Materiałoznawstwo-ściąga

PODZIAŁ MATERIAŁÓW I OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA ICH WŁASNOŚCI
METALE :
- pierwiastki o połysku metalicznym
- dobra przewodność elektryczna i cieplna
- wysoka wytrzymałość, plastyczność i udarność
Ich przewodność plastyczna spada ze wzrostem temperatury. Stopy metali powstają przez stopienie metali (dwóch lub więcej) lub metali z niemetalami i posiadają cechy metaliczne w/w.
POLIMERY :
- tworzywa sztuczne
- materiały organiczne
- zbudowane z bardzo dużych cząstek
- niska wytrzymałość, przewodność cieplna i elektryczna
- nie nadają się do pracy w podwyższonych temp.
- zaleta : łatwość formowania z nich wyrobów
- niski koszt wytwarzania
POLIMERY NATURALNE :
- CELULOZA – szkielet wszystkich żywych roślin, główny składnik struktury ścian komórkowych
- LIGNINA – ważny składnik komórek ścian roślin
- BIAŁKA - żelatyna, jedwab naturalny, wełna
- polimery nie są materiałami wytrzymałymi
- nie mają odporności na pękanie
- mają duże wydłużenie
CERAMIKA I SZKŁO :
- zw. nieorganiczne (najczęściej tlenki, węgliki, azotki) będące zazwyczaj izolatorami
- bardzo słabo przewodzą prąd elektryczny
- niska udarność, plastyczność
- duża twardość i wytrzymałość na ściskanie i ścieranie
- odporne na działanie wysokich temp.
- polimery (tworzywa sztuczne) są zazwyczaj polikrystaliczne
- szkła są zazwyczaj amorficzne
MATERIAŁY CERAMICZNE :
- materiały węglowe, grafit (jest bardziej wytrzymały niż stal)
- ogniotrwałe
- ceramika elektrotechniczna, porcelana stołowa, fajans, porcelit
- mat. budowlane, posadzki
- mat. skrawające, narzędzia ścierne
- elem. konstrukcyjne
- szkło
Funkcje : elektryczna, magnetyczna (głowice magnetofonowe), optyczna, nuklearne (układy alarmowe, przecieki gazu, wentylatory), chemiczne (elem. sterujące w piecach mikrofalowych), biologiczne (sztuczne korzenie zębów), mechaniczne, termiczne ( izolacje termiczne)
KOMPOZYTY :
- powstają przez połączenie metali, ceramiki, szkieł oraz polimerów (przez co mają lepsze właściwości niż materiały wyjściowe)
- niższa, niż w metalach, przewodność elektryczna
- bardzo niska plastyczność i udarność
- przewodność elektryczna przewodników rośnie ze wzrostem temperatury
- nie są stosowane jako materiały konstrukcyjne lecz jako materiały o lepszych właściwościach w elektronice
ELASTOMERY :
- grupa tworzyw naturalnych i sztucznych
- odznaczają się dużą odkształcalnością po poddaniu wulkanizacji (usieciowaniu) w temperaturze pokojowej i zwykle b. szybkim, prawie całkowitym powrotem do wymiarów pierwotnych po ustaniu działania siły rozciągającej
- kauczuk naturalny i jego pochodne, kauczuki syntet. oraz tzw. elastomery termoplastyczne (tj. tworzywa termoplast. mające właściwości podobne do kauczuków, ale topiące się po ogrzaniu, co pozwala na ich przetwórstwo takimi metodami, jakie stosuje się w obróbce termoplastów)
- opony samochodowe, guma naturalna, uszczelki
TERMOPLASTY :
- tworzywa sztuczne o liniowej lub rozgałęzionej budowie makrocząsteczek
- posiadają zdolność do wielokrotnego przechodzenia w podwyższonej temperaturze w stan plastyczny
- po oziębieniu zachowują kształt nadany im podczas ogrzewania
- są na ogół rozp. w rozpuszczalnikach org.
- są to m.in. polietylen, polipropylen, polistyren, poli(chlorek winylu), poliamidy, poli(metakrylan metylu)
- najczęściej kształtowane metodą formowania wtryskowego i przez wytłaczanie
- polietylen (PE) folie, rury, pojemniki, filiżanki, opakowania
- polipropylen jest lżejszy, sztywniejszy, bardziej odporny na promieniowanie słoneczne
TEFLON :
- tworzywo niepalne
- można go stosować w wyższych temp.
- nie jest odporny na temp. - wada
- duża wytrzymałość mech. i odporności na działanie wysokiej temperatury (przez dłuższy czas może być poddany działaniu temp. 250C)
- ma dobre właściwości dielektr., b. mały współczynnik tarcia, jest odporny na działanie chemikaliów i czynników atmosferycznych
- stosowany do wyrobu łożysk bezsmarowych, części armatury, uszczelek, przewodów, wykładziny aparatury chem., naczyń kuchennych i in.; w Polsce produkowany p.n. tarflen
POLISTYREN (PS):
- otrzymywany w wyniku polimeryzacji styrenu
- przezroczysta masa o b. dobrych właściwościach elektroizolacyjnych
- odporny na działanie wielu czynników chem.
- polistyren niskoudarowy — kruchy, mało odporny na działanie podwyższonej temp. (ok. 65C), stosowany do wyrobu elementów radiotechn., izolatorów, folii do kondensatorów, przedmiotów gospodarstwa domowego, jako materiał izolacyjny (polistyren piankowy — styropian)
- polistyren wysokoudarowy (modyfikowany kauczukami syntet.) ma większą udarność i odporność chem. niż polistyren niskoudarowy; stosowany do wyrobu części samochodowych, lodówek, szpul włók., hełmów, rowerów
DUROPLASTY :
- duromery, tworzywa utwardzalne, grupa tworzyw sztucznych, które po utwardzeniu w wyniku nieodwracalnego procesu sieciowania nie ulegają powtórnemu uplastycznieniu (zmięknięciu) po ogrzaniu
- utwardzanie duroplastów może zachodzić pod wpływem ogrzewania (tworzywa termoutwardzalne) lub działania związków chem., tzw. utwardzaczy -tworzywa chemoutwardzalne
- typowymi duroplastami są fenoplasty, aminoplasty, żywice epoksydowe i żywice poliestrowe (nienasycone)
- z duroplastów wytwarza się utwardzone laminaty konstrukcyjne z nośnikiem papierowym lub z tkanin, kleje termo- i chemoutwardzalne, żywice lakiernicze, pianki oraz włókna
EPOKSYDORY :
- osnowa kompozytów zbrojeniowych, włókien sztucznych
- kleje
ODDZIAŁYWANIE MIĘDZY ATOMAMI – WIĄZANIA MIĘDZYATOMOWE
Pierwiastki mogą występować w trzech stanach skupienia : * gazowym *ciekłym * stałym. Stan skupienia zależy od odległości pomiędzy poszczególnymi atomami. W gazach są to duże odległości, a w cieczach i ciałach stałych są one bardzo małe. Dlatego stan ciekły i stały nazywamy stanami skondensowanymi. Stan skupienia zależy także od temperatury i ciśnienia.
WIĄZANIE JONOWE – (heteropolarne) zachodzi na skutek przyłączenia elektronów walencyjnych jednego atomu przez drugi. Utworzona w ten sposób cząsteczka dwuatomowa uzyskuje w zewnętrznej powłoce elektronowej trwałą konfigurację 8-elektronową, zbliżoną do budowy gazu szlachetnego. Cząsteczka taka jest w sumie elektrycznie obojętna, lecz w kationie ma skupiony ładunek dodatni zaś w anionie – ujemny, a więc ma dwa różnoimienne bieguny elektryczne, dzięki którym może oddziaływać na otoczenie. Cząsteczki o budowie biegunowej nazywają się dipolami. Substancje o wiązaniu jonowym są przeźroczyste, często o różnym zabarwieniu, słabo przewodzą prąd i nie są podatne do odkształceń plastycznych.
WIĄZANIE SIŁAMI VAN DER WAALSA – (wiązanie międzycząsteczkowe) odbywa się za pomocą sił przyciągających atomy gazów szlachetnych i rzeczywistych. W danej chwili atom gazu szlachetnego może mieć po jednej stronie powłoki elektronowej nadmiar, zaś po stronie przeciwnej niedobór elektronów, a więc staje się w tym momencie chwilowym dipolem. Ruch elektronów w jednym atomie oddziałuje także na ruch i rozmieszczenie elektronów w zewnętrznej powłoce elektronowej drugiego atomu, w skutek czego oba atomy indukują się elektrycznie i tworzą tzw. dipol indukowany. Siły oddziaływujące między tymi otoczeniami decydują o wiązaniu międzycząsteczkowym, które jest na ogół słabsze od innych rodzajów wiązań. Substancje o wiązaniu silami van der Waalsa to przede wszystkim skroplone gazy szlachetne i zestalone dwuatomowe cząsteczki H, N, O a także chlorowców. Siły te wiążą także łańcuchy lub pierścienie w kryształach S, Se, Te, a także kryształy niepolarne. Kryształy molekularne o wiązaniu międzycząsteczkowym są przeźroczyste, często zabarwione i nie przewodzą prądu elektrycznego.
WIĄZANIE METALICZNE – jego istotą jest gaz elektronowy, utworzony w skutek oderwania się od atomów metali części lub wszystkich elektronów walencyjnych. Oderwane elektrony swobodne w postaci gazu elektronowego stanowią własność wszystkich atomów i poruszają się w całej objętości metalu. Atomy po utracie elektronów walencyjnych stają się jonami dodatnimi – rdzeniami atomowymi. Wykazują one w stanie stałym prawidłową budowę krystaliczną, zajmując pozycje węzłowe w sieci przestrzennej metalu. Wokół rdzeni atomowych krąży gaz elektronowy o ujemnym ładunku elektrycznym, który w wyniku elektrostatycznego oddziaływania z dodatnio naładowanymi jonami rdzeni atomowych stanowi o wiązaniu pom. atomami metali. Możliwość swobodnego przemieszczania się elektronów od jednego atomu do drugiego wynika z bezpośredniego sąsiedztwa rdzeni atomowych w strukturze krystalicznej, stykających się z sobą zewnętrznymi powłokami elektronowymi. Wiązanie metaliczne nie wykazuje charakteru kierunkowego i tym różni się od innych wiązań.
WIĄZANIE KOWALENCYJNE – (atomowe, homeopolarne) – występuje najczęściej w gazach. Więź pomiędzy jednakowymi atomami polega na utworzeniu z dwóch elektronów walencyjnych (należących pierwotnie każdy do innego atomu) pary elektronów stanowiącej własność obu atomów. Maksymalna liczba takich wiązań możliwych do utworzenia przez określony atom zależy od liczby jego niesprawnych elektronów. Liczba ta określona jest regułą „8-N”, gdzie N-numer grupy układu okresowego pierwiastków, do której należy dany atom. Nieraz wiązanie atomowe zachodzi w wyniku hybrydyzacji struktury elektronowej atomu, polegającej na przejściu elektronu ze stanu bliższego jądra na bardziej od niego oddalony. Związki o wiązaniu atomowym nie przewodzą prądu elektrycznego. Cząsteczki utworzone z jednakowych atomów nie są także dipolami. Gdy występuje biegunowość cząsteczki to wiązanie takie nazywa się atomowym spolaryzowanym. Substancje o czystym wiązaniu atomowym charakteryzuje diament, który jest bezbarwny, przeźroczysty, bardzo twardy i nie przewodzi prądu. Jednak należą tu także Si, Ge, Sn-szara, które są nieprzeźroczyste, szare i mają właściwości cechujące półprzewodniki.
UKŁADY I SIECI KRYSTALICZNE :
Składowymi sieci przestrzennej są płaszczyzny, krawędzie będące śladami przecięcia płaszczyzn oraz węzły, powstałe w wyniku przecinania się krawędzi. W ułożeniu ścian, krawędzi i węzłów wyróżnia się trzy podstawowe elementy symetrii:
- płaszczyzny symetrii
- osie symetrii
- środek symetrii
Sieć przestrzenną tworzą trzy rodziny równoległych i równo oddalonych od siebie płaszczyzn sieciowych zwanych ścianami. Zależnie od liczby elementów symetrii istnieje siedem układów krystalograficznych, zawierających 14 możliwych sieci translacyjnych (sieci Bravais’go).
Układ symbol sieci B.
trójskośny P
jednoskośny P, C
rombowy P, I, F, C
trygonalny(romboedryczny) P
tetragonalny P, I
heksagonalny P
regularny P, I, F
P - prymitywna
C - centrowana na podstawach
I – przestrzennie centrowana
F – ściennie centrowana