3784498416

przewidywania tak potrzebnego przy projektowaniu materiałów. Zawsze dla realnego sprawdzenia modelu będą potrzebne wyniki doświadczalne - „input”. Tak więc, czasami słusznie mówi się o nowoczesnej alchemii.

Nowe teorie opisujące własności wytrzymałościowe ciała stałego powinny być oparte na systemach wiedzy podstawowej o materiałach z uwzględnieniem różnych skal (od nano do mikrostruktur), zaś stosowane symulacje komputerowe winny w większej mierze uwzględniać zależności „własność - struktura”, biorąc pod uwagę skalę strukturalną. Czynniki te będą z pewnością odgrywać coraz znaczniejszą rolę w projektowaniu i technologii materiałów.

Niedokładność danych wejściowych przy aktualnie stosowanych inżynieryjnych metodach projektowania materiału wynika z tego, że dostępne dane nie uwzględniają skali strukturalnej materiału. Zwykle wykorzystuje się objętościowe własności makro materiału, których podstawą jest skala mikro, skala atomowa; np. moduł Younga, ciepło właściwe, współczynniki dyfuzji, etc. Występuje tu pewien paradoks w sensie poziomu strukturalnego materiału. Wykorzystuje się własności materiału mające znaczenie fundamentalne na poziomie struktury atomowej (energia, siły międzyatomowe, oddziaływanie elektrostatyczne, etc.) czy w skali nanometrycznej, gdzie zjawiska powierzchniowe są pierwszorzędnej wagi, podając własności w skali objętościowej makro; nie mówiąc już o strukturze elektronicznej atomu czy molekuły, która może być oszacowana tylko na poziomie mechaniki kwantowej.

Wiadomo przecież, że nie ma bezpośrednich zależności pomiędzy rozpatrywanymi skalami, przeto więc formułowane wnioski odnośnie pewnych własności materiału otrzymane w skali atomowej nie mogą być automatycznie przenoszone na własności materiału w skali makro. W tym przypadku należy określić prawa fenomenologiczne na bazie określonej statystyki i tylko dla specyficznie podanych warunków. Wynika stąd, że projektowanie nowych “egzotycznych” materiałów powinno w większym stopniu uwzględniać zależnościach własność - struktura z jednoczesnym uwzględnieniem danych eksperymentalnych oraz parametrów syntezy materiału. Praktyczne korzyści stosowania różnych skal są szczególnie istotne, jeśli chodzi o lepszy opis struktur dyslokacyjnych tak podczas monotonicznego jak i cyklicznego obciążenia, pozwalając na uwzględnienie energii zmagazynowanej podczas obciążenia jak i pseudo-stabilności mikrostruktur. Opracowanie podstaw sprężystości i plastyczności z uwzględnieniem mikrostruktury materiału w funkcji różnych skal i czasu pozwoliłoby, wg McDowela [6], na:

-    zaprojektowanie mikrostruktury materiału o szczególnych charakterystykach tak przy odkształceniu sprężystym jak i plastycznym,

-    logiczne i zunifikowane opracowanie teorii formowania i ewolucji defektów podczas odkształcenia dla różnych wielkości skal strukturalnych.

W niektórych przypadkach takich, jak cienkie powłoki lub urządzenia optoelektroniczne potrzeba precyzyjnych modeli dyslokacji lub nawet analizy kwantowej jest oczywista. W innych przypadkach np. projektowanie materiałów strukturalnych odpornych na pewne typy pękania, istniejące modele są w pełni wystarczające do uzyskania potrzebnych, informacji zakładając rozwiązania kompromisowe, co do struktury materiału.

Oprócz zagadnień związanych z wpływem mikrostruktury na własność materiałów w projektowaniu należy uwzględnić wpływ procesów technologicznych na możliwość otrzymania pożądanych mikrostruktur. Znaczy to, że przede wszystkim należy rozważyć charakterystyki termodynamiczne i stabilność mikrostruktury tak często zaniedbywane w projektowaniu nowych materiałów. Normalnie, milcząco zakłada się, że obszary składów chemicznych, fazowych i morfologia mikrostruktur jest do przyjęcia w szerokich zakresach. W rzeczywistości jednak, właśnie termodynamika dyktuje możliwe i stabilne mikrostruktury, np. w zależności od temperatury i historii sprężystego czy niesprężystego odkształcenia. Wynika stąd, że przy projektowaniu materiału o zadanych własnościach należy uwzględnić skalę, w której struktura materiału będzie rozważana. Wcześniej opracowane modele termodynamiczne i kinetyczne materiałów są wystarczające w tym

83