatlowodowa).

Laser wycinajacy w stali. Ruch a, takze 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 a, takze czasteczkowa a, takze powiekszylo metrow. in. pilnosc pomiarow stabilnych

atomowych, natomiast przez to a, takze uniwersalnych stabilnych fizycznych. Sluzace do badania ultraszybkich procesow a, takze reakcji sztucznych w

ukladach molekularnych a, takze w fizyce ciala trwalego sluza bodzce swiatla o czasie trwania rzedu pikosekund, otrzymywane w calej ukladach

laserowych tzw. metoda synchronizacji modow. Impulsy takiego typu po zogniskowaniu maja zwartosc mocy w celu 1016 W/cm2. Trwaja rownoczesnie

prace nad impulsami w dalszym ciagu krotszymi femtosekundowymi (rzedu 10-15s), ktore zyskuje sie poprzez skracanie impulsow pikosekundowych.

Lasery przyczynily sie do wynalezienia i zbadania wielu zjawisk (m. in. bistabilnosci optycznej, wymuszonej przezroczystosci osrodka, generacji

harmonicznych promieni, wymuszonego rozpraszania swiatla), a takze spowodowaly rozwoj nowych sfer nauki, takich jak elektronika kwantowa, optyka

nieliniowa, holografia, optoelektronika i innych.

Zastosowanie lasera w holografii.

Rozwoj metoda laserowej brnie m. in. w kierunku: osiagniecia wiekszych dyspozycji i sily promieniowania, podniesienia sprawnosci a, takze

niezawodnosci dzialania, uzyskania promieniowania spojnego w zakresie rentgenowskim a, takze zastosowania w calej trojwymiarowym filmie i tele-wizji

oraz w celu realizowania kontrolowanej syntezy termojadrowej. Duze nadzieje wiaze sie sposrod laserami elektronowymi, w ktorych spojne

promieniowanie o duzej dyspozycji wysyla hamowana w polu magnetycznym wiazka elektronow przyspieszonych do szybkosci relatywistycznych

(bliskich predkosci swiatla). Skonstruowanie laseru poprzedzily doswiadczenia emisji wymuszonej w zakresie mikrofalowym (maser). Regula pracy lasera

zostala opracacowana w 1958 roku poprzez A. L. Schawlowa a, takze Ch. H. Townesa, natomiast pierwszy laser (rubinowy) zostal zbudowany w calej

roku 1960 przez T. H. Maimana.

Spis tresci:

Budowa atomu......................................................2

Wiazania atomowe.................................................. 6

Brylant i grafit..................................................... 10

Diamentopodobne.................................................. 15

Kwarc................................................................ 18

Pierowsikt........................................................... 20

Ferryty...............................................................21

Defekty strukturalne............................................... 25

Surowce bezpostaciowe......................................... 31

Materialy quasikrystaliczne...................................... 34

Regula faz.......................................................... 38

Materialy wielofazowe........................................... 39

Surowce ceramiczne.............................................42

Porcelana............................................................ 46

Surowce budowlane.............................................49

Surowce ogniotrwale............................................ piecdziesiat

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 w calej polu elektrycznym..............................83

Ferroelektryki..................................................... 85

Przemiany fazowe................................................ 90

Struktura domenowa............................................. 92

Polprzewodniki................................................... 94

Ferromagnetyzm................................................101

Optoelektronika................................................. 102