1. Materiały inteligentne - zmieniają właściwości w kontrolowany sposób :
Sensor
Aktywator
Mikroprocesor
Efekty :
- piezoelektryczny
- galwaniczne ogniwa elektrochemiczne
- stopy z pamięcią kształtu
2. Kryształ
Energia potencjalna a odległość międzyatomowa :
Ep = A/r^n + B/r^m (A,B - stałe proporcjonalności do sił odpychania i przyciągania, m,n - składniki potęgowe)
Siła F = - a/r^N + b/r^M (N = n+1)
Energia kinetyczna i potencjalna w funkcji odległości
r<ro - siła odpychająca F>0
r>ro - siła
przyciągająca F<0
Zespół koordynacyjny - niewielki zespół z atomu centralnego i powiązanych z nim wiązaniami pierwszorzędowymi najbliższych mu sąsiadów - ligandów
Liczba koordynacyjna - liczba ligandów wokół at centralnego
Idealny kryształ - atomy w węzłach, możliwość translacji w 3 kier, periodyczność, nieskończoność
Monokryształ - ciało stałe będące jednym, niepodzielnym kryształem (kwarc, piryt)
Polikryształ - ciało stałe złożone z wielu kryształów zwanych ziarnami lub krystalitami. W miejscu ich zetknięcia - granica ziaren. Elementy budowy - ziarna, pory, wtrącenia dyspersyjne, faza amorficzna
Polimorfizm - ta sama subst w zależności od warunków występuje w 2 lub więcej postaciach o różnych formach kryst i strukturze przestrzennej - CaCO3 (kalcyt trygonalny, aragonit rombowy) SiO2 (kwarc, trydymit, krystobalit)
Alotropia - ten sam pierw występuje w 2 lub więcej formach (C,P,S,O,Fe)
Izomorfizm - przyjmowanie takich samych form krystalicznych przez substancje o odmiennym, lub zbliżonym składzie chemicznym (KBr i KCl)
Idealny polikryształ jednofazowy -
- ustalanie się lokalnych stanów równowagi w miejscu styku gr. Mz
W stanie równowagi :
- konieczność zapełnienia przestrzeni elementami geometrycznymi
Spełnia to 14- ścian Kelvina
Wtrącenia fazy ciekłej :
3. Defekty
Punktowe
Liniowe ( dyslokacja krawędziowa i śrubowa, błędy ułożenia)
Płaskie (granice międzyziarnowe - koincydencja, bliźniaki itp. międzyfazowe - koherentne itp
Przestrzenne -energ pow
4. Szkło - każda substancja, która w wyniku chłodzenia przeszła w sposób ciągły z fazy ciekłej do stanu stałego, przekraczając w temp witryfikacji lepkość 10^ puaza
Pierwiastki szkłotwórcze - S, Se, Te, As, C, B, Si, P
Substancje szkłotwórcze - z OH
Tlenki szkłotwórcze - SiO2, B2O3, P2O5, GeO2, As2O5, Sb2O5 - tworzą więźbę szkła
Tlenki modyf - Na2O, K2O, CaO, MgO - zrywają wiązania więźby, wysycają lokalne nied ładunku, łączą fr. więźby
Tlenki pośrednie - Al2O3, PbO2, TiO2, Be2O3, ZrO2 - nabierają wł szkłotwórczych przy innych tlenkach
Barwniki - tlenki met. przejściowych, metale szlachetne
Cechy :
- brak uporządkowania dalekiego zasięgu
- brak refleksów na dyfraktogramie rentgenowskim
- faza nierównowagowa ulegająca relaksacji izotermicznej
Etapy wytwarzania :
- topienie
- klarowanie i ujednorodnianie
- formowanie
- relaksacja
5. substancje szklanokrystaliczne
- tworzywa o drobnoziarnistej, drobnokrystalicznej, równomiernej strukturze
- otrzymywanie - kierowana krystalizacja szkła
- wyższa wytrzymałość mechaniczna
6. Ciekłe kryształy - cząsteczki organicznie o wydłużonym kształcie z wiązaniami podwójnymi lub pierścieniami aromatycznymi
Mezofaza - stan pośredni między fazą krystaliczną a fazą cieczy izotropowej
Prekursor włókien typu Kevlar
Prekursor włókien węglowych WM
Budowa :
- kłębkowa niezorientowana i zorientowana
- krystaliczna
- częściowo krystaliczna
Stany fizyczne :
Krystalizacja :
- czynniki sprzyjające - prosta budowa monomerów
- mała szybkość chłodzenia
7. Szkła metaliczne - dla otrzymania bardzo duże Vchłodzenia-rzędu 10^10 K/s
Otrzymywanie :
- odlewanie strumienia ciekłego stopu na chłodzony bęben metalowy
- wystrzeliwanie kropli cieczy na ochłodzoną płytę miedzianą
-naparowanie w próżni na chłodne podłoże
- elektroosadzanie
8. Materiały zdyspergowane
Układ S-G - mat izolacyjne, wyjściowe do otrzymywania polikryształów metodą spiekania, wypraski, maty,filce
- dymy cząstki<10^-7m, silnie rozproszone
- pyły 10^7:10^-6, silnie rozproszone
- proszki 10^-3 silnie stężone
Układ S-C
- roztwory - cząstki rzędu nanometrów
- koloidy - cz. od10^-9 do 10^-7
- zawiesiny - powyżej 10^-7
9. Włókna -
Węglowe - struktura grafitopodobna
wytwarzane z PAN lub mezofazy
- wyciąganie
- stabilizacja - utlenienie
- zwęglanie - włókna WW
- grafityzacja - włókna WM
- obróbka powierzchni, preparacja
Poliamidowe - polimery z wiązaniami amidowymi
Kevlar -poli(1,4 fenyloamid) - cienka warstwa zewnętrzna, rdzeń o budowie warstwowej otrzymywanie :
- polikondensacja chlorków kwasów dikarboksylowych z aminami aromatycznymi
- polikondensacja dwumian i kwasów dwukarboksylowych w stopie
- polikondensacja na granicy faz - wodny roztwór dwumiany+chlorek kwasu dwukarboksylowego w rozpuszczalnikach organicznych
Szklane
-O dużej zaw. alkaliów (>10%)
-O niskiej zaw. alkaliów (<10%)
- Bezalkaliczne - E
- Wysokomodułowe - M
- Wysokowytrzymałe - S
- Odporne chemicznie - C
Grubość :
- grube - wata szklana, nieciągłe, średnica 5-30μm. Izolacja cieplna, akustyczna, przeciw wilgoci
- ciągłe - śr. 3-13μm w postaci przędzy wyrobów tkanych i dzianych oraz rovingu jako mat. Izolacyjny w elektrotechnice, do wyrobu filców, tkanin dekoracyjnych, wzmacniania tworzyw sztucznych, zbrojenia betonu
- supercienkie -śr. 1-3μm do wyrobu dobrych izolacji akustycznych i cieplnych
Sposoby rozwłókniania :
- za pomocą rozprężanego gazu, pary
- przez działanie sił odśrodkowych
- wychwycenie zestalonego włókna
10. Działanie sił na materiał
Dekohezja - zmiana ciągłości materiału
- ze szczeliną
- bez szczeliny
Odkształcenie sprężyste
- Rozciąganie
ε = Δl/lo
E = σ/ε
-Ścinanie
G= σ/ε= E/2(1+v)
- Ściśliwość
K = - Pv *V/ΔV = E/3(1-2v)
- Skurcz poprzeczny próbki w czasie rozciągania :
Liczba Poissona :
Δd/d = -vΔl/lo
- model równoległy kompozytów :
E = E1V1 + E2V2
- model szeregowy kompozytów :
1/E = V1/E1 + V2/E2
ε = ε1V1 + ε2V2
Odkształcenie plastyczne
Plastyczność - zdolność do trwałego odkształcenia materiału :
- teoretyczna To = G/2π
- rzeczywista T = 10^-5G - obecność linii dysl.
Systemy poślizgu :
Pł poślizgu - o najgęstszym uł atomów
Kierunek poślizgu - analogicznie
System poślizgu - kombinacja obu
Naprężenie Pierlsa - Nabbaro - najmniejsze naprężenie do unieruchomienia dyslokacji w krysztale doskonałym
- funkcja stosunku odległości między pł. poślizgu i odl między atomami w kier poślizgu
Pasma ścinania w polimerach :
Ograniczenie poślizgu :
- blendy
- wyciąganie
- sieciowanie poprzeczne
- wzmacnianie
Mechanizmy odkształcenia :
- poślizg dyslokacyjny
- bliźniakowanie :
- dyfuzja
- poślizg po granicy ziaren
Mechanizmy umocnienia :
- utwardzenie przez roztwór stały - tworzenie stopów
- wydzielenie innej fazy - hamowanie ruchu dyslokacji
- zgniot - zwiększenie odkształcenia plastycznego
Pełzanie - powolne, trwałe odkształcenie materiału
I - pełzanie nieustalone ε ↑
II - pełzanie ustalone ε = const
III - pełzanie przyspieszone ε↓
Mechanizmy pełzania - mapa Ashby'ego
teoretyczna wytrzymałość na ścianie
poślizg dyslokacji
IV dyfuzyjne pełzanie Coble'a
Dyfuzyjne pełzanie Nabbaro- Her.
Pękanie w warunkach pełzania :
- 
międzyziarnowe
- szczelinowe
- z utworzeniem mikropustek na uskokach granic ziaren
- zarodkowanie pustek na obcych wtrąceniach
- rozrost pustek
- zarodkowanie i koalescencja pustek
11. Właściwości cieplne
Reakcja na ciepło :
- samodyfuzja atomów
- topienie
- zmiany wymiarów
- przewodnictwo cieplne - β = rm*h / λ
- naprężenia cieplne :
I rodzaju - wynikają z anizotropii
II rodzaju - nierównomierny rozkład temp.
- termoelektryczność
Pojemność cieplna : energia
potrzebna do wzrostu temp o jeden stopień jednego mola materiału
Ciepło właściwe - pojemność
cieplna podzielona przez ciężar atomowy
Mechanizmy przenoszenia ciepła
- konwekcja (ruch masy)
- przewodnictwo (kontakt ciał o różnej T)
- promieniowanie
Gęstość strumienia ciepła :
Mechanizmy przenoszenia ciepła w skali atomowe
- metale- elektrony i fonony
- dziury elektronowe
- ceramika - drgania sieci krystalicznej, fonony
- polimery - drgania łańcuchów
- półprzewodniki - niskie T fonony, wysokie-el.
Fonony - kwanty energii drgań
- o dużej częstości i małej długości fal
Interferencja fal - procesy
odwracania - zmniejszanie drogi swobodnej - Umklapp
Rozpraszanie na defektach
- o małej częstości i dużej długości fal - mniej czułe na obecność defekt. i procesy Umklapp
Rola porów
Niskie temp - ↑porów ↓ przewodność
Wysokie temp - ↑ porów ↑ przewodność
Termoelektryczność
- efekt Seebecka- pole elektryczne wytwarza się od gradientu temperatur
Wstrząs cieplny :
Przewodnictwo w materiałach wielofazowych
- model szeregowy 1/λn = V1/λ1 + V2/λ2
- model równoległy λn = V1*λ1 + V2*λ2
Rozszerzalność
Wyszukiwarka