materiaŁy: charakterystyka, klasy, wŁasnoŚci · w zależności od wielkości cząstek i...
TRANSCRIPT
MATERIAŁY: CHARAKTERYSTYKA, KLASY, WŁASNOŚCI
Wykład 1
Definicja materiału
Materiał: tworzywo o określonej postaci, mogące podlegać obróbce w celu wykorzystania do produkcji różnych wyrobów (Leksykon Naukowo-Techniczny)
Material(s): the substance or substances out of which a thing is or may be constructed (American Heritage Dictionary)
Definicja inżynierii
Inżynieria: działalność polegająca na projektowaniu, konstrukcji, modyfikacji i utrzymaniu efektywnych kosztowo rozwiązań dla praktycznych problemów, z wykorzystaniem wiedzy naukowej oraz technicznej (Wikipedia).
Engineering: the application of scientific principlesto practical ends as the design, construction and operation of efficient and economical structures, equipment, and systems (American HeritageDictionary).
Determinanty cech materiału
Wytwarzanie i przetwarzanie Właściwości
StrukturaZastosowanie
Struktura
Metale i stopy
CeramikiMetale i stopy
Ceramiki Polimery Kompozyty
Struktura
Nanokryształy
Ciekłe kryształy
Kwazikryształy
Monokryształy
Ciała krystaliczne
Proszki i nanoproszki
Nieuporządkowane
Szkła
Ciała bezpostaciowe
W zależności od wielkości cząstek i stężenia w gazie gazowej wyróżnia się:
dymy - cząstki poniżej 10-7m, silnie rozproszone
pyły - cząstki 10-7m do 10-6m, silnie rozproszone
proszki - cząstki do rzędu 10-3 m (mm), stężone
Podstawowym parametrem geometrycznym określającym proszki jest wielkość i forma jego cząstek.
Pojęcie cząstka nie jest jednoznaczne: proszek ma bowiem budowę niejednorodną,a cząstki tworzą często trudne do rozdzielenia większe elementy (agregaty, aglomeraty).
Powszechnie stosuje się także starsze bardziej ogólne pojęcie ziarno proszku rozumiane jako najmniejszy lity element proszku możliwy do identyfikacji metodami mikroskopowymi lub mechanicznymi.
Proszki są populacjami złożonymi z wielkiej liczby elementów. Charakteryzują się one występowaniem rozkładu wielkości ziaren
Kształt cząstek
kuliste płatkowe włókniste
Specyficzną formą budowy materiałów w skali makroskopowej są włókna
Włókno - elementy o wydłużonych kształcie w których stosunek wymiaru podłużnego do poprzecznego (długość do średnicy) jest większy od 10.
Włókna mogą być ciągłe lub nieciągłe(krótkie).
Włókna węglowe
Niektóre cechy specyficzne dla materiałów w postaci włókien
•Elastyczność postaci i „nieskończony” wymiar - możliwość gięcia, nawijania na szpule, tkania•Duże rozwinięcie powierzchni - właściwości sorpcyjne i katalityczne•Zdyspergowany charakter i mały wymiar poprzeczny -właściwości izolacyjne, możliwość rozprowadzenia w ciągłym medium•Mało zdefektowana budowa - podwyższone właściwości mechaniczne - zastosowanie do kompozytów
Włókna naturalne - wełna owcza
Wytwarzanie materiałów metalowych
Odlewnictwo
Metalurgia proszków
Metody niekonwencjonalne
Metody niekonwencjonalne
Rozdrabnianie detonacyjne Osadzanie z fazy gazowej Osadzanie z fazy ciekłej Pojęcie epitaksji
Wytwarzanie ceramik
Spiekanie
???
Wytwarzanie polimerów
Polimery naturalne: izolowanie Polimery sztuczne:
Polimeryzacja Polikondensacja Poliaddycja
Tworzywo sztuczne Polimery konstrukcyjne i specjalne Kopolimer
Wytwarzanie materiałów kompozytowych
Właściwości: determinanty
Makrostruktura materiału: Jednorodne i niejednorodne Niejednorodne: z wydzieleniami w różnej formie, niejednorodnie
strukturalnie Cecha materiału:
Fizyczne Chemiczne Mechaniczne
Technologiczność materiału Lejność Adhezja warstwy Skrawalność
Własności użytkowe Odporność na korozję w warunkach rzeczywistych Odporność na pękanie, pełzanie itp. Własności biologiczne
Główne klasy materiałów ze względu na zastosowanie
Materiały konstrukcyjne i funkcjonalne Materiały konstrukcyjne: materiały stosowane do
budowy elementów konstrukcji, których głównym zadaniem jest wytrzymywanie naprężeń mechanicznych
Materiały funkcjonalne (LNT 1984): ? Materiały specjalne (LNT 1984): ?
Materiały funkcjonalne – materiały zmieniające kształt i właściwości fizyczne pod działaniem pól zewnętrznych:
piezoelektryki; materiały magnetostrykcyjne; materiały z pamięcią kształtu; materiały elektro- i magneto- reologiczne.WIKIPEDIA
Przez materiały funkcjonalne rozumie się tu materiały, których natura bezpośrednio warunkuje spełnianie właściwych im, szczególnych funkcji użytkowych (np. półprzewodnik w tranzystorze czy laserze, dielektryk w kondensatorze, dwustanowy magnetyk w pamięciach magnetycznych, piezoelektryk czy piezomagnetyk w filtrach, pewne stopy jako katalizatory itd.)
Sieć Innowacji: Zaawansowane Materiały Funkcjonalne
Functional materials are distinctly different from structural materials, and their physical and chemical properties are sensitive to a change in the environment such as temperature, pressure, electric field, magnetic field, optical wavelength, adsorbed gas molecules and the pH value
Functional and Smart Materials Structural Evolution and Structure Analysis; by Zhong Lin Wang and Z. C. Kang; Plenum Press; 1st edition, January 15, 1998
Definicja materiałów specjalnych/funkcjonalnych
Materiały konstrukcyjne: materiały, dla których wytrzymałość mechaniczna jest najbardziej istotną cechą braną pod uwagę przy projektowaniu, wytwarzaniu, przetwarzaniu i użytkowaniu
Materiały funkcjonalne/specjalne: materiały, dla których najważniejszą funkcją/właściwością jest inna funkcja/właściwość niż wytrzymałość mechaniczna
Cechy materiałów specjalnych I
Własności fizyczne
Własności chemiczne
Własności biologiczne
Cechy materiałów specjalnych II
Wielkość ziarna
Stan skupienia (reologia)
Struktura wewnętrzna
Zastosowanie materiałów specjalnych
Medycyna
Mikroelektronika
Mechatronika
Klasy materiałów specjalnych I
Własności fizyczne: nadprzewodniki, polimery przewodzące, piezoelektryki, materiały magnetostrykcyjne
Własności chemiczne: katalizatory, adsorbenty Własności biologiczne: biosensory, materiały z
pamięcią kształtu, nanorurki
Klasy materiałów specjalnych II
Nanomateriały Kwazikryształy Materiały porowate
Główne kierunki i bariery rozwoju materiałów
Co jest celem ? Jak stawiać zadania ? Czy warto ? Jakie metody stosować ?
Cele
Czy na pewno są ? 1. Poszukiwanie materiału dla określonego
zastosowania 2. Poszukiwanie zastosowania dla określonego
materiału
Zadania
Poszukiwanie materiału: Projektowanie Wytwarzanie Przetwarzanie
Projektowanie
Wytwarzanie
Przetwarzanie
Poszukiwanie zastosowania
?
Bariery
Koszt
Środowisko
BezpieczeństwoBrak technologii
???