Materjalide keemia (0)

Pilet 1.Materjali all mõistetakse sageli tahket ainet, millest võib valmistada midagi kasulikku. Materjal on selline kindlate kasulike omadustega aine või ainete kompleks , mida kasutatakse kas otseselt või kaudselt inimese eksistentsi garanteerimiseks ja elu kvaliteedi parendamiseks. Materjali liigid on näiteks looduslik või sünteetiline, orgaaniline või anorgaaniline , massiivne või väike. Materjale on raske klassifitseerida, sest tunnused on ebamäärased. Materjalide keemia uurib mikrostruktuuri(aatomite, ioonide või molekulide asetus (vastastikune asukoht) mõju materjalide makroskoopilistele(füüsikalised, mehaanilised, rakendusomadused) omadustele. Materjaliteaduse eesmärk on uurida materjale ja nende omadusi ning luua uusi materjale, mille omadused vastaksid mingitele konkreetsetele vajadustele. Materjalide keemia eesmärk XXI sajandil on uute materjalide süntees lähenedes süsteemselt ja teaduslikult(mida kasutatakse, milliseid omadusi tuleb parandada, mida tehakse selles suunas, uue meetodi arendamine, uue produkti süntees, katsetamine, meetodi optimeerimine , tootmine). Materjalide sturktuur – eristatakse liht- ja komposiit (ehk liit) materjale. Lihtmaterjalid võivad olla keerulise koostisega, kuid erinevad koostisosad ei eristu materjalis selgesti, samuti need koostisosad ei erine üksteisest mehaaniliste ja tehnoloogiliste omaduste poolest. Liitmaterjalid koosnevad mitmest sootuks erinevate omadustega ainest. Liitmaterjali valmistamisel saab kompenseerida ühe materjali puudujääke teiste materjali abil. Materjali omaduste puhul jagunevad materjalid kaheks. Isotroopne materjal – omadused on ühesugused kõikides ruumi suundades ja anisotroopne materjal – omadused on mõnes suunas erinevad. Omadusi mõjutab see, kas materjal on ühtlane või defektidega. Materjalide omadused võivad olla füüsikalised(tihedus, sulamistemp.), keemilised, bioloogilised, tehnoloogilised või mehaanilised(elastsuspiir). Tugevus on tahke aine omadus panna vastu välisjõudude mõjule, mis püüavad teda purustada või deformeerida. Deformatsiooni on kahte liiki – elastne ja plastne . Kui jõud on suured, siis ese puruneb. Eri liiki tugevused on tõmbetugevus, survetugevus, paindetugevus , väändetugevus ning nihketugevus . Staatiline tugevus – vastupidavus pidevalt mõjutavale jõule. Dünaamiline tugevus – omadus panna vastu suure kiirusega muutuvale koormusele. Sitkus - materjali omadus koormamisel taluda olulist deformeerimist enne purunemist. Sitkuse vastupidine omadus on haprus . Väsimus - omadus puruneda perioodiliselt muutuva jõu toimel. Tugevust mõõdetakse katseliselt. Masin sikutab materjali – määratakse tõmbetugevust. Keskelt lükkab masin alla, äärtest paigal – saab teada paindetugevuse . Kõvadus on omadus osutada vastupanu teisele kehale, mis püüab temasse tungida . Jaguneb staatiline ja dünaamiline kõvadus. Dünaamiline – seda iseloomustab tagasi põrkamise kõrgus või võnkumise sumbumine. Staatiline Brinelli , Vickersi ja Rockwelli kõvadus, kus suure massiga surutakse väikse pindalaga teemant või wolfram karbiid otsaga keha sisse.
Petool ja reaktiivkütused. Need on naftast saadud kütuseliigid. Petrool on süsivesinik, mis koosneb C9-C16. Saadakse destillatsioonil 150-320 °C juures, tihedusega 0,76-0,84. Sisaldab 20-60% alkaane, 20-50% naftaleeni ning 5-25% areene, sh ka bitsüklilised. Petroolist on tehtud lambiõlid, lahustid , soojuskandjad, reaktiiv - ja raketikütused. Petroolil on suur põlemissoojus, ca 43MJ/kg ning kõrge leekpunkt , üle 28°C. Reaktiivkütuste olulised parameetrid on viskoossus , sest paralleelselt täidab ka määrimisfunktsiooni, fraktsioonikoostis, hangumistemperatuur on alles -60 °C, leekpunkt on ka üle 28°C, termooksüdatsiooni kindlus 150 °C juures, madal S, N ja O sisaldus, antioksüdantid (BHT, 4,4’-oksüdifenüülamiin), madal korrosiooni aktiivsus, V ja S sisaldus peab olema minimaalne. Klaaskiud on ühemõõtmeline klaas, mis on üsna painduv ning saab kangaks kududa. Seda valmistatakse pressides sula klaasimass läbi peente avada niitideks. Odavamat klaaskiudu saadakse sulaklaasi pinnalt niite tõmmates või suruõhku läbi sulaklaasi puhudes – õhumullid haaravad klaasi niitidena kaasa. Õhu käes jahtudes tarduvad niidid otekohe. Saab teha klaasvilla, mis on täiesti tuleohutu, sobib filtermaterjaliks ka.
Pilet 2.Tahkes olekus on aatomid , ioonid või molekulid paigutunud staatiliselt. Nende osakeste vastastiktoime määrab ära tahkise omadused. Sideme liigid tahkistes-Iooniliste sidemetega tahkised , koosnevad katioonidest ja anioonidest, kõrge sulamistemperatuur , võre energia sõltub iooni suurusest ja laengust, kovalentse sideme osakaal kasvab koos polariseeritavuse kasvuga, lahustuvad ainult polaarsetes lahustes(NaCl, CaCl2 ). Metalliliste sidemetega tahkised- kõrge soojus - ja elektrijuhtivus , madal ionisatsioonispotentsiaal, sepistatavus, plastsus , eksisteerivad tavaliselt kristallilises olekus, uue materjalina amorfsed metallid (mehaaniliselt eriti tugevad, kõvad ja purunemissitked). Kovalentsete sidemetega tahkised-sageli kõrge s.t. ja suur kõvadus, aatomite paigutus mõjub omadustele (võrdle grafiiti , teemanti ja fullereeni). Molekulaarsete sidemetega tahkised- nõrgad molekulidevahelised jõud (madal s.t.), nii kristalsed kui amorfsed ained, lahustuvad hästi nii polaarsetes kui mittepolaarsetes solventides. Kristallilistes materjalides esineb korrapäraselt paigutunud aatomeist koosnev tahke homogeenne ja regulaarselt korduva ühikrakuga struktuur.Korrastamata ehk kristallistruktuurita ainet nimetatakse amorfseks. Kristalliline olek- Kristall - lõpmatu perioodiliselt paigutatud ioonide, molekulide või aatomite hulk. Kristallis võivad sisalduda solvendi molekulid (nt kristallhüdraadid). Polümorfism - keemilise aine omadus kristalliseeruda mitmel eri kujul. Ühe elemendi jaoks polümorfismi nimetatakse allotroopiaks. Isomorfism – erinevate ainete omadus kristalliseeruda samal kujul. Kristallide kasvatamine - kristall võib kasvada lahuses, sulamis või aurus või nende kombinatsioonis. Osakesed paigutavad nii, et vabaenergia oleks minimaalne. Tahkises tekib kaugkord. Kui kristallide kasvukiirus on suur, siis osakesed paigutavad lähinaabrite suhtes korrapäraselt (lähikord), kaugkord puudub. Kristallide tekkel võib eristada kaht etappi : nukleatsioon (kasvutsentrite tekkimine) ja kristallide kasv. Teatud hulga molekulide olemasolul ja nende sobival omavahelisel orientatsioonil võivad tekkida mikroskoopilised osakesed, kasvutsentreid (nucleos), milledega võivad liituda uued molekulid ja algab kristalli korrapärane kasv. Protsessi mõjutab hulk faktoreid – pH, viskoossus, ioontugevus, kontsentratsioon, temperatuur, segamine, nõu pinna karedus jne. Selleks et saada suuri kristalle, peab esialgseid kristalli keskmeid (kristallisatsiooni tsentreid) olema vähe, vastasel juhul saadakse hulk väikesi kristalle. Osakeste õigeks orienteerumiseks peab olema väike ka kristallisatsiooni kiirus. Niitkristallid ehk whiskersid tekivad siis, kui kristallid kasvavad ainult ühes suunas. Moodustuvad metallidest, süsinikust, oksiididest (Al2O3, ZrO2 ), karbiididest, nitriididest ning nende diameeter 0,5-5 mm, pikkus 0,5-5 mm, ebatavaliselt kõrge mehhaanilise tugevusega . Tekib sulami pinnale mikrotilk, mille pinnal on tohutu hulk keemiliselt aktiivseid punkte pinnale sattuvate erinevate ainete osakeste, aatomite ja molekulide adsorptsiooniks. See tähendab, et iga tilgakesega kokkupuutuv molekul viibib pinnal molekulaarsete protsesside mõistes piisava aja, mis viib tilgakeses kristallisatsioonilise küllastumise tingimustes tilgakese pinnal kristalliseeruva materjali eraldumiseni. Tilgake eraldub pinnalt ning pinna ja tilgakese vahel tekib visker, mille mõõtmed on ligilähedased tilgakese diameetriga. Kasutatakse VLS (vapour-liquid- solid ) meetodit, mis põhineb ühedimensionaalse struktuuri, nt nanotraadi tekkel aurufaasist eraldumisel. Paberi tootmine, paberi liigid. Paberitööstuse lähteaineteks on puitmass (nii okas- kui lehtpuude puit), üheaastaste taimede õled, põhk ( riis , kanep , lina, pilliroog ), vanapaber või kaltsud ( puuvill ja lina). Olulised parameetrid on kiudude pikkus, paber okaspuutselluloosist (~3 mm) ontugevam kui lehtpuidust ~1mm, kiudude ehitus, okaspuidust paber on tihedam ja tugevam,lehtpuidust läbipaistmatum ja parema imavusega, keemiline koostis, hemitselluloos suurendab tugevust, tihedustja läbipaistvust. Ligniin on vastupidise mõjuga. Paberi tootmine - Jahvatamine, seejärel täiteainete lisamine. Hüdrofobiseerimine, liimimine , mineraalsed täiteained ( kaoliin ), värvained. Siis pumbatakse masinasse. Sõela peal levitatakse ühtlase kihiga (~90% H2O), vesi eraldatakse, mass tiheneb, kuivatatakse kuumade rullide vahel, pressitakse rullide vahel ja muutub siledaks ja tihedamaks. Lõpuks rullitakse kokku.Paberi liigid – pooltselluloosist tehakse pakkepaberit ja pappi. Puitmassist tehakse ajalehepaberit. Kulumiskindel ning teise paksusega on rahapaber. Väävelhappe abil tehakse pärgamendi paberit, mis ei lase vett ega rasva läbi. Liimitavate pindade ettevalmistamine. Liim peab korralikult nakkuma liimitava pinnaga. Nakkumise eeltingimuseks on märgumine. Kui hüdrofiilse pinna peal on õhuke “rasva” kiht muutub pind hüdrofoobseks ning seepärast peab pinda puhastama org. solventidega. Peab eemaldama tolmu. Liimimiseks on hea poorsed (puit, paber, keraamika) ning karedad pinnad. Kui poor on kitsa suuga alla võib jääda õhukott. Pooris võib olla adsorbeeritud vedelik (vesi) mis takistab liimi imbumist. Pinna võib karestada liivapaberi või abrasiivpulbriga.
Pilet 3. Kristallograafia põhimõisted. Kristall on keemilise elemendi, ühendi või isomorfse segu korrapäraselt paigutunud aatomitest koosnev tahke regulaarselt korduvate osakestega 3D-struktuur. Neist väikseim on asümeetriline ühik, milledest moodustub elementaarrakk, milledest omakorda aga kristallivõre. Elementaarrakk on minimaalse ruumiga ühik, millel on säilinud kristalli sümmeetria elemendid. Elementaarraku küljed ja nurgad on võre parameetrid. Võre baasiks nimetatakse aatomite gruppi, mis kuulub elementaarrakku. Ideaalne kristall saadakse sellise grupi lõpmatukordsel kordamisel – järjestikusel nihutamisel võre vektorite suundades. Vastavalt elementaarrakus asetsevate aatomite asukoha järgi on elementaarrakul seitse klassi (trikliinne, monokliinne, rombiline (ortorombiline), heksagonaalne, romboeedriline, tetragonaalne ja kuubiline ). Neile vastab 14 Bravais’ võret. Sama süngoonia piires eristuvad Bravais’ võred võresõlmede asendite poolest: primitiivsed (P, võresõlmed vaid kokkuleppelise raku tippudes), ruumtsentreeritud (I, lisaks üks kokkuleppeline võresõlm), tahktsentreeritud (F, lisaks neli kokkuleppelist võresõlme) ja baastsentreeritud (C, lisaks kaks kokkuleppelist võresõlme) võred. Bravais’ võre sõlmed võivad aga ei pea kokku langema füüsiliste aatomite asukohtadega. Kui vaadata kristalli koosnevana ühesugustest kerakujulistest osakestest, siis on oluliseks ülesandeks leida osakestele niisugune paigutus, et ruumi täitmine oleks maksimaalne. Paljud metallid on just tihedaima pakendiga. Üks põhjusi – metalliline side ei ole suunatud, teiseks –tihedaima pakendiga struktuuride korral on aatomite valentselektronide orbiitide kattumine suurem, seetõttu on elektronide delokaliseeritus maksimaalne ning sellise struktuuri moodustumisel eraldub rohkem energiat. Ühes tasapinnas on võrdse raadiusega kerasid võimalik maksimaalse tihedusega paigutada ainult ühel viisil – kui iga kera (tsentraalaatomit) ümbritseb kuus kera. Järgmise kihi saame kui kerad asetada parasjagu alumise kihi aukudesse. Kolmanda kihi asetamiseks on kaks võimalust: kas asetada sellistesse aukudesse, mis asetsevad esimese kihi aukude kohal või teist tüüpi aukudesse, mis ei asetse otseselt esimese kihi aukude kohal. Tähistades esimese kihi aatomid A, teise kihi aatomid B, siis esimesel pakendi juhul – heksagonaalse tihedaimalt pakendatud struktuuri korral paiknevad aatomid üksteise kohal nagu ABABAB, teisel juhul nagu ABCABC, st lihtsaima struktuuri moodustamiseks on vajalik kolm aatomite kihti (cubic close packed – ccp). Teine struktuur on tegelikult tahktsentreeritud kuubiline struktuur (fcc). Mõlemal juhul hõlmavad kerad 74% ruumalast ning need on metallide korral üldlevinud struktuurid . A1 Vase fcc struktuur (tahkkeskendatud kuubiline võre). Metallid on suhteliselt pehmed , plastsed , kergesti töödeldavad. Paljud annavad ühtlasi tahkeid lahuseid, nt Ag-Au, Cu-Au. Elementaarrakus on neli aatomit, milles igat ümbritseb 12 lähiaatomit. Tihedaimaks pakkimisviisiks on kolmekihiline kuubiline. Selles struktuuritüübis kristalluvad paljud metallid Ag, Al, Au, -Ca, Ir, Pb jne. A2 Voframi bcc struktuur on ruumtsentreeritud kristallivõre. Nii kristalluvad raskestisulavad, aluselised ja leelismuldmetallid. Tihedus on ainult 0.68. Niisugune „kohev“ struktuur kergendab lisandite sisseviimist sulamisse. Samasse struktuuritüüpi kuuluvad metallid Ba, Cr, Cs, -Fe, K, Li jm A3 Magneesiumi hcp struktuur (heksagonaalne tihepakend). Primitiivne heksagonaalne elementaarrakk koosneb kolmest kihist . B kihi aatom asub ebasümmeetriliselt elementaarraku projektsioonis, tühi ja pooleldi täidetud kihid võivad üksteise suhtes libiseda . Koordinatsiooniarv on 12. Struktuuri tüüpi kuuluvad nt. Be, Cd, -Ni, -Ti. A9 Grafiidi struktuur. Elementaarrakk on samuti primitiivne, kui a ja c väärtused erinevad oluliselt. Grafiidil a=0.142, c=0.339 ja c/a=2.39. Grafiidi kihiline kristallivõre ei ole maksimaalse tihedusega. A4 Teemandi tüüpi Si, Ge, alfa Sn. Ehituskeraamika on savitooted põletatud kõrgel temperatuuril 900-1000 °C. Sisaldab lisandeid - Kvartsliiv ja tolm 50-60% vähendab savi plastsust, annavad tugevust, Karbonaadid on kahjulikud, sest paagutamisel lagunevad ja lõhuvad eseme, Sulfaadid alandavad paakumistemperatuuri, põhjustavad toote purunemist, Orgaanilised ained põletamisel tekitavad poorsust, Veehulk määrab savi plastust. Hea kui savi ei ole väga pehme ja mitte liiga paks. Tellise omadused sõltuvad savi ja lisaainete kvaliteedist, valmistamismeetodist, põletus temperatuurist ja ajast. Poorsus sõltub põletusprotsessist -mida kõrgem temperatuur, seda väiksem üldine poorsus. Niiskusomadused on seotud poorsusega, ca 15%. Külmakindlus, vähemalt 25 külmatsüklit, see seotud niiskusega. Tänu suure tihedusele on hea helipidavus . Katusekivid on tulekindlad, pika elueaga, veekindlad, külmakindlad, keemiliselt ja bioloogiliselt vastupidavad, vaiksed vihma ajal (hea heliisolaator). Puuduseks on suur kaal - katuse nurk üle 30°. Keraamilised plaadid võivad olla glasuuriga(et anda veekindlust) ja ilma:Monocottura on ühekordne põletus. Plaat pressitakse, kuivatatakse, kaetakse glasuuriga ja põletakse. Suure tihedusega, tugev, kulumiskindel, kuid mõõdud kõikuvad. Kasutatakse välistingimustes ja põrandplaatideks.Bicottura on kahekordne põletus. Plaat pressitakse, põletakse, siis kaetakse glasuuriga ja põletakse uuesti. Ei ole nii tugev nagu monocottura. Glasuuride valik on laiem, võib olla mustriga ja joonistega. Kasutatakse sisetöödeks. Kontaktliimid - Peale solvendi aurustumist liimi pind jääb kleepuvaks. Mõnedel juhtudel liim -liim adhesioon on väga tugev. Näiteks on Moment liim kontaktliim. Oluline on kokkusurumise tugevus mitte kestvus. Peale kokkusurumist ühendus peab “kuivama” mõni tundi . Eelised- Kuna see kuivab kauem, siis on kergem katta suurt pinda. Kontakt liim ei voola kokkusurumisel pindade vahelt välja.
Pilet 4. Interstitsiaalne tühimik on aatomikihtidevaheline tühik kristallivõres. Kui tühimik kolme aatomi vahel on kaetud järgmise kihi aatomiga, tekib tetraeedriline tühimik (tühimik nelja aatomi vahel). Tihedaima pakendi korral iga aatomi kohta kaks sellist tühimikut. Kui tühimik kolme aatomi vahel kattub aga teise kihi tühimikuga, siis tekib oktaeedriline tühimik (tühimik kaheksa aatomi vahel). Tihedaima pakendi korral üks tühimik iga aatomi kohta. Tetraeedrilise tühimiku (T-tühimiku) raadius on 0.225, oktaeedrilise tühimiku (O-tühimiku) oma 0.414 võre moodustavate aatomite suhtes . Niisugustesse tühimikutesse võivad paigutuda väikesed Si, C, O ja H ioonid, moodustades silikaate, oksiide , hüdriide, nitriide..
Interstitsiaalsed tühimikud omavad asendamatut tähtsust kristalli struktuuris. Keerulise koostisega kristallides asub alati osa ioone ja molekule neis tühimikutes. Sõltuvalt aatomite (molekulide) suurusest ja ühendi stöhhiomeetrilisest koostisest võivad need T- ja O-tühimiku puhul olla täidetud osaliselt või täielikult. NaCl B1 tüüpi kuubilises tahktsentreeritud kristallivõres kaks võret on nihutatud üksteise suhtes. Suured kloriidioonid asuvad fcc kristallivõre sõlmpunktides, naatriumi ioonid aga oktaeedrilistes tühimikutes. Kuid seda struktuuri võib vaadelda kui naatriumi fcc võret, kus anioonid on oktaeedrilistes tühimikutes. Iga ioon on oktaeedriliselt koordineeritud kuue vastasiooniga. Vastav struktuur omab 6,6-koordinatsiooni, mille tähistuses esimene number näitab katiooni , teine aga aniooni koordinatsioonide arvu. Sarnane struktuur on ka teistel leelismetallide halogeniididel peale CsHal, milles tseesiumi iooni mõõtmed lähenevad aniooni omadele. Vastav struktuur on kuubiline, kus tseesiumi ioon asub kuubi tsentris . Fluoriidi CaF2 tüüpi struktuur. Fluori ioonid asuvad tetraeedriliselt. Kristalli stöhhiomeetria sinised ioonid (Ca2+) = 8×1/8+6×1/2=4, rohelised ioonid (F-) = 8×1=8, seega ioonide suhe on Ca4F8 = 2:1. Kristallivõret, kus kristallivõre sõlmpunktides võivad olla nii katioonid (fluoriidis) kui anioonid, nimetatakse antifluoriidiks (nt leelismetallide oksiidid nagu Na2O ). Sfaleriidi (tsinkläike) ZnS struktuur. Sfaleriidi(fcc) struktuuris Zn ioonid hõivavad neli kaheksast tetraeedrilistest positsioonidest. Ioonide stöhhiomeetria on Zn4S4. Aine omadust kristalliseeruda mitmel eri kujul nimetatakse polümorfismiks. Näiteks tsinksulfiid võib esineda nii vürtsiidina(heksagonaalne) kui sfaleriidina(kuubiline). Polütüpism on polümorfismi erijuhtum, mil üks ja sama aine kristalliseerub mitmes erinevas kihilises struktuurimodifikatsioonis, kus kihid erinevad üksteisest kas asetuse või vaheldumise järjestuse poolest.(nt ränikarbiid). Plastmass on materjal, mis koosneb polümeerist kui põhiainest ja mitmesugustest lisanditest (plastifikaatorid, stabilisaatorid, täiteained, pigmendid jne). Termoplastsed polümeerid muutuvad kuumutades kergesti voolavateks. Kõrgelastses olekus deformatsioon võib olla mitu sada %. Esineb mitte kõikidel polümeeridel. Ülalpool mingit kindlat temperatuuri muutub polümeer voolavaks. Kuid veelgi enam kuumutades hakkab polümeer lagunema. Reoloogia sõltub polümerisatsiooniastmest, polümeeride koostisest (kopolümeerid) ning plastifikaatorite hulgast. Vormida saab plastmasse, kui kuumutada üle. Plastmasse saab vormida erinevate tehnikatega, näiteks valamine surve all (polüamiidid), vormis polümeriseerimine (PMMA), kuum pressimine koos täiteainetega (resoolvaikud), ekstrusioon, läbi vastava ava pressimine( Lintide ja torude valmistamine) ning suruõhu ja vaakum vormimine . Kui rõhk ja temperatuur silindris on võrdlemisi kõrged ning bensiin madala oktaaniarvuga, võib küttesegu hakata Iiiga kiiresti põlema. Võib juhtuda detonatsioon ( plahvatus ) aga see lõhub mootorit ning püütakse teha võimalikult detonatsioonikindlaid bensiine. Detonatsioonikindlus ehk oktaaniarv on näiteks 2,2,4-trimetüülpentaanil 100 aga heptaanil 0. Oktaaniarv on seda suurem, mida rohkem hargnenud on süsinikahel. Oktaaniarvu suurendamiseks lisatakse bensiinile antidetonaatoreid, mis hoiavad küttesegu põlemiskiiruse parajates piirides. Tuntuim ning odavaim on tetraetüülplii, kuid see on keskkonnale ning organismidele kahjulik.
Pilet 5. Mitte kõik lisandid ei ole kahjulikud, sageli lisatakse neid juurde teadlikult. Kristallivõre defektid võivad olla nii omadefektid kui lisanditega seotud defektid. Punktdefektid – aatomi liikumine võre sõlmpunktist sõlmpunktidevahelisse tühimikku (sõlmpunktis tühimiku – vakantsi teke. Joondefektid – serv- ja kruvidislokatsioonid. Pinddefektid – kristallide (terade) eralduspindade teke. Ruumdefektid – poorid , tühikud ja praod . Punktdefektid tekivad soojusliikumise tõttu, Punktdefektid liiguvad kristallis pidevalt, võivad ühineda või kaduda. Defektide hulk sõltub kristalli stöhhiomeetriast. Tahke lahus moodustub ühe aine aatomite või molekulide sisestumisel teise aine kristallivõresse. Metallide puhul nimetatakse seda sulamiks. Sulami teke toimub kas osakeste asendumisel (ühe metalli aatomid asendavad teise metalli kristallivõres asuvaid aatomeid) või sisestumisel (ühe metalli aatomid satuvad teise metalli kristallivõres aatomite vahele). Võib saada püsiva lahuse asenduslisanditega, kui lisandi ja solvendi aatomite suurused ei erine rohkem kui 15%, lisandi ja solvendi kristallistruktuurid langevad kokku, kui on sarnane elektronegatiivsus ning sarnane valentsus. Nt 38,4%
Zn lahustub Cu-s; 2.3% Cu lahustub Zn-s. Või sõlmpunktidevahelise tahke lahuse saamine, kus lisandi ja solvendi aatomite suurused peavad oluliselt erinema, kuna väikesed aatomid difundeeruvad kiiresti. Punktdefektide mõju kristalli omadustele. Mõjutab ioonjuhtivust, kus tahkes elektrolüüdis liiguvad ainult üht tüüpi ioonid. Liikuda võivad vakantsid ja (oma või lisandi) sõlmpunktidevahelised ioonid. Näiteks ZrO2 dopeerimisel CaO-ga (kuni 10-15%) ilmneb anioonide puudus (vakantsid), elektrolüüt töötab hapniku juuresolekul temperatuuril 700-1000 oC ning Li-ioon akus on spinell struktuuriga katoodid ja elektrolüüt, kus liiguvad Li+ ioonid. Lisandi sisseviimisel kristallivõre moondub ja valguse energia võimaldab elektronide üleminekut, st valgus neeldub ja kristall omandab värvuse. Suure energiaga kiirgus (γ- ja X-kiirgus) muudab kristallivõret, lõhub sidemeid , vabastab elektrone ja kristall omandab värvuse. Nii on võimalik saada ka värvilist teemantit. Lisandite viimine kristallistruktuuri muudab kristalli värvust. Üleminekuelementidel (siirdemetallidel) on võimalik madalenergeetiline d-d elektronüleminek, mis ei ole võimalik põhirühma elementidel. Joondefektid on seotud kristallivõre struktuuri kahemõõtmelise korrapärasuse rikkumisega. Defekti läbimõõt ei ületa üht või mitut aatomitevahelist kaugust ja pikkus võib olla võrdne kristalli enda mõõtmega. Püsivateks moonutusteks on aatomkihtide dislokatsioonid , lagunemised ja nihked. Servdislokatsioon on piki joont paiknev lineaarne defekt , mis tekib aatomkihi pooleldasel lõppemisel võres. Kruvidislokatsioonil on aatomtasapindade kruvitaoline libisemine üksteise suhtes. bcc- ja fcc-metallides on dislokatsioonide liikumise võimalusi palju rohkem kui hcp-metallides. Seega on bcc- ja fcc-metallid plastsemad kui hcp-metallid. Puidus leiduvad ekstraktiivained on vees või org. solventides lahustuvaid ained. Need on erinevatest org. ühendite klassidest, erineva bioloogilise funktsiooniga, jaotumine ja liigid varieeruvad puu eri osades, neid leidub massi järgi vähe (2-4%), mitmed on väärtuslikud kõrvalsaadused. Tanniinideks nim. Fenoolhappeid ja nende derivaate, mis on head parkained. Tavaliselt on nad karboksüülrühma kaudu seotud mõne sahhariidiga või teise samalaadse tanniidiga, selline esterside hüdrolüüsub kergesti. Mõned tanniidid on värvilised ning neid kasutatakse vesi-või etanoollahuste kujul puidupeitsidena puidu värvimiseks ning on ka antioksüdandid ning bioaktiivsed. Vaikhapped ja terpeenid esinevad enamasti koos vaigus(enamasti okaspuudes) ja kujutab endast paljude vees lahustumatute ühendite poolvedelat segu. Terpeenid ehk eeterlikud õlid on isopropeeni polümeerumise saadused (sellest koosneb nt viiruk ). Vaik nt mürr ning draakonipuu vaik. ( Magnetmaterjalid on ferromagneetikud , mis säilivad oma magnetvälja välisvälja puudumisel (Fe, Co, Ni). Pehmed magnetmaterjalid on suure magnetilise läbitavusega, kuid nendest ei saa teha püsimagneteid. Head materjalid trafode , mootorite, generaatorite südamike valmistamiseks. Kuni 4,5% Si feriiti stabiliseerimiseks. Kõvad – säilitavad püsimagneti omadused pika aja vältelMagniko Fe + Со (24%), Ni (14%), Al (8%), Cu (3%).) Magnetmaterjalid sisaldavad põhikomponendina rauda. Pehmed magnetmaterjalid suure magnetilise läbitavusega, ei saa valmistada püsimagneteid, küll aga trafode, elektrimootorite, generaatorite jt seadmete südamikke. Eriti suure magnetilise läbitavasuge on permalloi, kus 50% niklit . Kõva magnetmaterjalid magneetuvad tugevasti ja säilitvad püsimagneti omadused pika aja vältel. Tuntuim on karastatud süsinkteras. Kasutatakse valjuhääldites ja elektrimõõteriistades, valmistatakse sulamitest, mis sisaldavad 8-15% Al, 15-30% Ni, 8-12% Cu j 1-24% Co. On olemas ka ferromagnetilisi sulameid , mis ei sisalda üleüldse rauda.
Pilet 6. Joondefektid on seotud kristallivõre struktuuri kahemõõtmelise korrapärasuse rikkumisega. Defekti läbimõõt ei ületa üht või mitut aatomitevahelist kaugust ja pikkus võib olla võrdne kristalli enda mõõtmega. Püsivateks moonutusteks on aatomkihtide dislokatsioonid, lagunemised ja nihked. Plastiline deformatsioon toimub piki kindlaid kristalli tasapindu (tihedaima pakendiga). Deformatsioon ei toimu hetkeliselt, vaid toimub pikaldaselt. Piiri plastilise deformatsiooni alguse ja lõpu vahel määrab dislokatsioonijoon.Eristatakse kahte - Servdislokatsioon on piki joont paiknev lineaarne defekt, mis tekib aatomkihi pooleldasel lõppemisel võres ning kruvidislokatsioonil on aatomtasapindade kruvitaoline libisemine üksteise suhtes. Dislokatsioon ei või katkeda kristalli sees, vaid see läheb pinnale või sulgub silmuseks. Dislokatsioonid tekivad kristallide moodustumisel sulamist või gaasitaolisest olekust väikeste desorientatsiooninurkadega kristalliblokkide kokkukasvamisel ning need mõjutavad materjali mitmeid omadusi. Dislokatsioonid võivad välise pinge toimel liikuda, mille tagajärjel toimub nihe . Plastse deformatsiooni protsessi, mis toimub dislokatsiooni liikumisel nimetatakse libistuseks, ning mööda dislokatsioon liigub libisemistasand. Libisemissüsteem sõltub metalli kristallistruktuurist ja on niisugune, mille puhul aatomite väändedeformatsioon oleks dislokatsioonide liikumisel minimaalne. Tavaliselt on libisemistasandil aatomite paigutus tihedaim (suurim planaarne tihedus), libisemissuund on aga selle tasandil niisugune, kus aatomite tihedus on suurim (suurim lineaarne tihedus). fcc- või bcc-kristallivõrega metallidel on suhteliselt palju libisemissüsteeme. Seetõttu on need metallid plastsed. hcp-kristallivõrega metallidel on ainult 3 libisemissüsteemi ja need metallid on suhteliselt rabedad. Kahedimensionaalsed pinddefektid tekivad kristallis makroskoopiliste defektide arvu suurenemisel . Need defektid on asuvad üksikute kristallide (terade) vahelistel eralduspindadel (eraldusaladel), kus aatomite orientatsioonid erinevad naaberkristallides (terades) olevatest aatomite orientatsioonidest. Materjali omadusi määrav terade suurus on tavaliselt 10-100 μm. Teradele on iseloomulik suuremateks kokkukasvamine. Protsessi kiirus on määratud osakeste difusiooniga ning suureneb temperatuuri kasvades. Terakeste arvu suurenedes langeb metallide tugevus ja kõvadus. Deformatsioonil säilub terade eralduspindade püsivus pindade “lõhenemise” ja “kokkukasvamise” mõttes, kuid muutub nende kuju – toimub terade nn väljavenimine. Kui enne deformatsiooni on teradel igas suunas ligikaudu sama mõõde, siis deformatsioonil pikenevad terad vastavalt rakendatud nihkepinge suunale. Kuna kahe erineva orientatsiooniga tera puhul ühe dislokatsiooni sisenemiseks teise terasse peaks ta muutma oma liikumise suunda, mis aga on raskendatud, kuna see viiks kristallograafilise desorientatsiooni suurenemisele. Üleminekul ühest terast teise suureneks ülemineku piirkonnas aatomite korrapäratus teradevahelise eralduspinna tõttu. Seepärast on peeneteraline materjal tugevam ja kõvem kui jämedateraline, sest esimesel on suurem dislokatsioonide liikumist takistav terade kogu piirpind. Kuid terade suuruse vähendamine ei suurenda mitte ainult polükristalse metalli, vaid ka sulamite tugevust. Kalestamine on ka metalli tugevdamise protsess, kus lisandi aatomite lisamine põhimetalli tahke kristallvõresse kas võre sõlmedesse või interstitsiaalsetesse tühimikesse. Kuna plastne deformatsioon toimub metalli sulamistemperatuurist madalamal temperatuuril, siis tavaliselt nimetatakse seda protsessi ka külmsurvetöötluseks. Deformatsioonide tihedus metallis kasvab külmsurvetöötlusel. Energeetiliselt dislokatsioonid tõukuvad üksteisest. Mida rohkem dislokatsioone on tekkinud, seda raskem on nende liikumine. Mida rohkem on metall deformeeritud, seda rohkem jõudu tuleb kasutada edasiseks deformeerimiseks. Kruntvärve kasutatakse vahekihina, kui värv ei nakku hästi aluspinnaga. Plastifitseeritud kruntvärv amortiseerib põhivärvi kelme aluspinda deformatsioonil, poorsete materjalide värvimisel vähendab põhivärvi kulu ning on antikorrosiooniomadustega metallkonstruktsiooni värvimisel. Roostekihi võib mehaaniliselt eemalda või keemiliselt muuta. Roostemuundid H3PO4 ja H2CrO4 baasil. Mitmekomponentsed värvid (nt Hammerite) võivad sisaldada roostemuundid, kuid pinna ettevalmistamine on ikka vajalik. Metalli kruntvärvid võivad sisaldada korrosiooni inhibiitoreid. Ligniin on puidu aromaatne, hüdrolüüsumatu osa, ebakorrapäraste hargnenud ja ruumiliste polümeeride segu, monomeeride põhistruktuuriks fenüülpropaan. Ligniin hakkab kogunema raku seintesse paar päeva pärast uue raku tekkimist ning annab rakuseintele tugevust juurde. Arvatakse, et ligniin tekkis siis, kui esimesed taimed levisid merest maismaale. Tselluloosi- ja paberitööstus põhineb suuresti ligniini struktuuri lõhkumisel, sest see on tselluloosi kõrval teine puidu tähtsaim komponent .
Pilet 7. Abrasiivmaterjale on vaja, et töödelda kõvu materjale(klaas, kivimid), kus siis abrasiiv koosneb peeneteralisest, kristalsest kõvast ainest, mille tervate servadega teraksesed kraabivad töödeldava materjali pinnalt ühe uusi osakesi lahti. Tundtumad rakendused on käiade ja luiskude kasutamine terariistade teritamiseks. Tähtsaim omadus on kõvadus, mida määratakse tavaliselt teemantpüramiidi abil. Harva kasutatakse kvartsist pehmemaid abrasiive. Samuti on tähtsad osakeste teravus ning kui tugevat survet osutab. Abrasiivsed omadused ehk kui palju tehib mahalihvitud materjali ajaühiku kohta. Oluline on ka keemiline stabiilsus hapete, leeliste, vee ja solventide suhtes ning ka termiline stabiilsus, sest hõõrdumisel võib soojeneda väga kõrge termperatuurini ning materjal võib hakata sulama. Abrasiivide iseloomustab ka mesh ehk võrgusilm, mis näitab auke tolli kohta. Pulbrilisi abrasiive kasutatakse eeskätt metallide ja ehitusmaterjalide pindade puhastamiseks . Saab ka saagida kivimeid, kui niisutada traati abrasiivi poolvedela seguga . Abrasiivide segusid vee, õlide, rasvade või vahadega kasutatakse pindade lihvimisel . Abrasiivliitmaterjalides on abrasiivi teraksed jaotunud ühtlaselt ja nad on maatriksmaterjaliga jäigalt seotud. Nendest tooted on enamasti kettakujulised lõike- ja lihvkettad, kuid valmistatakse ka näiteks luiske lõikeriistade teritamiseks. Abrasiivkattega materjalides on abrasiiviteradega kiht kantud painduva lehtmaterjali või kanga pinnale ning kasutatakse näiteks lihvimisel või poleerimisel. Looduslikud abrasiivid on kvarts (SiO2) – üks vanemaid ja odavamaid, mida leidub peaaegu kõikjal nii liivana kui ka kivimite koostises. Kõvadus Mohsi skaalas 7. Tänapäeval kasutatakse kvartsi vähem ja ainult märjalt, kuna sissehingatud kvartsitolm põhjustab silikoosi. Granaadid on suur rühm ühesuguse struktuuri ja kristallivormiga kuid varieeruvad koostise ja värvusega mineraale , väga levinud , nende kõvadus Mohsi skaalas 6,5-8. Enamasti punased, läbipaistvad on poolvääriskivid. Eestis sageli rändkivides. Parima abrasiivgranaadi ligikaudne koostis on 3FeO*Al2O3*3SiO2. Granaadi tolm palju ohutum. Korund on looduslik kristalliline Al2O3. Sellega lihvitakse optilisi klaase, kuid tänapäeval eelistatakse tehiskorundi, sest suure osa looduses leiduvast korundist moodustavad väga kallid ja kaunid vääriskivid(nt rubiin ). Kõvadus on 9. Peamine abrasiivkorundi tootja on Zimbabwe . Smirgel sisaldab korundi, kuid ka palju muid mineraale, enamasti kvartsi ja rauaühendeid. Hinnalt korundist odavam, siis kasutatakse laialdaselt mitmesugustes abrasiivtöötlustes. Toodetakse kõige enam Türgis ja Kreekas. Smirgli nime all tuntakse mitmeid teisigi looduslikke värvilisi abrasiivaineid, mille kõvadus on 7-8. Päevakivi on pehme abrasiiv, mida kasutatakse hambapasta komponendina ning on valemiga K[AlSi3O8]-Na[AlSi3O8]-Ca[Al2Si2O8] ning kõvadusega 6. Pimsskivi on ka pehme abrasiiv, mida kasutatakse puidu ja metalli lihvimiseks. Kriiti kasutatakse poleerimiseks nagu ka treepelit, mis on kerge ja poorne settekivim . Kuid vanim teadaolev lihvimismaterjal on haikala nahk, mille hambad koosnevad dentiinist, mille mineraalne osa on apatiit. Kasutati puidu ja marmori lihvimiseks. Teemant on suure kõvadusega(10) ja väga kallis. Abrasiivmaterjalidena kasutatakse ainult selliseid teemante, mis on riketega ja ei kõlba seetõttu vääriskiviks ega muuks vastutusrikkamaks tehniliseks otstarbeks. Enamik kaevandatatavaid tehnilisi teemante ongi madalakvaliteedilised(nn bort). Suurimad tootjad Kongo, Venemaa, Austraalia . Teemant abrasiivmaterjalina on asendamatu nii teemandi enda kui ka mitmete teiste ülikõvade materjalide töötlemisel. Looduslike abrasiivide, eriti korundi ja smirgli koostis ja seetõttu ka omadused ei ole püsivad. Peamiselt on tegeldud sünteetilise abrasiivkorundiga, mille peamiseks lähteaineks on boksiit (Al2O3* nH2O ), mis sisaldab lisanditena SiO2, Fe2O3 ja TiO2 . Sulatamisega kõrgel temperatuuril võib saada sünteetilisi korunde, näiteks elektrokorundi Al2O3, mille kõvadus 9 lähedal. Üks esimesi sünteetilisi abrasiive on ränikarbiid ehk karborund , mis saadakse kvartsliiva kuumutamisel koksiga. Kahjuks vajab väga kõrget temperatuuri, kuid on väga tugev 9,3-9,7 ning keemiliselt ja termiliselt üks vastupidavamaid abrasiive. Analoogsel viisil saab boorkarbiidi, mis on ränikarbiidist pisut kõvem, 9,4-9,7. Valmistatakse ka tehisteemante mitte väga kõrge temperatuuri juures, kuid see eest väga kõrge rõhu all, kui vedelat süsinikku jahutada kõrgel rõhul. Tähtis on aeg, sest muidu võib grafiit tagasi tekkida. Nende tootmine tegi võimalikuks boornitriidi(BN) tootmise, samasuguses seades ja samadel tingimustel saadakse peaaegu sama kõva kui teemant(enam kui 9,7). Erinevate meetotidetga saadatakse ka räninitriidi Si3N4, näiteks paagutamisel saadakse väga tugev keraamika ning kasutatakse musta ja värviliste metallide töötlemiseks. Alumiiniumnitriid(AlN) on perspektiivne keraamiline materjal mikroelektroonikas, nanotehnoloogias jne. Pindade puhastamiseks kasutatakse veel mineraalset rabu, teraskuule, poleerimiseks kasutatakse CeO, TiO2, Krokus punast, Krokus rohelist. Süsinikterastes sisaldub peale Fe ja C kuni 0,5% Si, kuni 1% Mn. Mitte rohkem kui 0,05% S (kuumrabedus), 0,05% P (külmrabedus). Konstruktsiooniteras sisaldab 0,1-0,8% süsinikku ning on detailide, mehhanismide , konstruktsioonide valmistamiseks tehnikas ja ehitusel . Instrumentaalteras sisaldab 0,7-1,3% süsinikku ning on suure kõvadusega ja tugevusega, lõikeriistade valmistamiseks, kõvadus langeb üle 200 °C. Kõiki süsiniku ja raua sulameid, milles on vähem kui 2,14% süsinikku nimetatakse terasteks. Karastatavus algab 0,5% süsinikusisaldusest ning tavaliselt sisaldavad terased kuni 1,5% süsinikku, harva rohkem. Sellega muutub teras palju kõvemaks ja elastsemaks.Noolutades saab teha suure plastsusega ning tugevaid sulameid. Iga materjali puhul ei saa rakendada mehhaanilisi võtteid nagu näiteks neetimine, õmblemine ja jootmine , on vaja liimida , mis on nende võtetega võrreldes palju universaalsem, lihtsam, odavam, vähese tööjõukuluga, enamasti kiire, saab ühendada väga erinevaid materjale, saab enamasti toatemperatuuril, kuumutamata, pole vaja ühendatavaid pindu mehhaaniliselt töödelda või on töötlemine lihtne, peaaegu asendamatu suure pinnaga leht-ja tahvelmaterjalide ühendamisel, liimiühendus väga tugev, kõige ökonoomsem. Kuid kõiki materjale ei ole võimalik ühtviisi hästi liimida, suurem osa liimühendusi kaotab oma tugevuse kõrgemal temperatuuri, on tundlikud orgaaniliste lahustite, või ka vee suhtes, vananevad õhu ja valguse toimel, muutuvad rabedamaks ja nõrgemaks iseenesliku lagunemise tõttu.
Pilet 8. Sulam saadakse kahe või mitme metalli kokkusulamisel. Erinevalt vedelatest lahustest, milles osakesed saavad võrdlemisi vabalt liikuda, saab tahkes lahuses ümberpaigutuv osake liikuda ainult väga aeglaselt ja vaevaliselt , trügides kristallivõres ühe sõlme kaupa edasi. Tahke lahus moodustub ühe aine aatomite või molekulide sisestumisel teise aine kristallivõresse. Metallide puhul nimetatakse seda sulamiks. Sulami teke toimub kas osakeste asendumisel (ühe metalli aatomid asendavad teise metalli kristallivõres asuvaid aatomeid) või sisestumisel (ühe metalli aatomid satuvad teise metalli kristallivõres aatomite vahele). Tahke lahuse moodustavad näiteks NaCl ja vesi, kus kui NaCl sisaldus on alla 24%-i, siis alguses hakkab sadenema välja vesi jääna ja mingi hetk hakkavad NaCl ja vesi koos välja sadenema, moodustades tahke lahuse. Sisseviidavat lisandit nimetatakse legeeraineks või dopandiks. Selle aatomid asuvad kristallivõres kaootiliselt. Näiteks rubiin, kroomiga dopeeritud alumiiniumoksiid . Asenduslisandiga püsiv tahke lahus saadakse siis, kui sisestuva metalli ja põhimetalli aatomid ei erine suuruselt rohkem kui 15 %. Kui esimesed on suuremad, siis on difusiooni kiirus väga väike, ja kui väiksemad, siis asendus toimub interstitsiaalselt, sisestatava metalli ja põhimetalli kristallivõred peavad olema samasugused, metallide elektronegatiivsus peab olema lähedane. Vastasel juhul toimub elektroni üleminek ja sellega kaasnev ühendi teke. Näiteks Ni ja Al kokkusulatamisel saadakse keraamiliste omadustega Ni3Al ning metallide valentsus peab olema sarnane. Suurema valentsusega sisendmetall lahustub põhimetallis paremini kui vastupidi. Näiteks kui tsink lahustub vases 38,4 %, siis vask tsingis ainult 2,3 %. Lahustuvus väheneb, kui elemendid asuvad perioodilises tabelis üksteise suhtes kaugemal. Näiteks vases lahustub 38,4 % Zn, 19,9 % Ga, 11,8 % Ge ja 6,9 % As. Sõlmpunktidevahelise lisandiga püsiv tahke lahus saadakse siis, kui lisandi ja põhimetalli aatomid erinevad suuruselt küllaldaselt. Niisuguseid lahuseid moodustavad tavaliselt vesinik , hapnik, lämmastik ja süsinik. Väikesed aatomid difundeeruvad oluliselt kiiremini kui suured. Näiteks terases süsiniku aatomid difundeeruvad vabalt, kuid suured raua aatomid difundeeruvad ainult vakantside kaudu. Metallide ja sulamite omadused on nende valatavus, survetöötlus( valtsimine , pressimine, stantsimine ), keevitatavus , lõigatavus, sepitatavus jpm. Omaduste uurimisel on väga tähtis teada, millised muutused toimuvad metalli kristallvõres, sest näiteks et sepistatud metalli viia tagasi stabiilsesse olekusse, tuleb teda stabiliseerida ehk kuumutada vähemalt sellise temperatuurini, et kristallivõre taastuks ja suureneks plastsus. Kristallvõre tüüp määratakse röntgen-struktuuranalüüsi abli. Nende sõlmpunktides asuvad metalli aatomid, tahkes lahuses võivad teise komponendi aatomid asendada esimese komponendi aatomeid, kui nad on aga piisavalt pisikesed, siis võivad pugeda kristallvõre sisse sõlmpunktide vahele ning see pärast erinevad sulami omadused puhta komponendi omadest üsna tugevasti. Et uurida sulami kristallilist struktuuri kasutatakse metallograafiat, kus sulami tasast pinda lihvitakse, poleeritakse ja söövitatakse ettevaatlikult happega , siis saab tugevama tavalise mikroskooiga(veelgi parem- elektronmikroskoobiga) hea pildi sulami kristallilisest ehitusest. Tugevus on tahke aine omadus panna vastu välisjõudude mõjule, mis püüavad teda purustada või deformeerida. Deformatsiooni on kahte liiki – elastne ja plastne ning kui jõud on suured, siis ese puruneb. Sedas iseloomustavad staatiline tugevus – vastupidavus pidevalt mõjutavale jõule, dünaamiline tugevus – omadus panna vastu suure kiirusega muutuvale koormusele, sitkus - materjali omadus koormamisel taluda olulist deformeerimist enne purunemist, sitkuse vastupidine omadus on haprus, väsimus - omadus puruneda perioodiliselt muutuva jõu toimel. Eri liiki tugevused on tõmbetugevus, survetugevus, paindetugevus, väändetugevus ning nihketugevus. Tugevust mõõdetakse katseliselt. Masin sikutab materjali – määratakse tõmbetugevust. Keskelt lükkab masin alla, äärtest paigal – saab teada paindetugevuse. Orgaanilisteks klaasideks võib pidada kõiki läbipaistvaid plastmasse, mida saab kasutada samaks otstarbeks kui anorgaanilist klaasi. Kõige enam mõistetakse selle termini all pleksiklaasi ehk polümetüülmetakrülaati. Need on palju vastupidavamad löögile, seepärast kasutatakse kaitseekraanide ja – prillide tootmiseks. Kuid need on vähese kõvadusega(kriimustuvad, kaotavad läbipaistvuse), vähe kuumakindlad, tundlikud orgaaniliste lahustite suhtes. Näiteks on olemas termoplastsed polükarbonaadid(süsihappe ja kahehüdroksüülsete fenoolide või alkoholide polükondensatsiooni saadused), mis on tugevad, kõvad, üsna painduvad, läbipaistvad. Saab valmistada nendest odavamaid prilliklaase, kui kulub vähem tööd, saab valmistada ka hambaproteese.
Pilet 9. Raud on läbi aegade olnud kõige tähtsam ja enim kasutatav metall . Raud on üsna aktiivne metall, sealt tuleb ka suurim puudus-roostetamine. Päris puhast rauda on peaaegu võimatu saada, enamasti sulamid . Raua ja süsiniku sulam , kui on süsinikku kuni 2,14% nimetatakse teraseks. Kus süsinikku vähem kui 0,5% on pehmed terased, kus 0,5-1,5% on karastatud terased. Malmiks nimetatakse raua ja süsiniku sulamit, kus süsinikku 2,14-4%, üle 4% sisaldusega malmist saadakse terast. Malmil on head valuomadused ja kehv keevitatavud. Nii malmi kui ka terase mikrostruktuur sõltub süsiniku sisaldusest – oluline seepärast, et mehhaanilised omadused sõltuvad mikrostruktuurist. JOONISTADA GRAAFIK Tsementiit Fe3C sisaldab massi järgi 6,67% süsinikku. See on väga kõva, väikese plastsusega ning rombilise kristallvõrega. Austeniit on süsiniku lahus gamma rauas , keskmise kõvadusega, plastne, hõre tahktsentreeritud kuubilise võrega. Ledeburiit on austeniidi ja tsementiidi segu(seal on eutektika). Ferriit on süsiniku lahus alfa rauas. Pehme, plastne, ruumtsentreeritud kuubiline võre. Perliit on ferriidi ja tsementiidi segu( eutektoid ). Ehk raud koosneb ferriidist, kus C sisaldus alla 0,02%. Teras koosneb ferriidist ja perliidist, kui C 0,02-0,8%, perliidist, kui C 0,8%, perliidist ja tsementiidist, kui 0,8-2,14. Malm koosneb perliidist, tsementiidist ja ledeburiidist, kui C 2,14-4,3%, ledeburiidist, kui 4,3% ja tsementiidist ja ledeburiidist, kui C 4,3-6,67%. Diagramm – piisab vaskapoolsest äärest(C sisaldus 0-6,67%), sest puhas süsinik sulab temperatuuril 3400, nii et parempoolne äär ei ole huvipakkuv. Ja süsinik lahustub rauas ka kõrgel tempertatuuril suhteliselt vähe. Võtame tsementiidi(Fe3C) omaette komponendiks siagrammi parempoolses servas . Ehk Fe-Fe3C olekudiagramm. Tsementiit ei ole stabiilne ühend ning võib laguneda kõrgematel temp.del rauaks ja grafiidiks, kuid ikkagi tahkub lahusest peamiselt välja tsementiit. Põhjus on selles, et süsiniku kristallumine grafiidina on raskendatud. Allpool joont AECF tahkub sulam tervikuna . Piirkonnas AEC hakkab välja kristalluma austeniit. Piirkonnas CDF hakkab vedelast sulamist välja kristalluma tsementiit. Eutektilises punktis C kristalluvad korraga peenkristallilise seguna asuteniit ja tsementiit – see segu(eutektika) ledeburiit. Piirkonnas AESG on tahke lahusena austeniit. GSP eraldub austeniidist eraldi kristallidena ferriit. Allpool joont SE eraldub austeniidist eraldi kristallidena tsementiit. Diagrammi vasakpoolses osas asub veel üks eutektiline punkt S ehk perliit, mis asub sirgel PSK, millest allpool ei ole austeniit enam püsiv, vaid laguneb täielikult ferriidiks ja tsementiidiks. Mootoriõlide eesmärk on vähendada liikuvate pindade vahelist hõõrdumist, et pinnad ei kuluks ega kuumeneks. Õli peab olema ka paraja viskoossuusega, sest liiga vedel õli voolab õlitavate pindade vahelt välja, liiga paks õli ei täida kõiki kotsaid pilusid liikuvate pindade vahel. Üks ja sama õli peab sageli töötama erinevatel temperatuuridel – seadme käivitamisel temper. Madal aga töötades tõuseb. Sellepärast on tähtis ka viskoossuse sõltuvus temperatuurist. Mootorõlide hangumistemp. Peab olema 10 kraadi võrra madalam kõige madalamast töötemperatuurist. Kuna mootorõlid kardavad õhuhapnikku, siis lisatakse oksüdatsiooni vältimiseks neile pistu antioksüdante, näitkes fenoole. Lisatakse ka korrusiooni takistavaid manuseid, detergente, tihkesteid viskoossuse stabiliseerimiseks, depressoreid, et alandada hangumistemperatuuri, vahutamisvastaseid manuseid ja kulumis- ja sööbimisvastaseid manuseid (S, P, Cl – ühendid, mis keemiliselt reageerivad metalliga ja moodustavad õhukese kaitsekihi). Mootoriõlid jagunevad baasi järgi : mineraalõlid, mis on nafta destillatsiooni ja puhastamise produktid . Odavad, kuid ekspluatatsiooni omadused ei vasta kaasaegsetele nõuetele. Poolsünteetilised õlid – kompromiss hinna ja kvaliteedi suhtes, sisaldavad 20-40% sünteetilist komponenti. Täissünteetilised õlid – spetsiaalselt sünteesitud polü-alfa-alkeenid ja estrid . Head ekspluatatsiooni omadustega aga kallid. Mootoriõlidele on ka nõuded. 250 kraadi juures määratakse termiline stabiilsus, sest oksüdeerimise produktid tekitavad ummistust ja kiirendavad õli mustumist. Määratakse happearv ehk mitu mg KOH kulub 1 g õlis olevate hapete neutraliseerimiseks. Mootoriõlidel peab olema leektemp. 140-210 kraadi, ehk mille puhul õli aurud süttivad lahtisest tulest . Ja 20-30 kraadi kõrgem leektemperatuurist peab olema süttimistemp, ehk siis mille juures õli süttib. Looduslikud ehitusmaterjalid on kivimid – tard -ja moondekivimid (raudkivid või maakivid)- graniit – koosneb kvartsist(SIO2, amorfsed terad, läbikumav, kõva, alumosilikaat), päevakivist(kristalliline, kvartsist pehmem) ja vilgust(must, kihilise struktuuriga alumosilikaat), jämedateraline. Kaustatakse vähe, kuna ümmargused, dekoratiivne , kõvad ning tugevad. Settekivimid – Paas (põhikomponent CaCO3)- peenekristalliline, pehmem, saab tükkideks teha, ilmastiku suhtes võrdlemisi vastupidav, oht on happevihmad ja samblad. Puhas ning selgelt kristalliline lubjakivi on marmor – skulptuuri valmistamisel, dekoratiivkivi, kallis. Sellele sarnane on dolomiit (CaCO3*MgCO3). Liivakivi – mõnedes teistes maades ehituskivi. Savi – Graniidi jt raudkivimite murenemisel. Päevakivi ja vilk murenevad peeneteraliseks saviks. Savi on plastiline ning tähtis keraamika, tsemendi tootmise ja savimördi lähteainena. Pärast põletamist savi alati kas punane või kollane, sest Fe läheb üle Fe(III)ks. (sise)Ehituses kasutatakse sideainena peamiselt savimördina(savi+liiv+vesi). Liiv ja kruus – Raudkivide murenemise saadused, liiv – kvartsist ja päevakivist, kruus – jämedama liiva ja kivikeste segu. Liiva vajalik mörtide(liiv+vesi) valmistamisel, et siduda ehituskivid üksteisega. Kruus on oluline betooni tootmisel. Killustik - Betooni valmistamisel täiteainena, raudkivist kui ka paekivist purustite abil, teede ehitamisel .
Pilet 10. Teraste termiline töötlemine koosneb kolmest etapst : kuumutamine vajaliku temperatuurini, hoidmine sellel temperatuuri ning jahutamine . Sageli esimeseks etapiks lõõmutamine, mille käigus leevenduvad detaili valmistamisel tekkinud mehaanilised sisepinged, ühtlustub struktuur, suureneb plastsus ja väheneb kõvadus. Tuleb detaile kuumutada ja jahutada aeglaselt. Kõige kõrgemat temperatuuri vajab difusioonlõõmutus, mis toimub austeniidi piirkonnas, seda kasutatakse valatud või legeeritud terasdetailide puhul ja siis kaob kristallide keemiline ebaühtlus. Täielikku lõõmutust kasutatakse alla 0,8% C sisaldusega terste puhul. Siis saadakse austeniit ja jahutamisel peenkristallilisem ferrit+perliit, mis on plastne, hästi töödeldav ja lõigatav. Mittetäieliku lõõmutust üle 0,8% Csisaldusega teraste puhul, kus viiakse üle teralise perliidi ja teralise tsementiidi seguks, tulemus nagu eelmisel. Rekristallisatsioonilõõmutust kasutatakse külmtöödeldud teraste puhul, mis on kõvad ning halvasti töödeldavad. Lõõmutusele on sarnane normaliseerimine , kuid siin on jahutamine kiirem(välisõhus). Seetõttu tekib perliit eriti ühtlase ja peeneteralisena ning kõvadus on lõõmutatud terase omast suurem. Tähtsaim termiline töötlus on karastamine , mille käigus muutub teras palju kõvemaks ja elastsemaks. Terast kuumutatakse ligikaudu samal temp-l kui täieliku ja mittetäieliku lõõmutuse puhul, ferrit+perliit muutub austeniidiks. Iseärasus on see, et kuumutatud teras tuleb väga kiiresti jahutada, enamasti vedelas keskkonnas. Kui jahutamise kiirus 200kraadi/s, siis ei jõua tsementiit tekkida, saadakse üleküllastunud tahke lahus ehk martensiit - struktuur ebatasane , paljude sisepingetega, suure kõvadusega. Jahutamise kiirus 100kraadi/s, jõuab tsementiit tekkida, kuid feriidi ja tsementiidi kristallide seguna – troostiit – plastsem, kuid väiksema kõvadusega. Jahutamise kiirus 50kraadi/s, ka ferriidi ja tsementiidi segu, kuid suurtemate kristallidega – sorbiit – sitke , plastne, väiksema kõvadusega kui troostiit, kuid suurema kui ferriit. Karastatavus sõltub terase süsinikusisaldusest, alles 0,4-0,5% Csisaldusega hakkab karastamisel terase kõvadus oluliselt kasvama. Noolutamisel kuumutatakse terast aeglaselt kuni temp-ni 725 kraadi ja jahutatakse mõõduka kiirusega. Lagul lehekestena tekkinud tsementiit muutub noolutamisel teraliseks, mistõttu terase sitkus suureneb. Noolutades kuni 250 kraadini sisepinged leevenudvad, kuid kõvadus ja elastsus peaaaegu ei vähene. Temp-del 300-500 kraadi tekib peamiselt troostiit, kõvadus väheneb, elastsus säilib, sitkus suureneb ja suurem osa sisepingeid kaob. Sobib vedrude valmistamiseks. Suuri koormusi taluvaid detaile saab noolutamisel temp-il 500-650 kraadi,kus kõvadus väiksem, plastsus suurem, tugevus suur ja sisepingeid peaaegu ei olegi. Terase pinna keemilis-termilisi töötlemisi kasutatakse sagedamini pehmete (alla 0,25% süsinikku) tearste õhukese pindkihi kõvendamiseks. Tsementeerimisel kuumutatakse terast kas koos pinnale kantud söepulbriga või CO, CH4 jt gaaside atmosfääris temp-il 900 kraadi või kõrgemal. Pindkiht rikastub süsinikuga, seejärel lõõmutatakse, karastatakse ja noolutatakse, kartata, et eseme sisemus karastub liiga kõvaks ja rabedaks. Asoteerimisel kuumutatakse terast NH3 atmosfääris temp-il 500-650 kraadi. Tekkiv lämmastik moodustab pindkihis rauaga tahke lahuse ja nitriidid – kuna mõlemad on suure kõvadusega, siis ei ole enam vaja karastada. Tsüaanimisel kuumutatakse terast koos NaCN jt tsüaniididega temp-il 800-900. Pindkiht rikastub süsiniku ja lämmastikuga. Terast kuumutades temp-il 1000 kraadi koos kroomi , räni või mõne teise elemenid ühendiga saab küllastada terase pindkihti selle elemendiga, mis tõstab pinna kõvadust, korrosiooni- ja kuumakindlust. Aknaklaasi koostis Na2O*CaO*6SiO2. Klaasi tootmisel on peamiseks lähteaineteks kvartsliiv, marmor, kriit jt võimalikult puhtas CaCO3-st koosnevad mineraalid ja sooda . Segule lisatakse ka sama sorti klaasi jäätmeid, lähteained peenestatakse, segatakse ja kuumutatakse. Klaasi keedetakse , ehk karbonaadid lagunevad ning tekivad silikaadid . Süsihappegaasist tekkinud mullikeste eemaldamiseks lisatakse kergesti lagunevaid sooli , millest tekkivad O2 mullid haaravad kaasa ka CO2 mullid, klaasimass selitub. Vaja hästi kõrget temp-i, et mass oleks võimalikult vedel ning toimuks iseeneslik segunemine. Pärast lastakse segul jahtuda pisut ja seejärel töödeldakse vajaliku kujuga tooteks. Et saaks aknaklaasi peab lähteaineid võimalikult palju puhastama rauaühenditest,sest need annavad värvi, kuid see kulukas . Aknaklaas on ka paksem , kui tavaline klaas. Aknaklaasi tootmisel kasutatakse lihtsamaid võtteid, et värvitustada, nt oksüdeerimine või redutseerimine, nii et Fe(II) ja Fe(III) ühendite värvused täiendvärvustena teineteist ära kustutaksid ja sum kahvaturoheline. Võib lisada ka MnO2 , mis kustutab rauaühendite värvuse. Aknaklaasi valmistamisel tõmmatakse klaasimass läbi kitsa pilu lindiks, mis liigub üle kuumade metall- laudade ja lõigatakse pärast kõvastumist parajateks tahvliteks. Värvkatte eemaldamine. Mida kvaliteetsem värvikiht on seda raskem teda eemaldada, pöörduvad värvid punduvad lahustites ja kergesti eemaldatavad mehaaniliselt, pöördumatute värvide jaoks on mehhaanilised võtted: liivapaber , liivaprits . Värvi saab eemaldada ka kuumutades, külmutades. Saab eemaldada ka keemiliselt, aktiivlahustitega ja ka mehaaniliste võtetega või siis igasuguste värviärastamissegudega.
Pilet 11. Vask on plastne, pehme, suhteliselt väikse tihedusega (8,9), sulamistemperatuuriga 1083 kraadi. See on väga hea soojus-ja elektrijuhtivusega, 0,02 % alumiiniumit vähendab juhtivust 10% võrra, Sb ja As lubatud olla alla 0,002%-i. Valmistatakse vasest vee ja gaasi torusid , plekkkatuseid, kasutatakse raviasutustes ehituses. Vase korrosioonikindlus on palju suurem kui raual või terasel , kuid on kõrgema hinnaga. Suuremaid vaskesemeid on raske valada, sest sulas olekus voolab halvasti. Kasutatakse enamasti sulami kujul, sest nii kõvem ning tugevam. Messing on Cu-Zn(20-45%) sulam. 10-20% lise Zn sisaldusega on tombakid. Messingutele on iseloomulik helekollane värvus-seepärast nim. Valgevaseks. Messing on plastne, küllalt tugev ja kõva, väikese hõõrdeteguriga ning sulavad palju madalamal temp-il kui vask. Saab treida, puurida, freesida – valmistada valamise teel igasuguseid esemeid(masinate detailid, mutrid , poldid jms). Ei karda merevett – saab teha laevadetaile. Fe ja Ni suurendavad tugevust, need, mis sisaldavad Pb ja Al on survemeetoditega töödeldavad. Cu-Ni sulamid on hõbedakarva, kõvad, tugevad ja korrosioonikindlad ning sisaldavad ka sageli mangaani , rauda jt metalle . Tuntumad melhior(30%Ni), alpaka ehk uushõbe(kuni 30% Ni ja kuni 35% Zn) – nendest tehakse metallraha, söögiriistu, aparatuuri detaile. Mõned on suure eritakistusega ning sobivad hästi takistiteks, nagu nt nikeliin(kuni35%Ni), konstantaan(40%Ni,2%Mn)- tehakse elektripliitide ja –ahjude küttekehi, ja manganiin(2%Ni, kuni 12%Mn). Pronksid on vasesulamid kõikide teiste metallidega peale tsingi ja nikli . Värvuselt punased või punakaskollased, saab hästi treida ja freesida. Tinapronks – kuni 20%tina, hästi valatav, skulptuurid , sest pind kattub õhu käes paatinaga(vase oksiidid ja karbonaadid), mis teeb ka korrosioonikindlaks. Tehakse vee-ja gaasitorustiku detaile, liuglaagrite materjale. Alumiiniumpronks(kuni10%Al) – odav, heade meh. Omadustega, pärast karastamist ja vanandamist, saab nii deformeerida kui ka valada. Berülliumpronksid(2-3%Be)- pärast karastamist plastsed, kergesti töödeldavad, pärast noolutamist suureneb kõvadus, tugevus, elastsus. Hea vedrude ja membraanide valmistamiseks. Ränipronks(5% Si)- lisaks väga elastne, vedrude valmistamiseks. Pliipronksid(kuni 30%Pb) – üks väheseid on Pb, mis vases ei lahustu, seepärast isel. Babiidi struktuur ning head liugelaagrite materjalid, ei kuumene ka üle, sest suure soojusjuhtivusega. Klaaskiud on ühemõõtmeline klaas, mis on üsna painduv ning saab kangaks kududa. Seda valmistatakse pressides sula klaasimass läbi peente avada niitideks. Odavamat klaaskiudu saadakse sulaklaasi pinnalt niite tõmmates või suruõhku läbi sulaklaasi puhudes – õhumullid haaravad klaasi niitidena kaasa. Õhu käes jahtudes tarduvad niidid otekohe. Saab teha klaasvilla, mis on täiesti tuleohutu, sobib filtermaterjaliks ka. Klaaskiud on head, kuna keemiliselt ja termiliselt püsivad, küllalt tugevad, painduvad, kulumiskindlad, vähe soojusjuhtivad. Klaasriiet kasutatakse ka teatri eesriidena. Kuid ei sobi rõivasteks, sest inimesele ohtlik. Klaasist saab valmistada ka poorseid materjale, mille pooride suurust on võimalik täpselt reguleerida. Klaas jahvatatakse peeneks, erladatakse kindla suurusega osakesed, mis paagutatakse –osakesed kleepuvad pisut üksteise külge, mille pooride mõõtmed on määratud paagutatavate osakeste mõõtmetega. Saab valmistada filtreid nii sadestunud ainete eraldamiseks kui ka bakterite kinni pidamiseks. On keemiliselt ja termiliselt vastupidavad. Vahtklaasi valmistamisel lisatakse lähteainete hulka selliseid aineid, mis lagunemisel eraldavad gaase . Eesmärgiks on küllastada klaasimass gaasiga ja siis kiiresti jahutada. Vahtklaas on suurepärane soojusisolatsioonimaterjal, ning on mehaaniliselt tugevam ega vaju aja jooksul kokku. Materjalide sturktuur – eristatakse liht- ja komposiit(ehk liit) materjale. Lihtmaterjalid võivad olla keerulise koostisega, kuid erinevad koostisosad ei eristu materjalis selgesti, samuti need koostisosad ei erine üksteisest mehaaniliste ja tehnoloogiliste omaduste poolest. Liitmaterjalid koosnevad mitmest sootuks erinevate omadustega ainest. Liitmaterjali valmistamisel saab kompenseerida ühe materjali puudujääke teiste materjali abil.
Pilet 12. Looduses leidub ka klaasile lähedasi materjale, nagu näiteks obsidiaan , mis on üsna sarnane tavalise aknaklaasiga, kuid vähem läbipaistev. Teine on vilgukivi , mida kasutati enne klaasi akende valmistamiseks, see ei lase välja näha, kuid laseb valgust sisse. On kasutatud ka looma põit ning rohkesti õlitatud paberit. Kui klaasi esmakordselt valmistati, siis tehti sellest ehteasju ja nõusid. Klaas on allajahtunud vedelik, suure viskoossusega, juhusliku jaotusega struktuuriga. Klaas on amorfne ning ei sula kindlal temp-il- klaasistumistemp 400-600, voolavatustemp 600-800. Värskel klaasil on korrapäratu struktuur, kuid vananenud klaas on osaliselt kristalliline. Põhistruktuuri moodustavad ränihappe anioonid, kus vahepeal asuvad leelis - ja leelismuldmetallide katioonid. Kui metalliioone palju, siis vähem keemiliselt, termiliselt ja mehaaniliselt vastupidav. Klaas koosneb klaasimoodustajatest( happelised oksiidid SiO2, B2O3), täiteainetest(aluselised oksiidid Cao, MgO, BaO) ja loistjadest( aluselised oksiidid Na2O ja K2O). Sisaldab ka muid oksiide(Al2O3, FeO, Fe2O3, Cr2O3 ) või Se, Au, Cd, Mn jm et klaasi toonida. Tavaline tihedus on 2,2-2,5 Mg/m3, kuid kui on palju BaO või PbO, siis isegi 8. Tavaline aknaklaas laseb läbi umbes 90% nähtavast valgusest, Ipkiirguse jaoks ja võrdlemisi läbipaistev aga Uvkiirguse neelab peaaaegu täielikult. Kui suureneb SiO2 sisaldus, siis läbipaistvus UV kiirgusele suureneb. Raskmetallide ühendeid sisaldavad klaasid neelavad suure energiaga kiirgusi . Klaasi murdumisnäitaja suureneb raskmetallide ühendite sisalduse suurenedes, v-o 1,5-2. Klaas on vähe vastupidav kiiretele temp muutustele. Paisumistegur on aga üsna suur, pindmised kihid paisuvad tugevasti. Klaas ei muutu õhus, ei karda vett, happeid ega lahjasid leeliselahuseid, väga tundlik HF suhtes. Klaasi tootmisel on peamiseks lähteaineteks kvartsliiv, marmor, kriit jt võimalikult puhtas CaCO3-st koosnevad mineraalid ja sooda. Segule lisatakse ka sama sorti klaasi jäätmeid, lähteained peenestatakse, segatakse ja kuumutatakse. Klaasi keedetakse, ehk karbonaadid lagunevad ning tekivad silikaadid. Süsihappegaasist tekkinud mullikeste eemaldamiseks lisatakse kergesti lagunevaid sooli, millest tekkivad O2 mullid haaravad kaasa ka CO2 mullid, klaasimass selitub. Vaja hästi kõrget temp-i, et mass oleks võimalikult vedel ning toimuks iseeneslik segunemine. Pärast lastakse segul jahtuda pisut ja seejärel töödeldakse vajaliku kujuga tooteks. Et saaks läbipaistvat klaasi peab lähteaineid võimalikult palju puhastama rauaühenditest,sest need annavad värvi, kuid see kulukas. Puhumisega saab valmistada peaaegu kõiki klaasnõusid( pudelid , purgid, vaasid jne). Puhutakse kuumalt ja siis lastakse jahtuda, et säiliks kuju, saab kasutada ainult materjalide puhul, millel on teatud temp vahemikus plastsed omadused. Lehtklaasi tegemiseks tõmmatakse klaasimass läbi kitsa pilu lindiks, mis liigub üle kuumade metall-laudade ja lõigatakse pärast kõvastumist parajateks tahvliteks. Lehtiklaasi toodeti vanasti silinder meetodiga, tõmmatud klaasiga, pilkingtoni protsessiga ja nüüd alates 1960 full scale . Jootmine – detailide ühendamismeetod sulametalli ( joodis ) abil. Joodis peab sulama madalal temp. kui ühendatavad metallid, peab nendega hästi nakkuma, peab õhukese kihina laiali valguma. Peab olema sitke ja tugev. Eelis, et saab mõõduk kuumutamisega kergesti lahti võtta, kuid puudus, et peab enne hoolikalt puhastama pinnad. Pehmejoodised(sulavad temp. Alla 450kraadi) 2 peamist koostisosa tina ja plii. Enamasti kasutusel sulam, kui 62%tina ja 38% pliit ehk eutektiline segu, meh tugev, mitte liiga pehme, sulas olekus hästi vedel, nakkub hästi. Kasutatakse peamiselt töökindlate, kuid vajadusel kergesti lahtijoodetavate elektriliste ühenduste tegemiseks, aga ka õhukeste tinatatud pleki ja muude mitte kuigi suurt tugevust nõudvate kohtade jootmiseks. Pehmejoodistega jootmine toimub peaiselt elektriliste küttekehaga jootekolvi abil. Kõvajoodiste sulamistemp kõrgem, kõvemad ja tugevamad. Kasutatakse messingeid, näiteks terasdetailide kokkujootmiseks. Väärismetallide jootmiseks kasutatakse vastavate väärismetallide madalamate sulamistemp. Sulameid. Kõvajoodistega saab joota ainult jootepõleti või –lambi abil, mille leegi temp on üle 1000kraadi. Kokkujoodetavate pindada puhastamiseks kasutatakse jootevedelikke, jootepastasid ja räbusteid. Tsetaaniarv iseloomustab nii diislikütuse isesüttimist kui ka ühtlast põlemist. Etalonideks on valitud 1-metüülnaftaleen, mille tsetaaniarv on 0 ja heksadekaan ehk tsetaan, mille tsetaaniarv on 100. Mõlema süsivesiniku segudest valmistatakse vastavad etalonkütused, millega võrreldakse uuritavat diislikütust. Kõige paremad diislikütused on keskmise väärtusega (40-50) tsetaaniarvud. Madala tsetaaniarvu puhul ei sütti diislikütus küllalt kiiresti, kõrge tsetaaniarvu puhul aga süttib nii kiiresti, et ei jõua korralikult õhuga seguneda ega põle täielikult.
Pilet 13. Klaasisordid – tavalised klaasid( pudeli - ja aknaklaas), tüüpiline silikaatklaas, sisaldab üle 70% SiO2, umbes 10% CaO, 2% MgO, sama palju Al2O3 ja 15% Na2O. Kuna palju CaO, siis nim lubiklaasiks. Tavaline klaas on silikaatklaas. Pudeliklaas on värviline, kuna sisaldab raua ühendeid(Fe(II) roheline, Fe(III) kollakas - või punakaspruun ), aknaklaas aga läbipaistev, lähteaineid tuleb puhastada , see aga kulukas, seepärast valida nii, et erinevate raudade värvused üksteist ära kustutaks. Kuumakindlad klaasid – Vastupidev järskudele temp muutustele. Tähtis tööstusliku kui ka laboratoorse aparatuuri valmistamiseks. Lisatakse lähteainetele booraksit(Na2B4O7), mis suurendab klaasi soojusjuhtivust ja vähendab paisumistegurit. Sisaldavad kuni 10% B2O3. Saab valmistada märksa paksemaid ja ka vastupidavamaid nõusid. Keemiliselt vastupidavad klaasid – pind lahustub hapetes ja leelistes vähem, valmistatakse laboratooriuminõusid, milles tehakse täpseid analüüse. Sisaldavad lisaks veel B2O3, Al2O, ZnO, suhteliselt vähe Na2O, K2O. Klaaskeraamika on nii mehhaaniliselt, termiliselt kui ka keemiliselt vastupidav. Optilised ja kristallklaasid – optilistest klaasidest tehakse läätsi, prismasid ja teisi optiliste seadmete osi, peavad olema väga läbipaistvad, täiesti mullide vabad, väga ühtlane, suurema murdumisnäitajaga. Jagunevad kroonklaasid( n alla 1,6) mille n võimalik tõsta BaO abil ja flitklaasid (n 1,6-1,9), saab tõsta PbO sisaldusega. Seega ka raskem. Aitab ka Na2O täielik asendamine K2O-ga(raskem). Kristallklaasidest valmistatakse vaase, vaagnaid, kausse jne, mille muster sügavalt lihvitud, pressitud. Suure murdumisnäitajaga, paneb eseme särama. Parim ja kalleim pliikristall, kuis PbO 30%, odavaim böömi kristall,kus BaO, mille n madalam. Raske flintklaasiga saab jäljendada vääriskive, kui n suurem kui tavaliselt klaasil- sätendavad, kuid pehmed, kuluvad. Modifitseeritud klaas – karastatud klaas – klaasi kuumutatakse natuke üle klaasistumistemp-i ning jahutatakse kiiresti, kuid ühtlaselt õhuvoolus. Kuumutamisel kaob suur osa esialgseid pingeid, kiirel jahtumisel tekib küll uusi, kuid need on nüüd jaotunud ühtlasemalt. Karastamine kordistab vastupidavust , purunedes tekivad nüride servadega killud. Liites 2 karastatud klaasi plastmassi kihi abil saadakse tripleksklaas, mille pragunemisel ei lend klaasikillud laiali. Karastada võib ka silikoonõlides, siis moodustub pinnale polümeerne kiht, mis tugevdab ja teeb kuumakindlamaks. Väga tugeva klaasi saamiseks töödeldakse seda Hfiga. Klaaskeraamika – 30-95% on kristallilises olekus, valmistamisel kuumutatakse lähtematerjali tükk aega allpool sulamistemp-i, viiakse kristallisatsioonitsentrid(nukleaatorid) eraldi sisse(nt Cu, Ag,Au, fosfaadid , TiO2 jne). Tegemine vajab mitmeid tunde ning on sitall on alati vähem läbipaistev kui tavaline klaas. Omadused sõltuvad kristallilise ja amorfse osa vahekorrast. Mitu korda vastupidavam, suurem soojusjuhtivus , väiksem paisumistegur, säilitavad oma tugevuse ka kõrgel temp-il, vähem tundlikud pinnadefektide suhtes, kõvem, kulumiskindlam. Kasutatakse masinaehituses, tehakse seadmete detaile. Kuid pikk ja keeruline protsess, kallis. Kvartsklaas- (SiO2 )-läbipaistev nii nähtavas kui ka ultravioletses spektriosas, keemiliselt vastupidav, kuumuskindel. Väga puhas saadakse phta kristallilise SiO2 sulatamisel. Väike paisumistegur, suur soojusjuhtvus, saab kasutada kõrgemal temp-il, asendamatu UV allikate kestas , valmistatakse aknaid reaktoritele. Kallis ja rabe -ainult väikesed nõud, raske puhuda ja joota, sulab kõrgel temp-il, plastsuspiirkond kitsas , ei tohi olla leelismetallide kloriide kui kuumutada kõrgel temp-il. Värvilised klaasid – lähteainetele tuleb lisada ühendeid, mis värvivad klaasi soovitavat värvitooni. Enamasti siirdemetallide oksiidid ja sulfiidid . Läbipaistmatute piim-või opaalklaaside jaoks lisatakse lahustumatuid ühendeid(fluoriide, fosfaate). Puhast niklit kasutatakse vähe, enamasti sulamina, kus ta on üks tähtsamaid komponente, järgmistes teda üle 50%. Monelmetall(30%Cu, 3%Fe, 2%Mn) tugev, kõva, korrosiooni- ja kuumakindel , mõned ei põle hapnikus,kasutatakse keemia- ja toiduainetetööstuse, meditsiinis, seadmete valmistamisel ja laevaehituses. Nikroom(10-30%Cr, pisut Si, Al jt) suure elektritakistusega, väga kuumakindel, valmistatakse elektriahjude küttekehi. Ferronikroom(10-30%Cr, kuni25%Fe)sarnaneb eelmisega . Alumell(2%Al, 2%Mn, 2%Si)suure elektritakistusega, kuumakindel, tehakse termopaare. Alloy 600(76%Ni, 15%Cr, 8%Fe)temp kindel. Shape Memory Alloys Ni50%, Ti50%. Low-Expansion Alloys on klaasiga kokkujoodetavad. Jootmine õnnestub vaid siis, kui kokkujoodetavate metallide pinnad on puhtad. Pehmejoodiste puhul kasutatakse jootevedelikke ja –pastasid(ZnCl2 vesilahus , ei sobi juhtmete kokkujootmiseks,mis moodustab teise metalliühenditega kergesti lahustuvaid kompleksühendeid, puhastades nii pinda). Kuid vedelik tugevalt happeline ning jootekoht võib hakata korrudeeruma. Kasutatakse stear -. Palmit-, ole-, jt rasvhapete segusid või lahuseid, või kampoli – moodustavad sooli, mis lahustuvad orgaanilistes lahustites, ei põhjusta korrusiooni. Raskesti joodetavad nt kõrgelt legeeritud terased, eriti alumiinium . Võimalik joota Al teatud rasvhapete segude abil või puhastades leeliselahusega, kohe järgneb elavhõbedaga, et Al-Hg sulam õhuke. Kõvajoodistega jootes peab kasutama puhastamisel räbusteid – suhteliselt kergesti sulavad soolad jt hendid , mis moodustavad metallioksiididega kompleksühendeid. Sagenamini Na2B4O7(veel ka fluoriidid , fosfaadid,H3BO3, B2O3). Tekkinud lahustuvad sulas booraksis või kerkivad räbuna sula joodise pinnale ning ei takista jootmist.
Pilet 14. Lubi on üks vanimaid pöördumatult kõvastuvaid sideaineid. Lubja tüüpi sideaineid nim õhk- või mitte hüdraulilisteks sideaineteks, mis kõvastuvad enamasti kuivalt . Lubja tootmise lähteaineteks sobivad kõik kivimid, mille põhikomponediks on CaCO3. Tähtsaim lubjakivi, mida kuumutatakse ahjus temp-l 1000 või veidi kõrgemal. CaCO3=CaO+CO2. Ninga saadakse kustutamata lubi, millile lisatakse vett ning saatakse pulbriline kustutatud lubi. See lahustub vees vähe ning selle ning vee segu nim lubjapiimaks, mida kasutatakse pinnakattena. Lubimört saadakse kustutatud lubja, vee ja liiva segades, mida kasutatakse sideainena kivide sidumiseks ja krohvimiseks. Lubjakivi asemel sobib ka dolomiit(CaCO3*MgCO3), millest saadakse nn hall lubi. Lubjamördi kuivamisel hakkab Ca(OH)2 neelama õhust CO2 ja tekib taas kõva lubjakivi CaCO3 ehk lubi kõvastus. Lubja kõvastumine toimub aeglaselt, sest vaja reagenti CO2, mida õhus kõigest 0,035%. Kui lubjakivi sisaldab aga üle 6% savi, siis saadakse pärast põletamist hüdrauliline lubi. Veega segatuna kõvastub see mitte ainult CaCO3 tekkimise tõttu, vaid savi sialdus põhjustab ka kõvade kaltsiumhüdraatsilikaatide teket, mistõttu hüdrauliline lubi kõvastub palju märjemates tingimustes kui tavaline lubi ning on mõningal määral üleminekuks lubjalt tsemendile. Looduses on kips kristallhüdraadina( CaSO4 *2H2O), mille kuumutamisel temp-ni 150 eraldub vett ning tekib alabaster(2CaSO4*H2O). Kui see segada veega, siis alabaster kõvastub, tekib uuesti kristallhüdraat. Vedel kipsitaigen on hästi valatav ja kõvastub ruttu, valmistatakse kujusid ja valamisvorme. Kips lahustub aga natuke vees, nii et ei saa kasutada välistöödeks, samuti pisut happeline, nii et temas olev raudarmatuur roostetab kiiresti. Kasutatakse kõige enam kuivkrohvplaatide valmistamiseks. Krohv on suhteliselt õhuke kattekiht, millega kaetakse seina või lae ebatasasusi, kaitses välismjute eest ja suurendades seina soojapidavust. Valmistatakse paksemast lubi-, tsement - või kipsmördist, millele lisatakse vajadusel värvaineid jt lisandeid. Lihtsustuseks on kuivkrohv, mis valmistatakse õhukesti kipsplaatidena, mis on mõlemalt poolt kaeotud tugeva paberiga ning saab seinale kruvida, ei vaja kõvastumise ja kuivamise ootamist. Tsement on hüdrauliline sideaine , mis kõvastub ka vee all. Tähtsaim on portlandtsement , mis valmistatakse lubjakivi ja savi peenestatud segu kuumutamisel temo-il 1300- 1450 . Lubjakivi laguneb, eraldub CO2 ning paakumisel tekivad CaO ja savi reageerimisel kaltsiumsilikaadid 3CaO*SiO2. Kui saadus jahvatada ja seejärel segada veega, kõvastub segu kiiresti, sest tekivad kaltsium hüdraatsilikaaid. 3CaO*SiO2 + H2O = 3CaO*SiO2*H2O. Kuna reagent , vesi, on otse segus, siis toimub kõvastumine kiiremini kui lubja puhul. Tsemendi liigid – peale portlandtsemendi. Pindaktiivsete ainete lisandamine tsemendimördile aeglustab kõvastumist, happelised lisandid (kips CaSO4) kiirendavad, alumiiniumühendite(boksiit) lisamine tugevdab tsementi , kallim. Teistest tööstus aladest ülejäävat jääkaineidlisades tsemendile saadakse tsement, mis on kvaliteedilt sama hea, kui portlandtsement. Tsement on peen sinakas-või rohekashall pulber (Fe(II)), sisetöödeks kasutatakse ka valget tsementi, kus seda ei ole. Üsna tugevalt aluseline-raud roostetab aeglaselt, tugev, hügroskoopne, imeb õhust niiskust. Tsementi kasutatakse peaaaegu alati mördi kujul, selleks segatakse tsement liiva ja veega. Ka vedel mört kõvastub täielikult. Kasutatakse sideainena ehituskivide sidumiseks, betoonina vundamentide , põrandate, lagede ja seinte valamiseks ning suuremate ehitusdetailide valamiseks. Kui tsemendimördile lisada kruusa või killustikku saadakse tugevam ja odavam materjal ehk betoon . Üsna vedel ning saab valada mis tahes kujuga vormi, milles kõvastub. Valatakse seina- ja laepaneele, kaevurakkeid jms. Raudbetoon saadakse, kui betooni lisada ka veel terasvardad – nii saab tugevdada suuri ja õhukesi betoonidetaile. Saame ka mullbetooni, kui lisatud Al- pulbrit , tekib H2, et keemilises reaktsioonis tekivad mullid, mis muudavad betooni kergeks ja võrdlemisi pehmeks - soojusisolatsioonimaterjal, saab lõigata ja puurida, lüüa naelu sisse. Kui lisada vahtu saadakse vahtbetoon. Keramsiid saadakse, kui paagutada savi, mis on segatud selliste mineraalidega, mille lagunemisel tekib gaase. Betoon on tegelt laiem – nim igasugust sideainest, liivast , kruusast või killustikust koosnevat materjali, milles sideaine kõvastub. Nt kui sideaineks on bituumen (nafta destl. Kõige paksem pigitaoline jääk) või looduslik asfalt, saadakse üks tähtsaim teedeehitusmaterjal – asfaltbetoon. Kõvastub kergesti bituumeni jahtudes, keemilist r-i ei toimu, ei kõlba seinte ehitamiseks jms, kuna bituumen ja muud pigitaolised ained on tegelikult vedelikud. Külmalt voolavad aeglaselt, kuid mõne kuu pärast valguks laiali. Spinellide üldine struktuurvalem
kus A ja B on katioonid, millest üks on siirdemetall .Aniooniks võib olla F-, Cl-, CN-, S2-, Se2-, Te2-. Normaalsetes spinellides katioon A on kahevalentne (Mg2+, Mn2+, Fe2+, Ni2+, Zn2+), katioon B on kolmevalentne (Al3+, V3+, Cr3+3+, Mn3+). Spinellstruktuur on koostiselt väga varieeruv , tänu erinevate katioonide sisenemisele struktuuri. Teada on üle 100 mineraali spinelli struktuuriga. Neis võivad elemendid A ja B omavahel asenduda, st normaalses spinellis kahevalentse metalli A2+ ioonid hõlmavad tetraeedrilised tühimikud, kolmevalentse metalli B3+ ioonid aga oktaeedrilised tühimikud. Inverses spinellis pool B3+ ioonidest asuvad tetraeedrilistes tühimikes, A2+ ioonid on aga oktaeedrilistes tühimikes, seega spinelli brutovalem on B8(A8B8)O32. kolmekomponentset spinelli koostisega Mn1,5-0,5xCo1+0,5xNi0,5O4 (0≤x≤1) kasutatakse NTC ( negative temperature coefficient) termistorite valmistamiseks. NTC-termistore kasutatakse madalate temperatuuride mõõtmiseks (temperatuur kuni 10 K) sobivate takistustermomeetrite valmistamisel, samuti autotööstuses (näiteks mootori jahutusvee ja õli temperatuuri monitooringus). Tähtsad mittemetallilised ferromagneetikud on spinellid . Magnetiiti Fe3+(Fe2+Fe3+)O4 ja elektrondefitsiitset magemiiti [Fe3+]8(Fe3+40/3Vac8/3)O4 kasutatakse magnetlindi valmistamiseks . Siis veel LiMn2O4 koostisega spinell on Li-ioon patareides katoodi materjal. Värvid moodustavad pinnal orgaanilise kelme ning on vajalik, et see oleks võimalikult püsiv ja kaitsev. Kelmemoodustaja ongi värvi tähtsaim koostisosa. Peaaegu alati mõni polümeer - looduslikud (taimeõlid, vaigud ), tehis (kolloksüliin) või sünteespolümeerid. Kelmemoodustaja tihti ei ole piisavalt vedel ja vajab lahjendamist. Võib moodustada emulsiooni . Valik on suur: lakibensiin ( ligroiin ), tärpentin, tolueen , atsetaadid, nitroühendid jne, kuid lahusti peab olema võimalikult vähe mürgine . Värve liigitatakse peamiselt kelmemoodustaja järgi. Ühe värviliigi alla kuuluvad nii lakid kui emailid. Ilma pigmendita värvi nimetatakse lakiks ning sellega kaetakse nt mööbel või muusikapillid, et kaitsta neid mehaaniliste, keemiliste ja bioloogiliste tegurite eest. Kaetakse ka metalle, et kaitsta neid korrosiooni eest.
Pilet 15. Liimid jagunevad kahte põhiliiki – pöörduvad ja pöördumatud ehk reaktiivsed liimid. Pöörduvad liimid on tavaliselt liimiva aine lahus või emulsioon mõnes lahustis . Liimivaks aineks ehk adhesiiviks on mõni termoplastne polümeer. Liim kõveneb sellepärast, et lahusti aurub ära, järelikult tuleb välida võimalikult lenduv lahusti, et kõveneks kiiremini, kuid mitte ka liiga kiiresti, muidu võivad lahusti aurud kinni jääda ning liimi osa nõrgendada, keemilist reaktsiooni ei toimu. Pöörduv on sellepärast, et kuivanud liimi saab lahustada ja liimiühendus kaotab tugevuse. Kuumutades kaotab ka oma tugevuse. Vesilahustena kasutatakse enamasti paberi- ja puiduliime. Vees lahustunud polümeer on kas sahhariid või valk. Tänapäeval polüvinüülatsetaat palju kasutusel ehk PVA-liim. Paberi liimimiseks kasutatakse ka silikaatliimi(naatriumsilikaatide vesilahus), kuid see tugevalt aluseline. Veebaasil tehtud liimid ei tohi aga pärast kuivamist kokku puutuda veega. Rohkem kasutatakse liimidena termoplastsete polümeeride lahuseid orgaanilistes lahustites. Kõige paremini saab liimida neid materjale, millest lahuski on valmistatud. Tuntumaid on PS-liim ehk polüstürooli lahus tolueenis, et liimida polüstürooli. Pleksiklaasi liimimiseks kasutatakse samuti nende koostisse kuuluvaid polümeeride lahuseid. Kummiliimid on aga mitmesuguste kautšukite lahused benseenis, touleenis või mõnes teises lahustis. Mõnikord kasutatakse ka lihtsalt sulatatud termoplastset polümeeri lahustita ja liimitakse kuumalt. Pöörduvate liimide kahjuks on ruumala kahanemine kõvastumisel, kui lahusti ära aurub. Pöördumatutes liimides kulgevad kõvenemisel keemilised reaktsioonid, mis muudavad põhipolümeeri struktuuri. Lineaarsed molekulid seotakse põiksidemete tekkimise abil võrgutaoliseks struktuuriks. Koosnevad alati kahest komponendist – põhipolümeer(lühikeste lineaarsete molekulidega, ning poolvedel termoplast) ja kõvend(madalamolekulaarne aine, mille mõlemas ostas aktiivsed funkt rühmad). Põhipolümeeri ahelas rühmad reageerivad kõvendi funkt rühmadega ja moodustavad põiksidemied, mis ei lahustu lahustites. Näiteks EPO-liimil on kõvenemisaeg paar tunud, nii et saab valida valides kõvendeid, et kui kaua aega liim tahkub. Kõvend segatakse liimile juurde vahetult enne kasutamist. Mõnedele liimidele ei pea kõvendeid juurde lisama , vaid põiksidemed tekivad kuumutades või õhuniiskuse toimel. Võrreldes pöörduvate liimidega saame kõvemad ja tugevamad ühendused, kuumutamisel ei muutu voolavaks ning sobivad paremini kõvade materjalide liimimiseks. Elastse ühenduse saab kummiliimidega, kuid elastsus saavutatakse kui valitakse elastne põhipolümeer või lisatakse liimile plastifikaatorit(mittelenduv vedelik, nt mineraalõlid), mida rohkem, seda pehmem ja plastilisem liimiühendus. Liimi kõvenemisel ruumala ei muutu. Epoksüliimi kasutatakse laialt majapidamises . Kõvendina kasutatakse polüamiinid, polüanhüdriidid, polüfunktsionaalsed happed .
Fenol-formaldehüüd liimid on resoolvaikude lahused atsetoonis või etanoolis . Katalüsaatoriga kõvenduvad toatemperatuuril, ilma kat-ta kuumutamisel 140-150 °C. (PLP, vineer jne.). Polüvinüülatsetaalidega plastifitseeritud (al 1945 a) metallide, metalli ja kummi liimimine. Si(OEt)4-ga modifitseeritud, BC-10T, töötemp. kuni 300 °C. Kasutamine - Pindadele kantakse liimi kiht ja kuivatatakse toatemp . 1t, kantakse teine kiht ja kuivatatakse 1t, detailid surutakse kokku ja kuumutatakse ahjus 1-2 t. Põhitarbijad on raketi- ja lennutööstus. Polüuretaanliim
Vesi on polümerisatsiooni initsiaator. Tugev adheesia metallide, keraamika, klaasi ja polümeeridega. Tööstuslik konstruktsiooniliim. Tsüanoakrüül ehk super glue. Polümerisatsiooni initsieerib adsorbeeritud niiskus. Termokindel kuni 70-80 °C, ei lahustu vees. Värske lahustub atsetoonis ja DMSO. Polümeer lahustub nitrometaanis. Võib süttida puuvilla ning 2-oktüül tsüanokarülaat on meditsiini liim. Karbamiid liimid – karbamiid-fromaldehüüd vaigud, tööstuslik puiduliim (PLP). Polüester liimid – komposiitmaterjalide valmistamine, metallide, puidu liimimine. Polüimiidid, kõvendub üle 150 °C, töötemp. kuni 300 °C, kasutatakse Ti, Be, legeeritud teraste liimimine lennu- ja kosmosetehnikas. Silikoonliimid jagunevad elastomeerid HO-[(CH3)2SiO-]n-Ohja katalüsaatorid, nt neutraalne RSI(OEt)3, täiteained Fe2O3, TiO2 ja fungitsiidid(sanitaarhermeetikud). Katalüsaator hüdrolüüsib õhuniiskuse toimel ja initsieerib polümerisatsiooni protsessi. Tööstuslikud hermeetikud on kahekomponendilised, lühike eluiga. Keevitamine on võte, et ühendada metalldetailid või plastmassid üksteisega. Asendamatu murdunud detaili parandamisel. Pinnad peavad teineteisele väga lähedal olema, korraliku keevisliite puhul jätkub ühe metalli kristallivõre teise metallis peaaaegu kogu keevisliite ulatuses, seetõttu väga tugev. Lihtsaim võimalus survekeevitus – kui metallid väga pehmed(Cu, Pb, Ag, Au ja nende sulamid) on võimalik suure rõhu või löögi toimel kokku keevitada. Ei ole kuigi tugev, kõvemate metallide puhul peab liitekohta ka kuumutama. Kontaktkeevitus ehk punktkeevitus – suure voolutugevuse toimel kokkupuutekoht kuumeneb, tekib keevitusliide. Saab keevitada ainult üksikute punktide kaudu. Eelis – mõõdukas kuumutamine, nii et metalli struktuur ja koostis muutuvad vähe. Sula-(sulatu-) keevitus – liidetavad metallipinnad aetakse sulaks, segunevad, jahtudes tekib keevisliide . Ühtlane, kui sulatada juurde samast metallist traati, kuid halva töö korral võib jääda tükkidena, nõrgendades sidet. Kõrge temp saadakse kahel meetodil – gaaskeevitus - põletatakse põlevgaasi hapnikus või kaarleegiga. Etüüni-hapniku leegi temp ligikaudu 2000, mis on küllaldane enamiku metallide keevitamiseks . Propaan 2700, MAPP 3000(ohutum, odavam kui etüün), aeglane kuumutamine, nii eelis kui puudus, hea õhukese metalli jaoks, süsinikteraste ja värviliste metallide jaoks, pisi- ja remonditööks, üle 5mm paksusega metall võib deformeerida, ei kasutata konstruktsioonide valmistamiseks. Teine on kaarleegiga keevitamine, kus tekitatakse kaarleek keevituskoha ja metallelektroodi vahele. Temp üle 3000, madal pinge, suur voolutugevus (100-200A). Elektroodid – sulatavad(3-6mm) ja mittesulatavad. Sulatavad kaetud kattega , mille eesmärgiks kerge ioniseerimine, kaare süütamine ja põlemine, keevituskoha kaitsmine õhust, räbustid, keevisõmbluse tugevuse ja kvaliteedi parandamine. TiO2, SiO2, CaCO3, K2CO3 jm. Saadakse spets keevitustrafost. Metallelektrood kaetud räbustiga, andes keevisliite jaoks vajalikku lisametalli. Sulakeevitus sobib mitmesuguste metallide puhul, odav, kiire, tehniliselt lihtne, kergesti automatiseeritav, tugev liitekoht , ei nõu pindade puhastamist, puudused- metalli sulamine keevisliite kohal, keevisliite ümbruse tugev kuumenemine, metalli omadused võivad muutuda ja koostis. Termiline keevitus – kaarkeevitus, gaaskeevitus, plasmakeevitus, laserkeevitus . Termomeh keevitus – kontaktkeevitus, kõrgsagedusvooluga, sepistamine, hõõrdekeevitus. Meh keevitus- ultrahelikeevitus(mikroelektroonikas), külmkeevitus, plahvatuskeevitus. Hästi keevitatavad on süsinikuvaesed terased, alla 0,25%. Süsinikuterased on vaja enne kuumutada 250-300, peale keevitamist kuni 700 ja aeglaselt jahutada. Legeeritud teraste keevitamine keerukas – võib vajada eelkuumutamist, järelkuumutamist, noolutmist jne. Al keevitamiseks parim meetod Ar keevitus W elektroodiga. Malmi keevitamine – sulatud malm väge vedel, vajalik keevitusvanni vamistamine. Keevituskohas tekib valgamalm, ebaühtlane struktuur ja praod. Kogu detaili eelkuumutamine, keevitamine jne. Hästi need, kus ei ole legeerivaid elemente üle 1-2%. Halvemini keevituvad suurema süsinikusisaldusega terased. Magnetmaterjalid sisaldavad põhikomponendina rauda. Pehmed magnetmaterjalid suure magnetilise läbitavusega, ei saa valmistada püsimagneteid, küll aga trafode, elektrimootorite, generaatorite jt seadmete südamikke. Eriti suure magnetilise läbitavasuge on permalloi, kus 50% niklit. Kõva magnetmaterjalid magneetuvad tugevasti ja säilitvad püsimagneti omadused pika aja vältel. Tuntuim on karastatud süsinkteras. Kasutatakse valjuhääldites ja elektrimõõteriistades, valmistatakse sulamitest, mis sisaldavad 8-15% Al, 15-30% Ni, 8-12% Cu j 1-24% Co. On olemas ka ferromagnetilisi sulameid, mis ei sisalda üleüldse rauda.
Pilet 16. Pinnakatted peavad, sarnaselt liimidega, hästi nakkuma aluspinnaga, tugevad ja vastupidavad, algul vedelad, pärast kõvenevad. Värvid peavad moodustavama pinnal orgaanilise kelme. Välispind peab olema sile, läikiv või matt , värviline või läbipaistev, kulumiskindel. Kaitseomadused mehaaniliste, keemiliste ja bioloogiliste tegurite eest. Tähtis on ilufunktsioon ka. Nakkumise tingimused samad mis on liimidel (karedus, poorsus, hüdrofoobsus). Tugevus. Kui värvkate praguneb kaitsev mõju kaob ära. Kõvadus ja sitkus. Heal värvil ei tohi tekkida kriimustusi ja kildu. Voolavuse ja kuivamisaja tasakaal - Vedel värv moodustab ühtlase pinda, liiga vedel värv voolab vertikaalselt pinnalt alla. Voolavus on suurel määral sõltub kasutatud solvendist ja selle hulgast. Värvide koostis - Kelmemoodustaja – värvi tähtsaim koostisosa. Peaaegu alati mõni polümeer. Jaguneb looduslikud (taimeõlid, vaigud), tehis (kolloksüliin) ja sünteespolümeerid. Kelmemoodustaja tihti ei ole piisavalt vedel ja vajab lahjendamist, siis vajalik lahusti. Võib moodustada emulsiooni. Valik on suur: lakibensiin (ligroiin), tärpentin, tolueen, atsetaadid, nitroühendid jne. Lahusti peab olema võimalikult vähe mürgine. Veel kuulub värvi koostisesse pigmendid –lahustamatud värvined, mis ei tohi reageerida värvi ja õhu komponentidega ega üksteisega, võimalikult vähe toksilised -Ilma pigmendita värv nimetatakse lakiks ja email sisaldab lahustamatu pigmendi . Värvide vedeldamiseks kasutatakse vedeldit, mis on sarnane lahustiga. Tavaliselt vedeldi lisatakse otse enne kasutamist (ligroiin, tärpentin). Värve segatakse täiteainetega - Peamiselt anorgaanilised lisandid, mis annavad uue omaduse kuumuskindlus, korros
’’ioonikindlus, tugevus, UV-kaitse jne.) või plastifikaatoritega, lisatakse sitkuse ja painduvuse suurendamiseks, nt. naha värvide või kruntvärvide puhul. Värvid jaguved pöörduvatesks värvideks ja pöördumatuteks. Pöörduvates värvides on termoplastse kelmemoodustaja lahus. Kõvenemine seisneb lahusti äraauramises. Tundlikud solventide suhtes. (nitrovärvid, alküüdvärvid). Pöördumatutes värvides kelmemoodustaja komponendid keemiliselt reageerivad moodustades põiksidemed. (polüester-, epoksü-, õlivärvid) . Sarnaselt liimidega tihti vajavad kõvendid või katalüsaatori (sikatiivi). Värve liigitatakse peamiselt kelmemoodustaja järgi. Ühe värviliigi alla kuuluvad nii lakid kui emailid. Õlivärvid – kelmemoodustajaks on kuivanud taimeõlid(linaõli, kanepiõli, perillaõli, tungaõli), kasutatakse puitpindade värvimiseks. Piirituslakid ja polituurid – šellaki, sandarak, merevaigu jt looduslike vaikude lahused etanoolis. Kõrge hind, mööbli restaureerimisel, muusikapillide valmistamisel, metallide kaitsmine korrosiooni vastu. Nitrovärvid- kelmemoodustajaks kolloksüliin(tselluloosi dinitraat), lahustiteks alküülatsetaatide segud tolueeniga, butanooliga jne. Kiiresti kuivavad, piisavalt tugev kuid õhuke kile, metallide värvimiseks tuleb kasutatda krunte. Alküüdvärvid – glüftaal või pentalftaalvaikude baasil, odavad, ilmastiku vastupidavad, hea nakkumisega erinevate pindade suhtes, 3 kord tugevamad kui õlivärvid, tundlikud lahustite suhtes. Vesiemulsioonvärvid – lateks on polümeeride emulsioon vees, nt piimalillede mahl , kelemmoodustajaks on nt butadieenstüeenkautšuk, valged pigmendid Ti=2, ZnO vähendavad läbipaistvust, ei ole tugevad mehaaniliselt, seina ja laevärvid, liimvärvide kelmetmoodustajaks on kaseiin , dekstriin, kondi - või sünteetilised liimid. Krohvi ja betooni katmiseks sisetöödeks, nt laevärvid. Kruntvärvid- kasutatakse vahekihina, kui värv ei nakku hsäti aluspinnaga, poorsete materjalide värvimisel vähendab põhivärvi kulu, antikorrosiooniomadustega metallkonstruktsiooni värvimisel. Aine kristallid sulavad moodustades sogase valgust tugevasti hajutava vedeliku ehk vedelkristallid. Selle edasisel soojendamisel lahus selgineb, käitudes optiliselt tavalise vedelikuna. Sogane faas ei ole mitte kahefaasiline süsteem, st väikesi kristalliosakesi sisaldav vedelik, vaid aine uus faasiline olek. Valguse polarisatsiooni tasapinna pöördumine vedelkristallides on sadu ja tuhandeid kordi suurem kui teistes optiliselt kõige aktiivsemates kristallides, nt kvartsis, ja vedelkristallides valguse polarisatsiooni tasapinna pöördumine sõltub valguse lainepikkusest. Vedelkristallid sõltuvad suuresti temperatuurist, neil on suur tundlikkus välise magnetvälja ja elektrivälja suhtes jne. Vedelkristallidel on omadus muuta temperatuuri muutudes oma värvust, nii saab silmale nähtamatute soojusvälju avastada . termotroopsed vedelkristallid, mis moodustuvad tahke aine kuumutamisel mingis kindlas temperatuuri- ja rõhuvahemikus, jagunevad kolmeks. Nemaatilised vedelkristallid. Neis kristallides puudub molekulide raskustsentrite kaugkorrapära, neis puudub kihiline struktuur, nende molekulid libisevad pidevalt oma pikitelgede suunas, pööreldes ümber oma telje, kuid samaaegselt säilitades orientatsioonilise korrastatuse (pikiteljed kindlas eelisorientatsioonis). Nendelt omadustelt käituvad nad sarnaselt tavaliste vedelikega. Nemaatilised faasid esinevad ainult akiraalsete (oma peegelpildiga kokkulangevate) molekulidega ainetel. Smektilised vedelkristallid omavad kihilist struktuuri, milles kihid võivad üksteise suhtes liikuda. Smektiliste vedelkristallide viskoossus on märgatavalt suurem kui nemaatilistel ja nende tihedus kihi pinnanormaali suhtes võib olla tugevalt erinev.Kolesteerilised e kiraalsed vedelkristallid moodustuvad põhiliselt kolesteriinist ja teiste steroididest. Nad on nemaatilised vedelkristallid, millede pikiteljed on üksteise suhtes nurga all, mistõttu molekulid moodustavad spiraale. Sellise struktuuri väga väikese tekkeenergia (suurusjärgus 0,01 J/mool) tõttu on nad väga tundlikud temperatuuri muutustele. Kollesteerilised vedelkristallid on tugevalt värvunud, temperatuuri väikseimgi muutus (kuni tuhandik kraadi) viib spiraali sammu ja sellega kaasneva vedelkristalli värvuse muutuseni. Babiidid on peamiselt tina- ja pliisulamid, millest valmistatakse liugelaagrite sisepindu. Püsikomponendid on veel antimon (10-15%), vask (2-10%). Tüüpiline liitmaterjal, milles pehmema maatriksi moodustab antimoni ja vase tahke lasus tinas või antimoni lahus pliis , kõvema armatuuri annavad aga ühendite SnSb ja Cu3Sn kristallkobarad ja –nõelad. Pehmem maatriks tagab väikese hõõrdeteguri, kõvem armatuur suure kulumiskindluse. Kui maatriks isegi osaliselt sulab, jääb babiidi stuktuur alles. Sellised laagrid sobivad ka suurtel kiirustel töötavate võllide puhul. Babiidi kõvadust saab suurendada mõne % Ni, kaadiumi, arseeni jt komponentide lisamisega. Samuti püütakse selle poole, et tina oleks minimaalselt.
Pilet 17. Pinnakatted peavad, sarnaselt liimidega, hästi nakkuma aluspinnaga, tugevad ja vastupidavad, algul vedelad, pärast kõvenevad. Värvid peavad moodustavama pinnal orgaanilise kelme. Välispind peab olema sile, läikiv või matt, värviline või läbipaistev, kulumiskindel. Kaitseomadused mehaaniliste, keemiliste ja bioloogiliste tegurite eest. Tähtis on ilufunktsioon ka. Nakkumise tingimused samad mis on liimidel (karedus, poorsus, hüdrofoobsus). Tugevus. Kui värvkate praguneb kaitsev mõju kaob ära. Kõvadus ja sitkus. Heal värvil ei tohi tekkida kriimustusi ja kildu. Voolavuse ja kuivamisaja tasakaal - Vedel värv moodustab ühtlase pinda, liiga vedel värv voolab vertikaalselt pinnalt alla. Voolavus on suurel määral sõltub kasutatud solvendist ja selle hulgast. Värvide koostis - Kelmemoodustaja – värvi tähtsaim koostisosa. Peaaegu alati mõni polümeer. Jaguneb looduslikud (taimeõlid, vaigud), tehis (kolloksüliin) ja sünteespolümeerid. Kelmemoodustaja tihti ei ole piisavalt vedel ja vajab lahjendamist, siis vajalik lahusti. Võib moodustada emulsiooni. Valik on suur: lakibensiin (ligroiin), tärpentin, tolueen, atsetaadid, nitroühendid jne. Lahusti peab olema võimalikult vähe mürgine. Veel kuulub värvi koostisesse pigmendid –lahustamatud värvined, mis ei tohi reageerida värvi ja õhu komponentidega ega üksteisega, võimalikult vähe toksilised -Ilma pigmendita värv nimetatakse lakiks ja email sisaldab lahustamatu pigmendi. Värvide vedeldamiseks kasutatakse vedeldit, mis on sarnane lahustiga. Tavaliselt vedeldi lisatakse otse enne kasutamist (ligroiin, tärpentin). Värve segatakse täiteainetega - Peamiselt anorgaanilised lisandid, mis annavad uue omaduse kuumuskindlus, korrosioonikindlus, tugevus, UV-kaitse jne.) või plastifikaatoritega, lisatakse sitkuse ja painduvuse suurendamiseks, nt. naha värvide või kruntvärvide puhul. Pöördumatutes värvides kelmemoodustaja komponendid keemiliselt reageerivad moodustades põiksidemed. (polüester-, epoksü-, õlivärvid). Sarnaselt liimidega tihti vajavad kõvendid või katalüsaatori (sikatiivi). Õlivärvid – kelmemoodustajaks on kuivavad taimeõlid (linaõli, väga levinud, kanepiõli, viimasel ajal piiratud kasutamine, perillaõli, kaugidas, hiina, jaapan, tungaõli, väga väärtuslik, kiiresti kuivav , väga kõva ja läikiv kile). Kuivade taimeõlide koostises on kõrge küllastamatuseastmega rasvhapped, kaksiksidemed oksüdeeruvad O2 toimel, tekivad põiksidemed, poolkuivad õlid ja mittekuivadõlid leiavad piiratud kasutamist. Pöördumatu värvid on kõige kõvemad, tugevamad, lahustitele ja temperatuurile vastupidavamad kelmed. Mitmed on kahekomponentsed, tihti kõvenevad kuumutamisel. Tavaliselt ei sisalda lahustit. Kelmemoodustajaks on epoksiid-, polüuretaan-, polüester, fenoolformaldehüüdvaigud. Põiksidemed tekivad ühtlaselt kogumassis, võib kanda paks värvikiht. Kasutatakse nii metalli kui puiduvärvimiseks. Autokerede, laevade (jahtide), mööbli jne värvimiseks. Tähtis on UV-stabilisaatorite lisamine. Kruntvärve kasutatakse vahekihina, kui värv ei nakku hästi aluspinnaga. Plastifitseeritud kruntvärv amortiseerib põhivärvi kelme aluspinda deformatsioonil, poorsete materjalide värvimisel vähendab põhivärvi kulu ning on antikorrosiooniomadustega metallkonstruktsiooni värvimisel. Roostekihi võib mehaaniliselt eemalda või keemiliselt muuta. Roostemuundid H3PO4 ja H2CrO4 baasil. Mitmekomponentsed värvid (nt Hammerite) võivad sisaldada roostemuundid, kuid pinna ettevalmistamine on ikka vajalik. Metalli kruntvärvid võivad sisaldada korrosiooni inhibiitoreid. Magneesiumsulameid ei kasutata laialdaselt, kuna keemiliselt aktiivne, kuid väikse tihedusega, küllaldase tugevusega ja kõvadusega, alluvad erinevatele töötlemisvõtetele – nii deformeeritavad kui ka valatavd, saab karastada ja vananadada. Mõnevõrra korrosioonikindlamad kui puhas magneesium , peamiste legeerijatena 0,5-9% Al, 0,2-6% Zn, 0,2-2,5%Mn, veel Ni, tsirkooniumi ja lantaniide, muid metalle aga vähe. Võivad süttida valamisel, treimisel, puurimisel jne. 0,01% berülliumi lisand vähendab märgatavalt magneesimsulamite süttimisohtu töötlemisel. Kõvadus on omadus osutada vastupanu teisele kehal, mis püüab temasse tungida. Dünaamilist kõvadust määratakse sellejärgi, kui kõrge on tagasipõrkumise kõrgus või võnkumise sumbumine. Staatilist kõvadust määratakse- Brinelli kõvadus, jõu ja jälje pindala suhe, Vickers kõvadus HV – metallide jaoks, jõu ja teemant püramiidi jälje pindala suhe. Rockwelli kõvadus – teemant või wolfram karbiid, kus sellest moodustatud teravik tundib suure massiga kehasse, ning mõõdetakse ttaskord tekitatud sügavust. Mohsi skaal on näha absoluutne kõvadus kg/cm2 ja suhteline kõvadus, mis ei lähe lineaarselt.
Pilet 18. Puit koosneb tugeva kestaga rakkudest, mis kasvavad juurde puukoore all. Puidu välimist, elusatest rakkudest koosnevat osa nim maltspuiduks, sisemist, tavaliselt tumdemt, surnud rakkudest koosnevat osa lülipuiduks. Erineva kasvukiirusega ringid moodustavad aastarõngad. Okaspuude ja mõnede lehtpuude puit sisaldab ka veel vaigu kanaleid . Puit on poorne ja hüdrofiilne, kuivades kahaneb ristisuunas, märjaks saades paisub, kuid pikisuunas on need tühised. Ehk puidu kõvadus sõltub niiskusest ja suunast , kõvadus pikikiud on 2 korda suurem kui risti. Puit tüve alumisest osast on tugevam kui ülemisest. Survetugevus – pikikiud on 8 korda tugevamad kui risti. Puitu uuritakse õhukuivalt, kus selle niiskusesisaldus ligikaudu 12% on standard. Puidu tihedus oleneb väga puuliigist. Väiksemaiga balsa (0,1-0,12 Mg/m3), suurimaga raudpuu ja guajakipuu (1,4Mg/m3). Tihedad puidud on kõvad, valmistatud isegi masinate detaile. Estis tihedus enamasti 0,4-0,8 Mg/m3. Elektrijuhtivus sõltub suuresti niiskusest, eriti 0-25% vahemikus, sõltub ka puuliigist ja suunast. Soojusjuhtivus kasvab tihedusega ja niiskusega, õhk 0,16, puit 0,4-1,2, vesi 4, betoon 4,5. Bioloogiline vastupidavus sõltub puuliigist, vanusest , malts -või lülipuit. Keemiline koostis – Puidu kuivaine sisaldab 48-50% C, üle 6% H, üle 43% O2 ja kuni 1% mineraalaineid, kõige enam kaaliumiühendeid, N2 sisaldus alla 0,5%. Kolme liiki ühendeid – polüsahhariide, aromaatseid ühendeid(koos on rakukestade konstruktsioonimaterjalid)ja nn ekstraktiivaineid(lahustuvad ained, rakuõõnsustes ja rakkude vahel). Puidu 2 kõige tähtsamat komponenti on tselluloos ja ligniin – polümeersed, erineva struktuuriga. Tselluloos on lineaarsete molekulidega kiuline polüsahhariid, ligniin keerulise koostisega, rohkesti aromaatseid tuumi sisaldav ruumilise struktuuriga polümeer. Mitmesugused tselluloosist erinevad polüsahhariidid on hemitselluloosid. Tselluloos on tüüpiline polüsahhariid, mis koosneb 1,4-glükosiidsidemega seotud tsüklilistest lülidest – beeta–D-glükopüranoosi jääkidest. Igas lülis on 3 alkohoolset OH rühma. Lülide arv tselluloosis on märksa väiksem kui puuvilla või lina puhul. Reaktsioonid tselluloosiga alagavad alati amorfsetes piirkondades, sest need hõredamad ja reagendid pääsevad paremini ligi. Tselluloosi ja leeliste reatsioonil tekivad tselluloosi alkoholaadid , pundub. Puuvilla materjal omadab siidja läike, muutub vastupidavamaks ja värvub paremini. Lahustub näiteks [Cu(NH3)4](OH)2 lahuses – tehiskiud, esterdamine – tehissiid, nitrolakk, püssirohi jne, hüdrolüüsub tugevate hapete toimel, termiline destruktsioon üle 200 kraadi, oksüdeerub kergesti – oh rühmad karbonüüliks, c-c side katkemisega happeks. Hemitselluloos moodustab 20-25% puidu massist. On võrreldes tselluloosiga lühemad, kuid võivad olla hargnenud, koosnevad erinevates 5 ja 6 süsiniku aatomida monosahhariidide jääkidest, tsüklilised. Kovalentse sidemega seotud ligniiniga. Erineva struktuuriga tugevas- ja pehmespuidus. Ligniin on puidu aromaatne, hüdrolüüsumatu osa, ebakorrapäraste hargnenud ja ruumiliste polümeeride segu, monomeeride põhistruktuuriks fenüülpropaan. Ligniin hakkab kogunema raku seintesse paar päeva pärast uue raku tekkimist ning annab rakuseintele tugevust juurde. Arvatakse, et ligniin tekkis siis, kui esimesed taimed levisid merest maismaale. Tselluloosi- ja paberitööstus põhineb suuresti ligniini struktuuri lõhkumisel, sest see on tselluloosi kõrval teine puidu tähtsaim komponent. Puidus leiduvad ekstraktiivained on vees või org. solventides lahustuvaid ained. Need on erinevatest org. ühendite klassidest, erineva bioloogilise funktsiooniga, jaotumine ja liigid varieeruvad puu eri osades, neid leidub massi järgi vähe (2-4%), mitmed on väärtuslikud kõrvalsaadused. Tanniinideks nim. Fenoolhappeid ja nende derivaate, mis on head parkained. Tavaliselt on nad karboksüülrühma kaudu seotud mõne sahhariidiga või teise samalaadse tanniidiga, selline esterside hüdrolüüsub kergesti. Mõned tanniidid on värvilised ning neid kasutatakse vesi-või etanoollahuste kujul puidupeitsidena puidu värvimiseks ning on ka antioksüdandid ning bioaktiivsed. Vaikhapped ja terpeenid esinevad enamasti koos vaigus(enamasti okaspuudes) ja kujutab endast paljude vees lahustumatute ühendite poolvedelat segu. Terpeenid ehk eeterlikud õlid on isopropeeni polümeerumise saadused(sellest koosneb nt viiruk). Vaik nt mürr ning draakonipuu vaik. Perovskiidid on metallioksiidide kõige arvukam liik. Nende üldvalem on ABO3, kus A on suurem kui B. Näiteks CaTiO3, Ca aatom on suurem kui Ti oma. Kristalli struktuuri võib kujutada kaheselt. Võretüübis A Ti aatomid asuvad nurkades , Ca tsentris ja O aatomid oktaeedriliselt. Võretüübis B Ca ja O aatomid moodustavad koos tahktsentreeritud kuubilise võre, mille tsentris asub oktaeedriliselt Ti aatom (½,½,½).Perovskiidid on maakoore ülemistes kihtides küllalt haruldased mineraalid. CaTiO3-s võib Ca olla asendatud Ce-ga, Ti Nb ja Ta-ga. Võimalikud on ka teised lisandid. Vastavad mineraalid on knopiit, disanaliit ja lopariit. Perovskiidi struktuur on omane ka paljudele teistele keerulistele metallioksiididele. Üldteada on, et maakoore alumine kiht (660-2800 km) koosneb 75-80% MgSiO3 perovskiidist, 5-10%. CaSiO3 perovskiidist ja 10-15% magneesium vüstiidist (MgO ja Fe(1-x)O segu). Seega MgSiO3 perovskiit moodustab ligi poole meie planeedi üldruumalast. 90 % metalle omavad stabiilseid perovskiidi struktuuriga oksiide. Materjaliteaduse jaoks on perovskiitidel rida huvitavaid füüsikalisi omadusi. Nende hulgas on ülijuhtivus, magnettakistus, ioonjuhtivus ja suur hulk dielektrilisi omadusi, mis on suure tähtsusega mikroelektroonikas ja telekommunikatsioonis. Perovskiidi struktuuri omavad paljud kõrgtemperatuursed üli- ja ioonjuhid, samuti ka paljud magnetilised ja segnetelektrilised materjalid. Sidemete vaheliste nurkade paindlikkuse tõttu võib perovskiitide struktuuris esineda palju erinevat tüüpi kõrvalekaldumisi ideaalsest struktuurist. Teaduslikuks ja tööstuslikuks otstarbeks vajatake klaasi, mis oleks läbilastev nii nähtavas kui ka UV kiirguse spektirosas, oleks keemiliselt vastupida ja kuumuskindel, selleks sobib kvarts(SiO2). Väga väikse paisumisteguriga ja suure soojusjuhtivusega, vastupidav temp muutustele, saab kasutada kõrgemalt emp-il, kui tavalist või kuumuskindlat klaasi. Asendamatu materjal UV valgusallikate kestas, valmistatakse aknaid reaktoritele, milles neid r-e läbi viiakse. Puudused – rabe, kallis, valmistada ainult väikesi nõusid, raske puhuda ja joota, ei tohi olla leelismetallide kloriidide jääke, kui kuumutada kõrgel temp-il.
Pilet 19. Peamiseks tooraineks on puit(väärtuslikuim okaspuud ), vähesel määral keedetakse tselluloosi ka muust taimsest toorainest (õled, pilliroog jne.). Tselluloosi saagis 40-55%. Tooraine ettevalmistamine – Puidu koorimine – koor põhjustab tselluloosi prügisust, puitmassi tootmisel on vajalik täielik eemaldus, sulfaattselluloosi jaoks 90% ulatuses. Laastu valmistamine – liiga suur ja paks laast põhjustab läbikeetmata puiduosakeste sisaldust tselluloosis. Liiga väike ja õhuke aga vähendab tselluloosi saagist ja tugevust. Tselluloosi tootmine – sulfittselluloosi tehnoloogia – tänapäeval vähe kasutatav, NaHSO3 + SO2+ H2O(Ca, Na, NH4 või Mg), pH umbes 1,5. Ligniin sulfoonitakse, halb, kui kondenseerub, kuid konsen oht suurem, igniin tuleb sulfoneerida, et takistada. Eelkeet 105-115kraadi, 2-6t, keet 130-150, 6-8t. Kõik puuliigid ei sobi, tselluloos osaliselt hüdrolüüsub, kiud on nõrgem, jääkide utiliseerimine on keeruline. Eesmärgiks ligniini eemaldamine ja kiudude eraldamine. Keeduprotsess on selektiivne, kui ligniin on suurema lahustumiskiirusega kui polüsahhariidid. Sulfaattselluloosi tehnoloogia – Kraft protsess – aktiivleelis NaOH + Na2S, pH keedu alguses 13-14, lõpus 12-13. Algtemp 80, lõpp 170, kestvus 4-5 t. Keetmisel ajal eralduvad gaasid(tärpentin, MeOH, MeSH). Ligniini hapnikusillad hüdrolüüsuvad, kuid fragmendid kalduvad polükondenseeruda. Hs- ja S2- takistavad. Polüsahhariidid võivad samuti hüdrolüüsuda, selektiivsus sõltub temperatuurist ja leelise kontsist. Tselluloosi pesemine - lehjendamine majanduslikult ei ole soovitatav, pressminie, filtratsioon , difusioon , vahutamine. Leelist püütakse välja pressida. Tselluloos sorteeritakse, prügi eemaldatakse – sõelamine(suuruse järgi), keerissorteerimine(massi järgi). Eraldatakse sulfaatseep(koosneb vaik- ja rasvhapete sooladest, kergem leelise lahusest, võib saada tallõli), sulfiid oksüdeeritakse, et ei eralduks H2S, kokkuaurutatakse, siis leelise konts rohkem kui 60%. Lisatakse Na2SO4, et põletatda leelis – Na2SO4+4C=Na2S+4CO 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2o. Kaustiseerimine – tasakaal kahe kunagi mitte lõpuni kulgeva r-i vahel – Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCo3. Lubi põletatakse. Tselluloosi pleegitamine – määratakse võrreldes MgO-ga. Pleegitamata pooltoodete valgesused – sulfaattselluloos 15-30%, neutraalsulittselluloos 40-50, puitmass ja sulfittselluloos 50-65. Pleegitatud max sulfittselluloosil 94% piires. Kaks põhimõtet - ligniini eemaldamine, kromofoorsete gruppide kaotamine ligniini eemaldamata. Pleegitamine – Cl2- suht madal konts 12-15%, eksotermiline, 45-90 min, ph alla 2, ei kahjusta nii tselluloosi, järgneb leelise ekstraktsioon, temp 60-80, kestvus 2h. Hüpoklorot- reageerib ligniini kromofoorsete rühmadega, reageerib tselluloosiga, slufittselluloosil, ph üle 9 , 35-40kraadi, 1-2t. ClO2 – kõrge valgesus , suure selektiivsusega, mõjutab tseluloosi vähe, 2-4t, kõrge konts, 70-75 kraadi, ph 3,4-4, siis 5,5-6. Peroksiidis- kõrge saagiseda tselluloosi ja puitmassi pleegitamiskes, madal temp, mõjub vähe saagisele, ph 10,5, regul. NaOH ja Na-silikaadiga, 1-3t. O2-ga- kõrge konts ja temp, leeliseline keskkond, 20-60min, oht tselluloosi lagunemise – listakse Mg soola. Osoon - tugev oksüdeerija, kõrged konts, madal temp, hapu keskkond. Ditioniit – puitmassi peegeldamine, tõstab valgesust 5-12%, püsivus ei ole hea, madal konts, ph 4-6, temp 50-70, stabilisaatoreid, 1t. Seejärel tselluloos kuivatatakse, kui see ei lähe otse edasi paberitööstusse. Alsulamid – puhast al ei kasutata, kuna selle kõadus väike ja plastsus suur, sulamid kõvemad, tugevamad, deformeeritavad, valusulamid , kasutatakse suurte ehituskonstrsktsioonide valmistamiseks ja lennukitööstuses(kuna kerge), peab atmosf korrosioonile vastu, Aldrei – 1%Mg, rauda ja räni, sobiv elektrijuhtmete valmistamiseks, hea elektrijuht , tugev, vasesulamistest kergem ja odav. Duralmuniiniumid – 4-7% vaske, Mg, Mn, räni(alla1%), saab karastada, suureneb plastsus, pinged kaovad, tugev, kõva. Silumiinid – 4-10%Si, hästi valatav, kõvemad ja tugevamad sisaldavad vaske, Mg, Mn, saab karastada ja vanandada. Magnaalium - Mg kuni 12%, 1% Mn, kerge, tugev, saab keevitada. Saab raskendada pulbermetallurgia võtteid – 6-22% sisaldava Al2O3 paagutamisel rõhu all temp kuni 500 saadakse kerge, tugev, hästi töödeldav, küllaltki kuumuskindel materjal, kuni 1000, peaaaegu kõik teised Alsulamid kaotavad 300-350 kraadi juures tugevuse-liitmaterjal. Korrosioonikindluse parandamiseks kaetakse Al kihiga- plakeeritakse. Marine alloys – korrosioonikindlad, hästi keevitavad ja vormitavad. Cryogenic alloys – 4-5% Mg, jäävad plastseks ka väga madalatel temp-idel. Klaasi tootmisel on peamiseks lähteaineteks kvartsliiv, marmor, kriit jt võimalikult puhtas CaCO3-st koosnevad mineraalid ja sooda. Segule lisatakse ka sama sorti klaasi jäätmeid, lähteained peenestatakse, segatakse ja kuumutatakse. Klaasi keedetakse, ehk karbonaadid lagunevad ning tekivad silikaadid. Süsihappegaasist tekkinud mullikeste eemaldamiseks lisatakse kergesti lagunevaid sooli, millest tekkivad O2 mullid haaravad kaasa ka CO2 mullid, klaasimass selitub. Vaja hästi kõrget temp-i, et mass oleks võimalikult vedel ning toimuks iseeneslik segunemine. Pärast lastakse segul jahtuda pisut ja seejärel töödeldakse vajaliku kujuga tooteks. Sisaldab üle 70% SiO2, 10%Cao, 2%MgO ja Al2O3, 15% Na2O. Pudeliklaas tumepruun või tumeroheline, sest raua ühendid Fe(II) ja Fe(III). Soovitud pudeli kuju saab klaasi töötlemisele-puhumisel.
Pilet 20. Nafta töötlemisepõhietapid – eeltöötlemine – vee ja soolade eemaldaimine, stabiliseerimine , C3-C4 eemaldamine. Esmane töötlemine on destillatsioon normaalrõhul ja vaakumis , jäägiks jääb masuut , mis läheb katlakütmiseks või mida destilleeritakse edasi fvaakumis ja saadakse jõuülekande-, silindriõlid ja määrdeõlid. Selle jääk on asfaldi- või pigitaoline ehk bituumen. Pärast esmast destilleerimist tuleb järeltöödelda, kus tuleb puhastada, süsivesinike struktuuri muuta, erinevaid fraktsioone kokkusegada, abiaineid lisada. Masuudi üleviimiseks madalamateks fraktsioonideks, kasutatakse mitmesuguseid süsinikuahela lõhkumise võtteid, üks on näiteks katalüütiline krakkimine , 500 kraadi juures. Saab kogu saagist tõsta 60%ni. Hargnevus suureneb, oktaaniarv kasvab. Temilisel krakkimisel (490kraadi, 2Mpa) tekib palju alkeene , katalüütilisel(510kraadi, o,3Mpa) tekivad areenid . Et bensiinide süsinikuaheldate hargnevust suurendada, siis reformitakse katalüütiliselt 500 kraadi ja rõhu all. Pärast destilleerimist ja krakkimist peab kõrvaldama väävliühendid keemiliste ja füsikokeemiliste võtete abil mida nim rafineerimiseks. Alkeenidest saavad alkaanid hüdrogeniseerimisel(400kraadi, 2Mpa) ja ka S muutub H2Siks. Vedelkütused tuleb puhastada – happepuhastus, vaikained kondenseeruvad omavahel, tekib happegudroon, adsorptsioonpuhastus- nafteenhapped, polümerisatsiooniproduktid ja vaikained adsorbeeruvad aktiivmulla kihis. Leelispuhastus- eraldatakse fenoolid , nafteenhapped, H2S ja muud S ühendid. Vedelkütuste põhiliigid – Bensiinid – lennuki ja auto saadakse krakkimise ja reformimise produktide kokkusegamisel. Kõige lenduvam fraktsioon . Sisaldab natuke ka madalalt keevaid süsivesinikke, hõlbustab mootori käivitmust. Hea on kõrge oktaaniarvuga. Joodiarv (ehk isel küllastamatustt) 2g/ 100g bensiini kohta. Areenide sisaldus 42%, 35%(EURO4). Benseeni sisadus alla 1%, väävlisisaldus alla 150ppm, alla 30ppm(EURO4). Sisaldab antidetonaatoreid(tertaetüülplii). Etüülbensiinid sinised või rohelised, antioksüdant kuni 0,03%. Detergente 0,01-0,02%. Diislikütus – saadakse mitmete dest. Produktide segamisel , frakts koostis 180-420 kraadi. Sisaldab põhiliselt alkaane ja tsükloalkaane, areenide hulk piirantud, ebasoovitav on küllastamatus, autodiislis S sisaldus 0,02-0,05%, linnadiislis 0,002%. Tsetaaniarv 45-60. Hangumistemp – suvediisel -10, talvediisel -35, põhjapiirkonna diisel -45 ja arktiline diisel -55 kraadi. Diislikütusel on määrimisfunkt, kui viskoossus on väike pihutub kergesti, kuid määrimisomadused on halvad. Biodiisel- taimeõlist esterdamise teel saadud metüülester. Toorainena rapsiõli – sellest ester rapsi metüülester. Eestis puhast biodiislit ja 5% biodiisli sialdusega diiselkütust müüa. Taimeõli ja metanool massisuhtes 9:1 segatakse leeliselise katalüsaatoriga. Viskoossus nagu diislikütusel, Tsetaaniarv 56-58, väävlivaba, heamäärimis- ja pesemisomadustega, võib lahustada kummivoolikuid, nii et kindlad detaili. Petoool- C9-C16 – alkaanid 20-60%, nafteenid 20-%0%, areenid 5-25%, lambiõlid,lahusti, soojuskandja , reaktiiv- ja raketikütus, suur põlemissoojus ca 43MJ/kg, kõrge leekpunkt üle 28kraadi. Reaktiivkütus – viskoosus tähtis, sest täidab paralleelselt määrimisfunkt, fraktsioonikoostis, hangumistemp -60, leekpunkt üle 28, termooksüd kindlus 150 kraadi juures, madal S,N ja O sisaldus, antioksüdandid(BHT), madal korrosiooni aktiivsus(V ja S sisalsu min). Laevakütus –sarnane autodiisliga, viiskoossus kõrgem, tsetaanarv ca 40, leekpunkt kõtge 62, lubatud S hulk suurem, kuni 1,5%. Masuut ehk tume katlakütus – viskoosus kõrgem kui raskel laevakütusel, laevamasuudi tihedus alla 0,99, S sialdus kuni 2%, Balti meres 1%. Määrdeained on mootoriõlid, transmissiooniõlid, plastsed määrded.Eesmärk vähendada hõõrdumist, liikuvate detailide kulumist, tihendada detailide vahemikud, antikorrosiooni ja katsvad omadused, puhastamisomadused. Mineraalõlid- odavad, kuid ekspluatatsiooni omadused ei vasta kaasaegsetele nõuetele, nafta dest ja puhstamise produktid. Poolsünt õlid- kompromiss hinna ja kvaliteedi suhtes,20-40% sünt komponenti. Täissünt õlid – spets sünteesitud polü-alfa-aleenid ja estrid. Kallid, head ekspluatatsiooni omadused. Mootori konstruktisoon vajab kindla SAEga(viskoossusega) õlisid. Määratakse termiline stabiilsus 250juures, et ei oksüdeeruks ega tekisks vaigutaolised oks produktid. Happearv(mg KOH kulub 1g õlis olevate hapete neut.) Leektemp, mille puhul aurud süttivad lahtised tules, süttimistemp, mille puhul õli süttib. Õlidele lisatakse antioksüdandid, korrosiooni takistavad manused , detergente, tihkesti viskoossuse stabiliseerimiseks, depressorid, et alanadad hangumistemp, vahutamisvastased manused, kulumis- ja sööbimisvastased manused. Transmissiooniõlisid kasutatakse hammas-ja tiguülekkanete puhul, kus kantakse suuri jõude üle. Plastsed määrdeained-ei vedel ega tahke, tahke komponent moodustab võrgu, mille vahend on täiedetud vedele komponendiga. Sobib kuullaagrite määrimiseks, tahke komponent seep , parafiin , grafiit, vedelaks mitmesugused õlid. Legeeritud terased- sisaldavad üle 0,5% räni, üle 1% Mangaani ning legeerivaid elemente(Cr, Ni, Mo, V, W, Ti jt). Parandavat oluliselt terase kõvadust, tugevust, kulumiskindlust, kuumakindlust, korrosiooni- ja happekindlust jne. – roostevabast terasest potid , kahvlid jne. Peamine legeeriv element kroom 10-20%- roostevaba teras. Austeniit terased on hästi keevitatavad. Austeniitteras ei ole magnetiline. Elektrotehniline teras – kuni 4,5% räni, ferriit säilib kõrgel temp-il. Karastada ei saa, kuid on väga head magnetilised omadused. Teemantteras, 5%W, eriti kõva, lõiketerade valmistamiseks, erinugade valmistamiseks. Martensiidi tüüpi terased, kuni 1%C, 13% Cr, hästi karastatavad, väga kõvad, laagrite valmistamiseks. Cr-V teras, V sisaldus kuni 0,8%, instrumentaalteras. Automaatteras, 0,08-0,15% S, nõrgem, kuid väga hästi treitav, mittekorrmatud detailide valmistamiseks. A1 Vase fcc struktuur (tahkkeskendatud kuubiline võre). Metallid on suhteliselt pehmed, plastsed, kergesti töödeldavad. Paljud annavad ühtlasi tahkeid lahuseid, nt Ag-Au, Cu-Au. Elementaarrakus on neli aatomit, milles igat ümbritseb 12 lähiaatomit. Tihedaimaks pakkimisviisiks on kolmekihiline kuubiline. Selles struktuuritüübis kristalluvad paljud metallid Ag, Al, Au, -Ca, Ir, Pb jne.
Pilet 21. Bensiinifraktsioon on nafta detilleerimisel kõige paremini lenduv fraktsioon, keemise algus 35...40 kraadi, keemise lõp 180...195 kraadi. Natuke peab sisaldama ka madalalt keevaid süsivesinikke, see hõlbustab mootori käivitumist. Tähtsaim omadus on detonatsioonikindlus- mootoris süüdatakse bensiiniaurude ja õhu segu elektrisädemega, leegi levimiskiirus ei tohi olla liiga suur, mis juhtub siis, kui bensiin on madala oktaaniarvuga nign küttesegu hakkab käituma nagu lõhkeaine. Püütakse kasutatakse detonatsioonikindlaid bensiine, ehk mille oktaani arv on suur. Väga kindel on 2,2,4-trimetüülpentaan, mille oktaaniarv 100. Väga väikese det.kindlusega on heptaan , mille oktaaniarv 0. Nii saadakse det.kindluse määramise skaala, segades neid kahte erinevates vahekordades. Täpne määramine keeruline, saab teha ainult spets katsemootoril. Antidetonaatoreid lisati selleks, et tõsta oktaaniarvu, need hoiavad küttesegu põlemiskiiruse parajates piirides. Tuntim ja odavam tetraetüülplii(Pb(C2H5)4), kuid saastab keskkonda, enam mitte. Teine variant on suurendad alkaanide hargnevust, nii et oktaaniarv võib olla isegi üle 100. Reformitakse, nii et sirge ahelaga alkaanid muutuvad hargnevaks. Kõrge oktaaniarvuga on aromaatsed süsivesinikud, kuid tehib palju tahma , sest mida rohkem süsinikku, seda tahmavam leek. Oktaaniarvu saab tõsta ka hapnikuühendite abil, kuid need kallid. Lennuki ja auto bensiinid saadakse krakkimise ja reformimise prduktide kokkusegamisel. Fraktsiooni koostis 40-200kraadi iseloomustab auruvust. 10% kuni 80kraadi, mootori käivitus, 50% kuni105 töötamise stabiilsus, 90% kuni145 aurumise täielikus, 97,5% kuni 180 põlemise täielikus – fraktsiooniline koostis. Joodiarv 2g/100g bensiini kohta. Areenide sisaldus 42%, 35%(EURO4), benseeni sisaldus alla 1%, S sisaldus alla 150ppm, alla 30ppm(EURO4).Antioksüdant(BHT) kuni 0,03%, detergentid 0,01-0,02%. Tihedus 0,71-0,77 kg/l. Diisli põhikomponendiks on alkaanid ja tsükloalkaanid, natuke areene ja alkeene. Tähtsam isel suurus tsetaaniarv, määratakse muudetava töörežiimiga katsediiselmootoris. Diiselkütus süttib diiselmootoris iseenesest, sest pritsitakse mootorisse, kus kuumeneb suure rõhu all mitmesaja kraadini. Tsetaaniarv isel diislikütuse isesüttimist kui ka ühtlast põlemist. Etalonid on 1-metüülnaftaleen, millel 0 ja heksadekaan ehk tsetaan, millel 100. Valmistatakse ka segust etalonkütused. Kõige paremad on keskmise väärtusega, 40...50. Madalama puhul ei sütti kiiresti ja kõige puhul liiga kiiresti, nii et ei jõua õhuga seguneda. Bensiinidega ei juhtu külma käes midagi, aga diiselkütusel on tähtis hangumistemp – suvediisel -10, talvediisel-35, põhjapiirkonna diisel-45, arktiline diisel-55kraadi. Diislikütusel on määrimisfunkt, kui viskoossus on väike pihustub kergesti kuid määrimisomadused halvad. Diislikütus saadakse mitmete dest produktide segamisel. Fraktsiooni koostis – kiiretele mootoritele 180-360kraadi, tihedus 0,83-0,86, aeglastele 250-420kraadi, tihedus 0,93. Autodiislis väävlisisaldus 0,02-0,05%, linnadiislis 0,002%. Kuii lubja, jahvatatud liiva ja vee segu kuumutada autoklaavis(rõhuseadmes) mõõdukal rõhul(1Mpa) ja mõõdukaltem-il(kuni300) kõvastub see samamoodi nagu tsementmört, kui lisada veel liiva lähteainetele saab valmistada valgeid silikaattelliseid , mis on ilmastikule vastupidavamad kui savitellised , kui ei sobi ahjude ehitamiseks. Head heliisolatsiooni omadused. Suuri paneele saab valmistada lisades kruusa, killustikku ja terasarmatuuri. Silikaatdetailid on tugevuselt võrreldavad betoonist detailidega, sageli odavamad, kasutusel märksalaialdamalt, kuid ei saa valada vaid tuleb valmistada vormide sees autoklaavis. Saab toonida mineraalpigmentidega, nii et lai valik. Väärismetallide sulamite puhul määrab sulami omadused, töötlemisviisi ja ka hinna vastava väärismetalli sisaldus, mis antakse tavaliselt tuhandikes 1000 osa sulami kohta. Seda nimetatakse prooviks, mis pärast eseme valmistamist lüüakse väikese stantsiga eseme vähenähtavasse kohta, et mitte rikkuda disaini. Nt Ag 950, 925 või 900 ja Au 750 või 585
Pilet 22. Mootoriõli jagunevad baasi järgi – Mineraalõlid-nafta destillatsiooni ja puhastamise produktid. Odavad, kuid ekspluatatsiooni omadused ei vasta kaasaegsetele nõuetele. Poolsünteetilised õlid - kompromiss hinna ja kvaliteedi suhtes. 20-40% sünteetilist komponenti. Täissünteetilised õlid-spetsiaalselt sünteesitud polü-alfa-alkeenid ja estrid, head ekspluatatsiooni omadused, kuid on kallid. Nende viskoosusut isel SAE klassifikatsiooni SAE nr, mida suurem seda suurem on mootoriõli võime töötada kuumades tingimustes, samuti aurustub selline mootoriõlivhem, seega õlikulu on väiksem. SAE 20, SAE30 jne, W- winter 0W kuni-35, 10Wkuni-25, mida väiksem, seda külmakindlam on õli. Mootori konstruktsioon vajab kindla SAEga õlisid ning Otto ja diisel mootoritel on erinevad õlid. Leektemp – mille puhul õli aurud süttivad lahtisest tulest. Mootorõlidel 140-210 kraadi, kompressorõlidel 200-275. Süttimistemp – mille puhul õli süttib on 20-30 kraadi leektemp-ist kõrgem. Termiline stabiilsus, määratakse 250 °C juures, kuna vaigutaolises oksüdeerimise produktid tekitavad ummistust ja kiirendavad õli mustumist. Oksüdeerimisel õli korrosiivsus kasvab. Happearv -Mitu mg KOH kulub 1 g õlis olevate hapete neutraliseerimiseks. Õlide manused on – Antioksüdandid, korrosiooni takistavad manused, Detergendid , Tihkesti viskoossuse stabiliseerimiseks, Depressorid alandavad hangumistemperatuuri, Vahutamisvastased manused (polümetüülsiloksaan), Kulumis- ja sööbimisvastase manused. S, P, Cl ühendid mis keemiliselt reageerivad metalliga ja moodustavad õhukese kaitsekihti. Mootoriõli peab olema paraja viskoossusega, kuna liiga vedel voolaks õlitatavte pindade vahelt välja, liiga paks õli aga ei täida kõiki kitsaid pilusid. Põhieesmärk on vähendada liikuvate pindade vahelist hõõrumist. Üks ja sama määrdeõli peab töötama erinevatel temp-idel. Tähtis ka viskoossuse sõltuvus temp-ist. Nende hangumistemp peab olema vähemalt 10 kraadi võrra mdalam kõige madalamast töötemp-ist. Malmideks nim Fe-C sulameid, mis sisaldavad C-d üle 2,14%. Kõige enam kasutatakse malme, kus C-d 2,8-3,8%. Valges malmis on C seotud tsementiidi kujul, seetõttu kõva, rabe, raske töödelda. Hallis malmis suurem osa C-st vaba grafiidi lehekeste kujul, väikese kõvaduse, tugevuse ja plastilisusega, kardab lööki, kuid masinaehituses kasutatakse, kuna sulamsitemp madal ja sulas lekus hästi voolav, saab valmistadamassiivseid detaile. Hall malm on lõikeriistadega hästi töödeldav, väikese hõõrdeteguriga. Hall malm on tugevam, kui grafiit on üksikute suuremate terade või kobaratena, need nõrgendavad põhistruktuuri vähem. Et seda saada, lisatakse sulamalmile pisut magneesiumi, teine võimalus on lõõmutada valgest malmist valatud detaile kõrgetel temp-del. Tsementiidi lagunemisel tekkival grafiidil on aega koguneda suuremateks kobarateks, see on löögi suhtes vastupidavam ja nim taotavaks malmiks, need nii tugevad, et saab valmistada automootori osi, malme saab legeerida nagu teraseid. Vermikulaarse grafiidiga malm on kaasaegne materjal, hästi valatav, tugev. Teemandi struktuur :
Grafiidi struktuur :
A9 Grafiidi struktuur. Elementaarrakk on samuti primitiivne, kui a ja c väärtused erinevad oluliselt. Grafiidil a=0.142, c=0.339 ja c/a=2.39. Grafiidi kihiline kristallivõre ei ole maksimaalse tihedusega. Heksagonaalne, kihiline
Teemandi tüüp (A4) – Si, Ge, a-Sn