dyslokacja krawędziowa
stanowi krawędź ekstrapłaszczyzny, tj. półpłaszczyzny sieciowej umieszczonej między nieco rozsuniętymi płaszczyznami sieciowymi kryształu o budowie prawidłowej. Dyslokacje krawędziowe leżące w płaszczyznach najgęściej obsadzonych atomami będących płaszczyznami poślizgu, przemieszczają się pod działaniem naprężenia stycznego. Wzdłuż płaszczyzny poślizgu występuje niezgodność w układzie atomów, gdyż ekstrapłaszczyzna wprowadza dodatkowy atom, który nie ma dopowiednika poniżej niej. To znacznie ułatwia ścinanie kryształu wzdłuż płaszczyzny poślizgu czyli poślizg.
dyslokacja śrubowa
defekt liniowy struktury krystalicznej spowodowany przemieszczeniem części kryształu wokół osi, zwanej linią dyslokacji śrubowej. Wektor Burgersa dyslokacji śrubowej jest skierowany równolegle do jej lini. Dyslokacje śrubowe występują wtedy, gdy na Materiał działają naprężenia tnące skierowane przeciwnie. Pod działaniem tych naprężeń dyslokacje śrubowe przemieszczają się. Dyslokacja krawędziowa przemieszcza się w kierunku działania naprężenia, natomiast Linia dyslokacji śrubowej przemieszcza się w głąb kryształu, prostopadle do kierunku działania naprężenia stycznego. Dyslokacje śrubowe mogą być Prawo- lub lewoskrętne.
Wektor Burgersa
Wielkością charakterystyczną dla dyslokacji jest wielkość zaburzenia sieci krystalicznej jakie ona wywołuje, a dokładniej Energia związana z tym zaburzeniem. Jako miarę tego zaburzenia przyjęto Wektor Burgersa. Wyznacza się go za pomocą tzw. konturu Burgersa (obiegu składającego się z jednakowej Liczby odstępów sieciowych w każdym kierunku). Jego Długość określa wielkość zaburzenia w dyslokacji krawędziowej. Jest prostopadły do linii dyslokacji, a jego zwrot jest zgodny z kierunkiem.
Gęstość dyslokacji
Jest to wielkość określająca ilość dyslokacji w krysztale poprzez: długość linii dyslokacji w jednostce objętości kryształu lub liczbę linii dyslokacji przebijającą jednostkową powierzchnię kryształu.
Pole naprężeń wokół linii dyslokacji
W zależności od usytuowania ekstrapłaszczyzny można umownie rozróżniać dyslokacje dodatnie (z ekstrapłaszczyzną skierowaną nad płaszczyznę poślizgu) oznaczane symbolem Á lub ujemne ( z ekstrapłaszczyzną skierowaną pod płaszczyznę poślizgu) oznaczane symbolem Â. O dyslokacjach takich mówi się, że mają przeciwne znaki (ich pola naprężeń są obrócone o 180°). Jeśli takie dyslokacje znajdują się na jednej płaszczyźnie poślizgu, wówczas się przyciągają, a po spotkaniu następuje ich anihilacja. Dyslokacje krawędziowe jednakowego znaku odpychają się.
Oddziaływania między dyslokacjami
Wzajemne oddziaływanie między dyslokacjami polega w istocie na oddziaływaniu ich pól naprężeń. Każdy defekt wywołuje bowiem charakterystyczne dla niego pole naprężeń rozprzestrzeniające się w głąb sieci, dzięki czemu defekty mogą wyczuwać się na odległość. Istnieje zasada, że jeśli nakładające się pola naprężeń redukują energię odkształcenia, to takie defekty się przyciągają i po spotkaniu mogą ulec anihilacji (znikają). Jeśli natomiast energia wzrasta, to defekty się odpychają.
Niskokątowa granica skośna
Dyslokacje krawędziowe mają tendencje do układania się jedne nad drugimi. Zbiór tak uszeregowanych dyslokacji tworzy płaskie zaburzenie rozdzielające kryształ na dwie części. Płaszczyzny sieciowe tych części są nachylone względem siebie pod kątem θ. Struktura taka występuję wówczas, gdy kąt θ jest niewielki.
Niskokątowa granica skręcania
Tworzy się przez uszeregowanie zbioru dyslokacji śrubowych (ułożonych jedne nad drugimi). Niskokątowa granica skręcania oddziela dwie części kryształu skręcone o kąt θ równolegle do płaszczyzny skrzyżowanych dyslokacji śrubowych.
Błąd ułożenia warstw atomowych w strukturze regularnej płasko centrowanej
Błąd ułożenia jest defektem rozciągającym się w dwu wymiarach i polega na zmianie sekwencji ułożenia kolejnych warstw (111). Błąd ułożenia można rozpatrywać jako rezultat powstania wzdłuż linii dyslokacji częściowych wskutek rozszczepienia dyslokacji pełnej.
Powierzchnia kryształu jako defekt idealnej struktury krystalicznej
pole sił na powierzchni kryształu jest niesymetryczne, a atomy lub jony na powierzchni mają nienasycone lub zniekształcone wiązania. Wpływa to zarówno an geometrię rozmieszczenia atomów i jonów, jak i na strukturę elektronową oraz rozprowadzenie defektów punktowych i liniowych w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni. Wynikają stąd nieco odmienne własności warstw powierzchniowych kryształu.
Energia powierzchniowa
warstwy powierzchniowe kryształu znajdują się w stanie naprężenia wskutek występowania tam sił ściskających. Pod działaniem tych sił następują przesunięcia atomów lub jonów z niecki energii potencjalnej. Atomy powierzchniowe mają wskutek tego nadmiar energii potencjalnej w porównaniu z atomami lub jonami we wnętrzu kryształu. Ten nadmiar energii, w przeliczeniu na jednostkę obszaru powierzchni nosi nazwę energii powierzchniowej. Zwiększenie liczby najbliższych sąsiadów jonów (atomów) powierzchniowych (np. adsorpcja) powoduje zmniejszenie wartości energii powierzchniowej.

Przemiana fazowa I rodzaju- to taka zmiana układu fizycznego lub chemicznego, która charakteryzuje się skokową zmianą funkcji stanu substancji, np. objętości molowej, czy entropii molowej na wskutek izotermicznego pobrania lub oddania pewnej ilości ciepła.
Siłą napędową procesu krystalizacji jest dążenie do osiągnięcia minimum energii. Warunkiem procesu krystalizacji jest występowanie przesycenia lub przechłodzenia w fazie, w której zachodzi proces krystalizacji. Wówczas mogą powstawać zarodki nowej fazy i rozrastać się tylko wtedy gdy, faza, z której powstają jest przesycona do fazy stałej.
Proces zarodkowania nowej fazy jest związany z przechłodzeniem fazy nietrwałej termodynamicznie ( stop ) względem fazy trwałej ( kryształ fazy trwałej w danej temperaturze i danym składzie stopu ).
krytyczna wielkość zarodka- To wartość promieniowa zarodka kryształu przy którym występuje maksymalna wartość energii swobodnej podczas rozrostu kryształu, dalszy wzrost kryształu powoduje spadek energii.
zarodkowanie homogeniczne- zarodki są zbudowane z tej samej substancji, która będzie krystalizowała z roztworu. Zarodki te muszą one osiągnąć wielkość krytyczną, co na ogół wymaga dużych przechodzeń.
zarodkowanie heterogeniczne- powstanie zarodków następuje na powierzchni fazy stałej stykającej z cieczą np. powierzchnia ścian naczynia. W takich warunkach krystalizacja przebiega przy znacznie mniejszym przechłodzeniu niż w przypadku zarodkowania homogenicznego.
Kinetyka:
1) Ze wzrostem przechłodzenia maleje wielkość zarodka krytycznego tj. łatwiej wytworzyć zarodek który może samorzutnie rosnąć. Jednocześnie wraz ze wzrostem przechłodzenia maleje ruchliwość atomów i nowa faza może nie powstawać wskutek braku dopływu w odpowiednim czasie określonej liczby atomów potrzebnych do jej utworzenia.
2) Ściany kryształu rosną z szybkościami proporcjonalnymi do ich energii powierzchniowej (reguła Gibbsa-Curie-Wulffa): V₁:V₂:V₃ = γ₁:γ₂:γ₃ stąd w pokroju zewnętrznym kryształu powinny dominować ściany o najniższych energiach powierzchniowych. Ściana typu F (krawędzie równoległe do łańcuchów silnych wiązań) rośnie najwolniej poprzez nawarstwianie warst atomów o minimalnej grubości początkowej, kolejne warstwy rosną stycznie do powierzchni, przy czym następna warstwa rozbudowuje się po utworzeniu pełnej warstwy poprzedniej. Ściana typu S (łańcuchy silnych wiązań nie są równoległe do powierzchni) rosną równoległymi łańcuchami w jednym kierunku. Ściana typu K (nie zawiera żadnego łańcucha silnych wiązań) tworzy się drogą statycznego przyłączania pojedynczych atomów.
3) Atomy osadzają się wzdłuż schodka, utworzonego przez dyslokację, który przesuwa się po powierzchni kryształu ze skończoną szybkością. Schodek zakotwiczony jest przez linię dyslokacji a szybkość jego przesuwania się maleje w miarę zbliżania się do linii dyslokacji i schodek przyjmuje postać zakrzywioną, o coraz to mniejszym promieniu krzywizny. Zakrzywiony schodek przesuwa się wolniej niż prosty i to tym wolniej, im mniejszy jest jego promień krzywizny.
4) Powstawanie dendrytycznych form kryształów polega na polega na przemieszczaniu ciągłego frontu krystalizacji z jednego pkt. do drugiego. W jego wyniku powstają w metalu kryształy wydłużone w jednym kierunku, zgodnym z kierunkiem odprowadzania ciepła.
Techniki stosowane do otrzymywania monokryształów:
a) krystalizacja ze stopów: TYGLOWE- metody: Bridgmana - technika oparta na stopniowym schładzaniu wcześniej stopionej masy krystalizowanego materiału. W metodzie tej kryształy formują się na dnie tygla i rosną aż do całkowitego wyczerpania się masy stopionego substratu.

Czochralskiego - polega na powolnym, stopniowym wyciąganiu z roztopionego materiału zarodka krystalicznego w sposób zapewniający kontrolowaną i stabilną krystalizację na jego powierzchni. Dodatkowo zarodek oraz tygiel mogą zostać wprawione w ruch obrotowy celem polepszenia warunków transportu masy i ciepła. Kyropoluosa. BEZTYGLOWE- metoda Verneuila - polega na topieniu silnie rozdrobnionego materiału i jego krystalizacji ze stopu. W metodzie tej pierwotnie polikrystaliczny, drobno rozmielony materiał dozowany jest cienką strużką na płomień palnika, najczęściej tlenowodorowego, gdzie ulega stopieniu, a następnie otrzymana ciecz opada na monokrystaliczny podkład, którym jest najczęściej naturalny kryształ minerału.
b) krystalizacja z roztworów: metoda hydrotermalna- to technika polegająca na krystalizacji w roztworach wodnych w temperaturze poniżej punktu krytycznego wody.
c) krystalizacja z fazy gazowej: fizyczna - PVD (techniki wykorzystujące przy nanoszeniu warstw zjawiska fizyczne tj. parowanie, sublimacja, rozpylanie) oraz chemiczna - CVD (warstwy osadzane są w wyniku reakcji chemicznej gazowych reagentów na ogrzanym podłożu)
d) metody ciśnieniowe: otrzymywanie diamentów- przejście grafitu w diament. Przemiana ta jest prowadzona w bardzo drastycznych warunkach ciśnienia.
Topnienie strefowe- metoda uzyskiwania dużych monokryształów i oczyszczania z domieszek kryształów półprzewodnikowych. Polega na wielokrotnym (np. tysiąckrotnym) topieniu i rekrystalizowaniu, odbywającym się w wąskiej strefie przesuwanej wzdłuż kryształu danej substancji. W metodzie topnienia strefowego wykorzystuje się różnicę energii wiązania atomów domieszek i atomów własnych w krysztale, powodującą częściową separację atomów w czasie krystalizacji co pozwala otrzymać monokryształy o wysokiej czystości.
Przykłady zastosowań monokryształów w technice:
1) jubilerstwo
2) elementy maszyn i urządzeń
3) elektronika
4) optoelektronika

Materiały amorficzne (bezpostaciowe)- materiały nie posiadające periodycznej budowy krystalicznej. Posiadają one strukturę o uporządkowaniu bliskiego zasięgu (regularne struktury w materiale występują na odległościach mniejszych niż 100-200 nanometrów) natomiast nie wykazują uporządkowania dalekiego zasięgu (na odległościach nie mniejszych niż 100-200 nanometrów) .

Szkło- substancja stała przechodząca stopniowo (bez krystalizacji i w sposób odwracalny) ze stanu ciekłego do stałego tzn. takiego w którym ich lepkość jest większa od 10¹³ dPas. Obecnie do szkła zaliczamy substancje, które w toku powstawania nie przechodzą przez fazę ciekłą np.: otrzymywane metodą zol-żel czy drogą osadzania z fazy. Szkło posiada jedynie uporządkowanie bliskiego zasięgu.

Warunki powstawania szkła:

Termodynamiczne- szkło nie posiada temp. krystalizacji jedynie przedział temperatur transformacji, w którym stopniowo przechodzi ze stanu ciekłego w stały. Kinetyczne- Wykres CTP (TTT): Kinetykę przemian fazowych zwykle charakteryzuje się za pomocą krzywych przedstawiających objętość powstającej fazy lub faz w funkcji czasu dla danej temperatury. Na podstawie takich krzywych kinetycznych sporządza się wykres we współrzędnych czas (w skali logarytmicznej) - temperatura, zwany wykresem CTP (Czas Temperatura Przemiana). Parametrem decydującym o charakterze przemiany jest krytyczna prędkość chłodzenia: V_kryt = ΔT/t_m =(T_o - T_m)/t_m . Praktycznie każdą substancję można przeprowadzić w stan amorficzny stosując odpowiednio dużą szybkość chłodzenia

np.: szkło sodowe- V_kr=4,8 K/s krzemionka- V_kr=7*10^-4 K/s metale- V_kr=1*10¹⁰ K/s

Materiały szkliste i amorficzne:

substancje szkłotwórcze- substancje tworzące szkła powinny posiadać wysoką lepkość w stanie stopionym blisko temp. topnienia. Są to substancje tworzące duże zespoły atomów (jonów) o kształtach nieizomerycznych jak: łańcuchy, wydłużone cząstki itp. Substancje te charakteryzują się niską liczbą koordynacyjną czemu sprzyja typ wiązania atomowego.

Szkła ceramiczne- podstawowym tlenkiem szkłotwórczym jest SiO₂ . Składniki szkieł krzemianowych: Tl. szkłotwórcze- (Si, B, Ge, P, As, Zn) tworzą więźbę szkła (dla stopów ubogich w tlen w czasie chłodzenia może nastąpić tworzenie przestrzennego wiązania w sieci tetraedrów). Tl. modyfikujące- (Na, K, Ca, Mg)zrywają wiązania między elementami więźby osłabiając ją, wysycają lokalne niedobory ładunku lokując się w lukach więźby, łączą fragmenty więźby gdy nie jest ona w pełni przestrzennie spolimeryzowana. Tl. pośrednie- (Al, Pb, Ti, Zn,Cd, Be, Zr)w stanie czystym nie tworzą szkła natomiast nabierają własności szkłotwórczych w obecności innych tlenków, zastępują jony więźby modyfikując właściwości szkieł. Barwniki- (tl. metali przejściowych, metale szlachetne) tworzą centra barwne w szkle. Otrzymywanie i formowanie szkła- szkła krzemianowe otrzymuje się drogą stopienia, sklarowania i schładzania (do temp. wyrobowej) zestawu surowców o odpowiednim składzie. Metody formowania szkła: topienie, odlewanie, dmuchanie ręczne, automaty kroplowe, walcowanie, ciągnienie, gięcie, spiekanie. Metoda formowania zależy od lepkości materiału. Podstawowe cechy szkieł: izotropia budowy i właściwości, możliwość modyfikacji składu i właściwości, łatwość formowania kształtów, tanie i dostępne surowce, specyficzne właściwości (optyczne, twardość, kruchość itd.), bezpieczne dla środowiska.

Szkła metaliczne- ze względu na dużą ruchliwość elementów stopu metale wykazują naturalną zdolność do krystalizacji a więc nie tworzą faz bezpostaciowych, dlatego dla uzyskania metalu w stanie szklistym konieczne są bardzo duże szybkości chłodzenia. Zalety szkieł metalicznych: brak granic międzyziarnowych, brak plastyczności, wysoka twardość, nadprzewodnictwo, bardzo dobre właściwości magnetyczne.

Szkliste polimery organiczne- polimery zbudowane są z dużych elementów (łańcuchów) i wykazują naturalną skłonność do tworzenia stanu szklistego. Możliwa jest częściowo lokalne uporządkowanie struktury, częściowa krystalizacja. Właściwości polimerów krystalicznych: nieprzeźroczyste, wyższa temp. topnienia, wytrzymałość.

Materiały nieorganiczne otrzymywane metodą pirolizy- materiały nieorganiczne można otrzymywać drogą pirolizy (termicznej przebudowy) materiałów organicznych. Procesy takie mogą prowadzić do otrzymania materiałów o zmiennej budowie od form bezpostaciowych do krystalicznych np. materiały węglowe. Otrzymywanie tworzyw węglowych: materiał organiczny (pak, żywice, polimery usieciowane) --(piroliza)-> materiały węglowe (częściowo bezpostaciowe) --(grafityzacja)->materiały graficzne (wysoki stopień krystaliczności). Przykłady materiałów węglowych: sadza, węgiel pirolityczny, węgiel szklisty.

1. Polikryształ- materiał o złożonej budowie, którego podstawą są połączone trwale (granicami fazowymi) różnie zorientowane elementy krystaliczne.

Elementy budowy: ZIARNA- pojedyncze kryształy oddzielone granicami międzyziarnowymi. W polikrysztale mogą znajdować się ziarna wielu faz. PORY- puste przestrzenie między ziarnami wypełnione fazą gazową. FAZA AMORFICZNA- występująca jako oddzielne elementy mikrostruktury lub w postaci warstw na granicach ziaren. WTRĄCENIA DYSPERSYJNE- małe kryształy występujące w objętości ziaren.

2. Mikrostruktura- obraz w mikroskopie: wielkość obrazu- rzędu 10^-5 m, wielkość elementów- rzędu 10^-6 m= 1 μm

3. Budowa polikryształów jednofazowych

4. Budowa polikryształów z fazą szklistą

5. Metody otrzymywania polikryształów: krystalizacja ze stopów- metodą tą otrzymuje się większość tworzyw metalicznych, polikryształy ze stopu otrzymuje się w warunkach sprzyjających krystalizacji wielozarodkowej np. krystalizacja we wlewku Krystalizacja szkła- szkło w zwykłych warunkach jest termodynamiczne metatrwałe. Procesy krystalizacji są bardzo wolne ze względu na wysoką lepkość. Sztucznie wywoływana krystalizacja ma na celu otrzymanie tworzywa posiadającego wyższą odporność mechaniczną. Do szkła wprowadza się zarodki heterogeniczne powodujące powstawanie centrów krystalizacji a) cząstki metali lub fluorki b) zarodki drugiej fazy szklistej powstałe wskutek likwacji.

1. Spiekanie jednofazowych proszków

Spiekanie jest to proces w którym zbiór drobnych ziaren (proszek) przekształca się w sposób trwały w lity polikryształ. Proces spiekania zachodzi w temp. niższej od temp. topnienia podstawowego składnika proszku (0,5-0,8 temp. top.). Spiekanie jest procesem samorzutnym, gdyż wiąże się z obniżeniem nadmiarowej energii powierzchniowej układu tj. sumaryczna energia powierzchni swobodnej proszku jest większa niż energia powstających w polikrysztale granic międzyfazowych. W układzie proszku występują zjawiska realizujące przemiany układu w kierunku obniżenia sumarycznej energii proszku wywołanej lokalnymi siłami napędowymi wynikającymi ze zróżnicowania wartości potencjału chemicznego. Zróżnicowanie to wynika głównie z różnic krzywizn powierzchni ziaren w miejscu kontaktu.

Sposób przenoszenia masy	Mechanizm
Ruch pojedynczych atomów: po swobodnych powierzchniach po granicach ziaren w objętości ziaren	dyfuzja powierzchniowa dyfuzja po granicach ziaren dyfuzja objętościowa
Ruch całych ziaren	Poślizg po granicach ziaren
Ruch atomów i cząsteczek w fazie ciekłej	Dyfuzja i płynięcie lepkościowe w fazie ciekłej; rozpuszczanie i krystalizacja
Ruch atomów i cząsteczek w fazie gazowej	Przenoszenie masy przez fazę gazową drogą odparowania- kondensacji
Ruch dyslokacji	Odkształcenie plastyczne struktury ziaren

Modelowy mechanizm spiekania

2. Obecność fazy ciekłej w toku spiekania przeważnie przyśpiesza spiekanie. Niewielka ilość fazy ciekłej powoduje: bardzo intensywne procesy przegrupowania ziaren, spiekanie drogą rozpuszczania-kondensacji, zintensyfikowanie spiekania. Duża ilość fazy ciekłej powoduje, że proces zagęszczania ma charakter płynięcia lepkościowego (jak dla szkła) przeważnie z zachodzącymi w fazie ciekłej procesami rozpuszczania i krystalizacji (proces taki nosi nazwę witryfikacji)

3. Polikryształy wytwarzane drogą wiązania chemicznego:

A) Reakcyjne wiązanie w wysokich temperaturach np.: otrzymywanie reakcyjnie wiązanych tworzyw ceramiki specjalnej

B) Wiązanie tworzyw drogą reakcji hydratacji jest to otrzymywanie tworzyw polikrystalicznych drogą wiązania chemicznego w temperaturach pokojowych np.: tworzywa otrzymywane przez reakcję hydratacji cementu z wodą (hydratacja cementu portlandzkiego). Podstawowe reakcje hydratacji: 2C₃S + 6H = C₃S₂H₃ + 3CH 2C₂S + 5H = C₂S₂H₄ + CH

Powstają fazy C-S-H o zmiennym składzie chemicznym. Fazy te początkowo w formie żelu a następnie wydłużonych igieł powodują stężenie zaczynu cementowego i wiążąc ziarna kruszywa powstawanie trwałej struktury betonu.

4. Polikryształy porowate czyli obecność w polikrysztale fazy gazowej, pustych objętości. Pory często określają właściwości materiałów np. właściwości mechaniczne, cieplne, dielektryczne. Wyróżniono dwa rodzaje porowatości: porowatość pierwotną (maksymalnie ponad 20%) o charakterze międzyziarnowym i międzykrystaliczym oraz wtórną (maksymalnie około 7%) śródziarnową.

Otrzymywane polikryształów porowatych: proces technologiczny nie pozwala (lub się nie opłaca) na otrzymywanie gęstego polikryształu (w wypadku spiekania z proszków) lub w sposób świadomy otrzymuje się polikryształ o założonym udziale i kształcie porów (materiały izolacyjne, filtry, podłoża do katalizatorów). Przebieg procesu otrzymywania materiałów o kontrolowanej wysokiej porowatości (50-90%): przygotowanie specjalnej formy materiału wstępnie uformowanego, przygotowanie do spiekania materiału w formie piany, wprowadzenie do spiekanej masy elementów które po usunięciu z układu zostawiają pory, wydzielania się w toku wypalania gazu wskutek reakcji chemicznych, spiekanie żeli otrzymanych metodami chemicznymi- metoda zol-żel, odwzorowanie mikrostruktury gąbki.

5. Polikryształy wielofazowe (zwłaszcza ceramiczne) charakteryzują się obecnością w materiale drugiej fazy w postaci:

fazy gazowej (porowatość) - obecność porowatości jest konsekwencją procesu otrzymywania materiału. Pory często decydują o właściwościach materiału.

fazy szklistej - obecność fazy amorficznej jest typowa dla materiałów ceramiki szlachetnej, ceramiki ogniotrwałej i ceramiki specjalnej. Fazy te powstały przez zestalenie się stopionych faz występujących w procesie powstawania polikryształów (fazy ciekłe mogą pochodzić z zanieczyszczeń surowca, tworzenia się eutektyk lub topienia celowo wprowadzonych dodatków do spiekania)

1.Sprężyste odkształcenie jest to odwracalne odkształcenie ciała. W przypadku idealnym po zaprzestaniu działania sił wywołujących sprężyste odkształcenie ciała (prawo Hooke'a) powraca ono samoczynnie do swego pierwotnego kształtu. Mechanizm odkształcenia sprężystego - krzywe Condon-Morse'a (str. 189)

2. Opis stanu odkształceń i naprężeń dla punktu w krysztale i równanie macierzowe (wykład)

3. Stałe materiałowe: moduł Younga (E)- jest to wielkość uzależniająca odkształcenie liniowe ε materiału od naprężenia normlanego σ, jakie w nim występuje w zakresie odkształceń sprężystych. E = σ/ε . Jednostką modułu Younga jest paskal [Pa]. Jest to wielkość określająca sprężystość materiału. Moduł ścinania (G)- jest to wielkość uzależniająca odkształcenie ścinające γ materiału od naprężenia stycznego (ścinającego) τ, jakie w nim występuje. G =τ /γ . Jednostką modułu ścinającego jest paskal [Pa]. Liczba Poissona (ν)- jest to współczynnik charakteryzujący dany materiał i różny dla różnych substancji. Współczynnik ten jest stały i określa zachowanie materiałów podczas rozciągania, równy jest stosunkowi odkształceń liniowych poprzecznych do odkształceń liniowych wzdłużnych. Jest to wielkość bezjednostkowa. Zależność między stałymi: E=2G (1+ ν). Uogólnienie prawa Hooke'a (prawo proporcjonalności):

σ=E ε lub τ=G γ lub p= -KΔ , gdzie E- moduł Younga G- moduł ścinania K- moduł ściśliwości

Energia odkształceń sprężystych (wykład)

4. Moduł Younga dla materiałów wielofazowych oraz właściwości sprężyste materiałów porowatych (zjawisko koncentracji naprężeń, wzór Rossi'ego) (wykład)

5. Odkształcenie plastyczne- odkształcenie trwałe, nie zanikające po usunięciu obciążeń (obciążenie), które je wywołały. Odkształcenie plastyczne może powstać przez poślizg - przesunięcie jednej części kryształu względem drugiej lub poprzez bliźniakowanie - obrót jednej części kryształu względem drugiej w taki sposób, że obie części kryształu przyjmują symetryczne położenie. Mechanizm poślizgu- jest to przesunięcie się jednej części kryształu względem drugiej. Poślizg zachodzi w określonych płaszczyznach oraz kierunkach. Kombinacja płaszczyzny poślizgu i kierunku poślizgu nazywana jest systemem poślizgu. Płaszczyzna poślizgu jest zwykle płaszczyzną kryształu najgęściej obsadzona atomami, a kierunkiem poślizgu - kierunek o największej gęstości atomów (rysunki wykład). Źródło Franka-Reada - linia dyslokacji może zostać zablokowana w dwóch punktach, np. na cząsteczkach wydzieleń drugiej fazy. Kolejne etapy wyginania zablokowanej dyslokacji prowadzą w końcu do zamkniętej pętli, która dalej się rozszerza. W międzyczasie powstaje nowy zablokowany odcinek linii dyslokacji, który także zaczyna się wyginać itd. Powstaje w ten sposób źródło emitujące kolejne dyslokacje, nazywane źródłem Franka-Reada; pokazane jest ono poniżej.

Minimalne naprężanie potrzebne do wygięcia linii dyslokacji o długości L i wektorze Burgersa b:

gdzie

czyli:

Źródło Franka-Reada jest podstawowym mechanizmem rozmnażania się dyslokacji podczas deformacji plastycznej.
6. Stan naprężeń a defekty punktowe- Zdrowienie jest etapem przemian zachodzących w zakresie temp. poniżej temp. rekrystalizacji i polega na zaniku defektów punktowych: wakancji i atomów międzywęzłowych. W wyniku tego następuje spadek naprężeń. Zanik defektów punktowych wywołuje odnowienie takich własności, jak odporność elektryczna i własności magnetyczne, oraz powoduje częściowe uwolnienie zmagazynowanej energii odkształcenia, mniejsze jednak niż w procesie rekrystalizacji. Teoria dyslokacji podaje formułę na siłę działająca na pojedynczą dyslokację, gdy w materiale istnieje stan naprężeń
:

Jest to siła działająca na element dyslokacji o długości dl.
Dyfuzyjne pełzanie polikryształów- w materiale polikrystalicznym znajdującym się w stanie naprężeń zewnętrznych występują zróżnicowane naprężenia wewnętrzne na różnie zorientowanych granicach ziaren. Powoduje to zróżnicowanie potencjału chemicznego i procesy transportowe drogą dyfuzji. (wykład 11)

3. Naprężenia cieplne- w materiałach poddawanych zmianom temp. w obszarze odkształceń sprężystych możliwe jest nierównomierne rozszerzanie cieplne w różnych obszarach. Efektem tego zjawiska jest powstawanie naprężeń cieplnych: I rodzaju- naprężenia wynikające z anizotropii rozszerzalności poszczególnych ziaren lub anizotropii modułu Younga oraz II rodzaju- naprężenia wynikające z nierównomiernego rozkładu temperatury w objętości.

naprężenia cieplne w warunkach nieustalonego przepływu ciepła- liczba Biota jest to jedna z liczb podobieństwa. Wyraża stosunek oporu przewodzenia ciepła przez ciało do oporu przejmowania ciepła z jego powierzchni. Wykorzystywana głównie do obliczeń w przypadku nieustalonej wymiany ciepła. Wyraża się ona wzorem: ,gdzie

α- współczynnik wnikania ciepła, λ- współczynnik przewodzenia ciepła, l- długość charakterystyczna, która definiowana jest jako stosunek objętości do jego powierzchni, R_λ- opór przewodzenia ciepła, R_α- opór przejmowania ciepła.

Współczynniki odporności na naprężenia cieplne: R^I- naprężenia cieplne zależą od różnicy temp. ΔT, odpowiednio- temp. powierzchni i temp. średniej oraz temp. średniej i temp. w centrum próbki materiału. Przez ΔT_max oznaczono różnicę temp. przy której naprężenia cieplne osiągają wartość wytrzymałości mechanicznej materiału. Ponieważ przy ΔT_max =R₁ o można oczekiwać zapoczątkowanie pękania materiału. W materiałach kruchych czy polikrystalicznych zapoczątkowane przy ΔT_max =R₁ pęknięcie rozprzestrzenia się katastrofalnie co prowadzi do prawie zerowej wytrzymałości w przypadku innych materiałów aby zapoczątkowane przy ΔT_max pęknięcia rozprzestrzeniły się trzeba większej od ΔT_max różnicy temp. R^II- w warunkach łagodnej wymiany ciepła między materiałem a środowiskiem istotną rolę odgrywa przewodność cieplna materiału λ. Dla tych warunków adekwatny jest drugi współczynnik odporności na naprężenia opisany wzorem: R₂=λR₁

1. Wytrzymałość teoretyczna- podczas rozciągania materiału naprężenia przenoszone są równomiernie przez wszystkie łańcuchy wiązań międzyatomowych. Na podstawie wytrzymałości pojedynczych wiązań można obliczyć obciążenie, przy którym wiązania zaczną pękać. Wytrzymałość rzeczywista- maksymalne naprężenie jakie może wytrzymać materiał aż do momentu zniszczenia, jest ona od 10 do 100 razy mniejsza od wytrzymałości teoretycznej. Wpływ spękań na wytrzymałość- obecność w materiale spękań powoduje że część łańcuchów wiązań międzyatomowych ulega przerwaniu. Przenoszenie naprężeń przez te łańcuchy staje się niemożliwe i odbywa się teraz poprzez mały obszar u wierzchołka pęknięcia. Na wierzchołku szczeliny występuje zatem wzrost (koncentracja) naprężeń. Statystyczna teoria wytrzymałości- założenia: 1.materiał posiada charakter izotropowy i posiada statystyczny rozkład defektów. 2. prawdopodobieństwo znalezienia defektu o wielkości krytycznej jest w całej objętości materiału identyczne. 3. materiał ma charakter kruchy a jego zniszczenie następuje wskutek rozprzestrzeniania się defektu krytycznego. 4. liczba defektów w materiale jest duża. Według teorii Weibulla prawdopodobieństwo przetrwania (nie zniszczenia) próbek o danej objętości jednostkowej V₀ pod działaniem naprężeń σ określone jest zależnością: P(V₀)=exp[-V₀( σ/ σ₀)^m] gdzie m- stała Weibulla, parametr opisujący rozrzut danych pomiarów wytrzymałości charakterystyczny dla danego materiału.

2. Obciążenia materiału: ściskanie (rozciąganie)- rodzaj obciążenia ciała, na które składają się dwie przeciwnie działające siły F, powodujące ściśnięcie (wydłużenie) ciała w kierunku linii działania tych sił. Skręcanie- rodzaj naprężenia i towarzyszącego mu odkształcenia powstającego przy działaniu pary sił o wektorach prostopadłych do rozpatrywanego przekroju, tworzących moment skręcający. Zginanie- odkształcenie i powstające w jego wyniku naprężenie σ będące skutkiem działania momentów sił (momentów gnących). Podczas zginania istnieje w danym ciele tzw. warstwa obojętna, w której nie istnieją odkształcenia. Ścinanie- podstawowe odkształcenie ciała sztywnego powstające przy naprężeniach stycznych. Płaski stan odkształceń występuje wtedy, gdy w każdym punkcie ośrodka współrzędnych ε_i3=ε_3i=0 (i=1, 2, 3), a pozostałe współrzędne tensora odkształceń zależą tylko od zmiennych x₁, x₂, x_3. Warunki charakterystyczne dla płaskiego stanu odkształcenia występują np.. w bardzo długiej ścianie wykonanej z materiału izotropowego i poddanej obciążeniom, które nie zmieniają się wzdłuż osi x₃, równoległej do podłużnych krawędzi ściany. Trójosiowy stan naprężeń- koło naprężeń Mohra odwzorowuje stanu naprężeń i dla trójosiowego stanu naprężeń składa się z trzech okręgów wyznaczonych przez pary naprężeń głównych σ₁-σ₂, σ₂-σ₃, σ₁-σ₃. Najbardziej niebezpieczne dla pękanie jest, gdy występuje płaski stan odkształceń przy przestrzennym stanie naprężeń. Współczynnik odporności na kruche pękanie K_{IC -} określa odporność materiałów na kruche pękanie i jego jednostką jest [MPa*m^1/2]. Wielkość ta zależy od stałych materiałowych: K_IC=(Eγ/)^1/2 γ- energia pochłaniania w czasie powstawania pękania niszczącego materiał zwana energią pękania. Efektywna energia powierzchniowa- jest to wielkość decydująca o odporności materiału na kruche zniszczenie. Energię pękania podwyższają wszystkie procesy pochłaniania energii w toku pękania: γ_ef=γ+γ_p+γ_r+γ_pf+γ_i (po kolei symbole te oznaczają: en. powierzchniowa, en. odkształcenia plastycznego, en. powstania dodatkowych spękań, en. pochłaniana w toku przemian fazowych, wszystkie inne procesy pochłaniana energii).

3. Zjawiska umożliwiające podwyższenie K_IC materiałów ceramicznych: a) mechanizm Cooke'a-Gordona- szczelina napotykając granicę międzyziarnową o wytrzymałości mniejszej od 1/5 wytrzymałości ziarna wywołuje spękanie granicy, zmianę kierunku penetracji i dodatkowe spękanie. Podwyższa to energię pękania. Energia pękania polikryształu jest większa od energii pękania monokryształu b) hamowanie pękania w kompozytach włóknistych- po dojściu spękania do słabej granicy włókno-osnowa następuje rozwarstwienie granicy i następuje „mostkowanie” spękania przez bardziej wytrzymałe włókno i ewentualnie :wyciąganie” włókien z osnowy c) hamowanie pękania wskutek przemian fazowych wtrąceń ziarnistych- spiek PZT (polikryształ regularnej odmiany ZrO₂ z wtrąceniami tetragonalnej odmiany ZrO₂) przy dochodzeniu spękania do trącenia następuje przemiana fazowa związana ze zwiększeniem się objętości. Dochodzi do pochłaniania energii wskutek powstawania sieci spękań (wzrasta energia pękania i oporność na krucze pękanie)

1. procesy przenoszenia ciepła: konwekcja- proces przenoszenia ciepła wynikający z ruchu materii, np. rozgrzanego powietrza, wody, piasku itp. Konwekcja jest najwydajniejszym sposobem przekazywania ciepła, ale jednocześnie silnie zależną od substancji i warunków w jakich zachodzi. Wyróżnia się: Konwekcja swobodna - ruch cieczy lub gazu jest wywołany różnicami gęstości substancji znajdującej się w polu grawitacyjnym. Konwekcja wymuszona - ruch cieczy lub gazu wywoływany jest działaniem urządzeń wentylacyjnych, pomp itp. promieniowanie- to termin oznaczający emisję energii w postaci cząstek lub fal elektromagnetycznych. Podczas gdy większość atomów w przyrodzie pozostaje niezmienna pod względem składu i energii, niektóre naturalne lub sztucznie utworzone atomy są niestabilne, tzn. mogą swobodnie emitować energię lub cząstki różnego typu (np. alfa). Przewodnictwo cieplne- określa zdolność substancji do przewodzenia ciepła. Im wyższa przewodność cieplna tym więcej ciepła (w tych samych warunkach) przez daną substancję przepłynie. Przewodność cieplna materiału zależy od jego składu chemicznego, budowy, porowatości, stanu skupienia oraz temperatury.
, gdzie k (λ)- współczynnik przewodnictwa cieplnego, ΔQ- ilość ciepła przepływającego rpzez ciało, Δt- czas przepływu, L- długość ciała, S- pole przekroju poprzecznego ciała, ΔT- różnica temp. w kierunku przewodzenia ciepła.

Współczynnik przewodnictwa cieplnego λ - jest to współczynnik proporcjonalności, który charakteryzuje zdolność materiału do przenoszenia ciepła pod wpływem gradientu dT/dt. Jednostką współczynnika przewodzenia ciepła w układzie SI - J/(m s K) = W m^-1 K^-1 (wat na metr razy kelwin). Gazy są słabymi przewodnikami ciepła. Przewodność ciepła ciał stałych: fonon- kwant energii drgań atomu w sieci krystalicznej. Oddziaływania wzajemne fononów- wymianę fononów między drgającymi atomami powiązanymi ze sobą wiązaniami pierwszorzędowymi ująć można jako rozprzestrzenianie się biegnących fal o zwiększonej energii. Umklapp- są to procesy przerzutu, które pojawiają się podczas interferencji fal (fononów). Im częściej występują procesy przerzutu tym krótsza droga swobodna fononów. Wraz z temp. wzrasta udział fononów o wysokiej energii i małej długości fali, u których prawdopodobieństwo wystąpienia procesu przerzutu jest największe. Oddziaływanie fononów z defektami- defekty struktury materiału zmniejszają drogę swobodną fononów ma to związek z obecnością w materiale obcych atomów o innej masie niż atomy rodzime, a także budowa amorficzna materiału, ponieważ obydwa czynniki zaburzają periodyczność ruchów drgających atomów w materiale. Wpływ porowatości na λ- W umiarkowanych temp. wzrost udziału porów obniża przewodność materiału, ponieważ dla gazów zawartych w porach λ=0. W wysokich temp. uwidacznia się w ich przypadku wzrastająca rola promieniowania w przenoszeniu ciepła. Rozpatrując promieniowanie cieplne przyjmuje się, że zachowanie się rzeczywistych materiałów nie różni się jakościowo od ciała doskonale czarnego.
2. Rozszerzalność cieplna: liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej α- wyraża względne wydłużenie materiału występujące podczas ogrzania materiału o jeden stopień. α=(1/l_o)(Δl/ΔT). Jednostką współczynnika rozszerzalności liniowej jest odwrotność kelwina [1/K].

1. Materiały dielektryczne Dielektryk, izolator elektryczny, substancja materialna praktycznie nie posiadająca swobodnych nośników prądu elektrycznego. W dielektryku o własnościach elektrycznych ciała decydują ładunki związane.

Źródła momentu dipolowego w dielektryku: 1) polaryzacja elektronowa, która polega na przemieszczeniu się elektronów względem dodatniego ładunku rdzenia atomu 2) polaryzacja jonowa, która polega na rozsunięciu środków ciężkości ładunku dodatniego kationów i ujemnego anionów 3) polaryzacja wskutek orientacji spolaryzowanych zespołów defektów punktowych 4) polaryzacja ładunku punktowego. Reakcja dielektryka na pole: W dielektryku zewnętrzne pole elektryczne powoduje polaryzację, tj. nieznaczne przesunięcie ładunków ujemnych względem dodatnich, co prowadzi do powstania momentu dipolowego każdego elementu objętości dielektryka. Rodzaje polaryzacji: elektronowa, atomowa, orientacyjna i ładunku przestrzennego. Względna stała dielektryczna ε_r jest to wielkość charakteryzująca zdolność dielektryka do gromadzenia ładunku. Jest ona stosunkiem pojemności elektrycznej układu dwu przewodzących płytek metalowych pomiędzy którymi znajduje się dielektryk i pojemności takiego samego układu dwu płytek pomiędzy którymi znajduje się próżnia. Stała dielektryczna materiału ε_s jest to wielkość charakteryzująca właściwości dielektryczne danego ciała, określająca ile razy jego przenikalność elektryczna jest większa od przenikalności próżni ε₀. ε_s =ε_r ε₀ . Lokalne natężenie pola- ponieważ w materiale na każdy dipol działa suma natężenia zewnętrznego pola elektrycznego E_a i pola pochodzącego od wszystkich innych dipoli występujących w materiale, rozpatruje się lokalne natężenie pola: E_loc=E_a +P/3ε₀.
2. Materiały ferroelektryczne Ferroelektryk: są to materiały, w których stężenie objętościowe dipoli jest duże i które ulegają w związku z tym samorzutnej polaryzacji już przy bardzo małych natężeniach zewnętrznego pola elektrycznego, a nawet w jego nieobecności. Ferroelektryki mają bardzo dużą przenikalność elektryczną (ε).
Ferroelektryczna temp. Curie- jest to temp. poniżej której symetryczna struktura (oktaedryczna) przechodzi w niżej symetryczną strukturę (tetragonalną) co powoduje, że w pobliżu temp. Curie polaryzacja wzrasta gwałtownie. Domeny ferroelektryczne- są to obszary, w których dipole są jednakowo zorientowane.
3. Przewodnictwo elektryczne Prawo Ohma- opór przewodnika jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie do natężenia: R=U/I. Opór odcinka przewodnika o stałym przekroju poprzecznym jest proporcjonalny do długości tego odcinka i odwrotnie proporcjonalny do pola powierzchni przekroju:

Liczba przenoszenia- jest to stosunek ładunku przeniesionego przez rozważany jon do całkowitego ładunku przeniesionego przez roztwór elektrolitu podczas elektrolizy. Nośniki ładunku- jest to obiekt przenoszący ładunek elektryczny podczas przepływu prądu. Dla metali są to zwykle elektrony, dla półprzewodników mogą być to zarówno elektrony, jak i dziury, dla materiałów w stanie nadprzewodzącym nośnikami ładunku są tzw. pary Coopera. Model pasmowy ciała stałego: kwantowa teoria budowy ciał stałych (kryształów). Rozpatruje się w niej oddziaływanie periodycznie zmiennego potencjału pola elektromagnetycznego sieci krystalicznej na pole elektronów walencyjnych w krysztale. Dopuszczalne poziomy energetyczne elektronów zlewają się w tzw. pasma energetyczne. Pasma te noszą nazwę pasm dozwolonych Szczególnymi pasmami dozwolonymi są: pasmo walencyjne (najwyżej położone z całkowicie zapełnionych pasm dozwolonych) i pasmo przewodnictwa (niezapełnione, tj. puste, lub tylko częściowo zapełnione pasmo dozwolone znajdujące się ponad pasmem walencyjnym). Szerokość pasma wzbronionego rozdzielającego te dwa pasma odpowiada za własności elektryczne materiału. Teoria pasmowa wyjaśnia w szczególności wiele własności półprzewodników (substancje zachowujące się w pewnych warunkach jak dielektryk, a w innych jak przewodnik).Własności półprzewodników można istotnie zmienić przez wprowadzenie do ich wnętrza pewnej ilości obcych atomów, zwanych domieszkami. Atomy takie mają na ogół inne poziomy energii niż atomy macierzyste (poziomy domieszkowe). Często poziomy te wypadają w obszarze przerwy energetycznej. Domieszki donorowe (pasmo leżące nad pasmem przewodnictwa) są dostarczycielami elektronów do pasma przewodnictwa, domieszki akceptorowe (pasmo leżące nad pasmem walencyjnym) są dostarczycielami dziur w paśmie walencyjnym.

1. Działanie pola magnetycznego na materiał: w materiale znajdującym się w polu magnetycznym indukowane jest wewnętrzne pole magnetyczne mierzone wielkością indukcji magnetycznej B, której jednostka jest 1 tesla [1 T]. B=μ_r μ₀ H , gdzie μ_r -przenikalność magnetyczna materiału, μ₀ -przenikalność magnetyczna próżni, H -natężenie pola magnetycznego. rodzaje materiałów magnetycznych: diamagnetyki- każdy atom ma zerowy moment magnetyczny, paramagnetyki- momenty magnetyczne są zorientowane przypadkowo i się znoszą, ferromagnetyki- momenty magnetyczna są uporządkowane wewnątrz każdej domeny, ferrimagnetyki- istnieją podstruktury posiadające zorientowane jednakowo i zróżnicowane momenty magnetyczne. Podatność magnetyczna,χ- współczynnik proporcjonalności w równaniu określającym wielkość namagnesowania jako funkcję natężenia pola magnetycznego: M=χ H, gdzie: M - namagnesowanie (moment magnetyczny jednostki objętości substancji), χ - objętościowa podatność magnetyczna, H - natężenie pola magnetycznego. Podatność magnetyczna jest wielkością bezwymiarową. W zależności od właściwości substancji jej podatność magnetyczna zmienia się dość zasadniczo. Gdy: χ < 0 - sub. jest diamagnetykiem, χ = 0 - brak podatności np. próżnia, χ > 0 - sub. jest paramagnetykiem, χ >>0 - sub. jest ferromagnetykiem. Przenikalność magnetyczna, µ, wielkość fizyczna - w ośrodkach izotropowych skalarna, w anizotropowych tensorowa - charakteryzująca zdolność ośrodka materialnego do zmiany wektora indukcji magnetycznej B pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego H. B = µ H. Przenikalność magnetyczna związana jest z podatnością magnetyczną χ zależnością: µ_r = 1+ χ. Przenikalność magnetyczna zależy na ogół od częstotliwości zmian pola magnetycznego.

2. Źródła momentów magnetycznych w ciele stałym- momenty magnetyczne orbitalne: krążące po orbitalach elektrony wywołują momenty magnetyczne: m_m=(-e/2m_e)I . Moment magnetyczny orbitalny jest skwantowany: M_m=-m_bL. Momenty magnetyczne spinowe: spin elektronu (obrót wokół osi) wynosi: m_sp=-2m_bS. Efektywny (nieskompensowany) spinowy moment magnetyczny: m_e,sp=-2m_b(S(S=1))^1/2

3. Ferromagnetyki i ferrimagnetyki: temperatura Curie- ferromagnetyki posiadają wysokie wartości nieskompensowanych momentów magnetycznych a w ich kryształach w niskich temperaturach, poniżej tzw. tem. Curie powstają obszary posiadające wypadkowy silny moment magnetyczny- domeny magnetyczne. Pętla histerezy magnetycznej- Jeżeli ciało ferromagnetyczne umieścimy w słabym polu magnetycznym, to domeny, w których kierunek polaryzacji tworzy mały kąt z kierunkiem pola, będą się rozrastać kosztem innych, lecz wektor polaryzacji poszczególnych domen nie zmienia kierunku. W miarę wzrostu pola granice między domenami przesuwają się i wzrasta namagnesowanie ciała. Przy niewielkich natężeniach pola (odcinek OA na rys), przesunięcia ścian domenowych są odwracalne; przy wyższych stają się nieodwracalne, tzn., że po usunięciu pola rozkład domen nie wraca do stanu pierwotnego (odcinek AC )

ferryty- są to materiały ceramiczne (tlenkowe), w których indukcja magnetyczna ulega wzmocnieniu. Wspólną cechą tych materiałów jest występowanie jonu Fe³⁺ w strukturze i z punktu widzenia własności magnetycznych są ferrimagnetykami. Typy struktur ferrytów: spinelu- MeFe₂O₄ , granatu- Y₂Fe₅O₁₂ , magnetoplumbitu- MeFe₁₂O₁₉. Ferryty najczęściej mają budowę spinelu, pozwalającą na dużą dowolność wprowadzania różnych metali. Ze względu na właściwości magnetyczne wyróżnia się: ferryty magnetycznie miękkie, które łatwo ulegające rozmagnesowaniu oraz ferryty magnetycznie twarde- odporne na rozmagnesowanie.

Zjawisko superwymiany i energia preferencji, wpływ mikrostruktury na właściwości ferrytów?

1. Zjawiska zachodzące przy przechodzeniu fali świetlnej przez materiał: odbicie- zjawisko zmiany kierunku rozprzestrzeniania się promieni świetlnych zachodzące na granicy dwóch ośrodków, przy czym gdy co najmniej jeden z nich jest przezroczysty. załamanie- to zakrzywienie promieni świetlnych przy przechodzeniu z jednego ośrodka (materiału) do innego. Kiedy światło przechodzi z ośrodka o wyższej gęstości do drugiego o niższej załamuje się od normalnej (prostopadłej do powierzchni w miejscu przechodzenia), zaś kiedy przechodzi z ośrodka o niższej gęstości do drugiego o wyższej załamuje się do normalnej. Absorpcja- proces pochłaniania energii fali przez substancję. Na skutek absorpcji natężenie światła wiązki przechodzącej przez substancję ulega zmniejszeniu, przy czym część tego osłabienia spowodowania jest również rozpraszaniem światła. Transmisja (przepuszczalność)- Procent światła widzialnego, pochodzącego z promieniowania słonecznego przenikającego przez szkło.

Współczynnik załamania światła (oznaczany literą n) jest wielkością opisującą załamanie światła przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego. Liczbowo współczynnik załamania wyraża się poprzez stosunek prędkości światła v₁ w jednym ośrodku do prędkości v₂ w drugim ośrodku, n₂₁=v₁/v_2. Całkowite wewnętrzne odbicie to zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla światła) występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu. Absorpcja fotonów- zachodzi przez wzbudzenie (przejście) układów energetycznych w materiale do wyższych stanów energetycznych (atomów, jonów, elektronów). Wzbudzone elementy mogą powracać do stanów niższych emitując promieniowanie o odpowiedniej długości. Materiał może absorbować jedynie kwanty energii większe od wartości energii przerwy energetycznej. Podział widma- Gdy fale elektromagnetyczne rozchodzą się w jakimś ośrodku, wtedy na ogół prędkość rozchodzenia będzie różna dla fal o różnych długościach. Pojawiają się więc różnice w rozchodzeniu się fal. Różnice między falami elektromagnetycznymi o różnych częstotliwościach uwydatniają się szczególnie wyraźnie w wytwarzaniu i wykrywaniu promieniowania elektromagnetycznego. Stąd właśnie pochodzi idea podziału całego widma elektromagnetycznego na szereg zakresów. Kryterium podziału stanowią właściwości promieniowania, a także sposoby jego wytwarzania i detekcji. Wrażenie barwy- jest psychicznie wywoływane w mózgu człowieka (i zwierząt), gdy oko odbiera promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu światła, a pisząc dokładniej, z widzialnej części fal świetlnych. Główny wpływ na to wrażenie ma skład widmowy promieniowania świetlnego, w drugiej kolejności ilość energii świetlnej, jednak niebagatelny udział w odbiorze danej barwy ma również obecność innych barw w polu widzenia obserwatora, oraz jego cechy osobnicze, jak zdrowie, samopoczucie, nastrój, a nawet doświadczenie i wiedza w posługiwaniu się zmysłem wzroku. Centra barwne: domieszki metali grup przejściowych- jony metali grup przejściowych (ziem rzadkich) ze względu na nieobsadzenie wewnętrzne orbity mogą absorbować promieniowanie w zakresie widzialnym stając się podstawowym sposobem barwienia szkła i kryształów oraz defekty punktowe w kryształach- defekty punktowe w kombinacji z defektami elektronowymi mogą stanowić dodatkowe poziomy energetyczne, które pochłaniając selektywnie promieniowanie widzialne barwią kryształy.
2. proces rekombinacji- połączenie się dwóch różnoimiennych ładunków elektrycznych, proces odwrotny do jonizacji. Zjawisku rekombinacji jonu dodatniego i elektronu towarzyszy zazwyczaj wypromieniowanie nadwyżki energii elektronu w formie fotonu. Centra rekombinacji- Podczas przeskoku elektronu z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego przyjmuje on dodatkowe położenia, którym odpowiadają w modelu pasmowym poziomy energetyczne wewnątrz pasma zabronionego.

3. Luminescencja- zjawisko emisji fal świetlnych przez ciała, wywołane inną przyczyną niż rozgrzanie ich do odpowiednio wysokiej temperatury. Działanie laseru- W wyniku absorpcji fotonu (rys.1a) o częstości ν spełniającej równanie: E₁-E₂=hν, w którym E₂ oznacza energię stanu wzbudzonego atomu, E₁ - energię jego stanu podstawowego, a h - stałą Plancka, atom przechodzi ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego. W procesie emisji spontanicznej (rys.1b) atom emituje foton o częstości ν spełniającej równanie (1) i przechodzi ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego. W procesie emisji wymuszonej (rys.1c) foton o częstości ν spełniającej równanie (1) nie ulega absorpcji (atom już jest w stanie wzbudzonym), lecz wymusza emisję fotonu. Wymuszony foton jest spójny z fotonem wymuszającym. Oznacza to, że mają one tę samą częstość, fazę i kierunek rozchodzenia się. W wyniku emisji wymuszonej atom przechodzi do stanu podstawowego.

---