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

???