Wymagane wiadomości

1) Definicja polikryształu – materiał o złożonej budowie, którego podstawą są połączone trwale (granicami fazowymi) , różnie zorientowane elementy krystaliczne. Polikryształ to ciało stałe, będące zlepkiem wielu monokryształów, zwanych w tym przypadku domenami krystalicznymi lub ziarnami. Domeny w polikrysztale mają zwykle orientację statystyczną, choć w pewnych, szczególnych warunkach można także uzyskać polikryształy o bardzo regularnym układzie domen. Określony układ domen tworzy tzw. mikrostrukturę polikryształu. Przykładem może być naturalny kryształ pirytu z widoczną strukturą polikryształu lub powierzchnia blachy elektrotechnicznej. Elementy budowy polikryształu: ZIARNA - pojedyncze kryształy oddzielone granicami międzyziarnowymi. W polikrysztale mogą znajdować się ziarna wielu faz. PORY - puste przestrzenie między ziarnami wypełnione fazą gazową . FAZA AMORFICZNA (SZKLISTA) - występująca jako oddzielne elementy mikrostruktury lub w postaci warstw na 5μm granicach ziaren . WTRĄCENIA DYSPERSYJNE – małe kryształy występujące w objętości ziaren .

2) Ilościowy opis budowy polikryształu: stereologia – to dziedzina nauki, której metody pozwalają na ilościowy opis zbioru brył za pomocą pomiarów (np. wielkości ziarn) lub zliczeń (np. liczby ziarn), przeprowadzanych na dwuwymiarowych przekrojach tych brył; wykorzystywana w ocenie struktury stopów metali; ze względu na nieprzezroczystość stopu badania jego budowy mogą być przeprowadzone jedynie na płaskim przekroju (zgładzie metalograficznym), na którym są widoczne tylko dwuwymiarowe przekroje trójwymiarowych krystalitów. Parametry opisujące mikrostrukturę – Parametry opisujące mikrostrukturę można uzyskać przez pomiar i wtedy mają one charakter metryczny (np. wielkość ziaren). Parametry otrzymane przez zliczanie mają charakter topologiczny (np. liczba cząstek na jednostkę powierzchni). Stereologia ustala związki pomiędzy parametrami przestrzeni trójwymiarowej R(3) a parametrami przestrzeni R(0), R(1), R(2). Parametry można podzielić na:

- lokalne (statystyczne), podające uśrednioną charakterystykę jednej cząstki w danej przestrzeni (np. średnia objętość cząstki V ),

- integralne (globalne) charakteryzujące liczbowo zbiór określonych cząstek w odniesieniu do jednostki miary danej przestrzeni (np. powierzchnia cząstek w 1 mm3 materiału S_V, udział objętościowy V_V).

Jednym z podstawowych parametrów integralnych jest objętość względna V_V nazywana także udziałem objętościowym. Parametr ten jest używany do opisu mikrostruktury materiałów wielofazowych. i służy do określenia względnej ilości poszczególnych faz w materiale.

3) równowagowa konfiguracja granic międzyziarnowych (model dwuwymiarowy, kąt dwuścienny) – Budowa polikryształów tj. geometria ziaren wynika z dwu zasad: 1. Ustalania się lokalnych stanów równowagi w miejscach styku granic międzyziarnowych . 2. Konieczności zapełnienia przestrzeni elementami geometrycznymi (ziarnami) Kąt dwuścienny na granicy faz w ciele stałym:

trójwymiarowy model polikryształu (modelowy kształt ziaren) – W rzeczywistości w polikryształach jednofazowych ziarna mają różne wymiary. Zachowanie warunków równowagi napięć powierzchniowych powoduje, że ściany ziaren mają krzywizny - wypukłe lub wklęsłe. W przypadku silnego zróżnicowania wartości energii powierzchniowej na poszczególnych płaszczyznach krystalograficznych, w polikrysztale mogą powstawać ziarna o dominacji ścian o najniższych energiach zorientowanych tak aby wystąpiła największa koincydencja sieci.

4) Równowaga granic w obecności stopionej fazy szklistej – Obecność w polikrysztale fazy amorficznej (szklistej) jest typowa dla materiałów ceramiki szlachetnej (stopy krzemianowe), ceramiki ogniotrwałej (niskotopliwe eutektyki) i ceramiki specjalnej (aktywatory spiekania). Fazy te powstały przez zestalenie się stopionych faz występujących w procesie powstawania polikryształów . Równowaga określona jest zależnością:

γ_ss = 2γ_sc cos(θ/2) czyli cos(θ/2) =(1/2)γ_ss/γ_sc

Przypadki graniczne :

1. Pełne zwilżanie - θ = 0^o gdy γ_ss /γ_sc ≥ 2

2. Brak zwilżalności - θ = 180^o gdy γ_ss << γ_sc

5) krystalizacja ze stopów (techniki odlewania metali, krystalizacja szkła) – Podstawową metodą otrzymywania polikryształów jest otrzymywanie drogą krystalizacji ze stopów . Metodą tą otrzymuje się większość tworzyw metalicznych Polikryształy ze stopu otrzymuje się w warunkach sprzyjających krystalizacji wielozarodkowej . KRYSTALIZACJA SZKŁA – Szkło w zwykłych warunkach jest termodynamicznie metatrwałe. Procesy krystalizacji są bardzo wolne ze względu na wysoką lepkość. Sztucznie wywoływana krystalizacja (katalityczna) ma na celu otrzymanie tworzywa posiadającego wyższą odporność mechaniczną . Do szkła wprowadza się zarodki heterogeniczne powodujące powstawanie centrów krystalizacji :

a) cząstki metali (Ag, Au, Pt, Pd) lub fluorki (0.01 - 0.15 %)

b) zarodki drugiej fazy szklistej powstałe wskutek likwacji

Odlewanie metali w swej najprostszej odmianie polega na kształtowaniu elementów metalowych, które będą łatwe w dalszej obróbce. Odlewanie jest technologia wykonywania przedmiotów za pomocą wypełniania form ciekłym metalem lub stopą. Odlewy wykonuje się ze staliwa, żeliwa, stopów aluminium, magnezu, miedzi. Odlewanie stosuje się wówczas gdy inne technologie byłyby zbyt kosztowne. Technologią odlewania można byłoby wyrobić przedmioty o bardzo skomplikowanych kształtach z bardzo dużą dokładnością np. tłoki, silniki, obudowy, narzędzia. Odlewanie może być procesem prostym, bądź skomplikowanym. Wszystko zależy od tego jaki kształt pragniemy uzyskać i jaki materiał obrabiamy. Techniki odlewania:

1. Odlewanie w formach piaskowych

2. Odlewanie w formach wirujących (odlewanie odśrodkowe, odlewanie półodśrodkowe, odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym).

3. Odlewanie w kokilach.

4. Odlewanie pod ciśnieniem.

5. Odlewanie skorupowe.

6. Odlewanie metodą traconego wosku.