3784498414

PROJEKTOWANIE NOWYCH MATERIAŁÓW - PROBLEMY I PERSPEKTYWY

Andrzej Tadeusz Bukat, Antonio Nobili

ENEA, ENTE PER LE NUOVE TECNOLOGIE, L’ENERGIA E L’ AMBIENTE Casaccia - Włochy

W pracy omówiono niektóre problemy i stan aktualny projektowania nowych materiałów. Autorzy pracy podkreślają konieczność opracowania nowej koncepcji i metod projektowania materiałów biorąc pod uwagą przesunięcie ważności z własności objętościowych na własności i zjawiska powierzchniowe w materiale. Wymaga to w większym stopniu uwzględnienia struktury i powiązania jej z własnościami materiału, ze zjawiskami fizykochemicznymi i powierzchniowymi, biorąc pod uwagę, że model ciała stałego jako ośrodka ciągłego ma zastosowanie ograniczone. W większym stopniu powinny być uwzględnione własności dyskretne materiału. Tego typu filozofia narzuca niejako automatycznie rozważenie odpowiednich technologii i skal strukturalnych (np. makro, mikro czy nano)

I. WPROWADZENIE

Ostatnie dwudziestolecie, oprócz innych osiągnięć technicznych, może być zdefiniowane jako okres burzliwego rozwoju w dziedzinie syntezy i technologii nowych materiałów o specjalnych własnościach i o ich wprost niewyobrażalnych zastosowaniach w nowoczesnych gałęziach przemysłu. Unaoczniło to, że znaczny postęp w technice i cywilizacji zależy przede wszystkim od typu, ilości i jakości materiałów będących do dyspozycji (można tu zacytować słowa z piosenki Madonny ,J am materiał girl”). Rosnąca ilość materiałów i produkowanych z nich elementów konstrukcyjnych lub funkcjonalnych stwarza możliwość stosowania materiałów mniej kosztownych o coraz lepszych własnościach.

Wprowadzenie nowych materiałów o „ egzotycznych” strukturach i własnościach uwydatniło konieczność rozpatrzenia przede wszystkim zjawisk powierzchniowych, co związane jest z koniecznością opracowania nowych metod projektowania a tym samym z opracowaniem nowych, w miarę prostych metod określenia ich własności i kontroli jakości.

Podobnie jak w zagadnieniach ekonomicznych (skala globalna, skala makro czy mikro), w inżynierii materiałów i nauce o materiałach, w zależności od rozważanych, problemów, winny być uwzględniane problemy poczynając od skali atomowej, skali kryształu, mikroskali i w końcu skali makro. Projektowanie nowych materiałów na poziomie strukturalnym, a więc w końcu o efektywnych własności użytkowych, winno uwzględniać budowę danego materiału, a przede wszystkim jego skład chemiczny, fazowy i szeroko pojętą morfologię oraz rozkład statystyczny elementów składowych w różnych skalach.

Stwarza to konieczność opracowania nowych kryteriów wytrzymałości materiałów z uwzględnieniem ich struktury oraz nowych metod określania własności materiałów z uwzględnieniem skali na różnym poziomie wymiarowym, poczynając np. od makro aż do nanostruktury. Szczególnie istotnym są tu np. własności mechaniczne i ich powiązanie ze strukturą, termodynamiką ciała stałego i skalami strukturalnymi.

Reakcja materiału na przyłożone naprężenie zależy od typu sieci krystalicznej materiału oraz od wiązań pomiędzy atomami lub molekułami w ciele stałym. Sieć krystaliczna i wzajemne

73