1 Materialy ceramiczne, proces wytwarzania .
Ceramika - w rozumieniu tradycyjnym tworzywa/wyroby otrzymywane w wyniku wypalenia odpowiednio uformowanej gliny. Nazwa tych wyrobów wywodzi się z greckiego określenia κεραμικος (keramikos), które pochodzi z kolei od słowa κεραμος (keramos - ziemia, glina). Obecnie jako ceramikę rozumie się wszystkie tworzywa/wyroby nieorganiczno-niemetaliczne, w trakcie otrzymywania których istotnym procesem jest obróbka cieplna, np. spiekanie lub prażenie.
Klasyczny proces produkcji wyrobów ceramicznych polega na dokładnym wymieszaniu odpowiednich surowców, formowaniu, wysuszeniu i wypaleniu (jednokrotnym lub wielokrotnym). Proces wypalania odbywa się w piecach: tunelowych, komorowych (ceramika budowlana sanitarna itp.) oraz w piecach grafitowych i innych, często o kontrolowanej atmosferze wypalania (ceramika specjalna). Temperatura wypalania mieści się w zakresie od 900°C (ceramika budowlana) do 2000°C (ceramika węglikowa). W wysokich temperaturach zachodzi zjawisko spiekania, w wyniku którego otrzymuje się czerep o pożądanej gęstości znacznie mniejszej od gęstości surowca, ze względu na usunięcie wody podczas obróbki termicznej. Niektóre wyroby ceramiczne po wypaleniu pokrywa się szkliwem.
Ceramika znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach gospodarki, np. w budownictwie, elektronice, hutnictwie a także w przemyśle kosmicznym itp. Powszechne są również ceramiczne elementy wyposażenia domu, zwłaszcza kuchni, takie jak: zastawa stołowa, niewielkie pojemniki i inne akcesoria oraz wyroby dekoracyjne. Wyroby ceramiczne bardzo często stosowane są w miejscach narażonych na działanie czynników atmosferycznych, agresywnych substancji, wysokich temperatur itp.
2 Kompozyty skład, rodzaje
Kompozyty są to tworzywa składające się z dwóch lub więcej faz o własnościach nieosiągalnych w żadnym innym materiale. Do najbardziej znanych kompozytów należą żelazo - beton, eternit, szkło zbrojone siatką metalową, węgliki spiekane, cermetale i inn. Kompozyty dzielimy na umacniane cząstkami (dyspersyjnie) i włóknami (włókniste). Te z kolei dzielimy na umacniane włóknami ciętymi i ciągłymi. Możliwe są różne kombinacje przy komponowaniu kompozytów. Np. osnowa metaliczna, polimerowa, ceramiczna, a cząstki lub włókna mogą być metalowe, ze związków międzymetalicznych, ceramiczne, węglowe (grafit), polimerowe, lub o złożonej budowie (np. włókna borsic). Kompozyty pozwalają na otrzymywanie lekkich, mocnych i elastycznych konstrukcji. Są nimi także materiały żarowytrzymałe (np. łopatki turbin gazowych) i narzędzia (np. węgliki spiekane).
Kompozyt składa się z osnowy i umieszczonego w niej drugiego składnika (zbrojenia) o znacznie lepszych właściwościach mechanicznych.
Zbrojenie może mieć postać proszku lub włókien. Dodawane jest do kompozytu w dużej ilości. Oddziałuje ono zazwyczaj tylko fizycznie na osnowę.
Zadania zbrojenia to:
●poprawia określone właściwości mechaniczne i/lub użytkowe wyrobu
●niekiedy zmniejsza koszt wsadu surowcowego (dotyczy to napełniaczy proszkowych)
Osnowa - jest to najczęściej polimer, może to być także metal ( np. tytan, glin, miedź) lub ceramika ( np. tlenek glinu). Wymienione materiały różnią się znacznie właściwościami takimi jak wytrzymałość na rozciąganie, sztywność, odporność na kruche pękanie, temperatura użytkowania, a przede wszystkim różnią się ciężarem właściwym. Najczęściej osnową są polimery, ze względu na ich mały ciężar właściwy i łatwość kształtowania. Niezależnie jednak, jaki to jest materiał osnowa spełnia w kompozycie wymienione funkcje.
Osnowa pełni następujące funkcje:
●utrzymuje razem zbrojenie
●zapewnia wytrzymałość na ściskanie
●przenosi naprężenie zewnętrzne na zbrojenie,
●zatrzymuje rozprzestrzenianie się pęknięć,
●nadaje wyrobom żądany kształt.
Podział kompozytów ze względu na osnowę:
1)kompozyty metalowe
●kompozyty o osnowie ze stopu metali lekkich ( Mg, Al, Ti)
●kompozyty o osnowie ze stopu srebra i miedzi
●kompozyty o osnowie ze stopu niklu
●kompozyty o osnowie ze stopu ołowiu i cynku
2) kompozyty polimerowe (żywice termoutwardzalne jak fenoplasty i aminoplasty; duroplasty chemoutwardzalne, silikony, tworzywa termoplastyczne)
3) kompozyty ceramiczne (materiały budowlane jak cement i gips; materiały hutnicze
- głównie ogniotrwałe; materiały stosowane w elektronice
3 Drewna
Drewno - surowiec drzewny otrzymywany ze ściętych drzew i formowany przez obróbkę w różnego rodzaju sortymenty. Zajmuje przestrzeń pomiędzy rdzeniem, a warstwą łyka i kory.
Drewno należy do najstarszych materiałów używanych przez człowieka. W Polsce, w grodzie Biskupin wszystkie domy, urządzenia obronne i wiele przedmiotów wyposażenia i codziennego użytku były wykonane z drewna. Przez tysiąclecia budowano z drewna ściany, stropy i dachy. Drewna używano do wykonania narzędzi, naczyń a także do ogrzewania i oświetlania pomieszczeń (łuczywo).
Obecnie drewno znajduje zastosowanie jako materiał na podłogi, boazerie, do wykonania więźb dachowych, ogrodzeń i pergoli, mebli i zabawek. W Ameryce Północnej (USA i Kanada), drewno jest ważnym materiałem budowlanym i używa się go do budowy większości niskich zabudowań mieszkalnych. Odpady powstałe przy produkcji różnych sortymentów drewna są wykorzystywane do produkcji płyt pilśniowych, wiórowych, OSB, sklejki, itd., które także są materiałem do wykonywania wielu przedmiotów codziennego użytku.
Skład chemiczny
Podstawowymi pierwiastkami wchodzącymi w skład drewna są: węgiel (49,5%), tlen (43,8%), wodór (6,0%), azot (0,2%) i inne. Główne związki tworzące drewno to: celuloza, hemicelulozy i lignina. Ponadto w drewnie występują też: cukier, białko, skrobia, garbniki, olejki eteryczne, guma oraz substancje mineralne, które po spaleniu dają popiół. Skład chemiczny popiołu zależy od rodzaju drzewa, klimatu, gleby itp.
Właściwości fizyczne
Skurcz i pęcznienie - drewno wilgotne podczas suszenia zawsze kurczy się, podczas nasiąkania wodą pęcznieje. Podczas skurczu drewno pęka i paczy się. Dlatego konstrukcje drewniane (więźby, ramy okienne, listwy boazeryjne itp.) powinny być przygotowywane z drewna już wysuszonego, do takiej wilgotności, w jakiej będzie ono użytkowane. Najczęściej używa się do wykonania elementów konstrukcyjnych drewna w stanie powietrzno-suchym.
Wilgotność - zależy od warunków w jakich drewno się znajduje i ma znaczny wpływ na pozostałe właściwości drewna. Bezpośrednio po ścięciu wilgotność drewna wynosi ponad 35%, ale może być znacznie większa. Drewno w stanie określanym jako powietrzno-suche (wyschnięte na wolnym powietrzu) ma wilgotność około 15-20%, przechowywane w suchych pomieszczeniach - ma wilgotność 8-13%. Duża wilgotność drewna bywa powodem paczenia się wyrobów, stwarza warunki sprzyjające rozwojowi grzybów. Gdyby drewno zostało wysuszone do wilgotności 0% stałoby się materiałem łatwo pękającym i kruchym. Praktycznie nie można byłoby wykonać z takiego drewna żadnej konstrukcji czy przedmiotów użytkowych.
Barwa - u drewna krajowego nie odznacza się tak dużą intensywnością, jak u niektórych gatunków egzotycznych (mahoń, palisander). Drewno z drzew krajowych ma barwę od jasnożółtej do brązowej.
Rysunek drewna - różni się w zależności od przekroju, barwy drewna, wielkości przyrostów, sęków itp.
Połysk - związany jest z twardością drewna i gładkością powierzchni. Połysk najbardziej jest widoczny w przekroju promieniowym.
Gęstość pozorna drewna - zależy od jego wilgotności, rodzaju drzewa z którego jest otrzymane. Przy wilgotności 15% waha się przykładowo od 470-480 kg/m³ dla świerka, do 810-830 kg/m³ dla grabu (wartości przykładowe dla innych gatunków: sosna 540-550 kg/m³, dąb 700-710 kg/m³, buk 720-730 kg/m³, jesion 740-750 kg/m³).
Higroskopijność - to skłonność materiału do wchłaniania wilgoci z powietrza. Drewno zawsze wchłania wilgoć lub oddaje ją do pomieszczenia tak długo, aż osiągnie stan równowagi pomiędzy własną wilgotnością a wilgotnością otoczenia. Drewno stosowane w miejscach o dużej wilgotności powinno być zabezpieczone przed jej wchłanianiem.
Przewodność cieplna - drewno źle przewodzi ciepło, zatem jest dobrym izolatorem. Oczywiście współczynniki przewodności cieplnej zależą od rodzaju drzewa i stopnia wilgotności drewna.