Zaawans mat cer. –nieograniczone związki metali z tlenem, azotem, węglem, borem i itd, w których atomy połączone są wiązaniem jonowym i kowalencyjnym. Mat ogniotrwałe kwasowe, zasadowe, obojętne. Proces produkcji ceramiki – dokładne wymieszanie odpowiednich surowców, formowaniu, wysuszeniu i wypaleniu. Wypalanie odbywa się w piecach tunelowych, komorowych i grafitowych. Temp wypalania: od 900 st. (cer budowl.) do 2000 st. (cer węglikowa). Zachodzi zjawisko spiekania, w wyniku którego otrzymuje się czerep o pożądanej gęstości. Niektóre materiały pokrywa się szkliwem.Cer wielkotonażowa: głównie mat budowl., cer sanitarna, ogniotrwała itp. Podstawowe surowce to: -glina (drobne ziarna uwodnionego krzemianu glinu), -Krzemionka (krystaliczna odmiana SiO2, zwana kwarcem) –Skaleń (glinokrzemian metali alkaicznych stanowiących mieszaninę: skalenia potasowego, skalenia sodowego i wapniowego. Krzemiany i glinokrzemiany: -800 minerałów krzemianowych co czyni z nich najliczniejszą grupę minerałów, -ilościowy udział w budowie skał to ok. 75%, są źródłem wielu metali, tworzą też złoża wielu surowców mineralnych. –wśród krzemianów są kamienie szlachetne i ozdobne. –współczesna systematyka opiera się na budowie sieci krystalicznej, podstawowymi elementami strukturalnymi tej sieci są ściśle obok siebie ułożone 4 aniony tlenu oraz zawarty między nimi kation krzemu. Modelem tak ułożonego anionu jest tetraedr (czworościan foremny). Porcelana: -stołowa twarda i miękka, -chemiczna wypalana w 1450 st., -elektrochem., - dentystyczna. Fajans: -twardy (40% kwarcu, porowatość 25%, wytrz na zginanie do 23 MPa, -wyp 2x w temp 1250 st., -zastosowanie: płytki łaz., naczynia, sanitaria. Porcelit: mniejsza porowatość, większa wytrzymałość, wypalany z gliny, substancji iliastej, kwarcu i skalenia. Kamionka: z gliny kamionkowej, wypalana 2x w temp 1200-1300., -wytrz na ściskanie 800MPa, na zginanie 90MPa, -zastosowanie: rury kanalizacyjne, ap chemiczna i laboratoryjna. Terakota: z gliny ogniotrwałej, skalenia, piasku i tlenków metali, wyp w temp 1200, -duża odporność na ścieranie, -zastos płytki podłogowe i dekor. Klinkier: z glin żelazistych i wapiennożel., -wyp w temp 1300, -duża wytrzymałość i udarność, mała porowatość i nasiąkliwość, -zast: mat drogowy, budowlany, posadzkowy. Ceramika inżynierska: nowoczesne mat, stosowane w technice. Min w budowie silników, rakiet, w elektronice, metalurgii, medycynie. Mat supertwarde: -diament, azotek boru, weglik krzemu, węglik boru, tlenek glinu. SZKŁO: mat nieograniczone, głównie tlenki, któ®ych stan fizyczny jest stanem pośrednim między stanem ciekłym a stałym, są mat bezpostaciowymi, w których wyst uporządkowanie bliskiego zasięgu. Podczas chłodzenia ze stanu ciekłego szkła nie tworzą się puste miejsca ani inne defekty o wielkości zbliżonej do długości fali światła, które są przyczyną rozpraszania w kryształach niemetalicznych wytworzonych metodą spiekania. Szkło ma słabe przew elektr, zaliczane do izolatorów, przew cieplna mniejsza od cer krystalicznej. Rola tlenków w tworzeniu szkieł: -tworzące sieć (SiO2, B2O3, GeO2), -modyfikujące (Na2O,K2O), -stabilizujące (Al2O3, ZrO2, TiO2)
Stal węglowa (niestopowa): Na własności stali węglowych najistotniejszy wpływ wywiera węgiel, który decyduje o własnościach mechanicznych. Pozostałe pierwiastki znajdujące się w tych stalach pochodzą z przerobu hutniczego (krzem, mangan, aluminium) lub są zanieczyszczeniami (fosfor, siarka,tlen, wodór, azot, cyna, antymon, arsen). Stale te ze względu na klasy jakości dzielimy na: Jakościowe – te wszystkie, które nie zaliczają się do stali specjalnych, -Specjalne – to takie, które spełniają jeden lub więcej z podanych warunków: * wymagana praca łamania w stanie ulepszonym cieplnie, * wymagana głębokość utwardzania powierzchniowego lub twardość powierzchni po hartowaniu, * niski udział wtrąceń niemetalicznych, * max stężenie fosforu i siarki 0,020%, *min praca łamania w -50°C: * przewodność elektryczna właściwa > 9 S·m/mm2. Stal stopowa: Stalami stopowymi nazywa się stale, do których celowo wprowadza się pierwiastki stopowe, aby nadać im wymagane własności. Najczęściej stosuje się: mangan, krzem, chrom, nikiel, wolfram, molibden, wanad. Rzadziej stosuje się aluminium, kobalt, miedź, tytan, tantal, niob, a w niektórych przypadkach i azot. Ze względu na sumaryczne stężenie pierwiastków stale stopowe dzielimy na następujące grupy: Niskostopowe – stężenie jednego pierwiastka (oprócz węgla) nie przekracza 2%, a suma pierwiastków łącznie nie przekracza 3,5%, -Średniostopowe – stężenie jednego pierwiastka (oprócz węgla) przekracza 2%, lecz nie przekracza 8% lub suma pierwiastków łącznie nie przekracza 12%, -Wysokostopowe – stężenie jednego pierwiastka przekracza 8% a suma pierwiastków łącznie nie przekracza 55% Ze względu na klasy jakości stale stopowe dzielimy na: Stale stopowe jakościowe, Stale stopowe specjalne – obejmują one wszystkie gatunki stali, które nie zostały ujęte w klasie stali nierdzewnych oraz stopach jakościowych. Stopy żelaza z węglem- stopy dwuskładnikowe, mimo że mają niewielkie ilości manganu, krzemu, siarki, fosforu, i innych pierwiastków. – Stale węglowe: stopy żelaza z węglem zaw 0,02-2,06% C, -Żelazo techniczne: mniej niż 0,02% C, -Żeliwo: więcej niż 2,06% C. Żelazo-cementyt: żelazo wyst w dwóch odmianach alotropowych a i y., z węglem tworzy roztwory stałe i fazę miedzymetaliczną (cementyt), w układzie równowagi Ż-C istnieją fazy: ferryt, austenit, cementyt i ciekły roztwór węgla w żelazie. Ferryt (międzywęzłowy roztwór stały węgla w żelazie alfa., graniczna zawartość węgle w ferrycie w stanie równowagi wynosi od 0,008 do 0,02%.) Austenit: (międzywęzłowy roztwór węgla w żelazie y., gran zawartość C wynosi 2,06%, jest pragmatyczny, odznacza dużą plastycznością, gęstość austenitu zależy od zaw węgla) Cementyt: (krystalizuje w układzie rombowym, w temp do 210 jest ferromagnetyczny a powyżej paramagn., twardy i kruchy. Składniki strukturalne w ukł Ż-C: są to fazy lub char ugrupowania kilku faz, tworz dany stop. Składniki te tworzą strukturę metalograficzną stopu. Zależnie od zaw C i temp mogą występować składniki 1-fazowe: ferryt, austenit i cementyt i dwufazowe: perlit, ledeburyt. Perlit: mieszanina perlitu i cementytu, 0,08% C, budowa pasemkowa, Ledeburyt: eutektyka 4,3% C, mieszanina austenitu i cementytu, w temp 723 st zmienia się w perlit. Struktury stali węglowych: -ferrytyczna (do 0,008% C), -żelazo techniczne (0,008% - 0,02% C), -stale podeutektoidalne (do 0,8% C, mieszanina ferrytu i perlitu), -stale eutektoidalne (0,8% C, struktura perlityczna), -stale nadeutektoidalne (0,8-2,06% C, struktura perlitu i cementytu)
Tworzywa sztuczne: Polimer –wielkocząsteczkowy zw organiczny otrzymywany na drodze polireakcji lub przez modyfikacje nat sur org. Struktura: -liniowa, -słabo i mocno usieciowiona. Czynniki wpływające na wł polimerów: -Masa molowa, -wielk sił dział między cząst., -podatność łańcucha na wyginanie (możliwość obrotu łań.), -Struktura (st. Krystaliczności, rozgałęzienia, usieciowienia itd., -temperatura. Siły dział między molekułami: Wewnątrz łańcucha: siły kowal., Pomiędzy łań.: -wodorowe, -Van der Waaisa. Podatność łań na wyg zależy od: -wiązań, stopnia usieciowania, -st krystalizacji, -temp, -rodzaju i wielk grup bocznych. St krystalizacji: struktura polimerów jest amorficzna, ale może być też krystaliczna. Str kryst nigdy nie jest w 100% uporządkowana, istnieją w polimerze obszary o grubości rzędu 10nm uporz na przemian z nieuporz. Właściwości polimerów: ze względu na różne wł i struktury następuje podział: -Elastomery, -Pol usieciowane, -Pol termo- chemo- itp. Utwardzalne, -Pol termoplast., -Ciekłe kryształy. Termoplast.: -Akryle (soczewki, szyby samoch.), -ABS (inżynierski plastik, części sam, rury), -Fluoropol. (np. teflon), -Poliamidy (np. nylon), -Poliwęglany (np. CD, kaski, okna), -Poliestery (np. butelki), -Polietylen. Pol termoutwardz.: -po utwardzeniu nie można ich przerabiać, topić itp., -sztywniejsze, twardsze i termiczne są bardziej odporne niż termoplast. –utwardzenie wynika z usieciowania, -np. żywice, poliestry, silikony. Elastomery: -pol o dużym odkształceniu sprężystym (>500%), -moduły spręż rosną wraz z temp. –mogą być naturalne i suntetyczne, -długie łańcuchy, pewna ilość poł między łańcuchami. Cechy tworzyw szt.: -łatwość formowania skomplikowanych kształtów, -duża odporność chemiczna, -dobre wł mechaniczne i elektryczne, -dobry stosunek wytrz mech do gęstości, -możliwość barwienia i przeźroczystości.
Kompozyt: Materiał utworzony z co najmniej dwóch komponentów mający wł nowe (inne, lepsze) w stosunku do komponentów. Skład kompozytu: Osnowa: -zabezpiecza zbrojenie przed mech uszkodz., -przenosi naprężenie zewn na zbrojenie, -zatrzymywa rozprzestrzenianiu się pęknięć, -nadaje wyrobom pożądany kształt, -najczęściej polimer, -może być metal i ceramika. Zbrojenie: wzmacnia mat, poprawia jego wł mechaniczne. Podział: -Cząsteczkowe (dyspersyjne, duże cząstki), -Włókniste (Ciągłe, nieciągłe), -Strukturalne (laminaty, warstwowe). Wzmacniane dużymi cząstkami: -wzm dużymi cząstkami innej fazy (np. polimer z wypełniaczem lub beton). –utw dyspersyjnie (np. stopy metali). –nanokompozyty. Wzmacniane dyspersyjnie: -inkluzja: d=0,01-0,1um w ilości 1-15%. -obciążenie przenosi osnowa, -cząstki dysp przeciwstawiają się ruchowi dyslokacji, -efekt: obniżenie skłonności do pełzania, duża wytrz na pełzanie. Wzmacniane cząstkami: obc przenosi osnowa i inkluzja, -twarde cząstki ograniczają odkształcenia osnowy. Wzmacniane włóknami: -inkluzja od kilku do 70% objętości, -włókna: mocne, sztywne, lekkie, -Podział: wiskery i włókna, -Wiskery: cienkie monokryszt o dużym stosunku dł do śr. –wytrz komp rośnie ze wzrostem l/d włókna. Rola osnowy: -spaja razem włókna i działa jako ośrodek przekazujący obc zewn włóknom, -chroni włókna przed uszk wynikłymi z tarcia lub reakcji chem z otoczeniem. –rozdziela włókna i dzięki temu, że jest plastyczna zapobiega rozprzestrzenianiu się pęknięć kruchych we włóknach, -Kompozyty ulegają zniszczeniu dopiero gdy duża ilość sąsiednich włókien pęknie. Zapewnia to dużą wytrz i odporność na pękanie. Skład osnowy: -polimery utwardzalne (epoksydy, poliestry, fenoplasty, fluorowęglany, poliamidy), -pol termoplastyczne (polieteroketon- bardziej ciągliwe, mniejsza odp na temp.) –metale (Al., stopy Al.-Li, Mg, Ti), -ceramika (SiC, SiN, Al203) Wypełnienie (włókna) : -Szklane (wys wytrz, mała sztywność, duża gęstość, małe koszty), -Węglowe (wys wytrz, wys mod spręż., mniejsza gęstość) –Borowe (wys wytrz, duża sztywność, duża gęstość, najw koszt, wewn włókna wolframowe) –aramidowe (najwyższy stos wytrz do gęstości, wys koszt, -poliamidowe, -SiC, -stalowe. Wiązanie matryca-włókna, wymagania: -zbyt słabe: włókna wyciągnięte z osnowy, -zbyt silne: mat wygląda jak jednolity, brak absorcji energii mech na granicy matryca włókno, -optymalne: najpierw pęka osnowa, oddziela się od włókien, na koniec pękają włókna. Projektowanie: -włókna muszą wykazywać adhezję od matrycy, -współczynniki rozszerzalności zbliżone, -osnowa winna wypełniać przestrzeń między włóknami, -wzrost zawartości włókna=>wzrost wytrz i sztywności kompozytu, -objętość zajęta przez włókna do 80% Kompozyty o matrycy polimerowej: Włókna: -szklane, węglowe-grafitowe albo z amorficznego węgla; aramidowe. –Matryca: poliestry lub estry winylowe-najczęściej z włóknem szklanym; epoksydy-głównie w lotnictwie poliamidy – (wytrzymują wys temp) Kompozyty konstrukcyjne: -laminaty, komp warstwowe (kanapkowe). Włókna karbonizowane: włókna otrzymywane w wyniku pirolizy włókien chemicznych; rozróżnia się 2 rodzaje: -włókna węglowe, 90-96% węgla pierwiastkowego, otrzymuje się przez ogrzewanie w powietrzu, a następnie w atmosferze beztlenowej różnego włókien chem. -włókna grafitowe, o zawartości powyżej 96% o krystalicznej, zorientowanej strukturze. Powstają z włókien węglowych przy ogrzewaniu w temp pow 2500st. Kompozyty C-C –włókna węglowe są umieszczone w matrycy węglowej, -dobre wł mech w wys temp. Stosuje się je w tarczach hamulcowych w samolotach i samochodach, jedyny problem to utlenianie matrycy w temp od 450 do 650®C. Aby tego uniknąć stusuje się najczęściej MoSi. Wytwarzanie: -włókna umieszcza się prostopadle do pow tarczy, -dodanie matrycy; nasuwa się włókna żywicą fenolową i pyriloza w piecu, -dodanie antyutleniacza.
Metale i ich stopy: -wszystkie metale (prócz rtęci) ciała stałe o wys met połysku, dobrej przew cieplnej i elektr. Podział ze względu na gęstość: -Metale lekkie (Li, Mg, Al. (d<5000kg/m3)), -Met ciężkie (Fe, Cr, Ni, Sn, Pb). Podział ze względu na temp topnienia: -trudno topliwe (Fe, Cr, W, Ni (T>700®C), -łatwo topliwe (Sn, Zn, Pb). Cechy: duża wytrzymałość zwłaszcza na rozciąganie, -plastyczność, -tworzenie warstw pasywnych. Warstwy pasywne: -miedź: -czarna (CuO – suche powietrze, podw. Temp) –czerwonobrun. (Cu2O –suche pow.) –zielona (pow atmosf.), -szara (atmosf przem.), -Cynk: -szara, -Glin: -szara, -Magnez: -biała, matowa. Sieci krystaliczne metali: -Regularna, ściennie centrowana (Al, Cu, y-Fe, Ag, Au, Pb), -Regularna, przestrzennie centrowana: (Cr, Mo, W, V, Nb), -Heksagonalna zwarta (Mg, Zn, Cd, Ti) Stopy Fe -90% mat metalicznych to stopy żelaza, -stopy dzieli się na stałe i żeliwa, -granicą oddzielającą stałe od żeliw jest maks rozpuszczalność węgla w yFc, -Stałe zawierają do 2,1%C, -Żeliwa od 2,11 do 3,8% C. Metale żelazne –stopy żelaza stosowane od 2000 r.p.n.e., -Skorupa ziemska zawiera ok. 4,2% Fe, -Temp topnienie 1538®C umożliwa otrzymywanie w stanie ciekłym, -w Fe występują dwie przemiany fazowe, co umożliwia tworzenie bardzo wielu mikrostruktur. Występowanie Fe: -hematyt, -magnetyt, -syderyt, -limonit, -piryt, -Arsenopiryt.