Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
1. Wymień i zapisz typy defektów punktowych w związku MeX:
Defekty punktowe są ta zaburzenia sieci krystalicznej o zasięgu wymiarów atomów (jonów). Typy defektów punktowych na przykładzie struktury MX .a)wakacje (wakans)-brak atomu w węźle sieci Vx ,VM b) atom (jon) w niewłaściwym położeniu Mx , XM c) atomy (jony) w położeniach międzywęzłowych Mi, Xi d) defekty ładunków (elektrony e- i dziury h). Defekty punktowe mogą tworzyć zespoły-klasery zmieniające lokalnie budowę kryształu- domeny i wtrącenia.
2. Podaj znane ci właściwości tworzyw zależne od rodzaju i stężenia defektów punktowych: *właściwości elektryczne *właściwości cieplne *właściwości optyczne (barwa, załamanie) *właściwości chemiczne (związane z reakcjami)
3. Jak stężenie wakacji zależy od temp.: Obecność wakacji w krysztale jest uzasadniona termodynamicznie, a ich stężenie jest zależne od temp. Jeśli podgrzewamy kryształ, to im wyższa temperatura tym więcej defektów punktowych. …gdy temp. jest dostatecznie wysoka, to zgodnie z def. Entalpii swobodnej ( T-temp.bezwzględna), występowanie defektów punktowych prowadzi do obniżenia entalpii swobodnej kryształu, ,i tym samym do większej trwałości kryształu zawierającego defekty punktowe, w porównaniu z kryształ łem tych defektków.
4. Scharakteryzuj defekty płaskie. Granice kryształów- niskokątowe (wąskokątowe) i szerokokątowe, bliźniacze- błędy ułożenia. Defektami płaskimi są także zewnętrzne powierzchnie kryształu.
5. Podaj znane Ci właściwości tworzyw zależne od występowania defektów liniowych i płaskich. Defekty liniowe: *plastyczność ( granice odkształcalności) Defekty płaskie: * właściwości mechaniczne * spiekanie jako zachowanie materiału.
9.Wyprowadź zależność na siłę napędową krystalizacji.
- przemiany takie jak: *faza ciekła – krystaliczna faza stała * faza gazowa – kryształ, wiążą się ze spadkiem entalpii swobodnej układu i tym samym zachodzą samorzutnie. Większość tego spadku stanowi siłę napędową przemiany i definiuje się następująco: gβ-g α =Δgchem<0; gβ/α-entalpia swobodna i-tej fazy na jednostkę objętości; ΔG<0 przemiana samorzutna; Wr-miara samorzutności procesu.
Wr=-ΔG=- Δ H+T Δ S
Δ H=Tm Δ S
Wr=- Δ H+T(Δ H/Tm)
Wr+-( Δ H/Tm)(T-Tm)
Gn=V Δ gchem*Sγ
11.Przedstaw wykres zależności szybkości tworzenia zarodków od temperatury:
14.Opisz metody tyglowe otrzymywania monokryształów: dzielą się na dwie grupy, w zależności od tego, czy wsad jest, czy nie jest cały stopiony na początku krystalizacji.
Najważniejsza cechą tych metod jest granica faz: ciało stałe-ciecz jest w kontakcie z materiałem tygla. Każda nieregularność powierzchni ma wpływ na wzrost i zawsze istnieje możliwość spontanicznego powstania zarodków.
Co to jest wykres T-T-T (T-C-P)?
-linia na wykresie TTT jest miejscem geometrycznym czasu i temperatury, przy których w fazie ciekłej powstaje określony udział objętościowy fazy krystalicznej. Pole zakreskowane odpowiada większej częstości tworzenia się zarodków krystalicznych, a więc większemu udziałowi fazy krystalicznej tworzącym się w danej temperaturze po pewnym czasie, zaś pole białe odpowiada mniejszym udziałom niż n lini TTT.
- wykres TCP (temp. – czas- prężność)
6. Co to jest krytyczna prędkość chłodzenia dla krystalizacji, podaj różnicę tej wielkośći dla zarodkowania homogenicznego i heterogenicznego:
Krytyczną szybkość chłodzenia interpretuje się jako szybkość zabezpieczającą przed wystąpieniem przemian dyfuzyjnych, które zachodzą w wyższych temperaturach niż przemiana martenzytyczna i rozkładając austenit uniemożliwiają jego przemianę w martenzyt.
7. Wymień znane Ci grupy substancji szkłotwórczych:
- są to substancje tworzące duże zespoły atomów (jonów) o kryształach nieizometrycznych jak łańcuchy, wydłużone cząsteczki itp. Substancje te charakteryzują się liczbą koordynacyjną (2,4) czemu sprzyja cząsteczki atomów.
- gł. Grupy substancji szkłotwórczych: * tlenki szkłotwórcze: SiO2, B2O5, P2)5, As2O5, * pierwiastki S, Se, Fe, As, C, * związki z grupą hydroksylową * polimery organiczne
Opisz model budowy szkła wg. Zachariansena:
- jest to model struktury szkła krzemionkowego – został w pewnym stopniu sprawdzony przez Warnera za pomocą badań rentgenograficznych.
- szkło posiada jedynie uporządkowanie bliskiego zasięgu, zaś brak jest typowego dla kryształów uporządkowania dalekiego zasięgu. Szkło zbudowane jest z ciągłej sieci przestrzennej, tzw. Więźby krzemotlenowej.
- szkło kwarcowe przypomina trochę swą strukturą krystobalit wysokotemperaturowy.
- zachowana jest koordynacja krzemu względem tlenu (4). W szkle kwarcowym czworościany łączą się ze sobą narożami - tak jak w stanie krystalicznym – ciągłość więźby jest w tym szkle zachowana – jedynymi wiązaniami, są wiązania mostkowe.
8. Wymień podstawowe cechy szkieł krzemianowych:
Materiały te są twarde i kruche. Mają dużą wytrzymałość na ściskanie i małą na rozciąganie i zginanie. Cechują się wysoką temperaturą topnienia oraz najczęściej małym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym.
9. Warunki otrzymywania i podstawowe cechy szkieł metalicznych:
- ze względu na dużą ruchliwość elementów stopu, metale wykazują naturalną zdolność do krystalizacji. Dla uzyskania metalu w stanie szklistym konieczne są bardzo duże prędkości chłodzenia V> 1010 C/s
- obecnie opracowano techniki otrzymywania szkieł metalicznych. Dotyczą one stopów metalicznych np.
* stopy ze składnikiem metalu przejściowego
* stopy niemetal – metal
* stopy magnetyczne
- wybrane zalety szkieł metalicznych: *nadprzewodnictwo, * wysoka twardość, * b. dobre właściwości m magnetyczne, * brak granic międzyziarnowych.
10. Dla jakich właściwości i w jakich zastosowaniach celowe jest stosowanie materiałów w postaci szkła. Odpowiedź uzasadnij przykładami:
11. Opisz budowę idealnego polikryształu jednofazowego
W polikryształach jednofazowych , struktura krystaliczna ziarna nie ulega gwałtownemu urwaniu, ale przechodzi w obszar przejściowy. W tym obszarze atomy przyjmują ułożenie umożliwiające przejście od orientacji kryst. w jednym ziarnie, do orientacji ziarna sąsiedniego - Gdy jest mała różnica orientacji ziaren.
- budowa polikryształu, to jest geometria ziaren wynika z dwóch zasad: * ustalenie się lokalnych stanów równowagi w miejscu styku granic międzyziarnowych. *konieczność zapełnienia przestrzeni elementami geometrycznymi (ziarnami).
Brak jest brył geometrycznej spełniającej warunek równości kątów, kryterium zapełnienia przestrzeni. Najlepiej przybliża je tzw. Czternastościan Kelvina. Posiada on 8 ścian, 6 bocznych, 6 ścian kwadratowych, zniekształcone (wypukłe lub wklęsłe) krawędzie dla zachowania kątów w miejscach styku.
W rzeczywistości w polikryształach jednofazowych, ziarna maja różne wymiary. Zachowanie warunku równowagi napięć powierzchniowych powoduje ze ściany ziaren mają krzywizny wypukłe lub wklęsłe.
12. Wyprowadź zależność na równowagową wielkość kąta dwuściennego w miejscu styku dwóch ziaren z faza szklistą w polikrysztale:
γss= 2γsc cos(θ/2)
cos(θ/2)=1/2* γss/ γsc
θ- kąt dwuścienny tworzony przez 2 ziarna stykające się z kropla cieczy.
γsc – en.powierzchniowa na granicy rozdziału ciało stałe-ciecz.
- przypadki graniczne: 1) pełne zwilżenie θ=0stopni γss/ γsc>>2; 2) brak zwilżalności θ=180 stopni γss<< γsc
13. Przedstaw schematycznie mikrostrukturę polikryształów z fazą szklistą o różnym kącie zwilżania:
14. Wymień znane Ci metody otrzymywania polikryształów:
- krystalizacja ze stopu
- rekrystalizacja w fazie stałej
- krystalizacja szkieł
- spiekanie proszków jednofazowych z fazą ciekłą
- wiązanie chemiczne
- krystalizacja z fazy gazowej
15. Podaj definicję i wymień podstawowe metody otrzymywania tworzyw szklanokrystalicznych:
Jest to szkło, w którym następuje częściowa lub pełna krystalizacja. Cechuje się wysoką twardością i sprężystością, wytrzymałością na zginanie (150=260 MPa) i odpornością na wstrząsy cieplne zbliżoną do szkła kwarcowego, a także małą przewodnością elektryczną. Temperatura mięknięcia jest bardzo wysoka (1000=1400°C).
I – do szkła wprowadza się zarodki heterogeniczne powodujące powstanie centrów krystalizacji.
II – obróbka cieplna, najczęściej dwustopniowa – dal wytworzenia zarodków i wzrostu krystalitów
T1-temp 1-go stopnia krystalizacji- wytworzenie zarodków
T2- temp 2-go stopnia krystalizacji – wzrost krystalitów. Temp. mniejsza od temp. topnienia
16. Jakie wady i zalety posiadają tworzywa szklanokrystaliczne w porównaniu ze szkłem. jw
17. Skąd powstają siły napędowe procesu spiekania?
- siłą napędową procesu spiekania, przenoszenia masy w toku spiekania powinny być naprężenia występujące w miejscach styku ziaren związane z małymi promieniami krzywizny powstającej w tych miejscach szyjki. W skutek istnienia naprężeń w szyjce powstają lokalne gradienty potencjału chemicznego zdolne do wywołania w podwyższonej temperaturze zlokalizowanych procesów przenoszenia masy.
- przebieg procesu spiekania kontrolowany jest przedewszystkim zmianą energii swobodnej związanej z reakcją chemiczną.
Jak faza ciekła może wpływać na spiekanie? Jeżeli w układzie występuje faza ciekła, naprężenia ściskające powodują że potencjał chemiczny atomów fazy stałej rozpuszczonej w cieczy, zwiększa się w porównaniu z potencjałem w nie naprężonych obszarami .... cieczy wzrasta aktywność a atomów budujących stałe ziarna. Zwiększona aktywność oznacza że w obszarze pod naprężeniem ściskającym następuje wzrost rozpuszczalności stałych ziaren w fazie ciekłej. Z biegiem czasu faza ciekła staje się przesycona. Z cieczy wytrącają się ziarna . mają one w większości przypadków podłużny przekrój.
18. Co to jest proces witryfikacji, podaj przykład. Powstawanie w toku spiekania dużych ilości fazy ciekłej powoduje, że proces zagęszczania ma charakter płynięcia lepkościowego (jak dla szkła). PRZYKŁADY: otrzymywanie porcelany....
19. Wymień techniki otrzymywania polikryształów porowatych:
- przygotowanie do spiekania materiałów w formie piany à wprowadzenie do zawiesiny proszku substancji, pianotwórczej, powoduje powstanie piany, która po wysuszeniu i spieczeniu jest wyrobem o b.dużej porowatości i b. Dobrych wł.izolacyjnych.
- wprowadzenie do spiekanej masy elementów, które po usunieciu z układu pozostawiają pory à mogą to być parujące lub sublimujące sole, elementy organiczne (styropian wegiel), parujące subst. ciekłe (kamfora)
- wydzielanie się w toku wypalania gazu w skutek reakcji chemicznych. à w skład spiekanego proszku, wprowadza się substancje, które reagując ze zsobą wydzielają produkty gazowe., powodujące powstanie porów.
45. Podaj podział układów zdyspergowanych:
* ukł. dwufazowe – zdyspergowane cząsteczki stałe – gazowy ośrodek dyspergujący
* ukł. dwufazowe – zdyspergowane cząsteczki stałe – ciekły ośrodek dyspergujący
* ukł. trójfazowy – z. Cząstki stałe - ciekły ośrodek dys. - ośrodek dys.
46. Wymień podstawowe parametry charakteryzujące proszki. Proszki – stężone materiały zdyspergowane w fazie gazowej. Proszki w procesach technologicznych mogą być rozprowadzone w formie zawiesiny(masy lejny farby) w ośrodkach o dużej lepkości.
- kształt cząstek – kuliste (Ti), ostro krawędziowe (Si), płytkowe, włókniste.
48. Wymień podstawowe zalety materiałów w postaci włókien.
- elastyczność (duże możliwości zginania)
- duże rozwinięcie powierzchniowe – wł. sorpcyjne i katalityczne
- zdyspergowany charakter
- wł. Izolacyjne
- mało zdefektowana budowa – właściwości mechaniczne
- specyficzne wł. optyczne (światłowody)
49. Charakterystyka i podział warstw.
- podstawowym zadaniem warstw jest ochrona materiału przed środowiskiem, zwiększenie wytrzymałości dekoracja materiału.
PODZIAŁ: * powłoki (farby i emalie. Spełniają jedynie rolę ochronną i dekoracyjną); *warstwy (w sposób istotny zmieniają właściwości podłoża); *połączenia warstwowe, np. ceramika i metale
- warstwy mogą występować w postaci monokryształów, mat. Amorficznych, monokryształów jedno i wielo fazowych.
50. Definicja i podział materiałów kompozytowych: są to materiały zbudowane w sposób świadomy z dwóch lub więcej tworzyw, posiadające właściwości inne niż poszczególne materiały składnikowe.
PODZIAŁ: *kompozyty ziarniste, *włókniste, *warstwowe.
51. Kompozyty ziarniste: budowa i podstawowe zalety: wprowadzenie ziaren fazy o wyższej twardości i sztywności do matrycy ceramicznej, powoduje korzystne zmiany wł. Mechanicznych (twardość, odporność na ścieranie, pękanie)
53. Kompozyty włókniste: budowa i podstawowe zalety:
- włókna mogą być ułożone w jednym kierunku lub przypadkowo.
- składowe elementy: osnowa i krótki lub długie włókna
- osnowa – przejmuje zewnętrzne obciążenia mechaniczne i przekazuje je włóknom.
- najczęściej stosowane włókna: szklane, węglowe kevlarowe, wiskersy
- otrzymywanie: do matrycy wprowadza się włókna drugiej fazy. Przeważnie o wyższej sztywności i wytrzymałości niż matryca.
54. Które właściwości materiałów można podnieść stosując kompozyty włókniste. Odpowiedź uzasadnij:
55. Kompozyty warstwowe (laminaty): budowa i podstawowe zalety.
- szereg warstw nośnika złączonych w jedną całość za pomocą żywicy sztucznej, lub bardzo rzadkiego kleju naturalnego. Zazwyczaj pod zwiększonym ciśnieniem i na gorąco.
- właściwości zależą od typu nośnika i rodzaju żywicy: *drewniane, *papierowe, *plastikowe, *szklane.
- stosowane głównie do celów konstrukcyjnych i elektroizolacyjnych.
- doskonała odporność na działanie rozpuszczalników.
56. Uzasadnij celowość stosowania kompozytów warstwowych. Podaj przykłady.
- zastosowanie: elektrotechnika, inżynieria elektr. Telefonia i radiotechnika, wkładziny scienne, mat.izolacyjne,
57. Scharakteryzuj na wykresie cechy odkształcenia sprężystego i plastycznego w ujęciu reologicznym: reologia- jest to nauka zajmująca się opisem nie niszczących odkształceń ciał pod wpływem działania sił.
- odkształcenie plastyczne (nieodwracalne)
-odkształcenie sprężyste (odwracalne) rys
59.Wyprowadź zależność na teoretyczna wartość stałych sprężystości w ujęciu modelowym dwu atomów.
σ=F/a=F/ro^2
w pewnym zahresue niewielkich odkształceń:
dσ=( 1/ro^2)( σF/ σr) r= rodr
jednocześnie:
ε=Δr/ro czyli dε= dr/ro
dσ= 1/ro(σF/ σr) r= rodr
po scałkowaniu:
σ= 1/ro(σF/ σr) r= ro ε
62. Podaj warunki i postać uogólnionego prawa Hooke’a.
- w przypadku działania jedynie naprężeń normalnych w danym kierunki, odkształcenie składa się z: składowej σ1/ E oraz odkształceń poprzecznych – σ2/E i – σ3 ν /E
Uogólnione prawo: ε1=( ε1/E)- ν/E(σ 2+σ3) .... ε4= σ4/G
64. Narysuj wykres zależności odkształcenia od czasu dla odkształcenia sprężystego ze zjawiskiem relaksacji:
Opóźnione odkształcenie sprężyste przy stałym obciążeniu przyłożonym w czasie t=0 i odjętym po czasie t1.
65. Podaj definicję zrelaksowanego i niezrelaksowanego modułu Younga.
- materiał obciążony ulega natychmiastowemu odkształceniu εu, które jest nazywane odkształceniem niezrelaksowanym.
- jeżeli utrzymuje się go pod stałym obciążeniem, to w miarę upływu czasu odkształcenie przyrasta stopnowo do wartości εr – stan odkształcenia zrelaksowanego.
Ε= εr+( εu- εr)exp(-t/θ) θ - czas relaksacji
66. Wyprowadź wzór na wielkość energii odkształceń sprężystych.
σ 1=C11 ε1+C12 ε2+C12 ε3
σ 2=C12 ε1+C11 ε2+C12 ε3
σ 3=C12 ε1+C12 ε2+C11 ε3
ε1= σ1/E- ν/E(σ2+ σ3)
ε2= σ1/E- ...