KLASYFIKACJA MATERIAŁÓW WRAZ Z GENERALNĄ CHARAKTERYSTYKĄ WŁAŚCIWOŚCI

METALE:

-połyskujące metalicznie pierwiastki

-przewodzenie ciepła i prądu

-wysoka udarność, wytrzymałość oraz plastyczność

Wzrost temperatury powoduje spadek przewodności plastycznej. Ich stopienie(przynajmniej dwóch) lub z niemetalami prowadzi do powstania stopów wykazujących cechy metaliczne w/w.

POLIMERY:

- tworzywa sztuczne

-substancje organiczne zbudowane z cząstek o znacznych wymiarach

-mała wytrzymałość, przewodnictwo cieplne i elektryczne

-niewytrzymałe na wysoka temperaturę

-dogodne do modelowania z nich produktów

-małe koszty produkcji

POLIMERY NATURALNE:

-celuloza: podstawa każdej rośliny, niezastąpiony składnik budulcowy ścian komórkowych

-lignina: istotny element komórek ścian roślinnych

białka: żelatyna, włókna m.in. wełniane i jedwabne

-polimery są materiałami o małej wytrzymałości

-są podatne na pękanie

-ulegają wydłużeniu

CERAMIKA I SZKŁO:

-związki nieorganiczne używane zwykle jako izolatory, należą tu zazwyczaj tlenki, azotki, węgliki

-małe przewodnictwo elektryczne

-mała udarność i plastyczność

-duża twardość oraz odporność na ściskanie i ścieranie

-wytrzymałe na wysoką temperaturę

-polimery są zwykle polikrystaliczne (wielo-krystaliczne)

-szkła należą do materiałów amorficznych

MATERIAŁY CERAMICZNE:

-substancje węglowe, grafit (cechuje go wyższa niż u stali wytrzymałość)

-ogniotrwałe

- fajans, ceramika elektrotechniczna, porcelit, porcelana stołowa

-materiały budowlane, podłogi

-szkło

-materiały do skrawania, akcesoria ścierne

- elementy konstrukcyjne

Zastosowanie: w elektryce, mechanice, chemii (części sterujące w piecach mikrofalowych), stomatologii, technice (głowice magnetofonowe), optyce, przemyśle nuklearnym (układy alarmowe, wykrywanie nieszczelności, wentylatory), w izolacjach termicznych

KOMPOZYTY:

-powstają w wyniku połączenia metali, ceramiki, szkieł i polimerów, dzięki czemu uzyskują lepsze właściwości aniżeli surowce, z których powstają

-przewodnictwo elektryczne mniejsze niż u metali

-nieduża plastyczność i udarność

-ze zwiększeniem temperatury obserwuje się wzrost przewodnictwa elektrycznego

-ze względu na właściwości stosowane w elektronice natomiast nie używa się ich jako materiały konstrukcyjne

ELASTOMERY:

-zespół materiałów sztucznych i naturalnych

-łatwo ulegają deformacji po poddaniu wulkanizacji w pokojowej temperaturze, ale w chwili zaprzestania działania siły rozciągającej szybko i prawie całkowicie odzyskują pierwotny kształt i wymiary

-kauczuk naturalny wraz z pochodnymi, kauczuki otrzymywane syntetycznie i tzw. elastomery termoplastyczne (są to tworzywa posiadające cechy zbliżone do kauczuków, ale topiące się po nagrzaniu, co daje możliwość ich przetwórstwa takimi sposobami, które są stosowane w obróbce termoplastów)

-są surowcami do produkcji opon samochodowych, uszczelek

TERMOPLASTY:

-tworzywa sztuczne o budowie makrocząsteczkowej w formach liniowej lub rozgałęzionej

-w podwyższonej temperaturze wykazują łatwość wielokrotnego przejścia w stan plastyczny

-kształt nadany w trakcie ogrzewania, po ostudzeniu zostaje zachowany

-zazwyczaj są rozpuszczane w rozpuszczalnikach organicznych

-są to m.in. polipropylen, polietylen, poliamidy, polistyren, polichlorek winylu, polimetakrylan metylu

-używane metody formowania to: wytłaczanie i formowanie wtryskowe

- polietylen (PE) - folie, rury, pojemniki, filiżanki, opakowania

-substancją o lepszych własnościach jest polipropylen, jest m.in. lekki, sztywny, odporny na emisję promieniowania słonecznego

TEFLON:

-materiał ognioodporny

-stosowany w wysokich temperaturach

-wytrzymały mechanicznie i termicznie ( w ciągu dość długiego czasu wytrzymuje ponad 250oC)

-jest izolatorem(dielektrykiem)

-niewielki współczynnik tarcia

-wytrzymały na stosowanie środków chemicznych oraz czynników atmosferycznych

-używany do produkcji: łożysk bezsmarowych, elementów armatury, uszczelek, kabli, wykładziny sprzętu chemicznego, naczyń kuchennych, itp., w Polsce używa się nazwy handlowej tarflen

POLISTYREN (PS)

-wytwarzany w efekcie polimeryzacji styrenu

-jest to przezroczysta masa posiadająca świetne zastosowanie jako izolacja elektryczna

-wytrzymały na działanie chemikaliów

-polistyren nisko-udarowy- wrażliwy na podwyższoną temperaturę (ok.65o), kruchy, używany do produkcji części radiotechnicznych, izolacji, folii kondensatorowych, artykułów gospodarstwa domowego, polistyren piankowy - znany jako styropian

- wysoko-udarowy polistyren z dodatkiem kauczuków jak wynika z nazwy charakteryzuje się zwiększoną udarnością i odpornością chemiczną niż w/w polistyren nisko-udarowy, używany do produkcji części samochodowych, przedmiotów codziennego użytku jak: lodówki, rowery, kaski,

DUROPLASTY

-duromery, polimerowe tworzywa sztuczne, utwardzalne w rezultacie nieodwracalnego procesu sieciowania, po ogrzaniu nie poddają się ponownemu uplastycznieniu

-rozróżnia się tworzywa termoutwardzalne ( utwardzane w wyniku ogrzewania), lub tworzywa chemoutwardzalne (otrzymywane przy użyciu chemicznych związków- utwardzaczy)

-przykładem duroplastów są: fenoplasty, aminoplasty, żywice epoksydowe oraz nienasycone żywice poliestrowe

-są stosowane jako laminaty konstrukcyjne- zwane sztucznymi metalami, kleje termo- i chemoutwardzalne, pianki, włókna oraz żywice lakiernicze.

EPOKSYDORY

-stanowi osnowę w kompozytach zbrojeniowych oraz włóknach sztucznych

-używane przy produkcji klei

WIĄZANIA MIĘDZYATOMOWE

Jedną z wielu właściwości fizycznych danego pierwiastka jest jego stan skupienia. Tradycyjnie wyróżnia się trzy takie stany: ciekły, gazowy i stały. Istnienie danego stanu jest uwarunkowane odległościami międzyatomowymi, temperatura i ciśnieniem. W gazach te odległości są znaczne, a w pozostałych fazach są niewielkie. Z tego powodu stan ciekły i stały określane są jako stany skondensowane.

WIĄZANIE JONOWE- polega na utworzeniu pary jonowej, w wyniku przejścia elektronu walencyjnego z jednego atomu na drugi. Jest to spowodowane dążeniem do stworzenia w zewnętrznej powłoce oktetu elektronowego (stałej konfiguracji 8-elektronowej) tak aby przyjąć budowę analogiczną do budowy gazu szlachetnego. Dwuatomowa cząsteczka choć w sumie jest obojętna, przyjmuje budowę biegunową (dwa różnoimienne ładunki), w kationie ma ładunki dodatnie natomiast w anionie ujemne, przez co może wpływać na otoczenie. Molekuła o takiej budowie nosi nazwę dipolu. Substancje o takim wiązaniu są przezroczyste, o różnej barwie, nieznacznie przewodzą prąd i są odporne na deformacje plastyczne.

WIĄZANIE VAN DER WAALSA - inaczej wiązanie międzycząsteczkowe, działa na zasadzie przyciągania atomów gazów szlachetnych oraz rzeczywistych. Określony moment sprawia, że atom może stać się chwilowym dipolem uzyskując zmienny w czasie rozkład ładunku. Poruszenie elektronów w danym atomie wpływa również na ruch i rozlokowanie elektronów w powierzchniowej powłoce elektronowej innego atomu, co powoduje elektryczną indukcję obu atomów oraz zapoczątkowują istnienie tzw. dipolu indukowanego. To co decyduje o stworzeniu wiązania międzycząsteczkowego to siły oddziaływujące pomiędzy niniejszymi otoczeniami. Wiązanie to jest zazwyczaj słabsze od pozostałych odmian wiązań. Do substancji charakteryzujących się wiązaniem van der Wasala charakteryzujących m.in. należą gazy szlachetne w formie skroplonej oraz zestalone cząsteczki składające się z dwóch atomów np. H, N, O czy też chlorowców. Wiązanie takie istnieje również między łańcuchami i pierścieniami w kryształach nie polarnych jak też kryształach Se, S, Te. Kryształy o takim wiązaniu są przezroczyste, niejednokrotnie barwne oraz są izolatorami prądu.

WIĄZANIE METALICZNE- jego meritum stanowi gaz elektronowy, powstały w konsekwencji oderwania się z powłok metali części albo wszystkich elektronów walencyjnych. Odłączone elektrony swobodne w formie gazu elektronowego tworzą własność wszystkich molekuł i są ruchliwe w całej objętości metalu. W wyniku pozbawienia atomów elektronów walencyjnych stają się jonami o wartości dodatniej, czyli rdzeniami atomowymi. W stanie stałym charakteryzują się idealna budową krystaliczną, obejmując w sieci przestrzennej pozycje węzłowe. Dookoła rdzeni atomowych wiruje gaz elektronowy o minusowej wartości ładunku elektrycznego, który w efekcie elektrostatycznego oddziaływania z naładowanymi rdzeniami decyduje o wiązaniu między atomami metali. Okazja nieograniczonego poruszania się elektronów pomiędzy atomami bierze się z najbliższego sąsiedztwa rdzeni atomowych w budowie krystalicznej, dotykających się ze sobą powierzchniowymi powłokami elektronowymi. Nie obserwuje się w wiązaniu metalicznym charakteru kierunkowego czym odróżnia się od pozostałych wiązań.

WIĄZANIE KOWALENCYJNE- (inaczej atomowe), spotykane w gazach. Między jednakowymi atomami tworzy się połączenie wytworzone z dwóch elektronów walencyjnych, przypisanych każdy do danego atomu, pary elektronów będącej wspólna własnością obu atomów. Górną granicę liczby wiązań możliwych do zaistnienia pomiędzy atomami, jest ilość niesmarowanych elektronów w atomie. Parametr ten opisany jest regułą "8-N", gdzie N- numer grupy w tablicy Mendelejewa, do jakiej przynależy dany atom. Często wiązanie atomowe istnieje na skutek hybrydyzacji atomów, polegającej na wymieszaniu dwóch lub więcej orbitali atomowych. Substancje o wiązaniu atomowym nie przewodzą prądu. Molekuły powstałe z identycznych atomów nie są dipolami. Kiedy obserwuje się biegunowość cząsteczki, wtedy mówi się o wiązaniu atomowo-spolaryzowanym. Najlepszym przykładem czystego wiązania kowalencyjnego jest diament. Jest to bezbarwne, przezroczyste ciało stałe, bardzo twarde, nie przewodzące prądu. Innymi przykładami są Ge, Si, Sn- szara, są one nieprzezroczyste, szare, posiadają cechy półprzewodników.

UKŁADY ORAZ SIECI KRYSTALICZNE

Składnikami sieci przestrzennej są krawędzie (powstałe na skutek przecięcia płaszczyzn), wspomniane już płaszczyzny oraz węzły, będące rezultatem przecięcia się krawędzi. Konformacje wymienionych składników opisują podstawowe elementy symetrii:

-płaszczyzny symetrii

-osie symetrii

-środek symetrii

Sieć przestrzenna są to trzy rodziny równoległych oraz jednakowo odsuniętych od siebie płaszczyzn sieciowych nazywanych ścianami. W zależności od ilości elementów symetrii wyróżniamy siedem układów krystalograficznych posiadających 14 prawdopodobnych sieci translacyjnych (sieci Bravaisa).

Układ

symbol sieci Bravaisa

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