Właściwości materiałów

• Materiał

• Materiał – cokolwiek, z czego coś jest lub może

być wykonane (słownik Longmana);

• Materiał – surowiec w postaci pierwotnej lub

częściowo przetworzony, z którego wytwarza się

różne produkty.

W dziedzinie naukowo-technicznej materiał definiuje się jako każdą substancję, z której zrobione są analizowane wyroby (Wikipedia);

• Właściwości materiałów

• Właściwości mechaniczne;

• Właściwości elektryczne;

• Właściwości optyczne;

• Właściwości chemiczne;

• Właściwości termiczne;

Właściwości materiałów

Klasyfikacja materiałów pod względem struktury

• Materiały krystaliczne

• monokryształy;

• polikryształy;

• Materiały amorficzne.

• Częściowo krystaliczne materiały.

Klasyfikacja materiałów pod względem struktury

• Ciała krystaliczne:

Cząsteczki, atomy lub jony są rozmieszczone w sposób uporządkowany. Przykłady: diament, sól, cukier.

• Ciała amorficzne:

Cząsteczki, atomy lub jony NIE są rozmieszczone w sposób uporządkowany. Przykłady: guma, szkło.

• Częściowo krystaliczne materiały: cząsteczki, atomy lub jony są w niektórych obszarach rozmieszczone w sposób uporządkowany, a w niektórych nie. Przykład: polimery.

Metale – wiązania metaliczne, wśród 103 pierwiastków, 80 to metale.

Stopy metaliczne: stopy żelaza, stopy metali nieżelaznych

Właściwości: duża sztywność, ciągliwość, odporność na pękanie, przewodność elektryczna i cieplna, połysk metaliczny, mała odporność chemiczna (korozja).

• Materiały inżynierskie - metale

• Materiały inżynierskie - metale

Zależnie od gęstości metale dzieli się na:

1. metale lekkie - metale o gęstości mniejszej

od 4,5 g*cm^-3; najważniejsze z nich to : Al., Mg, Be, Na, K,

b) metale ciężkie- metale o gęstości większej

od 4,5 g*cm^-3: np. Fe, Cu.

Podział metali pod względem ich właściwości chemicznych:

a) metale szlachetne (Ag, Au, Pt),

b) metale półszlachetne (Cr, Ni, Al),

c) metale nieszlachetne (Fe).

W temperaturze pokojowej metale występują w stanie stałym

(z wyjątkiem rtęci, która w tych warunkach jest cieczą).

Metale odznaczają się :

1. połyskiem metalicznym

2. w dotyku są zimne, gdyż ich duże przewodnictwo cieplne powoduje odprowadzanie energii od skóry ,

c) większość z nich ma dużą wytrzymałość mechaniczną ,

d) dobrze przewodzą elektryczność i ciepło ,

e) jednocześnie są ciągliwe i kowalne ,

f) większość z nich ma znaczną gęstość, bowiem w kryształach metali ich atomy są gęsto upakowane,

g) są nieprzeźroczyste- mają z reguły zabarwienie srebrzystoszare, z wyjątkiem miedzi, złota, bizmutu (różowe) i cezu (żółtawe).

i) tlenki metali tworzą z wodą wodorotlenki o charakterze zasadowym ,

j) niektóre pierwiastki mają właściwości pośrednie między charakterem metalicznym i niemetalicznym .

Stal – stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11%, co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa).

• Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych składników stopowych zalicza się głównie metale (chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan). Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu zwane są zanieczyszczeniami.

Żeliwa są to stopy żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, o zawartości węgla powyżej 1,7% (zazwyczaj w zakresie 2—5%C), przeznaczone na odlewy.

Otrzymuje się je przez stopienie w żeliwiaku surówki wielkopiecowej z dodatkiem złomu żeliwnego lub stalowego oraz żelazostopów.

Ze względu na skład chemiczny żeliwa dzieli się na niestopowe i stopowe.

Żeliwa niestopowe zawierają do 3,5% Si, do 1% Mn, poniżej 0,8%P i poniżej 0,3%S. Żeliwa stopowe posiadają celowo wprowadzone dodatki stopowe: Cr, Si, Ni i inne, dla nadania specjalnych właściwości, np. żaroodporności czy odporności na korozję.

Badania wytrzymałościowe materiałów

Badania własności mechanicznych metali i stopów wykonuje się wykorzystując wiele różnorodnych metod.

Wynika to z potrzeby określenia wielkości charakteryzujących zachowanie się materiału poddawanego różnym rodzajom obciążenia, jak: rozciąganie, ściskanie, zginanie,skręcanie, ścinanie, a także niektórym ich kombinacjom.

Próba statyczna rozciągania

• Próba statyczna rozciągania jest jedną z podstawowych prób stosowanych do określenia jakości materiałów konstrukcyjnych wg kryterium naprężeniowego w warunkach obciążeń statycznych.

• Pozwala na obserwację zachowania się materiału w całym zakresie odkształceń (sprężystym, sprężysto – plastycznym aż do zerwania), można na jej podstawie określać nie tylko cechy wytrzymałościowe, ale także plastyczne materiału.

• Próba ta polega na osiowym rozciąganiu próbek o ściśle określonym kształcie (zależnym od rodzaju badanego materiału) w specjalnych uchwytach dostosowanych do próbek.

Badania twardości

Twardość jest jedną z tych właściwości, których nie można zdefiniować jednoznacznie w układzie znanych wielkości fizycznych. Inaczej twardość jest miarą oporu, jaki wykazuje ciało w czasie wciskania weń drugiego ciała.

Badanie i porównywanie twardości opiera się na metodach, które ze względu na charakter oporu stawianego przez materiał podczas próby, można podzielić na:

• 1. Metody oparte na wciskaniu:

• a) statyczne (Brinella, Rockwella, Vickersa, Knoopa, Grodzińskiego, Chruszczowa i inne);

• b) dynamiczne (Poldi).

• 2. Metody ryskowe (Martensa i inne).

• 3. Metody sprężystego odskoku (Shore’a i inne).

Stopy miedzi są to stopy, w których metalem podstawowym jest miedź.

Wyjątkiem od tej zasady są stopy miedzi ze srebrem i złotem, które uważa się za stopy srebra lub złota, jeżeli zawartość tych metali jest co najmniej równa 10%.

Stopy miedzi o największym znaczeniu technicznym - mosiądze i brązy.

Mosiądze są to stopy miedzi, w których głównym dodatkiem stopowym pierwiastkiem występującym w największej ilości poza miedzią) jest cynk, jego zawartość jest większa niż 2%.

Zawartość innych dodatków stopowych jest niewielka, przy czym nazwy mosiądzów zawierających je uwzględniają ten fakt, np. mosiądz aluminiowo-manganowo-żelazowy.

Brązy są to stopy miedzi, w których głównym dodatkiem stopowym nie jest cynk lub nikiel. Zawartość głównego dodatku jest zwykle większa niż 2%.

W zależności od jego nazwy wyróżnia się brązy cynowe, aluminiowe, krzemowe, berylowe, manganowe i inne. Nazwy są bardziej złożone, gdy brązy są stopami wieloskładnikowymi, np. brąz cynowo-cynkowy.

Aluminium - Al (glin) ze względu na niskie właściwości wytrzymałościowe (R m = 68-115 MPa, A= 18-45%, Z = 40-95% , HB = 15-20) nie znajduje szerszego zastosowania w budowie maszyn.

Ze względu na małą gęstość - 2,7 g/cm³ oraz znaczną odporność na działanie korozji aluminium znajduje zastosowanie w przemyśle chemicznym i spożywczym, a ze względu na wysoką przewodność elektryczną - w przemyśle elektroenergetycznym.

CERAMIKA

• Ceramiką nazywamy wyroby uformowane z gliny lub mas ceramicznych (nieorganicznych związków metali z niemetalami).

Po uformowaniu wyroby te są wypalane lub spiekane. Nazwa pochodzi od greckiego słowa kerameoús, oznaczającego „wykonany z gliny”.

Jest to jeden z najstarszych stosowanych w Europie materiałów – najstarsze wyroby pochodzą z okresu paleolitu. Na terenie Polski pojawiły się około 6 tys. lat temu.

Do produkcji wyrobów ceramicznych wykorzystuje się:

• surowce naturalne – gliny, skalenie, kwarc, kaolin;

• występujące w przyrodzie lub otrzymywane syntetycznie związki chemiczne – tlenki, krzemiany, krzemki, azotki, węgliki, siarczki, borki pierwiastków chemicznych.

Odpowiednie surowce rozdrabnia się i mieli. Następnie miesza się je - na sucho lub z dodatkiem wody. Uzyskana masa jest odpowietrzana.
Często dodaje się do niej:
materiały schudzające (piasek, zmielona cegła, zmielone stłuczki wyrobów ceramicznych)

• materiały te zapobiegają zniekształceniu i pękaniu wyrobów podczas ich wypału

• topniki (skalenie, kreda, nisko topliwe związki sodu) - ułatwiają one zagęszczenie masy podczas wypalania.

Z gotowej masy ręcznie lub maszynowo (prasowanie, tłuczenie, odlewanie) formuje się wyroby. W zależności od rodzaju ceramiki i wyrobu jaki chcemy otrzymać można go wysuszyć przed wypałem.

Wypalanie odbywa się w specjalnych piecach, w temperaturze 900÷2000°C – w zależności od rodzaju wyrobu. Niektóre elementy wypala się raz, inne dwa razy. Można je powlec szkliwem przed pierwszym lub drugim wypałem.

Pomimo zróżnicowania (materiał, sposób produkcji, temperatura wypału, rodzaj elementu) można wyodrębnić kilka podstawowych właściwości wyrobów ceramicznych:

• odporność chemiczna;

• odporność na działanie wysokich temperatur;

• twardość;

• dobre właściwości mechaniczne;

• dobre właściwości elektryczne

Ze względu na zastosowanie ceramikę można podzielić na:

• ceramikę budowlaną

• płytki ceramiczne

• ceramikę sanitarną

• ceramikę artystyczną

• ceramikę przemysłową

Ceramika budowlana

Ceramiczne wyroby budowlane wykonywane są z gliny z domieszką piasku, popiołów i innych substancji.

Budowlane wyroby ceramiczne mogą mieć strukturę:

• porowatą (wyroby o nasiąkliwości wagowej do 22%

• spieczoną (wyroby o nasiąkliwości wagowej do 12%)

Do grupy wyrobów ceramicznych o strukturze porowatej należą:

a/  wyroby z ceramiki tradycyjnej.

Powstają z ceramicznej masy formowanej, suszonej, a następnie poddanej wypaleniu.

Właściwości:

• wytrzymałość;

• trwałość;

• akumulacyjność cieplna;

• mrozoodporność;

• odporność na uszkodzenia mechaniczne;

• niepalność i odporność ogniowa;

• paroprzepuszczalność.

b/ wyroby z ceramiki poryzowanej (ciepłej ceramiki).

Powstają z gliny z domieszką trocin, mączki drzewnej lub innych materiałów, które ulegają spaleniu podczas wypalania, pozostawiając w ceramice zamknięte mikropory. Skomplikowany układ drążeń występujący w większości tych wyrobów poprawia ich parametry cieplne.

Właściwości:

• wysoka izolacyjność termiczna (można z nich wykonywać zewnętrzne ściany jednowarstwowe bez docieplenia);

• akumulacyjność cieplna;

• niepalność i odporność ogniowa;

• lekkość;

• paroprzepuszczalność;

• wiatroszczelność;

• łatwość i szybkość budowania.

Asortyment:

• cegły – pełne, modularne, kratówki, dziurawki

• pustaki – ścienne, stropowe, wentylacyjne,

• dachówki i akcesoria dachowe

Wyroby ceramiczne o strukturze spieczonej

(wyroby o nasiąkliwości wagowej do 12%)

Produkowane są z glin o niskiej temperaturze spiekania i wysokiej temperaturze stapiania.

Właściwości:

• wysoka wytrzymałość mechaniczna;

• mrozoodporność;

• niska nasiąkliwość;

• trwałość;

• odporność chemiczna.

Asortyment:

• cegły klinkierowe;

• cegły kominowe;

• cegły kanalizacyjne

Ze względu na przeznaczenie wyroby ceramiki budowlanej można podzielić na:

• elementy do budowy ścian:

• cegły

• pustaki

• nadproża

• elementy do budowy stropów – pustaki i belki.

• dachówki i akcesoria dachowe

• rurki drenarskie

• pozostałe wyroby

Płytki ceramiczne to cienkie płytki o zróżnicowanych wymiarach i stosowane do okładania ścian i podłóg.

Produkowane są w różnych formatach (od 10x10 mm do 1000x3000 mm) oraz kształtach (prostokąty, prostokąty ze ściętymi rogami, kwadraty, nieregularne kształty). Najczęściej stosowane są płytki mało- i średniogabarytowe (poniżej 600x600 mm).

Można także wyróżnić płytki wielkoformatowe przeznaczone do bezfugowego układania, jak i najmniejsze z płytek –płytki mozaikowe. Płytki ceramiczne wytwarza się z mieszaniny glin, piasku, tlenków barwiących oraz mineralnych dodatków uszlachetniających, poddawanych mieleniu lub ucieraniu.

Z przygotowanej masy ceramicznej płytki formowane są poprzez:

• prasowanie – płytki formowane tą metodą oznaczane są jako płytki grupy B.

Mają małe normatywne tolerancje wymiarowe.
Mieszankę ceramiczną w postaci proszku prasuje się pod ciśnieniem.
Płytki prasowane na sucho posiadają na odwrotnej stronie relief bez szczególnego ukierunkowania (np. punkty, kratki, plaster miodu, wzór z wkomponowaną nazwą fabryki).

ciągnienie - płytki formowane tą metodą oznaczane są jako płytki grupy A.

Mają normatywne tolerancje wymiarowe większe niż płytki z grupy B.
Plastyczną masę ceramiczną formuje się w pasma na prasie pasmowej i tnie na kawałki o odpowiednich rozmiarach.
Relief na odwrotnej stronie płytek ciągnionych przedstawia równoległe podłużne bruzdy i płytka zachowuje wzdłuż bruzd taki sam przekrój poprzeczny.
Uformowane elementy są suszone lub wypalane w temperaturze 1000÷1300°C, utrwalającej ich własności. Płytki mogą być wypalane:

• jednokrotnie (monocottura)

• dwukrotnie (bicottura)

W zależności od sposobu wykończenia powierzchni płytki możemy podzielić na:

• angobowane

Angoba to zaprawa z glinki lub rzadkiej masy. Pokrywa się nią zewnętrzną stronę płytki w celu zakrycia ciemniejszego koloru czerepu.

• szkliwione lub nieszkliwione

Warstwa szkliwa nakładana jest między pierwszym i drugim wypalaniem lub przed wypalaniem jednorazowym. Stosowane są też specjalne techniki szkliwienia, np. dodawanie granulatu szkliwa w procesie formowania płytek lub posypywanie granulatem rozżarzonych płytek w trakcie wypalania.

• polerowane

Ze względu na miejsce ich przeznaczenia płytki ceramiczne dzielimy na:

• ścienne – przeznaczone są do układania na ścianach i tylko tam można je stosować.

• podłogowe – przeznaczone do wykładania podłóg. Mogą być stosowane zarówno na podłogach jak i na ścianach.

• uniwersalne – przeznaczone do stosowania zarówno na podłogach jak i na ścianach

Pomimo dużej różnorodności, można wyodrębnić podstawowe i charakterystyczne dla wszystkich płytek cechy, takie jak:

• trwałość;

• kruchość;

• wytrzymałość;

• brak odporności na uderzenia;

• odporność na ścieranie;

• odporność na wodę i środki czyszczące;

• odporność na zaplamienie;

• niepalność;

• ognioodporność;

• łatwość czyszczenia i konserwacji – wystarczy je przemyć wodą z detergentem;

• trwałość barw (nie powiją na słońcu);

• nietoksyczność;

• szeroki asortyment kolorów i faktur, np. imitujących skórę czy tkaninę.

• estetyka;

• higieniczność;

• izolacyjność cieplna i akustyczna.

Rodzaje płytek ceramicznych:

• gres

• terakota

• glazura

• klinkier

• cotto

Właściwości płytek ceramicznych można podzielić na trzy grupy:

a/właściwości mechaniczne:

• twardość

• ścieralność (odporność na ścieranie)

• wytrzymałość na zginanie

• wytrzymałość na obciążenie niszczące przy zginaniu

b/ właściwości chemiczne:

• odporność na działanie agresywnych środków chemicznych (zwłaszcza kwasów i zasad)

c/ właściwości związane ze szczególnymi warunkami temperaturowymi i wilgotnościowymi:

• nasiąkliwość

• mrozoodporność

• odporność na skoki temperatury

WŁAŚCIWOŚCI PŁYTEK

TWARDOŚĆ

Twardość powierzchni określa się porównując ją do twardości minerałów wzorcowych, tworzących skalę Mohsa. Podaje ona jednak tylko następstwo twardości, czyli szereg materiałów rysujących kolejne poprzednie. Twardość powierzchniowa jest określana kolejnym najwyższym numerem minerału, z tych, które nie spowodowały zarysowania powierzchni badanej próbki.

ŚCIERALNOŚĆ

• Określa ona stopień zużycia płytki lub zmiany jej wyglądu pod wpływem użytkowania. To zjawisko niekorzystne, objawiające się zmatowieniem płytek, a następnie wycieraniem wierzchniej warstwy szkliwa. Jak więc widać, ścieralność płytek zależy w dużej mierze od twardości szkliwa.

• Odporność płytek na ścieranie jest określana przez klasę ścieralności – im wyższa klasa tym większa odporność. Klasy ścieralności obowiązują tylko dla płytek szkliwionych – dla płytek nieszkliwionych nie wprowadza się klas ścieralności.

Ze względu na odporność na ścieranie płytki dzielimy na następujące klasy:

• klasa 0

Płytki szkliwione tej klasy nie są przewidziane do wykładania podłóg.

• klasa 1

Pokrycia powierzchni podłóg, po których chodzi się boso lub w butach na miękkiej podeszwie, i które nie są narażone na działanie materiałów ścierających. Płytki tej klasy nie są odporne na zarysowania.

Zastosowanie:
Pomieszczenia w których używa się wyłącznie obuwia domowego, np.:
- łazienki;
- sypialnie.

• klasa 2

Pokrycia powierzchni podłóg, po których powierzchni chodzi się w obuwiu z podeszwami miękkimi lub normalnymi, i które są bardziej narażone na niewielkie ilości brudu oraz materiałów ścierających.

Płytek tej klasy nie wolno stosować w miejscach, gdzie chodzi się w butach nietypowych, z zelówkami metalowymi lub podkutych.

Zastosowanie:
Pomieszczenia w których występuje niewielki ruch pieszy, np.:
- kuchnie;
- pokoje dzienne;
- pokoje do pracy;
- salony.

• klasa 3

Pokrycia powierzchni podłóg, po których chodzi się w butach z normalnymi podeszwami, z niewielkimi ilościami brudu i materiału ścierającego. Płytek tej klasy nie można stosować w miejscach, gdzie chodzi się w butach nietypowych, np. z zelówkami metalowymi lub podkutych. Posiadają już jednak w miarę dobrą odporność na ścieranie.

Zastosowanie:
Pomieszczenia gdzie występuje intensywniejszy ruch pieszy, np.:
- korytarze;
- kuchnie;
- pokoje i łazienki hotelowe;
- pokoje szpitalne.

• klasa 4

Pokrycia powierzchni podłóg, po których odbywa się ruch normalny, na które wnoszone są niewielkie ilości materiału ścierającego tak, że warunki są bardziej surowe niż dla klasy 3.
W domach jednorodzinnych mogą być stosowane we wszystkich rodzajach pomieszczeń.

Zastosowanie:
Posadzki w miejscach o stosunkowo dużej intensywności ruchu pieszego (z wyjątkiem obszarów wejść z ulicy, oraz podejść do kas), np.:
- biura;
- obiekty użyteczności publicznej;
- szkoły;
- szpitale;
- sklepy;
- hotele;
- restauracje;
- kawiarnie.

• klasa 5

Pokrycia powierzchni podłóg narażanych na wzmożony ciągły ruch pieszy, gdzie wnoszone są cząstki materiału ścierającego.

Zastosowanie:
W przypadku tych płytek nie ma żadnych ograniczeń co do miejsca stosowania – można je stosować nawet na powierzchniach obiektów przemysłowych i ciągów komunikacyjnych o bardzo dużym natężeniu ruchu.

Wytrzymałość na zginanie

Zależy przede wszystkim od nasiąkliwości czerepu.
Zgodnie z ISO 10545-4 płytki podłogowe powinny mieć wytrzymałość nie mniejszą niż 27 MPa.
Jest to jednak parametr materiałowy – określa własność materiału z którego z którego wykonana jest płytka, a nie właściwości konkretnej płytki

Wytrzymałość na obciążenie niszczące przy zginaniu

Zależy od nasiąkliwości czerepu oraz od grubości płytki – im większa grubość płytki tym większe obciążenie niszczące (różnica 2 mm grubości może skutkować możliwością przeniesienia nawet o tonę większego obciążenia). Wytrzymałość na obciążenie niszczące przy zginaniu określa zachowanie się konkretnej płytki pod rzeczywistym obciążeniem.

Odporność na działanie agresywnych środków chemicznych (zwłaszcza kwasów i zasad)

Parametr ten ma największe znaczenie w przypadku płytek stosowanych w zakładach przemysłu spożywczego i chemicznego oraz basenach.

Najlepszą chemoodporność mają płytki z gresu porcelanowego.

ANTYPOŚLIZGOWOŚĆ

Antypoślizgowość to parametr ważny zwłaszcza w przypadku pomieszczeń narażonych na działanie wody. Można ją zapewnić stosując:

• reliefy – wypukłe wzory na całej powierzchni płytki;

• ryfle – wypukłe lub wklęsłe elementy prostoliniowe wzdłuż jednej krawędzi płytki;

• szkliwo antypoślizgowe;

• impregnat antypoślizgowy.

Antypoślizgowość określa się na podstawie krytycznego kąta poślizgu. Określa się ją zwykle na podstawie niemieckich norm:
DIN 51 097 – „Określenie poślizgu na mokrej powierzchni, na których chodzi się bosą nogą”.

NASIĄKLIWOŚĆ

Nasiąkliwość to jeden z najważniejszych parametrów charakteryzujących płytki ceramiczne.

Określa ona w procentach wagowych zdolność płytki (a raczej materiału z którego jest ona wykonana) do zaabsorbowania wody.

Wskazuje też stopień porowatości oraz wpływa bezpośrednio na inne właściwości płytek.

Ze względu na nasiąkliwość płytki ceramiczne podzielone są na trzy grupy:

• grupa I – płytki o niskiej nasiąkliwości wodnej (≤3%)

• grupa II – płytki o średniej nasiąkliwości wodnej (3÷10%)

Grupa ta dzieli się na dwie podgrupy:

• IIa – nasiąkliwość 3÷6%;

• IIb – nasiąkliwość 6÷10%.

• grupa III – płytki o wysokiej nasiąkliwości wodnej (>10%).

MROZOODPORNOŚĆ

Mrozoodporność to parametr określający odporność płytek na temperatury ujemne.

W Polsce określany jest na podstawie normy PN-EN 202.

Stwierdzenie że płytka jest mrozoodporna sprowadza się do stwierdzenia, że została przebadana zgodnie z wymogami tej normy i że po badaniu (50 cykli zmian temperatury od +15° do -15° ) nie stwierdzono organoleptycznie żadnych uszkodzeń jej powierzchni i krawędzi.

Trudno jednak określić tego typu badanie za miarodajne, gdyż zdaniem meteorologów w ciągu roku w Polsce występuje ponad 250 tego typu zmian cykli.

Ceramika sanitarna to ogół sprzętów potrzebnych do utrzymania higieny.

Pierwsze tego typu wyroby powstały w Anglii, w XVI wieku.

W Polsce ich produkcję uruchomiono w pierwszej połowie XX w.

Właściwości:

• łatwość czyszczenia;

• wysoką twardość;

• odporność na zarysowanie;

• odporność na działanie środków chemicznych;

• odporność na działanie wysokich temperatur;

• odporność na uszkodzenia mechaniczne;

• elegancki i klasyczny wygląd;

• stylistykę pasującą do pozostałych urządzeń sanitarnych;

• możliwość pokrycia powłokami zapobiegającymi osadzaniu się kamienia i zanieczyszczeń.

Ceramika artystyczna to gliniane wyroby dekoracyjne i użytkowe, wypalane, artystycznie formowane i zdobione.

Podstawowe metody produkowania wyrobów ceramiki artystycznej to:

• lepienie;

• odlewanie;

• toczenie na kole;

• toczenie i prasowanie mas półsuchych.

W zależności od użytych surowców ceramikę artystyczną dzieli się na:

a/ wyroby garncarskie
Wytwarzane są z gliny i wypalane w temperaturze 920÷960°C

b/ wyroby fajansowe
Otrzymuje się je poprzez wypalanie w temperaturze ok. 1000°C mieszaniny gliny, kwarcu, kaolinu, skaleni, margla, kredy i dolomitu, z domieszkami substancji szklistych. Wyroby fajansowe mogą być szkliwione lub nie.

c/ wyroby kamionkowe
Wytwarzane są z kamionki – ceramicznego materiału o dużej zawartości kwarcytu i skaleni, z dodatkiem tworzącego szklistą powlokę chlorku sodu.

Właściwości:
- kwasoodporność;
- nieprzesiąkliwość;
- nieprzezroczystość

d/ wyroby porcelanowe
Porcelana to biały, pokryty szkliwem materiał ceramiczny. Zwykle zawiera 50% kaolinu, 25% skaleni i 25% kwarcu. Im więcej kaolinu tym porcelana jest twardsza. Najpierw jest wypalana w temperaturze 900÷1000°C, następnie pokrywana szkliwem i powtórnie wypalana w temperaturze 1200÷1450°C.
Właściwości:
- szklisty przełom;
- wysoka twardość;
- duża odporność na wysokie temperatury;
- duża kwasoodporność;
- nieprzepuszczalność dla gazów i cieczy;
- złe przewodnictwo elektryczne.

e/ wyroby porcelitowe
Porcelit to materiał pośredni pomiędzy fajansem a porcelaną. Ma szary lub kremowy odcień. Produkowany jest z gliny z niewielkim dodatkiem kaolinu. Wypalany jest w temperaturze ok. 1300°C. Najczęściej wyroby te są niższej jakości niż wyroby porcelanowe.

Właściwości:
- spieczony czerep;
- wytrzymałość;
- nasiąkliwość ok. 3%;
- twardość.

Ceramika przemysłowa to zróżnicowana grupa produktów.

Najważniejsze rodzaje wyrobów ceramiki przemysłowej to:

a/ ceramiczne wyroby ogniotrwałe

b/ elektroceramika (materiały i wyroby ceramiczne stosowane w elektrotechnice, elektronice i elektrotermii ze względu na ich właściwości)

c/ bioceramika – materiały ceramiczne przeznaczone do wyrobu elementów czasowo lub na stale zastępujących chore tkanki, narządy albo ich części. Stosuje się je przede wszystkim wewnętrznie

d/ ceramika kanalizacyjna

e/ pigmenty, farby i barwniki ceramiczne – barwne tlenki metali lub ich związki, odporne na działanie wysokich temperatur

f/ ceramika specjalna

TWORZYWA SZTUCZNE

Tworzywami nazywamy materiały posiadające określone własności fizyko-chemiczne oraz określona wytrzymałość w warunkach używalności.

Tworzywa można podzielić na:

• naturalne

• sztuczne.

Tworzywa naturalne mogą być pochodzenia mineralnego, jak: marmur, piaskowiec, glina lub organicznego, jak: kauczuk, drewno, skóra.

Tworzywa sztuczne są to materiały celowo wytworzone przez człowieka, które albo nie posiadają odpowiednika w naturze, albo którego własności zostały w odpowiedni sposób zmodyfikowane.

Tworzywa sztuczne mogą być pochodzenia mineralnego jak np.: cegła, beton, szkło lub organicznego jak: papier, guma, celofan.

Tworzywa sztuczne pochodzenia organicznego dzielą się na:

• tworzywa półsyntetyczne

• tworzywa syntetyczne.

Tworzywa sztuczne półsyntetyczne - są to takie tworzywa, które jako surowice wyjściowy wykorzystują materiał pochodzenia naturalnego, będący często już samym tworzywom (np.: drewno, mleko, kauczuk), ale którego właściwości przez odpowiednią przeróbkę, przeważnie natury chemicznej, ulegają celowym zmianom w kierunku polepszenia tych właściwości.

Najważniejsze tworzywa tej grupy to guma, ebonit, galalit (sztuczny róg), fibra, celofan, celuloid oraz pewne kleje, lakiery, farby i włókna.

Tworzywa sztuczne syntetyczne - są to takie tworzywa, które zostały w całości wytworzone sztucznie w wyniku szeregu reakcji chemicznych z najprostszych surowców, łatwo dostępnych do wydobycia lub pozyskania w dużych ilościach.

Jest to obecnie największa najważniejsza i najbardziej rozwijająca się grupa tworzyw.

Potocznie jednak, nazwą tworzywa sztuczne określa się jedynie materiały zawierające wielocząstkowe związki organiczne, które to związki powstają najczęściej na drodze syntezy produktów chemicznej przeróbki węgla, ropy naftowej lub gazu ziemnego z takimi pierwiastkami jak i wodór, chlor, fluor, tlen, azot i inne.

Często również w odniesieniu do tak zdefiniowanych tworzyw sztucznych używa się nazw: tworzywa wysokopolimerowe, wielkocząsteczkowe, polimery lub potocznie plastyki. Nazwy te nie są ścisłe.

Polimerem nazywa się wielkocząsteczkowy związek chemiczny powstały z połączenia prostych cząsteczek (tzw. monomerów) o niskim ciężarze cząsteczkowym. Cechą charakterystyczną polimerów jest występowanie powtarzających się fragmentów cząsteczki tzw. merów, segmentów.

Reakcja, w której otrzymuje się polimery nazywa się polimeryzacją.

Ważnym procesem w którym zachodzi sieciowanie polimeru jest wulkanizacja.

Proces wulkanizacji polega na ogrzaniu kauczuku z ok. 5% dodatkiem siarki, w wyniku czego następuje łączenie ze sobą łańcuchów polimeru poprzecznymi mostkami siarkowym.i

Klasyfikacja tworzyw sztucznych

Klasyfikacja wg Fischera - wg której bierze się pod uwagę zachowanie się tworzyw sztucznych w zależności od reakcji na działanie sił zewnętrznych i temperatury:

a) Elastomery - tworzywa, które w temp. pokojowej, pod wpływem działania sił zewnętrznych, wykazują wydłużenie przekraczające 100%.

Do grupy tej należą:

1. Elastopreny - tworzywa elastyczne (kauczuk, chloropreny, izopreny),

2. Elastoleny - mniej elastyczne niż "1" (poliizobutylen),

3. Elastiomery - zawierające siarkę (kauczuki polisiarczkowe),

4. Elastoplastyki - elastyczne i plastyczne (polichlorek winylu – PCW).

b) Plastomery - tworzywa, których wydłużenia pod wpływem działania sił zewnętrznych, w temperaturze pokojowej, nie przekraczają 100%.

Do grupy tej należą:

1) Termoplasty

2) Duroplasty (tworzywa utwardzalne)

Termoplasty - tworzywa, które każdorazowo podczas ogrzewania miękną, a po ostygnięciu twardnieją, w związku z czym mogą być przetwarzane wielokrotnie.

Najważniejszymi przedstawicielami tej grupy tworzyw sztucznych są:

• polietylen (PE)

• polipropylen (PP)

• polichlorek winylu (PCW)

• polistyren (PS)

• poliamidy (PA)

• poliwęglan (PC)

• policzterofluoroetylen (teflon) (PTFE)

• polioctan (PO), itp.

Duroplasty (tworzywa utwardzalne) - dzielą się na dwie podgrupy:

- tworzywa termoutwardzalne - są to takie tworzywa, które w podwyższonej temperaturze początkowo również miękną i w tej postaci dają się formować, ale także w tej podwyższonej temperaturze nieodwracalnie twardnieją wskutek zachodzącej podczas formowania reakcji chemicznej.

Najbardziej typowymi tworzywami termoutwardzalnymi są następujące żywice:

- fenolowo – formaldehydowe

- mocznikowo – formaldehydowe

- melaminowo – formaldehydowe

- tworzywa chemoutwardzalne - tworzywa, które utwardzają się pod wpływem chemicznego działania tzw. utwardzaczy, przy czym proces utwardzania jest również nieodwracalny. Do tego rodzaju tworzyw należą niektóre żywice epoksydowe i poliestrowe.

Klasyfikacja technologiczno – użytkowa:

a) tworzywa konstrukcyjne - nadają przedmiotowi określony trwały kształt i wytrzymują deformujące działanie zewnętrznych sił mechanicznych. W handlu występują w postaci granulatu (rzadziej proszku) służącego do przetwórstwa lub w formie półwyrobów takich jak płyty, rury, kształtki, taśmy, itp. ,

b) tworzywa powłokowe - umieszczane zazwyczaj na powierzchni przedmiotu lub tworzywa konstrukcyjnego. Mają one na celu zabezpieczenie tworzywa znajdującego się pod nimi przed działaniem czynników zewnętrznych, bardzo często niszczących tworzywo konstrukcyjne (korozja). Najczęściej występują w postaci emulsji nakładanych na inne materiały jako farby, lakiery lub emalie.

c) tworzywa adhezyjne (lepiszcza, spoiwa, kleje)

Są to właściwie również pewne odmiany tworzyw powłokowych, tylko umieszczane nie na powierzchni zewnętrznej przedmiotu, ale na powierzchniach poszczególnych części, kawałków, czy warstw tworzywa konstrukcyjnego.

d) tworzywa impregnacyjne - stosuje się do nasiąkliwych tworzyw konstrukcyjnych celem zmiany wytrzymałości tworzywa lub nadania mu specjalnych i określonych właściwości fizyko-chemicznych (impregnacja tkanin, drewna, itp.).

e) tworzywa elastoplastyczne (gumy) - charakteryzują się elastycznością i miękkością w temperaturach pokojowych, które to cechy zawdzięczają albo samemu charakterowi budowy tworzywa, albo też dodatkom zwanym zmiękczaczami.

Używane są najczęściej w postaci foli, węży, cienkich płyt, itp.

f) tworzywa włóknotwórcze - są to tworzywa zdolne do przędzenia i wytwarzania włókien. Do tego celu nie nadają się tworzywa termoutwardzalne.

Przetwórstwo tworzyw sztucznych obejmuje najczęściej metody formowania plastycznego tworzyw, rzadziej natomiast mechaniczną obróbkę wiórową.

Do najważniejszych metod stosowanych w przetwórstwie tworzyw termoplastycznych należy zaliczyć:

• Prasowanie wtryskowe

• Wytłaczanie

• Kalandrowanie

• Formowanie wtórne

Charakterystyczne metody przetwórstwa tworzyw termo- i chemoutwardzalnych to:

• Prasowanie tłoczne

• Prasowanie przetłoczne

• Prasowanie laminatów

• Formowanie kontaktowe

• Wykonywanie odlewów

Prasowanie wtryskowe polega na ogrzaniu tworzywa do stanu plastycznego w cylindrze wtryskarki i wtrysku plastycznego tworzywa pod ciśnieniem przez kanał wtryskowy do zamkniętej, chłodzonej formy.

Wytłaczanie polega na ogrzaniu tworzywa w cylindrze wytłaczarki oraz przepychaniu go za pomocą obracającego się ślimaka przez ustnik o odpowiednim wykroju.

Kalandrowanie jest metodą służącą do produkcji folii o grubości 0,08-1,0 mm. Polega na rozwalcowywaniu tworzywa na gładkich walcach maszyny, zwanej kalandrem. Kalander ma najczęściej cztery walce.

Formowanie wtórne dotyczy przetwarzania półwyrobów z tworzyw sztucznych, wstępnie uformowanych najczęściej płyt i folii.

Prasowanie tłoczne polega na formowaniu porcji tworzywa w gorącej formie pod działaniem ciśnienia.

Prasowanie przetłoczne polega na podgrzaniu porcji tworzywa w komorze formy, a następnie przetłoczeniu go przez wąski kanał do wnętrza właściwej formy.

Prasowanie laminatów przeprowadza się w wielopółkowych ogrzewanych prasach hydraulicznych

Formowanie kontaktowe czyli bezciśnieniowe dotyczy głównie formowania laminatów z tworzyw chemoutwardzalnych. Na formę nakłada się warstwę żywicy, a następnie warstwę pociętych tkanin lub mat szklanych i nasyca ciekłą żywicą.

KOMPOZYTY

Kompozyty obejmują bardzo liczną i różnorodną grupę materiałów konstrukcyjnych.

Określenie kompozyty oznacza materiał powstały przez ścisłe zespolenie co najmniej dwóch chemicznie różnych materiałów (faz – zbrojącej i osnowy) w taki sposób, aby mimo wyraźnej granicy rozdziału między nimi nastąpiło dobre i ciągłe połączenie składników oraz możliwie równomierne rozłożenie fazy zbrojącej w osnowie.

Funkcje osnowy i zbrojenia

Osnowa ma za zadanie zabezpieczać zbrojenie przed mechanicznym uszkodzeniem, przenosić naprężenie zewnętrzne na zbrojenie, zatrzymywać rozprzestrzenianie się pęknięć, nadawać wyrobom żądany kształt.

Zadaniem zbrojenia jest wzmacnianie materiału, poprawienie nie jego właściwości mechanicznych.

Klasyfikacja materiałów kompozytowych (MK) obejmuje głównie podział ze względu na osnowę i rodzaj fazy zbrojącej.

W zależności od rodzaju osnowy MK można podzielić na:

- kompozyty o osnowie metalowej,

- kompozyty o osnowie niemetalowej: ceramicznej, polimerowej.

Ze względu na rodzaj fazy zbrojącej wyróżniamy kompozyty:

• zbrojone włóknami: ciągłymi, krótkimi,

• zbrojone cząsteczkami,

• zbrojone dyspersyjnie.

Osnowa materiałów kompozytowych

Osnową materiałów kompozytowych mogą być metale, ceramika i tworzywa sztuczne.

Rolą osnowy jest utrzymanie fazy zbrojącej w określonym miejscu w przestrzeni tworzywa oraz deformacja pod wpływem obciążeń, przenosząc naprężenia na składniki fazy zbrojącej.

Osnowa metalowa

Osnowę metalową kompozytów stanowi żelazo i jego stopy, stopy niklu, metale i stopy nieżelazne, głównie aluminium, magnez, miedź, srebro, cyna, ołów, tytan, intermetale oraz nadstopy.

Osnowa ceramiczna

Do osnowy ceramicznej w materiałach kompozytowych możemy zaliczyć ceramikę techniczną, szkła i tworzywa szklanoceramiczne oraz węgiel.

Osnowa polimerowa

Na osnowę kompozytów polimerowych stosuję się:

• żywice termoutwardzalne: fenoplasty i aminoplasty,

• żywice chemoutwardzalne: poliestrowe, epoksydowe i silikonowe,

• tworzywa termoplastyczne: poliamidy, polipropylen, poliestry termoplastyczne i poliwęglan oraz w mniejszych ilościach polimery styrenowe.

Technologie wytwarzania materiałów kompozytowych

Metody bezpośrednie – najbardziej znaną metodą jest metoda kierunkowej krystalizacji stopów eutektycznych.

Metody pośrednie – cykl technologiczny wytwarzania MK obejmuje etapy przygotowania zbrojenia, przygotowania osnowy i ich łączenia z wykorzystaniem technologii odlewniczych lub obróbki plastycznej.

Właściwości materiałów kompozytowych

Właściwości kompozytów praktycznie możemy kształtować i projektować w zależności od potrzeb.

MK charakteryzują się właściwościami nieosiągalnymi dla konwencjonalnych monolitycznych materiałów.

Wyróżniają je zwiększone:

• wytrzymałość, moduł Younga,

• charakterystyki zmęczeniowe,

• odporność na zużycie,

• charakterystyki ślizgowe,

• wysoka odporność na korozję, zarówno w temperaturze pokojowej jak i w podwyższonej.

Zastosowanie kompozytów

• technika kosmiczna,

• przemysł militarny,

• komunikacyjny

• produkcja np. sprzętu sportowego.