Właściwości

fizyko-chemiczne

materiałów i metody

ich badania

.

Seminarium dyplomowe 2014/2015 IM 42, sek I.

Magda Szostek

Plan prezentacji

1. Podział właściwości materiału.
2. Wybrane właściwości fizyczne i metody ich

badania.

2.1 Przewodnictwo cieplne.
2.2 Rozszerzalność cieplna.
2.3 Przewodnictwo elektryczne.
2.4 Przenikalność magnetyczna.

3. Wybrane właściwości chemiczne i metody
ich badania.
4. Źródła.

4.1 Rysunki.
4.2 Literatura.

1. Podział właściwości materiału.

Właściwości wszystkich materiałów

możemy podzielić na :

FIZYCZNE

i CHEMICZNE

2.1 Przewodnictwo

cieplne.

To proces przepływu ciepła między nierównomiernie ogrzanymi częściami
ciała lub układu ciał, polegający na przekazywaniu energii kinetycznej
jednych cząsteczek drugim. Zależy ono od składu chemicznego, wiązań
między atomowych oraz struktury materiału [3]. Przewodnictwo cieplne
charakteryzuje współczynnik przewodzenia ciepła (λ).

λ = Q' * d / (S*ΔT) [W/mK]

gdzie:
Q' – natężenie przepływu ciepła [W],
d - grubość przegrody [m],
S – pole przekroju przez który przepływa ciepło [m²],
ΔT – różnica temperatur w kierunku przewodzenia ciepła [K] [4].

2. Wybrane właściwości fizyczne i metody

ich badania.

Metoda Laser Flash.

Na próbkę w kształcie walca pada impuls
laserowy, lub błysk lampy ksenonowej, który
wywołuje szybkie ogrzanie powierzchni po jednej
stronie

próbki.

Następnie

ciepło

to

transportowane jest przez próbkę wywołując
zmianę temperatury powierzchni po drugiej
stronie próbki. Krzywa wzrostu tej temperatury
jest

rejestrowana

za

pomocą

czujnika

podczerwieni (IR) i na jej podstawie zostaje
wyznaczona

wartość

dyfuzyjności

cieplnej

materiału [5].

2.2 Rozszerzalność

cieplna

To zmiana objętości ciała stałego
wywołana zmianą temperatury, którą
charakteryzuje (przy stałym ciśnieniu)
liniowy

(α)

bądź

objętościowy

współczynnik rozszerzalności cieplnej
(β)[2].

gdzie:
l – dowolny wymiar liniowy ciała,
Δl – zmiana tego wymiaru na skutek
zmiany temperatury,
V – objętość płynu,
ΔV – zmiana objętości wynikająca
ze zmiany temperatury,
∆T – zmiana temperatury ciała [6].

�=

∆�

�

�

∆ �

 

�=

∆�

�

�

∆ �

 

Badania dylatometryczne

Pozwalają

nam

wyznaczyć

większość

właściwości

termicznych materiału. Polegają one na pomiarze zmian
wymiarów (zwykle jednego wymiaru) próbki materiału w
funkcji temperatury, czasu lub jednocześnie temperatury i
czasu [7].

2.3 Przewodnictwo elektryczne.

To zjawisko skierowanego przenoszenia ładunków elektrycznych przez
dodatnie lub ujemne nośniki prądu (np. elektrony, jony) zachodzące w
ośrodku materialnym pod wpływem przyłożonego zewnętrznego pola
elektrycznego. Wielkością charakteryzującą przewodnictwo elektryczne
jest konduktywność (σ) – koncentracja nośników prądu i ich ruchliwość.

gdzie
q - ładunek nośników,
n - koncentracja nośników,
μ- ruchliwość nośników.

Ze względu na duże różnice wartości przewodności elektrycznej ciała
można podzielić na:

- nadprzewodniki,

- przewodniki,

- półprzewodniki,

- izolatory [8].

�=���

 

Mierniki przewodnictwa

elektrycznego.

To urządzenia wykorzystujące zjawisko prądów wirowych tzn.
indukcyjnych prądów pojawiających się w materiale przewodzącym prąd,
który znajduje się w zmiennym polu magnetycznym. Zastosowanie tego
zjawiska umożliwia wykonanie pomiarów przewodności właściwiej
materiału oraz innych jego parametrów jak np. grubość, głębokość
zahartowania powierzchni, twardość itp. [9].

2.4 Przenikalność magnetyczna.

Oznacza zdolność danego materiału do zmiany wektora indukcji
magnetycznej (B) pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Dla
charakterystyki różnych rodzajów materiału stosuje się parametr
względnej przenikalności magnetycznej μr której punktem odniesienia
przenikalność magnetyczna próżni μ0 = 4*π*10

-7

H/m.

μr = μ / μ0

W zależności od wartości względnej przenikalności magnetycznej
wyróżniamy:
-diamagnetyki (μr≤1) - wektor magnetyzacji materiału jest skierowany
przeciwnie do zewnętrznego pola magnetyzującego, powodując jego
osłabienie,
-paramagnetyki, (μr≥1) - wektor magnetyzacji materiału jest skierowany
zgodnie z kierunkiem zewnętrznego pola magnetyzującego; powodując
jego wzmocnienie,
-ferromagnetyki należą do grupy paramagnetyków, dla tej grupy
materiałów przenikalność względna osiąga bardzo duże wartości [10].

3. Wybrane właściwości chemiczne i

metody ich badania.

Do własności chemicznych materiałów
zalicza

się

głównie

odporność

korozyjną.

Korozja jest to proces niszczenia
materiałów na skutek chemicznego
bądź elektrochemicznego oddziaływania
środowiska. Korozji ulegają wszystkie
metale techniczne.

Korozja chemiczna charakteryzuje się
utlenianiem metalu bez udziału prądu
elektrycznego.

Mechanizmem korozji elektrochemicznej
jest

rozpuszczanie

się

metalu

stanowiącym

anodę

w

ognisku

galwanicznym [2].

Metoda wagowa i metoda

termograwimetryczna.

Metoda wagowa polega na
kolejnym

ważeni

próbki

podlegającej

działaniu

korozyjnemu

po

różnych

okresach czasu.

W

metodzie

termograwimetrczynej
wykorzystujemy

urządzenie

zwane

termowagą,

która

pozwala

nam

na

śledzenie

zmiany masy próbki w sposób
ciągły z jednoczesną rejestracją
na wykresie [11].

Badanie w komorze solnej.

Polega

na

eksponowaniu

próbek

metalowych

w

atmosferze mgły uzyskiwanej
przez

rozpylanie

wodnego

roztworu chlorku sodu o
określonym

stężeniu

przy

stałej temperaturze. Badanie
próbki

zawiesza

się

na

niemetalowych wieszakach w
ten sposób, aby roztwór
korozyjny ściekający z jednej
płytki nie spływał na drugą.
Czas badania metali lub po-
włok w komorze solnej waha
się zwykle od 16 do 96 h [12].

4. Źródła.

4.1 Rysunki.

Rys.1 http://www.e-spawalnik.pl/?proba-udarnosci,160
Rys.2

http://www.maturzysta.info/pomoc_z_chemii.php

Rys.3

http://www.komfortcieplny.com/images/przewodzenie.jpg

Rys.4

http://fizyka.zamkor.pl/images/stories/foto4.jpg

Rys.5 http://fizyka.zamkor.pl/images/stories/foto5.jpg
Rys.6

http://fizyka.zamkor.pl/images/stories/foto6.jpg

Rys.7http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/81/Voltage_source_
with_metallic_conductor-pl.svg/2000px Voltage_source_with_metallic_conductor-
pl.svg.png
Rys.8http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4f/LFA_schema.png/
170px-LFA_schema.png
Rys.9

http://kcimo.pl/images/equipment/big/_DIL_01.jpg

Rys.10http://ita-polska.com.pl/images/stories/ITA/Fischer/Duze/smp10.jpg
Rys.11

http://

www.technologie-przemyslowe.com/images/media/antykorozja/ochrona_samochodu
_przed_korozja.jpg

Rys.12 http://www.mt.com.pl/korozja-metali
Rys.13 http://www.netzsch-thermal-analysis.com/pl/produkty-rozwiazania/analiza-
termograwimetryczna/tg-449-f1-jupiter.html
Rys.14http://www.zmio.ps.pl/Korozja%20i%20ochr%20przed%20kor/06_Mgla
%20solna.pdf

4.2 Literatura.

[1]

http://pl.wikipedia.org/wiki/W%C5%82a%C5%9Bciwo%C5%9Bci_materia%C5%82owe

[2]Hetmańczyk M.: Podstawy nauki o materiałach, wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1996.
[3]

http://www.up.poznan.pl/kfiz/images/attachments/protokoly/c7.pdf

[4]http://materialy.budowlane.edu.pl/Wsp%C3%B3%C5%82czynnik_przewodzenia_ciep%C5%82a
[5]https://www.google.pl/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCAQFjAA&url=http%3A%2F
%2Fwww.itc.pw.edu.pl%2Fcontent%2Fdownload%2F53696%2F320207%2Ffile
%2Flab_2_lfa_instrukcja.pdf&ei=GbNsVNLeFs3sar_wgvgM&usg=AFQjCNF-
z3pkWBMnk8EN5uilMwyUQSZa0A&sig2=euzc2L8J308iw1HFR4BCKA&bvm=bv.80120444,d.ZWU&cad=rja
[6]http://pl.wikipedia.org/wiki/Wsp%C3%B3%C5%82czynnik_rozszerzalno%C5%9Bci
[7]http://www.zmio.ps.pl/Metody%20badan/04_dylatometria.pdf
[8]https://www.google.pl/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=8&ved=0CE0QFjAH&url=http%3A%2F
%2Fprivate.igf.edu.pl%2F~jnn%2FGLOBE
%2FPrzewodnictwo.ppt&ei=updsVJucKoLsaIXigtAN&usg=AFQjCNFUnO6VHOo2Ap4CXI-
YE2Do85IsTw&sig2=RJ_OmEv5DRWzV08kSk_R6Q&bvm=bv.80120444,d.ZWU&cad=rja
[9]

http://www.stalenierdzewne.pl/porady-ekperta/pomiar-przewodnosci-elektrycznej-stali

[10]

http://www.magnesy.net/slownik-przenikalnosc-magnetyczna.html

[11]Przybyłowic K., Przybyłowicz J.: Repetytorium z materiałoznawstwa cz.VII, wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej,
Kielce 2002r.
[12] http://www.zmio.ps.pl/Korozja%20i%20ochr%20przed%20kor/06_Mgla%20solna.pdf