10) Wyprowadź zależność na wielkość zarodka krytycznego w krystalizacji. Aby zapoczątkować samorzutny przebieg przemiany fazowej, zarodki nowej fazy muszą osiągnąć pewną krytyczną wielkość r*. Wielkość przyrostu potencjału termodynamicznego konieczna do utworzenia zarodków o krytycznym promieniu r*. Wielkość zarodka krytycznego- zarodek nowej fazy: ΔGu= VΔgchem+ Sγ, dla zarodka kulistego: ΔG= 4/3Πr3 Δgchem+ 4Πr2γ, stąd wielkość zarodka krytycznego ( zdolnego do wzrostu ) r*= -2γ/Δchem czyli r*=-2γTm/ΔH ( T-Tm ) 23) Wymień grupy składników szkieł tlenkowych. 2) tlenki modyfikujące: tlenki Na, K, Ca, Mg * zrywają wiązania pomiędzy elementami więźby, osłabiając ją. * wysycają lokalne niedobory ładunków lokując się w lukach więźby * łączą fragmenty więźby, gdy nie jest ona w pełni przestrzennie spolimeryzowana 3)tlenki pośrednie: tlenki Al.. Pb. Ti. Zn. Cd. Br. Zr *w stanie czystym nie tworzą szkła. Nabierają właściwości szkłotwórczych w obecności innych tlenków. * zastępują jony więźby modyfikując własności szkła 29) Wyprowadź zależność na równowagową wielkość kąta dwuściennego w miejscu styku trzech ziaren w polikrysztale: Polikryształy jednofazowe składają się z jednego rodzaju ziaren, dążą do tego, aby posiadać minimalną energię co przejawia się powstawaniem lokalnych stanów równowagi w miejscach styku granic międzyziarnowych. γ`ss= γ`sc+ γ`sc γ`ss= 2γ`sc+ cos(θ/2) cos(θ/2)=1/2 (θ/2)=60 stopni Θ=120 stopni 36) Co to jest spiekanie? Spiekanie jest procesem, w którym zbiór drobnych ziaren (proszek), przekształca się w sposób trwały w lity polikryształ. Proces zachodzi poniżej temp. topnienia głównego składnika. Jest procesem samorzutnym gdyż wiąże się z obniżeniem nadmiarowej energii powierzchniowej układu. Energia granic międzyziarnowych jest mniejsza niż en.pow. proszku. 40) Zaznacz na schematycznym rysunku spiekających się ziaren podstawowe mechanizmy spiekania: 55) Kompozyty włókniste: budowa i podstawowe zalety: Kompozyty włókniste- włókna mogą być ułożone w jednym kierunku lub przypadkowo o złożonej orientacji. - składowe elementy: osnowa i krótki lub długie włókna Osnowa przejmuje zewnętrzne obciążenia mechaniczne i przekazuje je włóknom. Najczęściej stosowane włókna: szklane, węglowe kevlarowe, wiskozy. Otrzymywanie: do matrycy wprowadza się włókna drugiej fazy przeważnie o wyższej sztywności i wytrzymałości niż matryca. 164) Idea budowy światłowodu. Transmisja światła jest możliwa dzięki zastosowaniu światłowodu wykorzystującego zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia. Typowe światłowody zbudowane są z szeregu włókien szklanych o współczynniku załamania światła n1, każde z tych włókien znajduje się w płaszczu wykonanym z materiału optycznie rzadszego od szkła, czyli o niższym n=n0 np. z polimeru. Wpadająca do światłowodu wiązka światła, jest przenoszona odbiciami wewnętrznymi, z prędkością równą v= c/n1 na drugi koniec włókna. Materiał światłowodu powinien charakteryzować się dużym współczynnikiem załamania światła n (szkła na bazie krzemionkowej, szkła selenowe). Włókna pokrywa się warstwami materiałów nie przepuszczających światło, które chronią równocześnie przed uszkodzeniami mechanicznymi i korozją. Światłowody muszą odznaczać się minimalną absorpcją promieniowania.	62) Narysuj krzywe σ=f(ε) dla typowych materiałów ceramicznych, metalicznych i 65) Moduł Younga Stal- 200 [GPa] Diament- 1035 [GPa] βSiC- 352 [GPa] Drewno dębowe- 11[GPa] 71) Napisz zależność E od porowatości uwzględniającą zjawisko koncentracji naprężeń. p- porowatość. Dla materiału porowatego: Em= E0V0+ EpVp gdzie: Ep=0; Vp + V0=1; Vo= 1- Vp; Em= E0 ( 1- Vp ) .Pory powodują zjawisko koncentracji naprężeń: Em= E0 ( 1- kVp ) k- współczynnik koncentracji naprężeń. Wraz ze wzrostem udziału objętościowego porów względny moduł maleje. 77) Podaj wzór na wytrzymałość teoretyczną kryształu ze szczeliną (wzór Griffitha), opisz występujące wielkości: σz≥(2Eγ/πc)^1/2 c – dł szczeliny; γ-napięcie powierzchniowe. Jest to zależność wyprowadzona z warunków energetycznych dla warunku zapoczątkowania kruchego pękania materiału. 78) Podaj wzór i scharakteryzuj pojęcie “współczynnik intensywności naprężeń Kc” Kc= P(πc)^1/2 Jest on powszechnie wykorzystywany do określenia odporności materiału na kruche pękanie. P- naprężenie, c- długość pęknięcia. 80) Podaj sens fizyczny wielkości KIC, w czym ją wyrażamy: Sens fizyczny K1c =PC. W tym sensie K1 można traktować jako miarę energii odkształcenia sprężystego, która jest pochłonięta w toku rozszerzania się pęknięcia. Jednostka MPa∙ m1/2 81) Podaj zakres wielkości KIC dla ceramiki i metali. Dal ceramiki wynosi on 0,2-5 MPam1/2, dla metali 5-200MPam1/2 84) Scharakteryzuj mechanizm Cooke’a-Gordona hamowania spękań w polikrysztale. W polikrysztale występują granice międzyziarnowe, które utrudniają rozprzestrzenianie się pęknięć, a które są nie obecne w pojedynczych kryształach. Mechanizm Cooka-Gordona ilustruje nam hamowanie rozprzestrzeniania się pęknięć wlanie na takiej granicy 89) Podaj założenia statystycznej teorii wytrzymałości Weibulla. Teoria Weibuiila opiera się na następujących założeniach: 1) materiał jest izotropowy, a rozkład wielkości defektów w materiale jest statyczny; 2) prawdopodobieństwo znalezienia się defektu o wielkości krystalicznej w danej jednostkowej objętości jest dla całego materiału identyczne; 3) krucha dekohezja występuje w skutek rozprzestrzeniania się defektu o wielkości krytycznej cc; 4) Liczba defektów w materiale jest duża. 91) Scharakteryzuj wielkość: moduł (stała) Weibulla. Moduł Weibulla - wiąże się z prawdopodobieństwem występowania defektu np. pęknięcia o długości cc. Im większa jest wartość m tym większy jest przedział wielkości pęknięć i tym mniejsze są długości pęknięć najczęściej występujących w materiale. Wraz ze wzrostem modułu Weibulla maleje również i rozrzut obciążeń, przy których jest prawdopodobna dekochezja. 112) Współczynnik rozszerzalności cieplnej: definicja, miara, zakres wielkości dla tworzyw ceramicznych. α – współczynnik rozszerzalności cieplnej; wyróżniamy rozszerzalność liniową i objętościową; αL – liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej αL=1/l0*Δl/ΔT Wielkość ta wyraża względne wydłużenie materiału występujące podczas ogrzania ciała i jeden stopień; αV – objętościowy współczynnik rozsze. cieplnej αV=1/Vo*ΔV/ΔT Dla ciał izotropowych αV=2αL; Współczynnik rozsz. cieplnej różnych materiałów różnią się między sobą istotnie i także zależą od temperatury. np. szkło kwarcowe – 0,6; Al2O3 – 8,5; Al. – 23,6; CS – 97 [K^-1*10^-6] 115) Od czego zależy wartość naprężeń cieplnych w warunkach nieustalonego przepływu? Rozkład temp w nagrzanej kształtce materiału. W pierwszej chwili po jej umieszczeniu w środowisku o niższej temp dla różnych współczynników przenikania ciepła. 1)h1=0; 2)h 2<h 1; 3)h 3<h 2<h; Rozkład temp w kształtce zależy od czasu oraz: - współczynnika przenikania ciepła h; - współczynnika przewodnictwa ciepła λ; - wymiary kształtki.	114) Podaj definicje naprężeń cieplnych I i II rodzaju. Naprężenia cieplne 1 rodzaju występują w przypadku polikryształów złożonych z ziaren rozszerzających się anizotropowo posiadających jednorodny rozkład temp. Naprężenia takie powstają w materiale stosownie do różni rozszerzalności cieplnej krysz. lub faz. Wielkość tych naprężeń zależy od właściwości sprężystych i współczynników rozszerz. cieplnej sąsiadujących składników. Prowadza do spękań;. Nap ciep 2 rodz powstają w polikryształach złożonych z ziaren rozszerzających się anizotropowo posiadających niejednorodny rozkład temp. Powstają one wtedy, gdy niemożliwa jest swobodna rozszerzalność poszczególnych elementów materiału w obrębie którego istnieje zróżnicowanie temp. Obszary takie są uwięzione w obrębie tego ciała i muszą powstawać takie naprężenia. Prowadza do spękań i zniszczenia. 117) Scharakteryzuj pojęcie: “odporność materiału na wstrząs cieplny”. Jest to maksymalna różnica temperatur, przy której maksymalne naprężenia cieplne są równe wytrzymałości tworzywa, czyli gdy: ΔT= ΔT max - wówczas σ max ciepła= σ wytrzymałości mat.; Dla walca otrzymujemy σ(1- ν)/E α= ΔT max; Małe νE przy dużym σ dają dobre odporności na wzrost spękań. Naprężenie rośnie, jeżeli rosną: moduł Yonga, rozszerzalność cieplna, różnica temp: σ=E α ΔT/1- ν 118) Które tworzywa ceramiczne posiadają najwyższa odporność na wstrząs cieplny. Odp. uzasadnij. Podaj przykłady. Materiały włókniste – ponieważ występuje obniżenie gradientów temp w materiale, mała przewodność cieplna.; Kompozyty zbrojone włóknami – zwiększona odporność na kruche pękanie; Materiały porowate typu komórkowego – obniżone E i G kosztem pewnego obniżenia wytrzymałośći mechanicznej.; Cienkie kształtki – obniżenie gradientów temperatury w materiale. 123) Podaj prawo Ohma w ujęciu makroskopowym i elementarnym – określ występujące pojęcia. - makroskopowe U=IR U- napięcie, I- natężenie. Stosunek różnicy potencjałów między końcami przewodnika do natężenia płynącego prądu jest stały; - elementarne j=σE, j= J/s, E= U/J, j= Σni evzi: ;j- gęstość strumienia prądu, ρ-rezystancja elektryczna materiałów, b- ruchliwość nośników ładunku, e- elementarny ład. elektryczny, z-liczba elementarnych ładunków danego nośnika ładunku, ηi – gęstość nośników, v- średnica prędkości ruchu ładunku, zi- liczba elementarnych ładunków w jednostce objętości. 125) Podaj podstawy teorii pasmowej przewodnictwa elektrycznego materiałów. Teoria tłumaczy właściwości elektronowe ciał stałych, opiera się na założeniu, że podczas powstawania struktury krystalicznej ciała stałego. Dozwolone dla elektronów poziomy energetyczne swobodnych atomów rozszczepiają się tworząc pasma poziomów blisko leżących. Poszczególne pasma są oddzielone od siebie pasmem wzbronionym(przerwą energetyczną). Najwyższe, całkowicie, lub częściowo wypełnione elektronami pasmo – pasmo walencyjne, a wyższe całkowicie puste – pasmo przewodnictwa. 126) Co to jest energia strefy wzbronionej, podaj klasyfikację materiałów wg. wielkości energii strefy wzbronionej. Jest to energia, której nie mogą mieć elektrony zdolne do przemieszczania się krysztale lub, przy której możliwy jest swobodny przebieg fali elektronowej przez kryształ, lecz tylko jej odbicie. Elektrony leżące w tej strefie nie mogą przemieszczając się w krysztale i ulegają odbiciu. Największą energie strefy wzbronionej mają przewodniki o strukturze 1)sfalerytu i wurcytu ZnS; 2) wurcytu α-SiC- najniższe; 3) diamentu;. Mała przewodność strefy wzbronionej – półprzewodniki samoistne. 131) Dlaczego typowe materiały ceramiczne są izolatorami elektrycznymi? Typowe materiały ceramiczne są izolatorami elektrycznymi, bo jest duże pasmo wzbronione i występuje głównie wiązanie kowalencyjne. 135) Co to jest przenikalność dielektryczna materiałów? Podstawowa cecha dielektryków związana z polaryzowalnością, zależy od temperatury i częstotliwości. Definiowana jest przez wartość pojemności elektrycznej kondensatorów. ε s=ε 0εr; ε0- przenikalność dielektryczna próżni, εr- względna przenikalność dielektryczna. 145) Podaj specyficzne cechy materiałów ferromagnetycznych. Ferromagnetyki – materiały złożony z domen magnetycznych, wykazujący magnetyzację spontaniczną, o dużej podatności magnetycznej. Momenty magnetyczne są uporządkowane wewnątrz każdej domeny. Cechy: - w temp Curie następuje zanik magnetyzacji spontanicznej i przemiana fazowa(nieciągłość funkcji temperaturowych różnych własności materiału. Powyżej temp Curie stają się paramagnetykiem. W ferromagnetykach kierunki i zwroty wektorów magnetyzacji wszystkich domen są zgodne. W polu magnetycznym ferromagnetyki zachowują się podobnie jak paramagnetyki tyle ze pole działa na nie z wielokrotnie większą siła. Własności ferro. Są określone krzywą magnesowania i pętlą histerezy magnetyzacji.