1. Wymień i zapisz typy defektów punktowych w związku MeX:

Defekty punktowe są ta zaburzenia sieci krystalicznej o zasięgu wymiarów atomów (jonów). Typy defektów punktowych na przykładzie struktury MX .a)wakacje (wakans)-brak atomu w węźle sieci V_x ,V_M b) atom (jon) w niewłaściwym położeniu Mx , X_M c) atomy (jony) w położeniach międzywęzłowych Mi, Xi d) defekty ładunków (elektrony e- i dziury h). Defekty punktowe mogą tworzyć zespoły-klasery zmieniające lokalnie budowę kryształu- domeny i wtrącenia.

2. Podaj znane ci właściwości tworzyw zależne od rodzaju i stężenia defektów punktowych: *właściwości elektryczne *właściwości cieplne *właściwości optyczne (barwa, załamanie) *właściwości chemiczne (związane z reakcjami)

3. Jak stężenie wakacji zależy od temp.: Obecność wakacji w krysztale jest uzasadniona termodynamicznie, a ich stężenie jest zależne od temp. Jeśli podgrzewamy kryształ, to im wyższa temperatura tym więcej defektów punktowych. …gdy temp. jest dostatecznie wysoka, to zgodnie z def. Entalpii swobodnej ( T-temp.bezwzględna), występowanie defektów punktowych prowadzi do obniżenia entalpii swobodnej kryształu, ,i tym samym do większej trwałości kryształu zawierającego defekty punktowe, w porównaniu z kryształ łem tych defektków.
   

4. Scharakteryzuj defekty płaskie. Granice kryształów- niskokątowe (wąskokątowe) i szerokokątowe, bliźniacze- błędy ułożenia. Defektami płaskimi są także zewnętrzne powierzchnie kryształu.

5. Podaj znane Ci właściwości tworzyw zależne od występowania defektów liniowych i płaskich. Defekty liniowe: *plastyczność ( granice odkształcalności) Defekty płaskie: * właściwości mechaniczne * spiekanie jako zachowanie materiału.

9.Wyprowadź zależność na siłę napędową krystalizacji.

- przemiany takie jak: *faza ciekła - krystaliczna faza stała * faza gazowa - kryształ, wiążą się ze spadkiem entalpii swobodnej układu i tym samym zachodzą samorzutnie. Większość tego spadku stanowi siłę napędową przemiany i definiuje się następująco: g^β-g ^α =Δgchem<0; g^β/α-entalpia swobodna i-tej fazy na jednostkę objętości; ΔG<0 przemiana samorzutna; Wr-miara samorzutności procesu.

Wr=-ΔG=- Δ H+T Δ S

Δ H=Tm Δ S

Wr=- Δ H+T(Δ H/Tm)

Wr+-( Δ H/Tm)(T-Tm)

Gn=V Δ gchem*Sγ

11.Przedstaw wykres zależności szybkości tworzenia zarodków od temperatury:

14.Opisz metody tyglowe otrzymywania monokryształów: dzielą się na dwie grupy, w zależności od tego, czy wsad jest, czy nie jest cały stopiony na początku krystalizacji.

Najważniejsza cechą tych metod jest granica faz: ciało stałe-ciecz jest w kontakcie z materiałem tygla. Każda nieregularność powierzchni ma wpływ na wzrost i zawsze istnieje możliwość spontanicznego powstania zarodków.

Co to jest wykres T-T-T (T-C-P)?

-
linia na wykresie TTT jest miejscem geometrycznym czasu i temperatury, przy których w fazie ciekłej powstaje określony udział objętościowy fazy krystalicznej. Pole zakreskowane odpowiada większej częstości tworzenia się zarodków krystalicznych, a więc większemu udziałowi fazy krystalicznej tworzącym się w danej temperaturze po pewnym czasie, zaś pole białe odpowiada mniejszym udziałom niż n lini TTT.

- wykres TCP (temp. - czas- prężność)

6. Co to jest krytyczna prędkość chłodzenia dla krystalizacji, podaj różnicę tej wielkośći dla zarodkowania homogenicznego i heterogenicznego:

Krytyczną szybkość chłodzenia interpretuje się jako szybkość zabezpieczającą przed wystąpieniem przemian dyfuzyjnych, które zachodzą w wyższych temperaturach niż prze­miana martenzytyczna i rozkładając austenit uniemożliwiają jego przemianę w martenzyt.

7. Wymień znane Ci grupy substancji szkłotwórczych:

- są to substancje tworzące duże zespoły atomów (jonów) o kryształach nieizometrycznych jak łańcuchy, wydłużone cząsteczki itp. Substancje te charakteryzują się liczbą koordynacyjną (2,4) czemu sprzyja cząsteczki atomów.

- gł. Grupy substancji szkłotwórczych: * tlenki szkłotwórcze: SiO2, B2O5, P2)5, As2O5, * pierwiastki S, Se, Fe, As, C, * związki z grupą hydroksylową * polimery organiczne

Opisz model budowy szkła wg. Zachariansena:

- jest to model struktury szkła krzemionkowego - został w pewnym stopniu sprawdzony przez Warnera za pomocą badań rentgenograficznych.

- szkło posiada jedynie uporządkowanie bliskiego zasięgu, zaś brak jest typowego dla kryształów uporządkowania dalekiego zasięgu. Szkło zbudowane jest z ciągłej sieci przestrzennej, tzw. Więźby krzemotlenowej.

- szkło kwarcowe przypomina trochę swą strukturą krystobalit wysokotemperaturowy.

- zachowana jest koordynacja krzemu względem tlenu (4). W szkle kwarcowym czworościany łączą się ze sobą narożami - tak jak w stanie krystalicznym - ciągłość więźby jest w tym szkle zachowana - jedynymi wiązaniami, są wiązania mostkowe.

8. Wymień podstawowe cechy szkieł krzemianowych:

Materiały te są twarde i kruche. Mają dużą wytrzymałość na ści­skanie i małą na rozciąganie i zginanie. Cechują się wysoką tem­peraturą topnienia oraz najczęściej małym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym.

9. Warunki otrzymywania i podstawowe cechy szkieł metalicznych:

- ze względu na dużą ruchliwość elementów stopu, metale wykazują naturalną zdolność do krystalizacji. Dla uzyskania metalu w stanie szklistym konieczne są bardzo duże prędkości chłodzenia V> 1010 C/s

- obecnie opracowano techniki otrzymywania szkieł metalicznych. Dotyczą one stopów metalicznych np.

* stopy ze składnikiem metalu przejściowego

* stopy niemetal - metal

* stopy magnetyczne

- wybrane zalety szkieł metalicznych: *nadprzewodnictwo, * wysoka twardość, * b. dobre właściwości m magnetyczne, * brak granic międzyziarnowych.

10. Dla jakich właściwości i w jakich zastosowaniach celowe jest stosowanie materiałów w postaci szkła. Odpowiedź uzasadnij przykładami:

11. Opisz budowę idealnego polikryształu jednofazowego

W polikryształach jednofazowych , struktura krystaliczna ziarna nie ulega gwałtownemu urwaniu, ale przechodzi w obszar przejściowy. W tym obszarze atomy przyjmują ułożenie umożliwiające przejście od orientacji kryst. w jednym ziarnie, do orientacji ziarna sąsiedniego - Gdy jest mała różnica orientacji ziaren.

- budowa polikryształu, to jest geometria ziaren wynika z dwóch zasad: * ustalenie się lokalnych stanów równowagi w miejscu styku granic międzyziarnowych. *konieczność zapełnienia przestrzeni elementami geometrycznymi (ziarnami).

Brak jest brył geometrycznej spełniającej warunek równości kątów, kryterium zapełnienia przestrzeni. Najlepiej przybliża je tzw. Czternastościan Kelvina. Posiada on 8 ścian, 6 bocznych, 6 ścian kwadratowych, zniekształcone (wypukłe lub wklęsłe) krawędzie dla zachowania kątów w miejscach styku.

W rzeczywistości w polikryształach jednofazowych, ziarna maja różne wymiary. Zachowanie warunku równowagi napięć powierzchniowych powoduje ze ściany ziaren mają krzywizny wypukłe lub wklęsłe.

12. Wyprowadź zależność na równowagową wielkość kąta dwuściennego w miejscu styku dwóch ziaren z faza szklistą w polikrysztale:

γss= 2γsc cos(θ/2)

cos(θ/2)=1/2* γss/ γsc

θ- kąt dwuścienny tworzony przez 2 ziarna stykające się z kropla cieczy.

γsc - en.powierzchniowa na granicy rozdziału ciało stałe-ciecz.

- przypadki graniczne: 1) pełne zwilżenie θ=0stopni γss/ γsc>>2; 2) brak zwilżalności θ=180 stopni γss<< γsc

13. Przedstaw schematycznie mikrostrukturę polikryształów z fazą szklistą o różnym kącie zwilżania:
    

14. Wymień znane Ci metody otrzymywania polikryształów:

- krystalizacja ze stopu

- rekrystalizacja w fazie stałej

- krystalizacja szkieł

- spiekanie proszków jednofazowych z fazą ciekłą

- wiązanie chemiczne

- krystalizacja z fazy gazowej

15. Podaj definicję i wymień podstawowe metody otrzymywania tworzyw szklanokrystalicznych:

Jest to szkło, w którym następuje częściowa lub pełna krystaliza­cja. Cechuje się wysoką twardością i sprę­żystością, wytrzymałością na zginanie (150=260 MPa) i odporno­ścią na wstrząsy cieplne zbliżoną do szkła kwarcowego, a także małą przewodnością elektryczną. Temperatura mięknięcia jest bardzo wysoka (1000=1400°C).

I - do szkła wprowadza się zarodki heterogeniczne powodujące powstanie centrów krystalizacji.

II - obróbka cieplna, najczęściej dwustopniowa - dal wytworzenia zarodków i wzrostu krystalitów

T1-temp 1-go stopnia krystalizacji- wytworzenie zarodków

T2- temp 2-go stopnia krystalizacji - wzrost krystalitów. Temp. mniejsza od temp. topnienia

16. Jakie wady i zalety posiadają tworzywa szklanokrystaliczne w porównaniu ze szkłem. jw

17. Skąd powstają siły napędowe procesu spiekania?

- siłą napędową procesu spiekania, przenoszenia masy w toku spiekania powinny być naprężenia występujące w miejscach styku ziaren związane z małymi promieniami krzywizny powstającej w tych miejscach szyjki. W skutek istnienia naprężeń w szyjce powstają lokalne gradienty potencjału chemicznego zdolne do wywołania w podwyższonej temperaturze zlokalizowanych procesów przenoszenia masy.

- przebieg procesu spiekania kontrolowany jest przedewszystkim zmianą energii swobodnej związanej z reakcją chemiczną.

Jak faza ciekła może wpływać na spiekanie? Jeżeli w układzie występuje faza ciekła, naprężenia ściskające powodują że potencjał chemiczny atomów fazy stałej rozpuszczonej w cieczy, zwiększa się w porównaniu z potencjałem w nie naprężonych obszarami .... cieczy wzrasta aktywność a atomów budujących stałe ziarna. Zwiększona aktywność oznacza że w obszarze pod naprężeniem ściskającym następuje wzrost rozpuszczalności stałych ziaren w fazie ciekłej. Z biegiem czasu faza ciekła staje się przesycona. Z cieczy wytrącają się ziarna . mają one w większości przypadków podłużny przekrój.

18. Co to jest proces witryfikacji, podaj przykład. Powstawanie w toku spiekania dużych ilości fazy ciekłej powoduje, że proces zagęszczania ma charakter płynięcia lepkościowego (jak dla szkła). PRZYKŁADY: otrzymywanie porcelany....

19. Wymień techniki otrzymywania polikryształów porowatych:

- przygotowanie do spiekania materiałów w formie piany wprowadzenie do zawiesiny proszku substancji, pianotwórczej, powoduje powstanie piany, która po wysuszeniu i spieczeniu jest wyrobem o b.dużej porowatości i b. Dobrych wł.izolacyjnych.

- wprowadzenie do spiekanej masy elementów, które po usunieciu z układu pozostawiają pory mogą to być parujące lub sublimujące sole, elementy organiczne (styropian wegiel), parujące subst. ciekłe (kamfora)

- wydzielanie się w toku wypalania gazu w skutek reakcji chemicznych. w skład spiekanego proszku, wprowadza się substancje, które reagując ze zsobą wydzielają produkty gazowe., powodujące powstanie porów.

45. Podaj podział układów zdyspergowanych:

* ukł. dwufazowe - zdyspergowane cząsteczki stałe - gazowy ośrodek dyspergujący

* ukł. dwufazowe - zdyspergowane cząsteczki stałe - ciekły ośrodek dyspergujący

* ukł. trójfazowy - z. Cząstki stałe - ciekły ośrodek dys. - ośrodek dys.

46. Wymień podstawowe parametry charakteryzujące proszki. Proszki - stężone materiały zdyspergowane w fazie gazowej. Proszki w procesach technologicznych mogą być rozprowadzone w formie zawiesiny(masy lejny farby) w ośrodkach o dużej lepkości.

- kształt cząstek - kuliste (Ti), ostro krawędziowe (Si), płytkowe, włókniste.

48. Wymień podstawowe zalety materiałów w postaci włókien.

- elastyczność (duże możliwości zginania)

- duże rozwinięcie powierzchniowe - wł. sorpcyjne i katalityczne

- zdyspergowany charakter

- wł. Izolacyjne

- mało zdefektowana budowa - właściwości mechaniczne

- specyficzne wł. optyczne (światłowody)

49. Charakterystyka i podział warstw.

- podstawowym zadaniem warstw jest ochrona materiału przed środowiskiem, zwiększenie wytrzymałości dekoracja materiału.

PODZIAŁ: * powłoki (farby i emalie. Spełniają jedynie rolę ochronną i dekoracyjną); *warstwy (w sposób istotny zmieniają właściwości podłoża); *połączenia warstwowe, np. ceramika i metale

- warstwy mogą występować w postaci monokryształów, mat. Amorficznych, monokryształów jedno i wielo fazowych.

50. Definicja i podział materiałów kompozytowych: są to materiały zbudowane w sposób świadomy z dwóch lub więcej tworzyw, posiadające właściwości inne niż poszczególne materiały składnikowe.

PODZIAŁ: *kompozyty ziarniste, *włókniste, *warstwowe.

51. Kompozyty ziarniste: budowa i podstawowe zalety: wprowadzenie ziaren fazy o wyższej twardości i sztywności do matrycy ceramicznej, powoduje korzystne zmiany wł. Mechanicznych (twardość, odporność na ścieranie, pękanie)

53. Kompozyty włókniste: budowa i podstawowe zalety:

- włókna mogą być ułożone w jednym kierunku lub przypadkowo.

- składowe elementy: osnowa i krótki lub długie włókna

- osnowa - przejmuje zewnętrzne obciążenia mechaniczne i przekazuje je włóknom.

- najczęściej stosowane włókna: szklane, węglowe kevlarowe, wiskersy

- otrzymywanie: do matrycy wprowadza się włókna drugiej fazy. Przeważnie o wyższej sztywności i wytrzymałości niż matryca.

54. Które właściwości materiałów można podnieść stosując kompozyty włókniste. Odpowiedź uzasadnij:

55. Kompozyty warstwowe (laminaty): budowa i podstawowe zalety.

- szereg warstw nośnika złączonych w jedną całość za pomocą żywicy sztucznej, lub bardzo rzadkiego kleju naturalnego. Zazwyczaj pod zwiększonym ciśnieniem i na gorąco.

- właściwości zależą od typu nośnika i rodzaju żywicy: *drewniane, *papierowe, *plastikowe, *szklane.

- stosowane głównie do celów konstrukcyjnych i elektroizolacyjnych.

- doskonała odporność na działanie rozpuszczalników.

56. Uzasadnij celowość stosowania kompozytów warstwowych. Podaj przykłady.

- zastosowanie: elektrotechnika, inżynieria elektr. Telefonia i radiotechnika, wkładziny scienne, mat.izolacyjne,

57. Scharakteryzuj na wykresie cechy odkształcenia sprężystego i plastycznego w ujęciu reologicznym: reologia- jest to nauka zajmująca się opisem nie niszczących odkształceń ciał pod wpływem działania sił.

- odkształcenie plastyczne (nieodwracalne)

-odkształcenie sprężyste (odwracalne) rys

59.Wyprowadź zależność na teoretyczna wartość stałych sprężystości w ujęciu modelowym dwu atomów.

σ=F/a=F/r_o^2

w pewnym zahresue niewielkich odkształceń:

dσ=( 1/r_o^2)( σF/ σr) r= r_odr

jednocześnie:

ε=Δr/r_o czyli dε= dr/r_o

dσ= 1/r_o(σF/ σr) r= r_odr

po scałkowaniu:

σ= 1/r_o(σF/ σr) r= r_o ε

62. Podaj warunki i postać uogólnionego prawa Hooke'a.

- w przypadku działania jedynie naprężeń normalnych w danym kierunki, odkształcenie składa się z: składowej σ1/ E oraz odkształceń poprzecznych - σ2/E i - σ3 ν /E

Uogólnione prawo: ε1=( ε1/E)- ν/E(σ 2+σ3) .... ε4= σ4/G

64. Narysuj wykres zależności odkształcenia od czasu dla odkształcenia sprężystego ze zjawiskiem relaksacji:

Opóźnione odkształcenie sprężyste przy stałym obciążeniu przyłożonym w czasie t=0 i odjętym po czasie t1.

65. Podaj definicję zrelaksowanego i niezrelaksowanego modułu Younga.

- materiał obciążony ulega natychmiastowemu odkształceniu εu, które jest nazywane odkształceniem niezrelaksowanym.

- jeżeli utrzymuje się go pod stałym obciążeniem, to w miarę upływu czasu odkształcenie przyrasta stopnowo do wartości εr - stan odkształcenia zrelaksowanego.

Ε= εr+( εu- εr)exp(-t/θ) θ - czas relaksacji

66. Wyprowadź wzór na wielkość energii odkształceń sprężystych.

σ 1=C11 ε1+C12 ε2+C12 ε3

σ 2=C12 ε1+C11 ε2+C12 ε3

σ 3=C12 ε1+C12 ε2+C11 ε3

ε1= σ1/E- ν/E(σ2+ σ3)

ε2= σ1/E- ν/E(σ1+ σ3)

ε3= σ1/E- ν/E(σ2+ σ1)

ε4= σ4/G

- energia odkształceń sprężystych ogólnie W=_oS^ε σi εjd εj [J/m^3]

- dla odkształcenia jednoosiowego W=(1/2)E ε²₁

67. Wyprowadź zależność na E dla materiału dwufazowego w ujęciu modelu równoległego.

68. Wyprowadź zależność na E dla materiału dwufazowego w ujęciu modelu szeregowego

70. Zaznacz na wykresie σ=f(ε) dla metali charakterystyczne punkty określające odkształcenia plastyczne

71. Opisz mechanizm dyslokacyjny odkształcenia plastycznego. Dzieki obecności dyslokacji odkształcenie plastyczne zachodzi przez zerwanie pojedynczych wiazań, mechanizmem „fal dywanu”

72. Wymień zjawiska podwyższające i obniżające granicę plastyczności materiałów

Podwyższające:

- występowanie wiązań ukierunkowanych, np. atomowych, które nie mogą ulegać znacznej deformacji.. wiązania metaliczne mogą się odkształcać praktycznie bez przeszkód aż do momentu ich zerwania. Wiązania kierunkowe mogą odkształcać się o niewielki kąt 3 stopbi bez zerwania ciągłości materiału

Obniżenie

- zaburzenia ruch dyslokacji: obecności domieszek, wtrąceń.

76. Podaj wzór na wytrzymałość teoretyczną kryształu ze szczeliną (wzór Griffitha), opisz występujące wielkości:

σ_z≥(2Eγ/πc)^1/2

c - dł szczeliny; γ-napięcie powierzchniowe

77. Podaj wzór i scharakteryzuj pojęcie “współczynnik intensywności naprężeń K_c”

Kc= P(πc)^1/2

Współczynnik K1 zdefiniowany jest przy pomocy mierzalnych wielkości P i c i jest on wykorzystywany do określenie materialu na kruche pekanie K1=P .Kiedy przy określonej dlugości pęknięcia cc i obciązenbia PC - naprężenie δmax osiągnie wartoś wytrzymałości teoretycznej δt, to K1 osiaga wart. Krytyczna K1=K1c=PC .jest to współczynnik odporności na kruche pekanie.

78. Porównaj pojęcia: współczynnik intensywności naprężeń i krytyczny współczynnik intensywności naprężeń.

współczynnik intensywności naprężeń- Jest wykorzystywany powszechnie dla określenia odporności materiału na kruche pękanie

krytyczny współczynnik intensywności naprężeń - można traktowac jako miare energii odkształcenia sprężystego która jest pochłonieta w toku rozszerzania się pęknięcia

79. Podaj sens fizyczny wielkości K_IC, w czym ją wyrażamy: Sęs fizyczny K1c =PC = .W tym sesie K1 można traktowac jako miare energii odkształcenia sprężystego która jest pochłonieta w toku rozszerzania się pęknięcia.

80. Podaj zakres wielkości K_IC dla ceramiki i metali.

Dal ceramiki wynosi on 2,5-9 MPam1/2, dla metali 20-40Mpam1/2

81.Podaj zależność K_IC od energii pękania.

W materiałach ceramicznych przyczyna podwyższonych wartości K_IC jest : tworzenie się mikro pęknieć, ich rozgałęzienie się i mostkowanie oraz występowanie określonych przemian fazowych. Aby to uwzględnic wprowadzono pojęcie γ_ef - efektywnj energii pekania. K_IC=(E γ_ef)^1/2

82.Podaj sens fizyczny wielkości “energia pękania”, w czym ją wyrażamy.

Występowanie zjawisk mikroplastyczności uwzględnia się przypisując wielkości γ fizyczny sens energi pękania tj. energii zużytej zarówno na utworzenie nowej powierzchni jak i na odkształcenia plastycznie w mikroobszarach, rozgałęzienie się pęknięć itp. procesy. Energie pękania wyrażamy w [J*m^-2]

84.Wymień znane Ci zjawiska które mogą podwyższać energię pękania w polikrysztale ceramicznym.

1)zwiększyc γef czyli efektywna energie pekania. 2)Mechanizm Cooka Gordona czyli mechanizm hamowania się pęknięć na granicach międzyziarnowych nierównoległych do kierunku rozprzestrzeniania się pęknięć.3)Mostkowanie spękań poprzez wprowadzanie do mikrostroktory np. włokien, wiskersami, płytkami monokrystalicznymi4)wprowadzanie domieszek do materiału - przemiana martenzytyczna5) polerowanie powierzhni.

85.Opisz mechanizm podwyższania energii pękania w kompozytach włóknistych.

Przy obciążeniu kompozytu włóknistego obcążeniani równoległymi do osi włokien, rozwarstwienia no granicach rodziału osnowa-włókno są równoległe do kierunku naprężęń; mają w związku z tym ograniczoną długość i nie przechodzą przez cały materiał. Następuje więc pochłonięcie energii odkształceń sprężystych bez dekochezji. Procesy rozwarstwiania na granicy włókno-osnowa stanowią istotny etap dekohezji kompozytów zbrojonych włókami. W stadium tym zachowujące swą spójność, wytrzymąłe włókna spinają(mostkują) głównie pęknięcie powstrzymując dalsze jego rozprzestrzenianie się.

86.Opisz mechanizm podwyższania energii pękania w wyniku przemian fazowych wtrąceń ziarnistych (ZrO_2).

Podwyższone energie pękania występują w przypadku polikryształów złożonych z ziarn metatrwałej odmiany tetragonalnej roztworów stałych np. ZrO2. Wiąże się to z występowaniem podczas obciążenia tych materiałów przemiany fazowej metatrwałej poniżej 1000stC odmiany tetragonalnej w trwałą odmianę jednoskośną. Przemiana ta wytępuje w obszarze koncentracji naprężeń wyprzedzającym wierzchołek pęknięcia. Odmina jednoskośna na większą objętość właściwą, a więc i większe równowagowe odległości miedzyatmowe niż odmina tetragonalna i przeminana może wystąpić w obszarze koncentracji naprężeń rozciągających , wyprzedzającym wierzchołek pęknięcia.

92.Podaj zależność wytrzymałości materiałów kruchych od objętości próbki.

Z teorii Weibulla wynika ze przy jednorazowym prawdopodobieństwie zniszczenia, wytrzymałość dla danego materiału zależy odwrotnie od objętości danej próbki:δ₁/δ₂=(V₂/V₁)1/m

93. Co to jest zmęczenie materiału, w jakich warunkach się ją bada?

Zjawisko polegające się na zmniejszaniu się wytrzymałości materiału, elementu konstrukcyjnego, pod wpływem długotrwałych obciążeń okresowo zmiennych, pomimo ze obciążenia te nie przekraczają granicy plastyczności.

97.Udarność: definicja, miara, zakres wartości dla ceramiki i metali.

Udarność - odporność materiału na pękanie przy obciążeniach udarowych (przy uderzeniu). Udarność określa się jako iloraz energii zużytej na złamanie próbki przy zginaniu i pola przekroju poprzecznego w miejscu karbu naciętego na próbce. Do wyznaczania udarności najczęściej stosuje się metody udarowe i próbki o przekroju kwadratowym z naciętym karbem w kształcie litery V. Mat. Kruche - mała udarność; mat. Plastyczne duża udarność. Def- stosunek pracy (K) potrzebnej do złamania znormalizowanej próbki pod wpływem uderzenia - do jego przekroju poprzecznego (S₀) w miejscu złamania: K_c=K/ S₀ [J/cm²]. Udarność rośnie w miarę zmniejszania ziarna, bo granice ziarn utrudniają rozprzestrzenianie się pęknięcia.

98.Jak wyznacza się udarność materiału.

Badania udarności wykonuje się na odpowiednio przygotowanych próbkach, najczęściej stosowane metody:

-metoda Charciego - próbki znormalizowanie z nacięciem w kształcie litery U lub V, oparte na podporach sa one uderzane młotem(młot Charciego składał się z młota zawieszonego wahadłowo i podpór- na nich układa się próbki) po przeciwnej stronie nacięcia.

-met. Izoda - próbka jest w postaci pręta umocowanego sztywno na jednym końcu. Jest on łamany przez poprzeczne uderzenie w drugi koniec.

99.W czym mierzy się i jak się bada ścieralność materiałów.

Ścieralność jest różna, dla różnych materiałów. Zależy od twardości i plastyczności materiału. Badanie za pomocą różnych metod - np. gumy na aparacie Grassellego, koksu - za pomocą próby bębnowej Micum, tworzyw sztucznych - na aparacie typu Amslera. Ścieralność tworzyw sztucznych - np. strata objętości badanego tworzywa w cm³ w stosunku do zużytej pracy w kG*cm lub kWh.

Właściwości cieplne

102.Wymień mechanizmy przenoszenia ciepła.

Konwekcja - ciepło przenosi się w wyniku transportu cząsteczek obdarzonych energią cieplną. Mechanizm istotny dla gazów. Promieniowanie - energia cieplna jest wymieniana pomiędzy oddalonymi od siebie powierzchniami stałymi droga promieniowania i absorpcji. Mechanizm istotny w tepm. wyższych niż 1000°C. Przewodnictwo cieplne - proces przewodzenia ciepła wywołany różnić temp. Przebiega w kierunku od części układu o temp wyższej do niższej .

103.Scharakteryzuj współczynnik przewodnictwa cieplnego, podaj zakres wartości dla tworzyw ceramicznych.

Gęstość strumienia ciepła płynącego w czasie dt prostopadle do płaszczyzny o jednostkowej powierzchni pod wpływem gradientu temperatury. q_x=δQ/δt=-λ δT/δx Równanie oznacza, że przy istnieniu gradientu temperatury przepływ ciepła jest do niego proporcjonalny. Stałą proporcjonalności jest - λ - współczynnik przewodnictwa cieplnego jest to stała materiałowa zależna od temp, zalezna od strumienia i tekstury danego ciała stałego. (-) - po to aby λ miało wartości dodatnie. Al-226, ZrO-2, AlN-95-120, SiC-110-180, Grafit-93-112, diamet-2000

104.Podaj zależność określająca wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego mechanizmem fononowym.

Przewodnictwo cieplne w gazach - energia cząsteczek gazu w danej temp jest proporcjonalna do pojemności cieplnej w stałej objętości c_v , jeżeli energia cieplna przenoszona jest przez zderzenia cząsteczek poruszających się chaotycznie ze średnią prędkością V, a długością drogi swobodnej pomiędzy dwoma zderzeniami l. λ=1/3ρ c_vVl . Gdy ciała stałe - przewodzenie ciepła poprzez wymianę energii pomiędzy silnie ze sobą powiązanymi, drgającymi atomami. Drgania zespołów atomów mają charakter fal - fotonów. λ=1/3ρ c_vVl V- srednia prędkość fotonów na krysztale, l - ich średnia droga swobodna.

105.Podaj zależność określająca wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego w metalach.

W metalach przewodzenie ciepła zachodzi głównie przez elektrony λ=1/3kn_e c_vV_el_e k- stała Boltzmana, ne- gęstość elektronów, V- średnia prędkość elektronów, l - średnia droga swob. elektronów.

106.Współczynnik przewodzenia ciepła materiałów dwufazowych w ujęciu modelu równoległego.

Strumień cieplny jest równoległy do warstw. Zakładając ze w całym modelu występuje ten sam gradient temp:1/1/λm=∑v_i/1/λ_i λm - przewodnictwo cieplne całego modelu, λ_i - przewodność cieplna i - tej warstwy, v_i - udział objętościowy i - tej warstwy. Dla układu dwufazowego λm=λ₁V₁+λ₂V₂ . W modelu równoległym przewodnictwo ciepła odbywa się głównie przez lepszy przewodnik ciepła jakim jest faza stała.

107.Współczynnik przewodzenia ciepła materiałów dwufazowych w ujęciu modelu szeregowego.

Gdy strumień cieplny przepływa prostopadle do warstw, wtedy w każdej warstwie gęstość strumienia cieplnego musi być jednakowa. Różne współczynniki przewodzenia ciepła w ciele stałym i w pustych warstwach zapełnionych powietrzem. Gradienty temp są różne. Całkowita odporność cieplna modelu 1/λm jest równa sumie odporności cieplnych warstw: 1/λm=v₁/λ₁+v₂/λ₂ ; λm=λ₂/v₂ . Przewodność cieplna jest ustalona przez przewodność gorszego przewodnika , jakim jest gaz w porach.

108.Określ wpływ porowatości na przewodnictwo cieplne rzeczywistych tworzyw porowatych.

1) Rzeczywista budowa tworzyw: - wielkość porów kształt porów; - charakter powierzchni; - anizotropia powierzchni. Istnieje wiele modeli opisujących promieniowanie ciepła mat porowatych np. z regóły mieszanin λ=λ₀(1-V_D) 2) Przenoszenie ciepła przez promieniowanie >1000K. Dla tworzyw porowatych q=n²γξ_E(T₁⁴-T₂⁴)≈4n² γξ_EAT³; q - gęstość strumienia promienistej energii q=- λ_ef(ΔT/d_p); λ=4 d_pn ² γξ_ET ³; d_p - promień porów. Przewodnictwo cieplne mat mieści się pomiędzy tymi dwoma graniami przypadkowymi.

109.Co to jest pełzanie?

Pełzanie jest to to powolne ciągłe odkształcenie materiału w czasie pod wpływem siły. Zależy od naprężenia, temperatury i czasu. ε=f(σ,t,T); W przeciwieństwie do pełzania odkształcenie większości metali i ceramiki w temperaturze pokojowiej praktycznie nie zalezy od temperatury i czasu ε=f(σ).

111.Co to są mapy Aschby'ego dla pełzania ?

Ashby wykazał, że zakres warunków, w których dominuje określony mechanizm pełzania, można określić za pomocą odpowiednich map Ashby'ego np. dla MgAl₂O₄ (na x - zredukowana temperatura T/T_t, a na y - log σ)

teoretyczna wytrzymałość materiału

wspinanie się dyslokacji

pełzanie Nabarro-Herringa

Mapy ilustrują równocześnie spadek granicy plastyczności z temperaturą.

112.Jak współczynnik rozszerzalności cieplnej zależy od rodzaju wiązań?

Materiały zmieniają swe wymiary wraz z temperatura. Zmiany te określają współczynnik rozszerzalności cieplnej α

Wykres zmian energii potencjalnej V_p atomów w zależności od odległości międzyatomowej dla substancji o wiązaniu atomowym i jonowym.

Ze wzrostem jonowości wiązania, obserwuje się zwiększanie asymetrii krzywej energii potęcjalnej V_p=f(r), (r - odległość miedzyatomowa) czemu towarzyszy wzrost współczynników rozszeżalnośći cieplnej. (r ₂-r ₁)/ΔT

113.Współczynnik rozszerzalności cieplnej: definicja, miara, zakres wielkości dla tworzyw ceramicznych.

α - współczynnik rozszerzalności cieplnej; wyróżniamy rozszerzalność liniową i objętościową; α_L - liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej α_L=1/l₀*Δl/ΔT Wielkość ta wyraża względne wydłużenie materiału występujące podczas ogrzania ciała i jeden stopień; α_V - objętościowy współczynnik rozsze. cieplnej α_V=1/V_o*ΔV/ΔT Dla ciał izotropowych α_V=2α_L; 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]

114.Wyprowadź zależność na wielkość naprężeń cieplnych w ujęciu modelowym “utwierdzonej płyty”.

Płytka ma temp T₁, płytę ochładzamy do temp T₂, występuje naprężenie rozciągające. Płyta może się kurczyć swobodnie w kierunku y(x₂) i nie może zmieniać swych wymiarów w kierunku y(x₁). Jeśli odkształcenia nie przekraczają zakresu sprężystościto z uogólnionego prawa Hooka i warunku σ₃=0, ε₃=0 i σ₂=0, wynika ze po ochłodzeniu o ΔT naprężenia rozciągające utrzymujące płytę w stanie nieskurczonym w kierunku X: σ₁=-Eε₁=Eα_L(T₁-T₂); α_L - średni współczynnik liniowy rozszerzalność ciepl.; E - moduł Yonga;. Natomiast gdy płytka ma skończona grubość w kierunku z(x₃) to: σ₂=0; ε₁= σ₃=-α_L ΔT; ε₁=1/E(σ ₁-ν σ ₃); ε₃=1/E(σ ₃-ν σ ₁); ε₁= ε₃= σ ₁/E(1- ν)= σ ₃/E(1- ν); σ ₁=σ ₃= ε₁E/1- ν= ε₃E/1- ν= α_L ΔTE/1- ν

116.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

117.Co to jest liczba Biota?

β=r_m*h/k_p; jeśli powierzchnia materiału znajduje się w warunkach nieokreślonego przepływu ciepła w których analityczne określenie maksymalnych naprężeń jest bardzo trudne. Pomaga nam w tym Liczba Biota, która obejmuje stosunki trzech wielkości jaki sa: r_m - charakterystyczny wymiar próbki;, h - wielkość współczynnika wymiany ciepła pomiędzy powierzchnią a otoczeniem;. k_p- przewodnictwo cieplne.

118.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

119.Które tworzywa ceramiczne posiadają najwyższa odporność na wstrząs cieplny. Odpowiedź 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.

120.Zależność ΔT od właściwości mechanicznych materiału.

Wytrzymałość materiałów w funkcji wielkośći gradientu temp. a) dla szkła; b) dla polikryształów

122.Jakimi parametrami określamy odporność materiału na wstrząs cieplny.

1) R ₁ - Warunki wstrząsu cieplnego. Maksymalne naprężenia cieplne = β>>1 wtedy R ₁= ΔT _max= σ _max(1- ν)|E α [K]; 2) R - warunki wolnego chłodzenia R ₂= R ₁ λ[W/m]; 3) R ₃ - odporność materiału na rozprzestrzenianie się pęknięć. W warunkach naprężeń cieplnych . R ₃~defektu krytycznego R ₃=(K_1C/ σ _max)² [m]

123.Jak wyznaczamy krzywą Haselmana, podaj przykłady tej krzywej dla różnych typów tworzyw.

Tak jak pyt 120

124.Przeanalizuj wpływ porowatości na odporność materiału na wstrząsy cieplne.

Materiały porowate są bardziej narażone na wstrząs cieplny niż nie porowate, ponieważ po przekroczeniu ΔT _max następuje bardziej gwałtowne obniżenie wytrzymałości.

126.Wymień znane Ci rodzaje nośników prądu elektrycznego.

- elektrony swobodne(metale); - elektrony i dziury (półprzewodniki i izolatory); - jony(przewodniki jonowe)

127.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. Pszczególne pasma są oddzielone od siebie pasmem wzbronionym(przerwą energetyczną). Najwyższe, całkowicie, lub częściowo wypełnione elektronami pasmo - pasmo walencyjne, a wyższe całkowicie puste - pasmo przewodnictwa.

128.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 przemieszczac 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 przewoność strefy wzbronionej - półprzewodniki samoistne.

130.Zależność przewodnictwa od temperatury dla przewodników.

Przewodnictwo rośnie wraz z temp w skutek zwiększania się lizby nośników prądu.

131.Zależność przewodnictwa od temperatury dla półprzewodników samoistnych.

Przewodnictwo rośnie wraz z temp w skutek zwiększania się lizby nośników prądu.

133.Co to są półprzewodniki tlenkowe?

Związki jonowe o charakterze niestechiometrycznym lub z domieszkami. Zawierają defekty punktowe i elektronowe (elektrony lub dziury) np. ZnO, ZnS, NiO; Charakter przewodnika jest podobny jak w przypadku domieszkowych kowalencyjnych, jednak ze względu na mniejsze ruchliwości i stężenia defektów przewodnictwo jest niższe ruch ładunku zachodzi drogą mechanizmu „skazących elektronów”

134.Dlaczego typowe materiały ceramiczne są izolatorami elektrycznymi?

Dla większośći ciał stałych wykorzystywanych dla wytwarzania materiałów ceramicznych, szerokość strefy energii wzbronionej jest przędu 4-10eV, Dlatego w dość wysokich temp rzędu 650C obserwuje się spadej opornośći poniżej 10⁸[Ωm]

135.Co to jest i w czym mierzymy wytrzymałość materiałów na przebicie elektryczne.

Wytrzymałość na przebicie elektryczne- napięcie przy którym następuje przebicie w materiale o jednostkowej grubości i wyraża się ją w [V/m]. Przebicie elektryczne - zjawisko wyładowania elektrycznego przy którym następuje czasowe lub trwałe zniszczenie dielektryku.

136.Jakie są podstawowe mechanizmy przebicia elektrycznego?

Przebicie elektryczne - przy wysokim natężeniu pola elektrycznego pole powoduje przesuwanie pozomów elektronowych( zmniejszanie przerwy energetycznej), oraz zwiększanie ruchowości nośników.; 1) Przebicie elektronowe - przy niskich natężeniach pola elektrycznego stężenie i energia kinetyczna elektronowych nośników ładunku są za małe aby mogły przez materiał przepływać duże ilości prądu elektrycznego przy wysokich natężeniach pola - może dojść do wzbudzenia pasma przewodnictwa dodatnich elektronów, z przerwy energetycznej a także z pasma walencyjnego. Pole elektryczne wykonuje prace dzieki której poziomy w strefie energii wzbronionej przesuwają się wyżej o energie ΔE'= Fl'=(eE)l ; F- siła wywierana na pojedynczy elektron przez pole elektryczne; l - długośc drogi na którj pole wykonuje prace; e - ładunek elektryczny. 2) Przebicie cieplne występuje gdy intęsywność wydzielania się w materiale ciepła Jovel'a w skutek strat dielektrycznych związanych ze skończoną wartością tg σ przekroczy intęsywność odprowadzania ciepła z materiału o otoczenia. Przebicie cieplne - nagrzewanie się materiału w skutek strat dielektrycznych powoduje lawinowy wzrost temp. 3) Przebicie elektrochemiczne - jest to przebicie elektryczne które następuje w wyniku powolnych procesów elektrochemicznych w materiale znajdującym się przez dłuższy czas w polu elektrycznym.

137.Wymień mechanizmy polaryzacji elektrycznej.

Mechanizm polaryzacji elektronowej - pod wpływm przyłożonego pola elektrycznego elektrony przesuwają się nieznacznie względem rdzeni atomowych. Mechanizm polaryzacji jonowej - dodatnie jony przemieszczaja się zgodnie z kierunkiem pola, ujemne - przeciwnie do kierunku pola. Mechanizm polaryzacji orientacji - przyłożenie pola zewnętrznego, na dipole działają siły, które dążą do ustawienia dipoli w kierunku pola. Mechanizm polaryzacji przestrzennej - powstaje ona na wskutek nagromadzenia się ładunków na granicy rozdziału faz w polikryształach i materiałach wielofazowych.

138.Jakie parametry charakteryzują właściwości dielektryczne materiałów?

Moment dipolowy p= αE_loc; α- polaryzowalność;. Polaryzowalność α= α _E+ α _A+ α _D (Pol.- jonowa, - elektronowa, - orientacyjna);. Lokalne natężenie pola E_loc=E_a+P/3ε₀;. Polaryzacja P=∑p=nα ; P=nαE_loc; n - liczba dipoli na powierzchnie objętości;. Sumaryczna polaryzacja materiału P=ε₀(ε_r-1)E

140.Jak przenikalność dielektryczna zależy od częstotliwości pola elektrycznego?

Zależność stałej dielektrycznej od częstotliwości zalezy od czasu relaksacji, charakterystycznego dla danego rodzaju polaryzacji elektrycznej. Przy dostatecznie dużych częstotliwościach, większych od częstotliwości relaksacji, przenikalność szybko maleje. Zjawisko to nazywane jest dyspersja przenikalnośći dielektrycznej i najbardziej charakterystyczne jest ono dla ferroelektryków.

141.Co to są materiały ferroelektryczne?

Ferroelektrykami nazywamy materiały w których polaryzacja występuje samoczynnie w skutek wzajemnego oddziaływania trwałych dipoli, bez udziału zewnętrznego pola. Wykazują własnośći: 1) Występowanie domen. 2) orientacja domen pod wpływem zewnętrznego pola, 3) histereza elektryczna, 4) zanik właściwości ferro w temp Curie, 5) charakterystyczna zależność przenikalnośći od temp.

142.Dlaczego BaTiO₃ ma właściwości ferroelektryczne?

Ponieważ posiada większość typowych cech ferroelektryka: - poniżej określonej temp(ferro temp Curie) symetryczna struktura BaTiO3 przechodzi w niżej symetryczna stróktóre o symetrii tetragonalnej, wystąpiła zatem samorzutna polaryzacja, bez wpływu pola zewnętrznego; - w tyh związkach występują małe obszary domeny; - związki te posiadaja również pętle histerezy (jest ona bardzo wąska).

144.Na czym polega budowa domenowa ferroelektryków?

W ziarnach ukształtowują się małe obszary - domeny. Poszczególne domeny są przeważnie zorientowane równolegle lub anty równolegle do pseudorególarnego kierunku <001>. W tej sytuacji przeciwnie zorientowanie momenty dipolowe domen sasiadujących ze sobą w ziarnie znoszą się w dużym stopniu. Tworzenie się takich struktur domenowych wynika ze względów energetycznych.

Właściwości magnetyczne i optyczne

145.Scharakteryzuj wielkość: przenikalność magnetyczna materiału.

Przenikalność magnetyczna, µ- w ośrodkach izotropowych skalarna, w anizotropowych tensorowa - charakteryzująca zdolność ośrodka materialnego do zmiany wektora indukcji magnetycznej  pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego.Przenikalność magnetyczna związana jest z podatnością magnetyczną κ zależnością: µ_r = 1+κ. Przenikalność magnetyczna zależy na ogół od częstotliwości zmian pola magnetycznego.

146.Podaj podział materiału ze względu na właściwości magnetyczne, określ przenikalności magnetycznej dla

każdego typu tworzyw.

Diamagnetyki - ujemna podatność magnetyczna , Każdy atom ma zerowy moment magnetyczny - materiał o skompensowanyh momentach magnetycznych atomów.μ_r<1;. Paramagnetyki - dodatnia podatność magnetyczna. Atomy maja wlasne momenty magnetyczne ale momenty te sa zorientowane przypadkowo i znosza się. Nie pełne skompensowanie momentów magnetycznych μ_r>1;. Ferromagnetyki - materiały złożony z domen magnetycznych, wykazujący magnetyzację spontaniczną, o dużej podatności magnetycznej. Momenty magnetyczne są uporządkowane wewnątrz każdej domeny μ_r>>1;. Zależność polaryzacji magnetycznej M od natężenia pola magnetycznego H.

147.Przyczyny powstawania nieskompensowanego momentu magnetycznego w materiałach.

Źródłami momentów magnetycznych w ciele stałym są: - momety magnetyczne wytworzone przez elektrony, krążące po orbitach wywołują moment magnetyczny m _m=(-e/2m _e)l, moment magnetyczny wytworzony przez elektron jest proporcjonalny no momentu pędu;, - momeny magnetyczne wytworzone przez spin elektronu m _mp=-2m _bS, S- wypadkowy moment spinowy pędu, m _b magneton Bohra;, Efektywny moment spinowy magnetyczny m _mef=-2m _b(S(S+1)^1/2;, Wypadkowe momenty występują, gdy orbitale uczestniczące w wiązaniu nie są w pełni obsadzone. Momenty magnetyczne zależą głównie od momentów spinowych.

148.Zależność przenikalności magnetycznej od temperatury.

Przenikalność magnetyczna w pewnym stopniu jest związana z podatności magnetyczną χ _m= μ_r-1, dla para magnetyków μ_r>1 i χ _m>0 a dla diamagnetyków μ_r<1 i χ _m<0. Zależność odwrotności podatności magnetycznej od temp.
;, Paramagnetyk χ _m=C_c/T; C-stała Curie;, Ferromagnetyk χ _m=C'/T-T_c ; T _c - temp Curie;, Jak widać zależność przenikalności magnetycznej od temp jest związana z temp Curie, w której przechodzi do przemiany np. ferromagnetyka w paramagnetyk. Wynika z tego ze powyżej temp Curie ze wzrostem temp przenikalność magnetyczna maleje.

149.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 staj 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.

i wysokiej pętli, a więc małej koercji Hc oraz twarde (t) o szerokiej i niskiej pętli, tzn. dużej koercji. Materiały magnetycznie miękkie, które cechuje mała energia konieczna do przemagnesowania, znajdują zastosowa­nie do produkcji blach elektrotechnicznych (transformatorowych i prądnicowych), a twarde jako magnesy trwałe.

151.Budowa spinelu.

Spinel - minerał, tlenek glinu i magnezu, zwykle bezbarwny surowiec do produkcji materiałów ściernych i ogniotrwałych. Stróktóre taką posiadają typowe ferryty. Można ja wyprowadzic z gęstego, regularnego ułożenia kulistych atomów tlenu. Pozycje pomiędzy atomami są dwóch różnych rodzajów. Jeden rodzaj to pozycje tetraedryczne, otoczone bezpośrednio przez 4 atomy tlenu. Drugi rodzaj to pozycje oktaedryczne są otoczone przez 6 jonów tlenu.

152.Co to sa ferryty? Podaj przykłady takich tworzyw i obszary ich zastosowania.

Ferryty - materiały ceramiczne wykazujące właściwości ferrimagnetyków. Pod względem właściwości elektrycznych są półprzewodnikami. Są to związki o wzorze ogólnym MeO*Fe2O3 których czołowym przedstawicielem jest magnetyt Fe3O4. Pod względem właściwości magnetycznych rozróżnia się - ferryty magnetycznie miękkie(głównie struktura spinelowa), stosuje się je do wyrobu rdzeni cewek indukcyjnych, głowic magnetycznych. Natomiast ferryty magnetyznie twarde (struktura heksagonalna), stosowanie są do wyrobu magnesów trwałych. Znane są tez ferryty o prostokątnej pętli histerezy stosowane do wyrobu między innymi do wyrobu pamięci komputerowych.

153.Scharakteryzuj wymianę kwantowo-mechaniczną w ferrytach.

Jest to tak zwana superwymiana w skutek nakładania się orbitali położonych obok siebie kationów i atomu tlenowego. W układzie mogą występowac stany wzbudzone. Jeden z nich polega na chwilowym przejsciu elektronu 2p anionu tlenowego do orbitalu 3d jednego z kationów np. H₁ jeśli pierwszy z elektronów obsadza częściowo zapełniony orbital 3d kationu H₁ - to musi mieć spin o zwrocie przeciwnym do zwrotu elektronu 3d kationu. W skutek oddania jednego elektronu 2p, anion tlenkowy staje się magnetyczny. Powstały niesmarowany elektron 2p może uczestniczyc w oddziaływaniu wymiennym z drugim z kationów z H₂.Spin tego drugiego elektronu 2p jest skierowany przeciwnie do spinu pierwszego z elektronów 2p anionu. Powstaje sytuacje w której spiny elektronów 3d kationów H₁ i H₂ zorientowane są antyrównolegle.

154.Wpływ mikrostruktury na właściwości magnetyczne ferrytów.

Różnorodne właściwości ferrytów można kształtować na drodze regulacji składu chemicznego oraz na drodze regulacji mikrostruktury . Poprzez regulacje wielkośći ziarn udziału objętościowego porów czy rozkłau wiekości ziarn. Dla ferrytów magnetycznie miękkich - z wielkością ziarn wzrasta przenikalność magnetyczna spada ona wraz ze wzrostem udzialu objętościowego porów, wtrącen lub wydzielen drobnych faz stałych. Warunkiem uzyskania prostokątej pętli histerezy jest mały udział objętościowy porów, jednorodność roztworów stałych, duze wymairy ziarn.

155.W jakim zakresie długości fali i energii fotonów mieści sie światło widzialne.

Światło widzialne mieśći się w zakresie długośći fali promnieowania od 400-780[nm] i w energi kwantów promnieowania nv=1-10 eV

156.Co to jest współczynnik załamania światła?

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/v₂. Jeśli jednym z ośrodków jest próżnia, to wzpółczynnik załamania n nosi nazwę bezwzględnego n=c/v, gdzie c to prędkość światła w próżni.

157.Dlaczego metale są nieprzezroczyste dla światła widzialnego?

Metale są nieprzezroczyste bo mają bardzo małe róznice sąsiednich pozomów energii elektronów. Małe szerokości strefy energii wzbronionej, odpowiadającym energii fotonów promieniowania zakresu widzialnego są zdolne do adsorbcji promieniowania tego zakresu. Metale są nie przeżroczyste również dla promieniowania podczerwonego.

158.W jakim zakresie promieniowania przeźroczyste są materiały półprzewodnikowe i dlaczego?

Wiele z półprzewodników jest przezroczyste dla promieniowania zakresu podczerwonego jest to długośc fali większa od 700 nm. Dla typowych półprzewodników szerokość przerwy energetycznej jest rzędu 1-4eV co odpowiada światłu widzialnemu . Półprzewodniki zatem adsorbuja fotony tego zakresu, nie adsorbuja jednak energii fotonow promniowania podczerwonego.

159.W jakim zakresie promieniowania przeźroczyste są monokryształy ceramiczne i dlaczego?

Monokryształy nie absorbują promnieowania od podczerwieni do nadfioletu(energia rzedu 1-10eV). W naturalnym świetle słonecznym są dla oka ludzkiego bezbarwne i przezroczyste. Nie absorbuja one promnieowania w tym zakresie fali. Wyrazne występowanie bary występuje wtedy gdy materiał jest zdony do selektywnej adsorpcji, fotonów określonej częci widma światła widzalnego.

160.Kiedy polikrystaliczne tworzywa ceramiczne mogą być przeźroczyste dla światła widzialnego?

Wtedy gdy ich pszczególne fazy lub granice fazowe nie będą absorbowac promieniowania widzalnego , a w związku z tym ich pasmo energii wzbronionej będzie rzędu 1-10eV.

161.Co to jest barwa światła?

Najjaśniejsza z barw - barwa biała. Jest to zrównoważona mieszanina barw prostych, która jest odbierana przez człowieka jako najjaśniejsza w otoczeniu odmiana szarości. Barwy proste (monochromatyczne, widmowe) - barwy otrzymane z rozszczepienia światła białego.Barwa prosta to wrażenie wzrokowe wywołane falą elektromagnetyczną o konkretnej długości z przedziału fal widzialnych czyli ok. 380 nm - ok. 760 nm. W rzeczywistości dobrze widzialne barwy to jeszcze węższy zakres (400-700).

kolor	długość fali nm (10^-9m)	częstotliwość THz (10^12Hz)
czerwony	~ 625-740	~ 480-405
pomarańczowy	~ 590-625	~ 510-480
żółty	~ 565-590	~ 530-510
zielony	~ 520-565	~ 580-530
cyjan	~ 500-520	~ 600-580
niebieski	~ 450-500	~ 670-600
indygo	~ 430-450	~ 700-670
fioletowy	~ 380-430	~ 790-700

162.Wymień typy centrów barwnych w materiałach ceramicznych.

Centra barwne występują w materiałach gdy istnieja w nich przejścia elektronowe. Ma to miejsce gdy obecne są w jonach niewypełnione poziomy energetyczne (pierw. grup przejściowych i ziem rzadkich). Centra barwne tworzone są przez niektóre kationy oraz przez defekty punktowe, wakacje, jony międzywęzłowe które uległy rekombinacji z dziurami elektronowymi lub elektronami pasma przewodnictwa. Szczególną grupę centrów stanowią jony pierwiastków grup przejściowych i ziem rzadkich układu okresowego pierwiastków.

163.Podaj schematycznie ideę powstawania centrów barwnych z udziałem defektów punktowych.

Kiedy krzyształ stechiometryczny izolatora zawierający odpowiednią ilość defektów punktowych, podda się promieniowaniu fotonami o energii większej bądź równiej energii strefy wzbronionej to dojdzie do uwolnienia części zewnętrznych elektronów, które po wzbudzeniu przechodzą do pasma przewodnictwa, pozostawiając po sobie dziury elektronowe. Zanim nastąpi ich rekombinacja, elektrony mogą przebywać w pobliżu naładowanych wakacji anionowych lub obok obecnych kationów o wartościowości wyższej od kationów rodzimych. Wędrować mogą również dziury i mogą one zostać schwytane przez wakacje kationowe. W wyniku tego może dojść do adsorbcji fotonów odpowiedniej częstości leżącej w paśmie promieniowania widzialnego wywołując wrażenie barwy.

164.Podaj ideę powstawania centrów barwnych wskutek domieszki jonów metali przejściowych.

Pierwiastki grup przejściowych, na orbitalach 3d, maja zblizona lub identyczna energie i mogą pomieścić 10 elektronów. Pierwiastki te mają przeważnie miej niż 10 elektronów na tych orbitalach i na pieciu nastepnych orbitalach elektrony zajmuja maksymalnie duza liczbe orbitali przez co wystepuje tam szereg nieosadzonych pozomów energii. Istnieje wiec możliwość przejscia elektronów odpowiadającym orbitalom d. (W orbitalach nie ma takiej możliwości). Na sposób adsorpcji swiatła wpływa więc otoczenie jonów metali przejściowych w krysztale. Dla większośći tych pierwiastków rozszczepienie swiatła jest rzędu 1-3eV, adsorpcja swiatła widzialnego wywołuje wrazenie barwy.

165.Co to jest optoelektronika?

Jest to dział elektroniki zajmujący się łącznym wykorzystaniem optyki i elektroniki, sposobu wytwarzania, przetwarzania i przesyłania sygnałów(łącza światłowodowe), elementy przetwarzające sygnały optyczna na elektryczne(fotodiody, fotorezystory). Lub sygnały elektryczne na optyczne(elektrody lumnestencyjne, ekrany ciekłokrystaliczne).

Odkształcenie sprężyste

y

x

---