3 (57)

NA NO MATERIAŁY (nano=10'*m )

Nanokrysztaiami mogą być czyste materiały, fcft stopy Jak również tworzywa ceramiczne i ich szkła;

Nanomateriał- substancja złożona ziaren nie przekraczających 100 nanometrów (nm) lub grubość warstw wytworzonych lub nałożonych na powierzchnię.

Nanomateriały, podział: Zerowo-wymiarowe- zbudowane z osnowy, w której rozmieszczone są cząsteczki o wymiarach nanometrów Jedno-lub dwuwymiarowe- warstwy o grubości nanometrów jedno- lub dwufazowe

Trójwymiarowe- złożone i krystalicznych domen i klasterów faz o wymiarach rządu nanometrów

Nanomateriały - klasyfikacja: Nanomateriały mctalicznefstopy. kompozyty, metal-metal, metal-ceramika) i Nanomateriały ceramiczne i szklano -ceramiczne

Nanomateriały dla elektroniki ^: Nanomateriały polimerowe ; Manometryczne biomateriały do J zastosowań medycznych

I Cechy nanomateriałów:

Materiały polimerowe z wbudowanymi cząstkami o rozmiarach manometrycznych ; wykazują wysoką odporność na ścieranie I i właściwości ślizgowej używane jako j bezsmarowe elementy maszyn)

| Zmniejszenie wielkości ziaren do skali j nanometrów powoduje pojawienie się | zjawiska super plastyczności

| Nanomateriały wytwarzane w postaci ^! proszków, cienkich warstw lub izolowanych cząsteczek przy wykorzystaniu metod mechanicznych, fizycznych i chemicznych.

FULEREN:

Powierzchnia fulerenów składa się z układu sprzężonych pierścieni i składających się z pięciu i sześciu atomów węgla

; Najpopularniejszy fuleren ma 60 atomów węglajfułeren C_w)

| Ct» ma kształt dwudziestościanu ściętego

I Zastosowanie.* i Medycyna | Katalizatory

NANORURKI:

20 krotnie wytrzymalsze od stali ; lepięj przewodzą i wytrzymują prąd niż i miedź

. Można je napełniać metalami, tlenkami metali, węglikami itp. j Duży moduł sprężystości podłużnej j (3700GPa)

| Wytrzymałe na rozciąganiejrzadko więcej I niż S006P3)

] Rodzaje nanorurek: i Fotelowe i Zygzakowate | Chiralnej skręcone)

! układ heksagonalny;

: 0=0=90° ,y=120°

[ Kierunki:    Płaszczyzny:

Iprst):    (hkil):

p=|2u-vj    h + k = -i

! r ={2v-u)    i-odwrotnośćodcinka

odciętego na osi a3 | s=-(uw]

, t=[3wj

CERAMIKA SPECJALNA:

Wzór: MjX_s M-metal, X-niemetal Heksagonalna zwarta- krystalizacja I | Przykład: AI*Oj (tlenek aluminium)

Dobra wytrzymałość i sztywność i Dobra twardość i odporność na ścieranie Dobra odporność na korozję i wysokie temp.

Dobra stabilność temperaturowa

Zastosowania AłjOj: izolatory świec samochodowych Elementy zaworów Energetyka.-ZrOą, AI₂G₃ Nieruchome części siiników Promy kosmiczne implanty

Fiłtryjobojętne chemicznie)

Optyka

TLENEK CYRKONU Zrf)₂:

Ceramika jonowejwielopostaciowa) Wzór:MXj M-metal, X- niemetal Właściwości:

Wysoka odporność na kruche pękanie Rozszerzalność cieplna podobna do żeliwa(>AtjOj)

Wytrzymałość na zginanie i rozciąganie Dobra odporność na ścieranie i korozję Niskie przewodnictwo ciepfne Zastosowanie:

Zawory kulowe Tłokijprzy pompach)

Noże do papieru

Grzebienie do włosów i wełny owczej.

CERAMIKA KOWALENCYJNA:

Związek 2 metali lub czystych pierwiastków np. diamerrt(RSC), krzemjHZ)    '*•

Uwspólnienle elektronów między sąsiednimi atomami .

Jednoznaczna liczba sąsiadów Kierunkowość wiązań SiC- nie tlenkowa ceramika specjalna Jeżeli w strukturze krystalicznej diamentu co drugi atom zastąpimy krzemem powstanie węglik krzemu SiC

Zastosowania:

Kulki i łożyska toczne Pierścienie ślizgowe i oporowe Zawory

Elementy mielące.

Ceramiczne łożyska toczne:

Większa sztywność i twardość Mniejszy ciężar

Niższy moment tarciajłatwiejsze smarowanie, mniej depta) i Mniejsza rozszerzalność cieplna Odporność na korozję

Materiały ceramiczne nie tlenowejSiC SW:

8ardzo wysoka twardość [Wysoka odporność na ścieranie 1 Wysoka wytrzymałość i odporność na korozję

> Niski współczynnik tarcia

[Bardzo wysokie przewodnictwo cieplne

CERAMIKA KRZEMIANOWA: j Krzomiany-ziozone głównie z krzemu i ; tlenu. Atomy krzemu połączone wiązaniami kowalencyjnymi z4 atomami tlenu.

Krzemionka SiOj może tworzyć związki z tlenkami metali:

Przy stosunku MO/SiOj >2:1 Krzemian zbudowany jest z monomerów

połączonych cząstkami MO

I Przy stosunku MO/S1O2 < 2:1 Tworzą się dimery

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE Kompozyt- materiał utworzony z co najmniej 2 komponentów(faz) o różnych . właściwościach. Kompozyt ma lepsze właściwości od składników z których Jest ¹ złożony.

Wyróżniamy:

Kompozyty o osnowie organiczną) Kompozyty o osnowie metalowej Kompozyty o osnowie ceramicznej i Rodzaje osnowy:

^; Polimerowa , Metalowa

tom pożyty wzmacniane są: iząsteczkami

Włóknami Włókna ciągle, włókna ileciągłe, tkaniny

Zastosowanie: żakiety tenisowe larty, deski achty, rowery

>OLIMORFłZM

Polimorfizm- jedna i tak sama substancja w zależności od warunków występuje w iwóch lub więcej odmianach, różniących >ię postacią krystaliczną i strukturą sieci przestrzennej. Odmiany mają różne właściwości fizyczne, a niekiedy

rhemiczne.

polimorfizm pierwiastków to atałropą d.otropia-to występowanie tego samego pierwiastka chemicznego w dwóch lub więcej formach. Formy te nazywamy odmianami alotropowymifmuszą występować w tym samym stanie skupienia)

Każda odmiana alotropowa jest trwała w pewnym zakresie temperatur i ciśnienia. Odpowiednia zmiana warunków może spowodować określoną alotropię

Odmiany alotropowe mogą się różnić Budową krystaliczną (diament i grafit) liczbą atomów występujących w cząsteczce(03,0₂)

Najbardziej znane pierwiastki afot ropowe:

Węgiel- diament, grafit, ruieren, nanorurki, bezpostaciowa sadza Fosfor-fosfor czerwony, biały, czarny i fioletowy

Siarka- romboidalna, jednoskośna i polimeryczna

GRAFIT: (heksagonalna struktura krystaliczna)

Barwa grafitowa

Mało reaktywny, gęstość 23 g/cm⁵ Wszystkie atomy powiązane 3 wiązaniami kowalencyjnymi tworząc ogromną sieć w postaci płaszczyzny. Każdy atom posiada jeden nie sparowany elektron i dlatego przewodzi prąd.

Płaszczyzny połączone między sobą słabymi wiązaniami van der Waisa.

DIAMEMT:(stniktura krystaliczna ESC)

Bardzo ceniona odmian węgła

Gęstość 3,5 g/cm³

Najtwardszy z minerałów- twardość

spowodowana kryształami

kowalencyjnymi wszystkie wiązania

kowalencyjne.

Półprzewodnik prądu Trudno topliwy

FULERENY: (odkryte w 1985r.)

Składają się z parzyste) ilości atomów węgla

Kształt przypomina kulę albo sferoidę Najczęściej spotykane: C60 i C70

NANORURKI:(odkryte w 199lr)

Struktury węglowe wyglądające jak rozciągnięte polimery- tuba czyli pusty walec

Duża wytrzymałość Przewodnictwo ciepfne i elektryczne Zastosowanie do budowy elementów elektronicznych

NANOPIANKA:(odkryta w 2004 r) Widoczna w rezonansie magnetycznym Przyciągana przez magnes ale tylko przez kilka godzin

SADZA:

Czarny proszek, gęstość 13-2,0 g/cm³ Odporność na czynniki chemiczne W temp. 3000° C i pod wpływem ciśnienia przechodzi w sadzę graf itową Zastosowanie w przemyśle tworzyw sztucznych

Otrzymywana z gazu ziemnego, naftalenu, olei, smoły

ODMIANY AŁÓTROPOWE ŻELAZA Żelazo- srebrzysto kryształowy, kowalny, ciągliwy metal odkryty w starożytności. Gęstość 737 g/cm Temperatura topnienia 153S°C.

4    odmiany alot ropowe:

a (RPC, trwałą do 768°C. własności ferromagnetyczne)

B (trwała od 76B-S10°C, własności _

paramagnetyczne)

y (RSC, trwała od ok. 910 - 140<fC)

5    (temp. powyżej 14C0°C)

FERRYT:

roztwór stały międzywęzłowy w żelazie « powstaje poprzez wchodzenie atomów węgla w luki oktaedryczne i tetraedryczne średnica węgla > średnica luk => rozpuszczalność tylko 0.022%

Niewiele różni się wlaściwośaami od czystego żelaza a

Rm-ok. 300MPa, 80HB, A₁₀=40%, KO ok. 180 g/cm³

AUSTENIT:

Roztwór stały międzywęzłowy w żelazie Yffs-Y)

Maksymalna rozpuszczalność węgla 2,3 3 % Kulisty kształt luk oktaedrycznych ->wiąksza rozpuszczalność Nie może istnieć poniżej temp. 727^cC W rozciąganiu odkształca się równomierniefnie tworzy się szyjka)

Na zgładach metalograficznych charakteryzują go prostoliniowe granice bliźniacze

Rm-ok. 700-800 MPa, Re-ok. 250 MPa, 200H8, A^-40-60%, Kc-ok. 200-300 J/cm^J

ANIZOTROPIA WŁASNOŚCI KRYSZTAŁÓW I POUKRTSZTAŁÓW

Anizotropia- różne właściwości kryształów w zależności od kierunku badania. Wynika to z periodycznego układu atomów i różnej gęstości obsadzenia atomami płaszczyzn i kierunków krystalograficznych.

Własności anizotropowe:

Twardość

Granica plastyczności Wydłużenie Moduł sprężystości

P Własności fizyczne:

Optyczne

Magnetyczne

Elektryczne

Cieplne

Chemiczne

W procesie krystalizacji jak również podczas kierunkowej przeróbki plastycznojiwalcowBnia. ciągnienia) łub rekrystalizacji występuje tendencja przyjmowania przez ziarna pewnej określonej orientacji co wywołuje anizotropię właściwości.

W zależności od sposobu powstawania uprzywilejowanej orientacji narn rozróżniamy tekstury:

Tekstura krystalizacji

Tekstura odkształcenia

Tekstura wyżarzania(rekrystaliz«cji)

Wpływ tekstury na własności technologiczne blach jest istotny. Objawia | się on odkształceniem w różnych kierunkach

MATERIAŁY AMORFK7NE 1 NANOSTRUKTURAtNE Ciało amorficzne (bezpostaciowe)- to ciało stałe która nie wykazuje charakterystycznego dla kryształu • uporządkowania dalekiego zaskgu.

Cząsteczki ułożone w sposób chaotyczny ' bardziej zbliżony do spotykanego w cieczach- nazywane przeć biedzoną cieczą.

i Postaci amorficzne występują w: i Szkłach

Metalach i ich stopach j Stopach polimerów

Ciekłe stopy silnie przeehtodzone ze stanu ciekłego a szybkością 10 -10 K/s przechodzą w stan stały amorficzny

Faza amorficzna rzadko występuje w całej objętości, lecz zwykle współistnieje z fazą i krystaliczną.

Granica skręcenia:

Powstaje gdy 2 kryształy mające wspólną granicę krystalograficzną zostaną skręcone© pewien kąt wzglądem siebie,

' wokół wspólnej osi Z prostopadłej do tej płaszczyzny

Granica ziarn małego kąta:

Charakteryzuje się małym kątem dezorientacji bystatog:aficznej.

Utworzona przez uszeregowanie jednoimtennych dyslokacji krawędziowych.

Krawędzie ekstra płaszczyzny leżą w płaszczyźnie granicy co kompensuje powstałą dezorientację ziarn Energia granicy ziarn małego kąta jest proporcjonalna do gęstości dyslokacjo rozmieszczonych na granicy.

Niesymetryczna granica daszkowa: Występuje w przypadku gdy płaszczyzna granicy nie jest symetryczna względem płaszczyzn atomowych o tych samych wskaźnikach.

Granica skręcona:

Zbudowana jest z dyslokacji śrubowych, w których wektory Burgcrss są prostopadłe do osi obrotu, a więc leżą w granicy.

Granice ziarn dużego kąta:

Teoria budowy granic ziarn wg Humpfre/a- zakłada ona istnienie na granicy nam warstwy bezpostaciowego materiału podobnego do ptzechłodzonej cieczy.

Motto(teoria wysepek)- granica ziarn składa się z wysepek dobrego dopasowania sieci rozdzielonych obszarami gdzie nie występuje dobre dopasowanie.

Model granic ziarn koincydcntnych-ziarna mogą tak się ustawić, że z nich może ułożyć sę kolejna siećtsieć koincydentna) przenikająca obydwa ziarna. Nowa sieć ma większe parametry komórki sieciowej.

| Im większy jest stopień koincydencji tym ¹ większy jest stopień niedopasowania ziarn w granicy, a tym samym wyższa fest energia granicy.

Granice bliźniacze:

Powstają w przypadku takiej dezorientacji ziarn, przy której granica bliźniacza jest płaszczyzną symetrii obydwu stykających się ziarn.

Kryształy oddzielone granicami bliźniaczymi nazywamy bliźniakami.

Koherentna granica bliźniacza- granica ziarn pokrywa się idealnie z płaszczyzną bliźniaczą. Oddziela ona tzw. biiżniaki wytarzania, ma postać równoległych płytek. Budowa jest analogiczna do budowy płaszczyzn {Ul}.

Niekoherentna granica bliźnia cza-płaszczyzna graniczy tworzy z płaszczyzną bliźniaczą pewien kąt Dezorientacja kryształów musi buc skompensowana tzw. dyslokacjami bliźniakowania.

6RANICE MILD2YEAZOWI:

Koherentne- całkowita zgodność sieci krystalograficznej obydwu faz na granicy styku. Ze względy na nieznaczne przesunięcia atomów z ich położeń mają ona małą energię powierzchniową.

Pół koherentne- wykazują częściowe dopasowanie, cechuje je występowanie dyslokacji na granicach ziarn.

Nie koherentna-w granfcy rozdzielającą fazy nie występuje zgodność rozmieszczenia atomów. Ma budowę podobną do granic ziaren dużego kąta. Powstaje w wyniku:

SfertHdyzaeji cząstek Niezależnego zarodkowania Schodzenia się różnych faz Zarodkowania w granicach faz Polikryształ względem monokryształu ma podwyższoną energię o wartości energii granic ziarn. Układ ma samorzutne skłonności do zmniejszania powierzchni granic ziarn.

Najmniejszą energie ruchliwości mają płaskie powierzchnie granic ziarn.