struktura, klasyfikacja i ogólna charakterystyka materiałów

STRUKTURA, KLASYFIKACJA
I OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA
MATERIAŁÓW INŻYNIERSKICH
Zakres tematyczny
y
y
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
1
Struktura materiałów
MATERIAŁAMI (inżynierskimi) nazywa się skondensowane
(stałe) substancje, których właściwości czynią ją użytecznymi
dla ludzi gdyż wykonuje się z nich złożone produkty pracy [ 1 ]
www.trans-techinc.com
www.macstourport.com
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
2
1
Struktura materiałów – SZCZEBLE ZORGANIZOWANIA MATERII:
•
cząstka elementarna,
•
jądro atomowe,
•
atom,
•
cząsteczka (molekuła),
•
faza,
•
mikrostruktura
mikrostruktura,
•
konstrukcja [1].
web.buddyproject.org
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
Struktura materiałów
FAZA - jednorodna część niejednorodnego układu, oddzielona
od pozostałych jego części granicami międzyfazowymi
itl.chem.ufl.edu
Charakterystyka stanów skupienia oraz sił spójności
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
4
2
Struktura materiałów – RODZAJE WIĄZAŃ
WIĄZANIA PIERWOTNE
Energia wiązania
E
a
JONOWE
KOWALENCYJNE
METALICZNE
WIĄZANIA WTÓRNE
WODOROWE
VAN DER WAALSA
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
5
Struktura materiałów
CHARAKTERYSTYKA WIĄZAŃ PIERWOTNYCH I WTÓRNYCH
Struktura materiałów
MIKROSTRUKTURA - zestaw cech, opisujący przestrzenne
rozmieszczenie faz oraz występujących w obrębie tych faz lub
między nimi wszelkiego rodzaju defektów budowy fazowej
www.lacitycollege.edu/
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
6
3
Klasyfikacja i ogólna charakterystyka materiałów
WYSTĘPOWANIE W PRZYRODZIE
MATERIAŁY NATURALNE
MATERIAŁY SZTUCZNE
SPOSÓB UPORZĄDKOWANIA ATOMÓW W PRZESTRZENI
MATERIAŁY KRYSTALICZNE
MATERIAŁY AMORFICZNE
MATERIAŁY KOMÓRKOWE
http://www.msm.cam.ac.uk/
http://www.msm.cam.ac.uk/
http://www.aer.bris.ac.uk/
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
7
Klasyfikacja i ogólna charakterystyka materiałów
NATURA WIĄZAŃ MIĘDZYATOMOWYCH (MIĘDZYCZĄSTECZKOWYCH)
METALE
POLIMERY
CERAMIKA
KOMPOZYTY
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
8
4
Klasyfikacja i ogólna charakterystyka materiałów
METALE - charakter wiązań metalicznych zapewnia im takie
cechy jak:
• duża przewodność elektryczna i cieplna oraz połysk
metaliczny
(swoboda
uwspólnionych
elektronów
walencyjnych),
• nieprzezroczystość,
• możliwość odkształcenia plastycznego.
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
9
Klasyfikacja i ogólna charakterystyka materiałów
POLIMERY - makrocząsteczki złożone z identycznych ogniw
zwanych merami, nazywane też plastikami lub tworzywami
sztucznymi
t
i są materiałami
t i ł i organicznymi
i
i (zbudowanymi
( b d
i ze
związków węgla) [ 1 ].
Cechy charakterystyczne:
• mała gęstość,
• właściwości izolacyjne, zarówno cieplne jak i elektryczne,
• słabo odbijają światło - tendencja do przezroczystości,
• duża giętkość i odkształcalność (elastomery, gumy),
• nie nadają się do pracy w podwyższonej temperaturze.
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
10
5
Klasyfikacja i ogólna charakterystyka materiałów
CERAMIKA
-
pojęcie
najczęściej
stosowane
do
stechiometrycznych związków jonowo połączonych jednego,
lub kilku pierwiastków metalicznych
y z niemetalicznymi
y (g
(głównie
z tlenem, azotem, węglem lub borem) [ 1 ].
Cechy charakterystyczne:
• wysoka twardość i kruchość,
• większa od metali odporność na działanie wysokiej
temperatury i agresywność środowiska,
środowiska
• mała przewodność i rozszerzalność cieplna,
• właściwości
izolacyjne,
choć
niektóre
wykazują
właściwości półprzewodnikowe, a niedawno odkryto również
ceramiczne wysokotemperaturowe nadprzewodniki
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
11
Klasyfikacja i ogólna charakterystyka materiałów
CERAMIKA
Podział materiałów ceramicznych:
• ceramika inżynierska,
inżynierska
• cermetale,
• ceramika porowata,
• szkła,
• ceramika szklana.
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
12
6
Klasyfikacja i ogólna charakterystyka materiałów
KOMPOZYTY - idea materiałów kompozytowych wzięła się
z potrzeby łączenia ze sobą różnych materiałów w celu
przezwyciężenia niedostatków tego z nich, którego inne
właściwości są szczególnie użyteczne. Dzięki temu właściwości
kompozytu są wyższe niż właściwości tworzących je faz [ 1 ].
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
13
Klasyfikacja i ogólna charakterystyka materiałów
UŻYTKOWE FUNKCJE MATERIAŁÓW
TWORZYWA KONSTRUKCYJNE
TWORZYWA FUNKCJONALNE
TWORZYWA BIOMEDYCZNE
TWORZYWA BUDOWLANE
TWORZYWA WŁÓKNISTE
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
14
7
Klasyfikacja i ogólna charakterystyka materiałów
Znaczenie różnych grup materiałów w różnych okresach rozwoju cywilizacji ludzkiej
Przykłady zastosowania nowoczesnych materiałów
Zasoby
y surowcowe Ziemi
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
15
Literatura zalecana:
1.
Grabski M.: Istota inżynierii materiałowej. Oficyna Wyd. Pol. Warszawskiej, Warszawa 1995
2.
Szarras S.: Budowa ciała stałego. WNT, Warszawa 1974
3.
Okoniewski S.: Podstawy fizyczne technologii materiałowej. WNT, Warszawa 1974
4.
Jasiński W.: Materiałoznawstwo – wykłady. http://www.jaswal.ps.pl/
5.
Rudnik S.: Metaloznawstwo. PWN, Warszawa 1998
6.
Dobrzański L. A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. WNT, Warszawa 1999
7.
Ashby M. F.: Materials selection in mechanical engineering. Elsevier, London 1999
Literatura uzupełniająca:
p
ją
Przybyłowicz K.: Podstawy teoretyczne metaloznawstwa. WNT, Warszawa 1999
Schulze G. E. R.: Fizyka metali. PWN, Warszawa 1982
Ashby M. F., Jones R. H.: Materiały inżynierskie – cz. I i II. WNT, Warszawa 1995
Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2011/2012 - dr inż. Maciej Motyka
16
8