PODSTAWOWE GRUPY MATERIAŁÓW
Podstawowe grupy materiałów i ich rozwój
Materiałami nazywane są ciała stałe o właściwościach użytecznych dla człowieka, gdyż wykonuje się z nich produkty pracy - przedmioty użytkowe, narzędzia, konstrukcje i budowle, maszyny, broń, dzieła sztuki, komputery itp.
Najogólniej wśród materiałów wyróżnia się:
•materiały naturalne, wymagające nadania kształtu dla zastosowań technicznych, np. drewno, kamień, diament;
•materiały inżynierskie, nie występują w naturze lecz poprzez zastosowanie procesów przetwarzania są przystosowane dla potrzeb technicznych.
Podział materiałów technicznych
Grupy materiałów
Do podstawowych grup materiałów inżynierskich zalicza się:
1.metale i ich stopy, np.
- żelazo, żeliwo, stal;
- aluminium i jego stopy;
- miedź i jej stopy;
- tytan i jego stopy.
2.polimery, np.
polietylen (PE);
- polichlorek winylu (PCV);
- żywice;
- elastomery
3.materiały ceramiczne, np.
•ceramika inżynierska;
•ceramika porowata;
•szkła;
•ceramika szklana.
4.kompozyty, np.
polimery zbrojone włóknem szklanym;
- polimery zbrojone włóknem węglowym;
- laminaty;
- beton zbrojony.
METALE I ICH STOPY
Właściwości metali i stopów wynikają z wiązania metalicznego występującego pomiędzy atomami i budowy krystalicznej
Właściwości metali i stopów są kształtowane metodami obróbki cieplnej i plastycznej a powierzchnia elementów metalowych często jest uszlachetniana metodami inżynierii powierzchni.
POLIMERY
Polimery, nazywane także tworzywami sztucznymi lub plastikami stanowią grupę materiałów organicznych, złożoną ze związków węgla, wodoru i innych pierwiastków niemetalicznych.
Polimery wielkocząsteczkowe powstają w wyniku połączenia wiązaniami kowalencyjnymi wielu identycznych ugrupowań atomów zwanych monomerami jednego lub kilku rodzajów.
Prosty monomer jest cząsteczką etylenu C2H4.
W temperaturze pokojowej polimery są bezpostaciowe lub krystaliczne.
Polimery liniowe stanowią największą i najważniejszą grupę, są zbudowane z monomerów połączonych jeden z drugim w sposób liniowy tak, że tworzą łańcuch.
Siłami spójności pomiędzy łańcuchami polimeru są słabe wiązania
Van der Waalsa.
Polimery silnie usieciowane powstają z monomerów, mających więcej niż dwa wiązania aktywne, prowadzące do utworzenia cząsteczek dwu- lub trójwymiarowych. Tak utworzona silna struktura nie ulega mięknięciu podczas podgrzewania.
MATERIAŁY CERAMICZNE
Materiały ceramiczne są to nieorganiczne związki metali z tlenem, azotem, węglem i innymi pierwiastkami, w których atomy połączone są wiązaniem jonowym i kowalencyjnym, wytwarzane zwykle w wysokotemperaturowych procesach związanych najczęściej z wypalaniem.
Materiały ceramiczne charakteryzują się następującymi właściwościami:
•małym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym;
•małą plastycznością;
•niską odpornością na obciążenia dynamiczne;
•dużą wytrzymałością;
•dobrą odpornością korozyjną.
RODZAJE CERAMIKI
Ceramika inżynierska jest zróżnicowaną grupą materiałów. Należą do niej materiały dla elektroniki, materiały narzędziowe i odporne na ścieranie, materiały ogniotrwałe wysokiej jakości, ceramika stosowana w energetyce jądrowej, w silnikach cieplnych, cermetale, sialony.
Ceramika porowata określana również jako tradycyjna, klasyczna lub wielkotonażowa obejmuje przede wszystkim materiały budowlane (cement, gips, cegły, płyty), ceramikę sanitarną (kamionkę, porcelanę, dachówkę), ogniotrwałą itp.
Surowcami do wyrobu ceramiki porowatej są: glina, krzemionka i skaleń.
Szkła są to materiały nieorganiczne, głównie tlenki, których stan fizyczny jest stanem pośrednim pomiędzy stanem stałym a ciekłym.
MATERIAŁY KOMPOZYTOWE - są połączeniem dwóch lub więcej odrębnych i nierozpuszczalnych w sobie materiałów, których wspólne właściwości i cechy strukturalne są wyższe niż w każdym z tych materiałów oddzielnie
Fazy, w których osadzone są wzmocnienia noszą nazwę osnowy.
Może to być osnowa z polimeru utwardzalnego (epoksydy, poliestry), polimeru termoplastycznego, metalu (aluminium, stopy aluminium-lit, magnez, tytan) czy ceramiki ( węglik krzemu, tlenek aluminium).
Fazy powodujące wzmocnienie kompozytów noszą nazwę zbrojenia.
Mogą być wprowadzane do kompozytu w postaci:
•włókien ciągłych;
•włókien krótkich;
•drobnych cząstek.
Stosowane są kompozyty warstwowe, laminaty, wiązkowe czy wzmacniane matami.
Materiały kompozytowe znajdują zastosowanie między innymi w sprzęcie kosmicznym, samolotach, szybowcach, samochodach, statkach, jachtach, sprzęcie sportowym itd.
Niejako oddzielną grupę materiałów kompozytowych stanowią pianki.
Szczególnie rozwinęła się produkcja pianek z materiałów polimerowych. Z polimerów porowatych robi się poduszki, wykładziny, opakowania i izolacje.