Ilościowa analiza mikrostruktury materiałów ceramicznych – teoria
Zad 1. Definicja mikrostruktury materiału:
Odp: mikrostruktura, w inżynierii materiałowej termin określający wewnętrzną strukturę materiałów mających wielkość rzędu co najmniej 1μm = 10-6 m, tj. przestrzenne rozmieszczenie faz oraz występujących w nich defektów struktury krystalicznej;
jest układem metastabilnym, może się zmieniać pod wpływem przyłożonych bodźców, dlatego też znajomość m. umożliwia wpływanie na właściwości materiałów np. podczas ich obróbki.
Wielkości te odpowiadają z grubsza wielkości najdrobniejszych ziaren w tradycyjnych tworzywach ceramicznych.
Zad 2. Sposób obserwowania mikrostruktury materiału (zgłady):
Odp: Zgład - przekrój polikryształu, powierzchnia wypolerowana i wytrawiona, w mikroskopie optycznym lub SEM, widoczne granice.
Powierzchnia musi być gładka i równa. Otrzymuje się ją poprzez szlifowanie oraz polerowanie i chemicznemu lub termicznemu trawieniu
Zad 3. Definicja stereologii
Odp: 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
Zad 4. Podstawowe parametry ilościowego opisu mikrostruktury
Odp: 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 SV, udział objętościowy VV).
Jednym z podstawowych parametrów integralnych jest objętość względna VV nazywana także udziałem objętościowym. Parametr ten jest używany do opisu mikrostruktury materiałów wielofazowych. i służy do określenia względnej ilości poszczególnych faz w materiale
Zad 5. Definicja i metody pomiaru udziału objętościowego faz w materiale
Odp: Jednym z podstawowych parametrów integralnych jest objętość względna VV nazywana także udziałem objętościowym. Parametr ten jest używany do opisu mikrostruktury materiałów wielofazowych. i służy do określenia względnej ilości poszczególnych faz w materiale.
Planimetryczna
Liniowa
Punktowa
Zad 6. Elementy mikrostruktury ceramicznych materiałów wielofazowych
Zad 7. Budowa 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 .
Zad 8. Definicje Nv, Na oraz D
Nv – liczba cząstek w jednostce objętości
Na – liczba cząstek na jednostkę powierzchni
D – Średnia średnica cząstek
Dokładniejsza jest struktura – jest to opis na poziomie komórki elementarnej rzędu angstremów.
Powierzchnia musi być gładka i równa. Otrzymuje się ją poprzez szlifowanie oraz polerowanie i chemicznemu lub termicznemu trawieniu
Nv – liczba cząstek w jednostce objętości
Na – liczba cząstek na jednostkę powierzchni
D – Średnia średnica cząstek
σ(D) – Średnie odchylenie średnic
Ponieważ ziarna nie są płaskimi przekrojami ,a baryłami wypukłymi o jednakowym kształcie
Można przez podanie np. Na, H – średniej wysokości cząsteczki, D – średnicy cząsteczki czy σ(D) – Średnie odchylenie średnic
Średnia średnica ziaren występuje we wzorze Halla-Petcha podającym związek pomiędzy twardością materiału metalicznego ,a wielkością ziaren w tym materiale.