Materjateaduse üldalused. (0)

1. Polükristalsed, monokristalsed ja amorfsed materjali
1)Valdav osa tahkeid aineid on polükritalse ehitusega, nad koosnevad suurest hulgast väikestest korrapäratult orienteeritud kristallides . Tekib, kui kristallide kasv algab korraga paljudes kohtades. Üksikute terade pinnal muutub kritsallvõre orientatsioon . Kui kristallisatsioon algab vormi pinnalt, on orientatsioon veidi erinev.
2)Monokristall on tahke keha, kus aatomite korrapärane paiknemine jätkub kogu keha ulatuses, st on üksainus suur kristall . Looduslikud monokritallid on tavaliselt korrapärase hulktahuka kujulised.
Anisotroopia on nähtus, kus monokritall omadused eri suundades on erinevad. See on seotud osakeste erineva tihedusega erinevates suundades. Anisotroopia on seda suurem, mida ebasümmeetrilisem on kritall. Omadused on näiteks elastsusmoodul , peegeldustegur, elektrijuhtivus .
Polükritalne meterjal on isotroopne, omadused on keskmised. Võimalik on valmistada polükritalseid materjale, millest kritallid on orienteeritud kindlas suunas.
3)Amorfsetes materjalides puudub osakeste paiknemise kaugem korrapära, esineb ainult lähikorrapära. Sisuliselt on amorfsed ained allajahutatud vedelikud, nad ei ole jõudnud kritalliseeruda. Amorfseid materjale saab valmistada kiirel jahutamisel (klaas). Amorfsete materjalide hulgas eristatakse nn klaasitaolisi materjale. Neil on tahke olek ja vedela oleku vahel nn viskoelastne oleks (polümeerid)
2. Punkdefektid ja joonedefektid kristallides.
Punkdefektid- oma ja lisadefektid
1)Omadefektid-
1.1)Vakantsid e. Tühjad võresõlmed-Tekivad kritallide kasvamisel ja temperatuuridel , kus aatomid on küllalt liikuvad. Nad on nn tasakaalulised defektid . Tegelikult, kui temperatuur alaneb alla 0,6 T (sul) jääb defektide kontsentratsioon püsivaks, st defektid nagu „külmutatakse kinni“, nende kontsentratsioon ei saa enam väheneda, kuna aatomid muutuvad väheliikuvaks.
1.2)Võre sõmede vahelised aatomid.- Kui aatom läheb võtesõlmest vahlisse tühimikku, siis tekibki võrevaheline aatom . Kuna toimub võre deformatsioon , siis tekkeenergia on suurem, kui Ev ja võrevaheliste aatomite kontsentratsioon on tavaliselt väiksem.
1.3)Schottky ja Frenkeli defektid- Keemiliste ühendite kristallides(näit AB) esinevad omadefektid alati paarisdefektidena, seda nõuab kritalli stöhhiomeetria.( A ja B võresõlmed on võrnsed). A ja B vakantsid- Schottky defekt ; A ja võrevaheline A- Frenkeli defekt.
2)Lisanddefektid--Absoluutselt puhtaid materjale pole olemas. Tehniliselt puhtad materjalid sisaldavad kuni 1% lisandeid. Tihti viiakse materjali sisse lisandeid spetsiaalselt, st kasutatakse sulameid.
Lisandid võivad põhiaines moodustada: 1)tahke lahuse; 2) eraldi faasi; 3) keemilise ühendi
Punktdefektidena esineb lisand tahkes lahuses. Tahke lahus moodustab homogeense segu, kus lisandi aatomid on ühtlaselt jaotunud põhiaines. Tahkeid lahuseid: 1)asendustüüpi- lisandi aatomid asendavad põhiaineid aatomeid võresõlmes.; 2)sisendustüüpi- lisandi aatomid lähevad võresõlmede vahele.
Asendustüüpi tahke lahuse tekkimine on võimalik, kui –aatomite raadiused ei erine rohkem kui 15%; -ainete elektronegatiivsused on lähedased; -ainete kritallvõred on sarnased.
Joondefektid
Joondefektideks nim ka dislokatsioonideks, kuna nende lähedusse kogunevad lisandite aatomid. Dislokatsioonid on sellised jooned kristallvõres, mille ümber on osa aatomeid paigutunud ebaregulaarselt. Tekivad –kristallide kasvamisel, -plastilisel deformeerimisel; -vakantside kogunemisel; -tahkete lahuste tekkimisel.
On olemas kaht tüüpi dislokatsioone: 1)ääre dislok-lisapoolaatomkihi lõppemise äär.; 2) vintdisl- ülemine aatomtasapind on nihutatud alumise aatomtasapinna suhtes aatomite vahlise vahemaa võrra.
Dislokatsioonide uurimiseks kasutatakse optilist ja elektronmikroskoopiat. Enne optilise mikroskoobiga vaatamist tehakse dislokatsioonide väljumiskohad kristalli pinnal nähtavaks söövitamisega keemiliste reagentide abil. Kkuna dislokatsioonid omavad lisaenergiat, siis toimub seal kritalli lahustumine kiiremini ja tekivad söövitussüvendid. Süvendite kuju järgi saab määrata välispinna tasapinna tüüpi. Dislokatsioonid ei ole tasakaalulised defektid.
3. Difusiooni mehhanismid
Aatomid on kritallis pidevas vibratsioonliikumises. Energia fluktuatsioonide tõttu võib mõni aatom omandada energia, mis ületab keskmise energia sedavõrd, et aatom saab võres liikuda . Seda energiabarjääri, mida aatom liikumiseks peab ületama nim difusiooni aktiveerimise energiaks. Aatomid, mis omavad seda lisaenergia , on difusiooni mõttes aktiivsed.
Aatomi liikumiseks kritallvõres peab olema täidetud kaks tingimust:
1)kõrval peab olema tühi koht, kuhu minna; 2) aatom peab olema aktiivne.
Metallides toimub difusioon kahe mehhanismi järgi:
1) Vakantsmehhanism - aatom ja kõrvalolev vakants vahetavad kohad. Aatomi difusiooni korral selle mehhanismi alusel toimub vakantsi difusioon vastupidises suunas. Aktiveerimise energia on seda suurem, mida kõrgem on metallid sulamistemperatuur . Selle mehhanismi järgi võib toimuda ka lisandi difusioon, kui A on lisandi aatom. Vakantsimehhanism on omadifusioonis ja difusioon tahketes lahustes.
2)Võrevaheline mehhanism
Aatom liigub ühest võrevahelisest asendist teise. Selle mehhanismi alusel toimub peamiselt väikeste mõõtmetega aatomite difusioon asendustüüpi tahketes lahustes. Difusioon toimub kiiremini kui vakantsmehhanismi alusel, kuna võrevahelisi tühimikke on tunduvalt rohkem kui vakantse. Metallide omadifusioonis võrevaheline mehhanism on vähetähtis, küll aga on märgatav keraamilistes materjalides, mille kristallid ei oma suurimad pakketihedust.
4. Statsionaarne difusioon.
Üldiselt sõltub difusiooniprotsess ajast. Statsionaarne difusioon on ajas püsiv difusiooniprotsess. Difusioonivoog J- ainehulk , mis difundeerub ajaühikus läbi ühikulise pinna. J=m/S*t Kui J ei muutu ajas, ongi tegemist statsionaarse difusiooniga. Toimub mingi gaasi difusiooni läbi vaheseina pindalaga S, kusjuures gaasi rõhku mõlemal pool vaheseina hoitakse konstantsena. Konsentratsiooni sõltuvus koordinaadist x nim kontsentratsiooni profiiliks. Selle sõltuvuse kalle mingi punktis dC/dx on kontsentratsiooni gradient . Statsionaarse difusiooni korral on kontsentratsiooni profiil lineaarne ja gradient konstantne .
Statsionaarse difusiooni korral on difusioonivoog võrdeline kontsentratsiooni gradiendiga.
5.Difusiooni kiiruse sõltuvus temperatuuist.
Difusiooni kiirus sõltub: 1) difusiooni mehhanismist, 2)difundeeruvate osakeste mõõtmetest, 3)kritallstruktuurist; 4)temperatuurist.
Difusiooni kiiruse sõltuvus temperatuurist väljendub D temperatuurisõltuvuse kaudu:
D= D0*exp(-Ed/RT) ; kus Ed- difusiooni aktiveerimise energia
Logaritmivõrrand: lnD= lnD0- Ed/RT
Sirge tõusu tg a(alfa) järgi saab leida aktiveerimisenergia : tga= lnD/1/T=Ed/R
Lisandite difusiooni kasutatakse: -metallide pinna töötlemiseks; -poolmaterjalide legeerimiseks
6.Meterjalide tugevus. Mehaaniline pinge ja deformatsioon. Elastiline ja plastiline deformatsioon.
Tugevus: Materjalide mehaanilised omadused väljendavad materjali käitumist mingi mehaanilise jõu toimel. Tähtsamad mehaanilised omadused on tugevus, kõvadus, voolavus ja jäikus. Materjali tugevuse iseloomustamiseks uuritakse materjali deformatsiooni sõltuvana mehaanilisest pingest . Jõu rakendamiseks on seejuures 4 võimalus: tõmbe-, surve- , nihke ja väändejõud.
Metalli tõmbetugevuse määramiseks kinnitatakse katsekeha kahest otsast ja hakatakse tõmbama. Tavaliselt kasvab tõmbejõud ühtlase kiirusega. Katsekeha külge kinnitatakse tensomeeter, mis mõõdab keha lineaarmõõtmete muutumist. Saadakse katsekeha pikenemise  sõltuvus rakendatud jõust. Kuna selle sõltuvuse kuju oleneb katsekeha ristlõike pindalast, siis sõltuvus nomineeritakse. Saadakse sõltuvus koordinaatides pinge- deformatsioon.
Metalli survetugevuse määramisel loetakse jõudu negatiivseks, kuna ka deformatsioon on negatiivne. Nihkedeformatsiooni määramisel leitakse nihkepinge, kus jõud on rakendatud vastassuunaliselt kahele paralleelseke pinnale suurusega A0(null).
Elastne ja plastiline deformatsioon.
Metallide deformatsiooni aste sõltub rakendatud pingest. Mitte väga suurte pingete korral on suurem osa metallide deformatsioon võrdeline pingega. Sellist deformatisooni kus (sümbol) on võrdeline (sümbol), nim elastseks deformatsiooniks. Elastne deformatsioon on pöörduv. Pinge kõrvaldamisel taastuvad endised mõõtmed. Mõnede metallide korral on ka elastses piirkonnas sõltuvus veidi mittelineaarne. Sellisel juhul iseloomustatakse materjali kah elastsusmooduliga E1 ja E2. Elastsusmoodul sõltub temperatuurist- temp tõusul E väheneb.
Elastsusmoodul on seotud osakestevaheliste sidemete tugevusega materjalis . Mida tugevam on side, seda suurem on E. Keraamilistel materjalidel on võrrelde metallidega suurem E, polümeeridel aga väiksem.
Suuremal osal metallidel esineb elastne deformatsioon kuni väärtuseni 0,005. Vastavat pinget nim elastsupiiriks. Kui deformeerida meterjali üle selle piiri, siis tekib plastiline deformatsioon ning selle käigus katkevad osakestevahelised sidemed, toimub aatomite libisemine üksteise suhtes ja seejärel uute sidemete tekkimine. Pinge eemaldamisel säilib nn jääkdeformatsioon. Jääkdeformatsioonile 0,002 vastavat pinget nim voolamistugevuseks. Pärast voolamise tekkimist kasvab pinge kuni maksimumpunktini, millele vastavat pinget nim tõmbetugevuseks. Tekib „ kael “ ja pinge väheneb kuni katkemiseni.
Venitavus on materjali suhteline pikenimine enne katkemist: venitatavus ja rabedus sõltuvad temp.
7. Libisemispinnad. Metallide tugevdamise meetodid.
Plastiline deformatsioon toimub just dislokatsioonide liikumise kaudu. Sellist plastilist deformatsiooni nim libisemiks. Pinda, mida mööda dislokatsioon liigub nim libisekmispinnaks. Dislokatsioonid ei liigu kõigil kritallograafilistel pindadel ühesuguse kergusega. Igga kritallstruktuuri korral on eelistatud pinnad, mis ongi libisemispindadeks. Neil on omakorda suunad, mida nim libisemissuundadeks. Libisemispinnad ja-suunad on need, kus osakeste paiknemise tihedus on suurim, kus osakesed puutuvad üksteisega vahetult kokku. Sellisel juhul osakeste liikumine jõu toimel lükkab naaberosakeste võresõlmest välja.
Metallide tugevadamise meetodid- metalli plastiline deformatsioon on seotud väga suure hulga dislokatsioonide samaaegse liikumisega. Seega mida kergemini dislokatsioonid metallis liiguvad, seda kergemini metall plastiliselt deformeerub . Kõik metallide tugevdamise meetodid põhinevad tegelikult dislokatsioonide liikumise takistamises.
Kasutatakse järgmisi metallide tugevdamise meetodeid:
1)Terade mõõtmete vähendamini: kristalliitide vahelisel pinnal lõpeb dislokatsiooni liikumini, kuna katkeb osakeste vahetu kontakst ja/või muutub kritsalli orientastsioon ja seega libisemispind. Seetõttu on väikeste kritalliitidega metallid tunduvalt tugevamad. Üheks lihtsaks võimaluseks terade mõõtmete vähendamiseks on kiire jahutamine . Karastamisel muutuvad metallid elastseks, kuid rabedaks.
2)Tahkete lahuste kasutamine.: selleks legeeritakse metalli lisanditega, mis lähevad põhiaine kritallvõresse. Need lisandi aatomid tekitavad võres pingeid. Lisapinged kompenseeruvad kõige paremini dislokatsioonidel , seega kogunevad lisandid peamiselt dislokatsioonudel ja dislokatsioonid on seotud lisanditega aatomites , see muudab metalli tugevust.
3)Külmtöötlemine: Plastilised materjalid tugevnevad külmtöötlemise käigus, kus neid deformeeritakse plastiliselt madalal temp. Tugevnemise põhjused: -tekib palju dislokatsioone, vahekaugus on väike; -muutub kritalliitide kuju. See muudab metalli elastsemaks ja jäigaks.
8. Faasideagramm Fe-C
Puhtal raual esineb allpool sulamistemo kaks kritallstruktuuri muutust. Madalal temp on stabiilne alfa-raud, mis omab RTK võret. Temp 912C läheb see üle gamma -rauaks, mis omab TTK võret. Temp 1394 c muutub struktuur uuesti RTk võreks ja tekib (sümbol) raud.
Diagramm on välja joonistatud kuni 6,7% süsinikku, mis vastab keemilisele ühendile Fe2C. Süsiniku lahustumisel rauas läheb ta võrevahelistesse tühimikesse kõigi tahkete lahuste korral. Alfa ja (sümbol) rauas on lahustuvus väga väike, kuna tühimik on sellise kujuga, et C aatom ei mahu ära.
Austeniit on stabiilne ülalpool 727C, seal on C lahustuvus tunduvalt suurem. Terase termilisel töötlemisel on faasiüleminekud seoses austeniidiga väga suure tähtsusega. Tsementiit tekib, kui süsinikku on rohkem, kui lahustub alfa või gaama raud. Ta on rabe ja kõva.
Raud ja tema sulmaid süsinukuga jaotakse kolme rühma: 1)puhas raud (alfa-raud) C on vähem kui 0,008%; 2)teras, C on üle 0,008 3) malm . Süsiniku on 2,14%- 6,7%
Eutektoidse sulami jahtumisel tekib struktuur, mis kooseb alfa ja Fe3C vahelduvatest kihtidest. Sellist struktuuri nim perliidikd.
9. Terase ja malmi liigid.
Teras: teras sisaldab kuni 2,5 % lisandeid.
C sisalduse suurenemisega suurenevad tõmbetugevus ja vaalamispiir, väheneb plastilisus ja halveneb keevitaavus.
1)Väikese C sisaldusega , kuni 0,25%---------Ei sobi termiliseks töötlemiseks, tugevdamine toimub külmtöötlemise kaudu. Mikrostruktuur koosneb ferriidist ja perliidist. Pehmed , plastilised, kergesti korrodeeruvad, odavad. Sisaldaad ka Mn 1%. Tugevdamiseks lisatakse Si, V ,Mo. Kasutatakse kõige enam: autokered, profiilterased.
2)Keskmise C sisaldusega, 0,25%-0,6%---------Saab termiliselt töödeldad martensiidiks. Tugevad, aga hea plastilisus. Tugevdamiseks ja korrudiooni vähendamiseks lisatakse Cr, Ni,Mo. Nt Raudteerelsid.
3) Roostevaba teras-----korrosiooni kindel teras. Cr sisaldus 11%, vahel ka Ni ja Mo. Jaotatakse mikrostruktuuri järgi: ferriitsed, martensiitsed ja austeniitsed. Selle alla kuuluvad ka eriti kuumakindlad terased, mis töötavad oksüdeerivates tingimustes kuni 1000 kraadini. Kasutamine: gaasiturbiinid, lennukid , elektriahjud , tuumareaktorid.
Malm: sisaldab üle 2,1% C. Malmi sulamistemp on madalam kui terasel , seetõttu sobib detailide valuks, malm on rabe, seetõttu ei saa töödelda plastilise deformatsiooni abil.
Enamik valumalme sisaldab süsinikku grafiidi kujul. Tähtsamad malmi liigid on valge malm, hall malm, tempermalm ja ülitugev malm.
1)hall malm-----odav ja enamkasutatavam, Saadakse mitte väga kiirel jahutmisel. Grafiit sadeneb sealt välja lamellide kujul. Sisaldab Si 1-3%. Ei ole eriti tugev ja rabe. Summutab vibratsiooni ja hõõrdetugevus on suur, valamistemp hea voolavus. Kasutatakse: sisepõlemismootorite plokkide, silindrite, kolbides.
2)valge malm----C ei sadene välja, tekib tsementiit Fe2C peamisel pinnal. Väga kõva ja rabe. Kuullaagrid ja kuulvestide kuulid.
3)tempermalm----kui valget malmi lõõmutada sedeneb välja C helvestena ja malm muutub plastilisemaks. Sobib sepistamiseks.
4)ülitugev malm---sulametalli lisada enne valamis veidi Mg ja/või Ce,C sadeneb välja kerajate moodustistena. On plastiline. Kasutatakse mootorite klappide , pumpade korpuste, hammasrataste valmistamiseks.
10. Vask ja alumiinim, nende sulamid .
Vask----puhas vask on suure elektri- ja soojusjuhtivusega, kuid pehme ja plastiline. Puhast saadakse elektrolüüdi teel. Hea külmalt töödelda ja korrosioonikindel. Mehaanilisi omadusi saab parandada külmtöötlemise ja lisandite sisseviimisega.
Sulamitest on tähtsaim valgevaks ehk messing . Koostis 70% Cu ja 30% Zn. Üsna plastiline ja hästi külmalt deformeeritav.
Kui sulam sisaldab ple 35% Zn, siis ta on mehaanilislet veelgi tugevam ja kõvem. Sobib detailide vlauks.
Pronks on Cu sulamid peamiselt tinaga, aga ka selliste AL, Si, Ni, Be,P. Tiugevad, elastsed ja korrosioonikindlamad. Eriti tugev on berülliumpronks (1,9%Be) suur elektrijuhtivus, kulumiskindel ja külmtöödeldav. Kasutamine: elektrit juhtivad vedurid . Pronksi tugevus on tingitud lisandite pretsipitaatide tekkest .
Tähtsad on veel Cu sulmaid mikliga, näit konstantaan-suure takistusega. Kasutatakse reostaatide valmistamikseks ja termopaarides.
Alumiinium --- väga väikese tihedusega, hea elektri- ja soojusjuhtivusega, väga pehme metall . Aktiivne metall, oksüdeerub intensiivselt õhu käes juba toatemperatuuril, kuid tekkiv Al2O3 on väga tihe ja kaitseb edasise oksüdeerumise eest. Oksiidikihti saab suurendada elektrolüüso teel, sellist nim anodeeritud al-iks jha kasutatakse ehitusmaterjalina. Saab valmistada sellest õhukest kilet ,-fooliumi.
Al mehaanilist tugevust saab suurendada külmtöötlemisega ja sulmaite kasutamisega. Al sulamite tugevust saavutatakse pretsipitaatide tekkimisega.
Cu lisamine AL-le 0,12% suurendab tema tõmbetugevust ligi 2 korda. Sellised sulameid kasutatakse väga laialdaselt toidunõudena, kemikaalide säilitusanumatena, soojusvahetajatena, reflektoritena.
Eriti tugevad on:
1)Al +4,4%Cu+1,5%Mg+0,6%MN; 2)AL+1,6%Cu+2,5%Mg+5,6%zn+0,23%Cr
Kasutatakse lennuki- ja autotööstuses.
11. Titaanid ja tema sulamid. Väärimetallid. Nikkel ja tema sulamid.
Titaan : on suhteliselt uus konstruktsioonimaterjal . Tal on ühendatud terve rida väga häid omadusi: väike tihedus, kõrge sulamistemp, suur tugevus, plastilisus (hea töödelda). Ti sulamid on eriti tugevad.
Puuduseks on asjaolu, et kõrgematel temp keemiliselt väga aktiivne, seeega sulatatakse ja valuks vaja erilisi materjale. Kallis. Madalatel temp on Ti ja tema sulamid väga korrosioonikindlad. Kasutatakse peamiselt lennukitööstuses, kosmoselaevades, nafta - ja keemiatööstuses.
Väärismetallid: siia kuuluava hõbe, kuld, plaatina ja pallaadium.
Omadused-äärmiselt passiivsed, korrosioonikindlad, pehmed ja plastilised, kallid. Kasutatakse ehete valmistamiseks. Ag ja Au on suure elektrijuhtivusega. Kasutatakse elektroonikas väikeste voolude juhtmetena ja kontaktidena. Ag ühu käes aeglaselt oksüdeerub.
Pt kasutatakse keemialaboratootiumis. Olulisemaid katalüsaatoreid.
Nikkel: korrosioonikindel, Ni-ga kaetakse paljusid metalle kaitseks korrosiooni eest. Katmine toimub galvaaniliselt-elektrolüüsi teel. Väga tähtsad on Ni sulmaid vasega. Kasutatakse kus on kokkupuude hapetega ja naftasaadustega.Ni on supersulamite põhikomponente ja kuulub roostevaba terase koostisess.
12.Metallide ja sulamite töötlemine.
1) Vormimine ---kuju muudetakse plastilise deformatsiooni käigus. Selleks peab vastav pinge ületama voolamispiiri. Kuumtöötlemiseks nim kui deformeerimine viiakse läbi sellise temp, kus toimub rekristalliseerumine. Vastasel juhul on külmtöötlemine. Kuumtöötlemisel on suurem deformatsioon ja energiat kulu väiksem. Halb on see, et paljud metallid oksüdeeruvad kõrgel temp õhu käes, ja saadav pind ei ole hea. Külmtöötlemisel rakendatakse rohkem jõudu ja kulub rohkem energiat. Detailid on täpse mõõtmega, paremad pinnaomadused, tugevad. Vormimise meetodid: 1.1) stantsimine ---- kõige paremad mehaanilise omadustega detailid. Ruumiline ja plaatide stantsimine. Ruumilises deformeeritakse kogu metalllist toorikut. Teraslehtede stantsimise teel valmist näiteks autokere detaile.; 1.2) sepistamine--- deformeeritakse kuuma tooriku löökidega alasi ja haamri vahel.; 1.3)Valtsimime—pöörlevate valtside vahel lükatakse ja tõmmatakse materjali. Toimub mitmes astmes .; 1.4)ekstrusioon.survetöötlemine-----kasutatakse kuumtöötlemisel. Al ja Cu ning sulamite töötlemiseks. Valmistatakse vardaid ja torusid . ; 1.5) tõmbamine—toimub läbi ava, valmistatakse traati .
2) Valamine (valu)---- sulametall valatakse vormi. Sobivad sellised metallid, millel on vedelas olekus hea voolavus. Kasutakse, kui detail on nii suur või keerulise kujuga, et vormida ei saa, sulam deformeeritavus nii külmalt kui kuumalt liiga väike, valu on odavam kui vormimine. 2.1)Tavalisem on vormivalu . Ühekordsed-pärast sulami tahkumist purustatakse vorm.Korduvkasutatavad- avatavad, et metall kätte saada. Metallvorme nim kokilliks.; 2.2) Survevalu . Vedel sulam surutakse vormi. Valmistatakse terases. Võimalik kasutada madala sulamistemp metallide korral. 2.3) Ümbervalu-detaili täpne koopia valmistatakse vahast või plastikust. Selle ümber valmsitatakse kõvenev vorm. Pärast vormi kõvenemist sulatatakse või põletatakse vaha või plast vormist välja ja sinna valatakse metalli sulam. 2.4) Pidev valu—kasutatakse esmaseks kristalliseerumiseks. Vedel metall voolab pidevalt joana liikuvas vormis, kus ta tahkub ja jahtub.
3)Pulbermeetodid----sulami või erinevate sulamite sugust koosnevast pulbrist pressitakse vajaliku kujuga detailid ja need kuumutatakse temp, kus toimub ümberkritalliseerumine. Kasutatakse , kui metall on väga kõrge sulamistemp, on väga erineva sulmaistemp, väga väikese deformeeritavusega või on vaja väga täpset detaili. Liigitakse: 3.1) Keevitamine - metallide ühendamine molekulide- või aatomitevaheliste jüududega. Sulatatakse keevitavad pinnad või surutakse kokku kuumutamisel. On gaaskeevitus, elektrikeevitus , kontaktkeevitus.; 3.2) Jootmine --- sulatatakse madala sulamistemp joodis , mis tahkumisel nihkub joodetavaks metalliks. Jaotus: pehmejoodis, kõvajoodis. Kasutatakse jootmisel räbusteid( lahustavad oksiidid )
4)Detailide valmistamine lõikamisega--- valmistamisviisid: treimine , puurimine, freesimine ja lihvimine. Lõikamisel eraldatakse lõikeriista abil metalli kiht laastuna või pulbrina.
13. Silikaatne keraamika . Süsiniku modifikatsioonid.
Silikaadid koosnevad peamiselt ränist ja hapnikust. Silikaadid on peamised koostised kivimites , liivas, savis . Silikaatide struktuuri käsitlemisel ei vaadelda mitte niivõrd võre elementaarrakkude ehitust, kuivõrd räni ja hapniku seost. Nimelt on silikaatidele iseloomulik röni ja hapniku tetraeedrte esinemine. Side Si ja O vahel on suunatud, st on teatud määral kovalentne . Erinevates silikaatide struktuurides on need SiO4(-4) tetraeedrid ühendatud erinveateks ühe-, kahe- või kolmemõõtmelisteks struktuurideks.
Süsiniku modifikatsioonid---süsinik esineb mitme polümorfse modifikatsioonina ja ka amorfsena.
Teemant- toatemp ja atmosfäärirõhul metastabiilne modifikatsioon. Tekib ülikõrgel rõhul. Struktuuri saame, kui TTK võre sisse asetada teine samasugune võre, mis on esimese suhtes nihutada ¼ kuubi diagonaali võrra. Kõige kõvem materjal. Elektrijuhtivus on äärmiselt väike, kuid soojusjuhtivus suur. Optiliselt läbipaistev ja suur murdumisnäitaja. Kasutatakse lõikeriistadena. Teemantit saadakse ka sünteetiliselt, peamiselt polükristalse kilena, gaasifaasis toimuvate reaktsiooni abil.
Grafiit- kihilise ehitusega, kihtides on iga C aatom seotud kolme teise C aatomiga tugeva kovalentse sidemega. Kui neljas C valtentselektron võtab osa kihtidevahelisest van der Waalsi sidemest, siis saab seda kasutada määrdeainena. Tema kristallid on väga anisotroosete omadustega. Kasutataks kõrgete temp mitteoksüdeerivas keskkonnas. Kasutusala:kütteelemendid, elektroodid , valuvormid, tiiglid jn.
Fullereenid - sfäärilised moodustised 60st C aatomist. Materjal kristalliseerub nii, et need fullereenid moodustavad PTK võre. Materjal on dielektrik .
14.Anorgaanilised klaasid . Klaasidetailide valmistamine.
Anorgaanilised klaasid peavad sisaldama vähemalt ühte klaasimooduvstavat oksiidi, tavaliselt SiO2. Peale selle sisaldavad nad ka teisi oksiide: CaO, Na2O jne. Tavalist klaasi kasutatakse aknaklaasina, klaastaarana, laboriklaasina jne. Klaasi lähteained on: räniliiv, sooda, potas , lubjakivi, booraks jm. Klaasisordid: sulatatud kvarts, kvartsklaas , boosilikaatklaas, aknaklaas , klaaskiud , optiline klaas, klaaskeraamika. Klaasid ei oma kindlast sulamistemp. Kuumutamisel muutuvad järjest pehmemaks ja voolavamaks. Klaasidel ei toimu hüppelist mahu muutu. Suurem osa klaasi vormimise operatsioone teostatakse tööpunkti ja pehmenemispunkti vahel- töötlemispiirkond. Temp sõltub klaasi sordist.
Klaasidetailide valmistamine: lähtematerjalid sulatatakse koos. Kui on vajalik läbipaistvus, siis peab klaasimass olema homogeenne ja mullivaba. Detailide valmistamiseks kasutatakd: 1)Pressimist- paksude detailide valmistamiseks(toidunõud) pressivorm on grafiidiga kaetud malmivorm, mida kuumutatakse. 2) Puhumine - pudelite, elektripirnide jne valmistamiseks. Teostatakse automaatseadmetega. Kunstiline ja keeruline puhumine toimub käsitsi. 3)tõmbamine- aknaklaasid, torud ja vardad .
Veel Klaasisorte: 1) värviline klaas- saadakse oksiididest: Cao, Cr2O3 , MnO, UO2. ; 2) karastatu klaas- kiire ja ühtlane jahtumine , külma õhu joas. Raskesti purunev .; 3) klaaskeraamika- kriatalliseerunud klaas. Väike ruumipaisumistegur, suurem soojuvusjuhtivus, mehaaniliselt tugev. Nt keedunõud. Selleks tuleb viia klaasimassi lisandeid, mis tekitavad kristallisatsiooni idusid.
15.Traditsiooniline keraamika. Keraamiliste detailide valmistamine.
Traditsioonilisteks nimetatakse sivu baasil valmistatud keraamikat. Savi on keraamiliste materjalide kõige enamkasutatavam lähtematerjal, kuna on odav, on palju, saab kasutada ilma muuda lisanditeta ja savi segu veega on väga plastiline ning hästi vormitav. Savi baasil valmistatud keraaamika jaguneb laias laastus ehituskeraamikaks ja portselaniks. Ehituskeraamika hulka kuuluvad tellised , kahhelkivid, keraamilised plaadid . Portselan muutub põletamisel valgeks, sellest valmistatakse toidu- ja muid nõusid, sanitaartehnikat jne. Portselan sisaldab peale savi veel komponente, mis mõjutavad detaili omadusi. Savi on alumosilikaadid (Al2O3, SiO2, keemiline seotud vesi). Savi põhikomponendi kaoliin Al2(Si2O5)(OH)4 on kihilise ehitusega. Lisades vett, tungib vesi kihtide vahele ja muutub õhukeseks kileks. Peale savi sisaldab portselan veel täiteaineid ja sulandajaid. Täiteainaks on liiv ja põldpagu( see on alumosilikaat, Na, K ja Ca ioonid , madal sulamistemp, tahkumisel moodustab klaasi). Tüüpilised portselanid sisaldavad 50% savi, 25% puhast kvartsliiva, 25% põldpagu.
Keraamiliste detailide valmistamine---- komponentidest vormitakse märga- ja kuivmenetluste teel detaile. Peamised meetodid on hürdoplastiline vormimine, vormivalu, pulbri pressimine. Järgneb kuivatamine . Kuivatamisel maht väheneb, sest vesi eemaldab savi kihtide vahelt. Niiskust ei tohi eemaldada liiga kiiresti, sest muidu kuivavad pinnakihid kiiremini ja pragunevad. Järgneb põletamine, toimub vahemikus 900C-1400C. Põletamisel osa alumosilikaate sulab ja voolab tühimikesse. Jahtumisel see osa klaasistub ja seob omavahel kristalsed osad. Telliseid põletatakse 900C juures ja sisaldavad palju poore.
16.Polümeeride tüübid. Termoplastid , vedelkristalsed polümeerid, termoreaktiivsed polümeerid, elastomeerid .
Polümeerid liigitakse termokäitlemise järgi liigitatakse polümeerid termoplastilisteks ja termoreaktiivseteks.
Termoplastid: lineaarsed või vähehargnenud polümeerid, mis korduvalt kuumutamisel pehmenevad ja jahtudes tahkestuvad. Võivad olla amorfsed (polümetüülmetakrülaat, polüstürool, polüvinüülkloriid) ja poolkristallilised (polüetüleen, polüpropüleen, polüamiidid jt).
Vedelkristalsed polümeerid: esinevad vedelas olekus korrastatud alad. Korrastus võib olla ühedimensionaalne või kahedimensionaalne. Vedelkristalses olekus võivad olla näiteks täisaromaatsed polüestrid ja täisaromaatsed polüamiidid.
Termoreaktiivsed polümeerid: kõvastuvad kuumutamisel ja enam ei pehmene enne hävimist. Esmakordsel kuumutamisel tekivad ahelatevahelised ristsidemed, mis ei katke . Siia kuuluvad tõelised termoreaktiivid ehk reaktoplastid, nagu fenool -formaldehüüdvaik ja melamiini-formaldehüüdvaik. Termo polü hulka kuuluvad ka kummid , mis saadakse elastomeeride vulkaniseerimisel.
Elastomeerid: väga paindunud, keerdunud ja pikk lineaarne ahel, mida on kerge sirgeks tõmmata. Lai elastne oleku piirkond ja suur elastne deformatsioon. Elastsusmoodul muutub mehaanilise pinge muutumisel. Pinge eemaldamisel taastavad nad oma esialgse pikkuse. Kummide termoreaktiivsus alvadub vastupanu kuumutamisel. Kummid saadakse elastomeeride harval ristseostamisel. Vulkaniseerimine likvideerib täielikult elastomeeride ahelate omavahelise libisemise ja laiendab elastse oleku piirkonda. Vulkaniseerimise põhirekatsioon on ristsidumine küllastamata sidemete arvel väävli abil. Kui ristsidemeid on palju, siis kumm jäigastub- tekib kõvakumm, mis on tõeline termoreaktiiv.
17. Polümeeride mehaanilise ja termomehaanilised omadused.
Omadused on sarnased metallidega. Erinevus on see, et polümeeridel sõltub deformatsioon jõu rakendamise kiirusest, samuti temo ja keskkonnatingimustest. Polümeeride tõmbetugevus võib olla väiksem või suurem kui elastsuspiir. Polümeeride elastsusmoodul ja tõmbetugevus võivad olla väga väikesed aga ka võrreldavad metallidega. Polümeeride venitavus võib olla väga suur. Amorfsed termoplastid võivad sõltuvalt temp olla kolmes olekus: klaasitaolises, viskoelastses ja viskoosses olekus. Slamistemp ja klaasitemo määratakse nagu klaasidelgi ruumala muutuse alusel sõltuvana temp. Mida väiksem on ahelate painduvus ja mida rohkem on ristsidemeid, seda kõrgem on klaasitemp. Mida suurem on molekulmass , seda kõrgem on mõlema temp. Allpool klaasistumistemp on polümeerid veidi elastsed, ülelpool sulamistemp aga viskoossed. Sulamis- ja klaasistusmistemp vahel on nad omapärase olekus, mis on elastse ja viskoosse oleku vahepealne ja nim viskoelastseks olekuks. Viskoelastses materjalis toimub pinge rakendamisel algul elastne deformatsioon, seejärel hakkab toimuma viskoelastne deformatsioon ja voolamine . Pinge kadumisel kaob kohe elastne deformatsioon ja aeglaselt viskoelastne deformatsioon. Voolamise tulemusena tekkinud plastne deformatsioon säilib.
18. Polümeeride vormimine ja kasutamine.
Termolastide korral on enamkasutatavateks meetoditeks ekstrusioon ja survevalu.
Ekstrusioon meetod, kus sula polümeer surutakse läbi vormiva otsiku konstantse ristlõikega tooteks (plaat, kile, toru, varras, profiiltooted). Ekstrusioon-puhumisvormimisel surutakse materjalist ekstrudeeritud toru sulguva vormi poolte vahele ja puhutakse vormi õõnsuse kujuliseks . Survevalu korra surutakse sula polümeeri valuvormi ja tahkestatakse vormi õõnsuse kujuliseks tooteks. Saadakse keerulise kujuga tooted. Reaktoplastide korral kasutatakse survevalu, kui kõvenev polümeer on piisavalt vedel. Rohkem kasutatakse aga kuumpressimise mooetodit, kus lähtematerjalist pressitakse detail kuumutatavas vormis.
Kasutamine--- kasutamise kuju: plastid , kummid ja elastomeerid, kiud ja kiumaterjalid, liimi ja sedeained, pinnakattematerjalid, komposiitmaterjalid .
Plastid: kasutatakse kompaktplastide sideainena ja kilematerjalina. Kasutatakse nii termoplatilisi kui termoreaktiivseid polümeere. Valmistatakse erinevaid detaile. Vahtplaste kasutatakse heli- ja soojusisaloatsiooniks ja pakkematerjalina.
Kile: kasutatakse valmistamikse polüetüleeni, aga ka PVC-d ja polüpropüleeni, tsellofaani.
Kummid: kasutamine -autode, mootorataste, traktorite jne rehvid , rihmad, jalanõud. Polüsiloksaanahelaga kautšuk. Temast saadavad kummid nim silikoonkummiks. Töötemo piirkond on tunduvalt laiem kui teistel, ilmastiku- ja õlikindel.
Sünteetilised kiud: valmis kasutatakse polümeere, mida saab tõmmata peenteks kiududeks. Tähtsamad: polüamiidid, polüester. Poolsünteetilistest polümeeridest kasutatakse atsetaat -tselluloosi. Looduslikud polemeersed on puuvill , vill, siid , lina, kanep jt.
Liimid: sobivad polümeerid, kuna neil on hea nakkuvus paljude materjalidega. Kasutatakse epolsüüdliime. See koosneb epoksüüdvaigust ja kõvendajast. Nad on vedelead või poolvedelad ained. Kõvendajatena kasutatakse amiine või hapete anhüdriide. Kõvenemise käigus katkeb üks hapniku side süsinikuga ja ta liidab endaga vesiniku aatomi amiinorühmast.
Polümeersed kattekihid: kasutatakse aluse kaitseks agressiivse keskkonna eest, välimuse parandamiseks ja elektroisolatsiooniks. Levinud on PVC katted .
19. Osakestega tugevdatud komposiidid .
Siin on dispergeeritud faasi osakeste mõõtmed enam-vähem ühesugused erinevates suundades. Suureks loetakse kui nad on suuremad molekulaarsetest mõõtmetest. Nanoosakesed on 10.100nm
Suurte teraliste osakestega komposiidid-
Plastid—sisaldavad täiteaineid, teise rühma moodustavad betoonid, kus tsemendile on lisatud liiva või killustikku. Komposiitide tugevus sõltub keskkonna materjali ja dispergeeritud faasi osakeste vaheliste sidemete tugevusest. Komposiite valmistatakse kõige kolmest matejalist-metallidest, polümeeridest, keraamikast. Keraamikat kasutatakse oasakestena, mis annavad suurema tugevuse- metallikeraamika, kus keskkond on metall ja osakesed keraamilised. Vulkaaniseeritud kautšukile lisatakse tahma. See suurendab tõmbetugevust, sitkust ja kulumiskindlstu. Betoonidest on tuntumad tsementbetoon ja asfltbetoon. Tsementbetooni optimaalse tugevuste saavututamiseks peab sisaldama väiksemaid (liiv) ja suuremaid (killustik). Suurema tugevsue saavutamiseks lisatakse armatuuri (traat) saadakse raudbetoon .
Nanoosakestega komposiidid- osakeste mõõtmed on makromolekulide ja kolloidosakeste suurusjärgus. Osakeste ja keskkonna vahelised sidemed on molekulaarsel tasemel meterjali tugevnemine toimub efekti tõttu: osakesed tekitavad materjali sisse suunatud jõud ja takistavad dislokatsioonide liikumist. Nanomõõtmetes dispergeeritud faasi osakeste lisamist kasutatakse metallide ja sulamite tugevamiseks.
20. Kompsiitide kiudude ja keskkonna materjalid.
Kiude materjalid- valmistamiseks kasutatakse suure tugevusega materjale. Tähtis on kiu läbimõõt. Mida väiksem, sed suurem kompsiidi tugevus. Jämeduse aluselt jaotatakse: udemed , kiud ja traadid .
Udemed- peenikesed monokristallid. Praktiliselt ilm dislokatsioonideta ja tugevad. Ei kasutata eriti palju, sest kallid ja maatriksisse sisseviimine keeruline. Udemete valmistamise materjalid on grafiit, SiC ja Al2O3.
Kiumaterjalid- kasutatakse klaasi (odav, tugev, tehnoloogiline). Neid kasutatakse väga palju trantspordis. Suurema tugevusega on süsinikkiud.kasutatakse sporditarvete valmistamiseks. Aramiidkiud-iga lüli sisaldab kaks benseenituuma, mis on ahelaks ühendatud süsiniku ja lämmastikug aatomite kaudu, mille side ka vastavalt O ja H aatomitega.tõmbetugevus on suur, survetugevus väike. Töötemp on -200C-200C-ni.
Kasutatakse ka SiC kiude ja hübriidseud kompsiite, kus on kahest või enamast erinevast materjalist kiudusid. Klaaskiud ja süsinikkiu kombinatsioon.
Keskkonna materjalid- ülesanne on siduda omavahel kiudusid ja kanda neile üle mehaaniline pinge. Keskkond katise kiudusid kulumise ja väliskeskkonna eest. Valikul on tähtis tugeb nakkumine kiududega.. kasutatakse peamiselt polümeere ja metalle, kuna keskkond peab omama venitavust. Keskkonna materjal määärab ära kompsiidi kasutamise temp. Polümeeridest kasutatakse poöüestreid (võimalikud erinevad vaikude koostised). Epoksüüdvaik.-odav.saadakse polümeer polükondensatsiooni teel hapete või alustega. Väga nakkuvad, kuna sisaldavad ahelais polaarseid OH rühmi. Metallid- kerged materjalid ja nende sulamid: Al, Mg, Ti. Töötemp on kõrge. Kasutatakse automootorites, kosmosetehnikas. Eriti kõrge töötemp on supersulamite keskkonnaga, milles kiududeks on peenikesed volframtraadid (turbiinid). Süsinik- süsinikkioud valatakse üle polümeeriga, töödeldakse detailiks ja allutatakse siis pürolüüsile. Pürolüüsi käigus laguneb polümeer süsinikuks ja gaasiliseks aineks. Valmistamine kallis ja keeruline, kasutamine piiratud. Töötemp väga kõrge (vormelautode piduriklotsid)
21. Kiududega tugevdatud kompsiitide valmistamine. Kihilised kompsiidid.
Tõmbamismeetod-materjalid, mis on pidevad ja ühtlase ristlõikega (vardad, torud) kiudude kimp tõmmatakse läbi immutusvanni, immutamine termoreaktiivse vaiguga. Läbib terasvormi. Järgneb kuumutusvorm, toimub vaigu polümerisatsioon.
Kuumpressimine- kiud koos termoreaktiivse vaiguga pressitakse kalandrite ja kahe paberikihi vahel. Üks jääb kandekihiks, teine eemaldatakse. Kumutamistemp on madal. Saadavad lindid keeratakse rulli. Lõplik saadakse aluspaberi eemaldamisega ja lindi kandmine alusele kuumpressi teel.
Kerimine- sildriliste kujundite valmistamine. Vaiguga immutatud kiud keritakse alumisele mitmes kihis. Pärast kermist toimub kuumutamine ja eemaldamine aluses .
Kihilised kompsiidid----- koosnevad erinevatest kihtidest, mis võivad olla kompsiidid. Tasapinnalised kihilised kompsiidid- asetatakse kohakuti kihid , millel on suurim tugevus erinevas suunas. Kihid võivad olla puidust, paberist jne. Ühendadakse liimi või sideaine abil.(näited: tekstoliit on sama, ainult paberi asemel on puuvillane riie ., klaasitekstoliit on samaepoksüüdvaiguga immutatud klaasriide kuumpressimise teel).kasutatakse trükiskeemide alusmaterjalina. Sandwich -tüüpi paneeli- koosnevad kahest tugevast lehest, mille vahel asub väikese tihedusega ja tugevusega kiht. Väiskohid on metall-lehed. Keskmine on vahtplast, kumm jne.
22.Tahkete ainete tsooniteooria alused. Materjalide juhtivus .
Energiatsoonide ehitus---elektronid omavad isoleeritud aatomites kindlaid energiaväärtusi. Aatomite lähenemisel üksteisele toimub aatomite vastasmõju tulemusena väliskihtide elektronide energianivoode lõhustumine peaaegu pidevateks elektronide energiaribadeks. Igas tsoonis on N lähedase energiaga nivood , kus N on aatomite arv kristallis. Osa energiatsoone võivad olla tühjad või ainult osaliselt töidetud elektronidega. Tahkete materjalide elektrilised omadused sõltuvad energiatsoonide ehitusest ja täitumisest elektronidega. Tsooni, mis tekib kõigr suurema energiaga elektronidest nim valentstooniks. Järgmine on juhtivustsoon - nende vahel asub keelutsoon . Energiatsoonide ehituseks on neli võimalust: 1) valentstsoon on osaliselt tühi. Fermi nivoole vastab energia Ef, see on omane metallidele, mille väliskihis on 1 s elektron .valentselektronis on N elektroni. Tsoonideagramm on elektrijuhid; 2)valentstsoon on täis, kattub osaliselt juhtibvustsooniga.´ tsoonidiagrammiga ained on juhid. 3) valentstsoon on täis, ei kattu juhtivustsooniga, keelutsoon on lai. Materjal dielektrik.; 4( sama, keelutsoon on kitsam. Materjal pooljuht . Fermi nivoo asub keelutsooni keskel.
Materjali juhtivus---Elektroväljas saavad liikuda need elektronid, mis ületavad fermi nivoo energia- vabad elektronid. Selleks tuleb ta viia fermi nivoost kõrgemale tühjale nivoole.1)Elektrijuhtides- juurde vaja tühine energia. Elektrivälja energiast piisab , et vabastada elektrone.; 2)Isaloaatorites ja pooljuhtides-puuduvad tühjad nivood. Vabastamiseks on vaja viia valentsetsoonist juhtimistsooni. Elektriväljast ei piisa. Elektrone on võimalik ergastada juhtivustsoono. Temp tõusuga suureneb ka vabade elektronde kontsentratsioon.
23.Metallide elektrijuhtivus ja üldjuhtivus.
Metallides on suur vabade elektronide arv ja ei sõltu temp. Metalli erijuhtivus on määratud vabade elektronide kontsentratsiooniga n ja nende liikuvusega. Suurima juhtivusega on Ag ja Cu. Lisandid ja defektid suurendavad elektronide hajutamist, vähendavad liikuvust ja erijuhtivust. Iseloomustamiseks kasutatakse eritakistust. Temp tõusul elektronide liikuvus väheneb, kuna hajumine aatomite poolt suureneb. Salan ajal elektronide kontsentratsioon ei muutu, eritakistus kasvab. Vase puhul mõjutavad eritakistust P ja Fe.
Üldjuhtivus----ülipuhastel metallidel väheneb eritakistus temp lähenemisel OK mingile väikesele väärtusele p0(roo). Mõnedel saab eritakistus võrdseks nulliga juba enne OK saavutamist- nim ülijuhtidejs ja nähtust ülijuhtivuseks. Umbes pooltel metallidest esineb ülijuhtivust- ülijuhtivus asub temp 0,01K-9,2K. Puudub energiakadu. Ülijuhitavad materjalid on äärmiselt perspektiivsed elektrienergia ülekandmisel, kasutatakse magnetites, projekteeritavas termotuuma- elektrijaamas .
24.Dielektrikud ja isolatsioonimaterjalid .
Dielektrikute omadus on polariseerumine välises elektriväljas. Polarisatsioon - see on laengute nihkumine dielektriku sees, et tekiks sisemine elektriväli, mis on suunatud vastupidi välisele väljale. Kondensaatori mahtuvus avaldub C=Q/U. Kui kondesaatori plaatide vahel on dielektriks, siis C= e(epsilon)*S/l. Mida suurem on dielektriline läbitavus, seda suurem on kondensaatori mahtuvus.
Polarisatsiooni liigid- 1)elektronpolarisatsioon-eöektropilve deformatsioon.; 2( ioonide polarisatsioon- ioonide nihkumine võresõlmedest välja.; 3) orientatsioon-polarisatsioon- polaarsete molekulide orienteerumine välise välja suunas. Puhtad dielektrikud ei sisalada vabu laengukandjaid, ei oma juhtivust.reaalsed dielektrikud sisaldavad alati lisandeid. Dielektrikuid kasutatakse elektroisolatsioonimaterjalideja ja kondensaatorite dielektrikuna. Isolatsioonimaterjal peab olema suur eritakistus ja väike dielektriline läbitavus. Oluline on ka läbilöögipinge. Polümeeridest on parem isalotsiooniomadused mittepolaarsetel ja vähepolaarstetel:polüetüleenil, teflonil ja polüstüroolil. Polaarsetest polümeeridest kasutatakse polüvinüülkloriidi, orgaanilist klaasi, lavsaani, polüamiide ja polüuretaani.
Vilk on kirstalne aine, kihiline ehitus, koostiselt on alumosilikaatide segu. Muskoviit on läbipaistev aine., suur läbilöögipinge ja kuumakindlus. Isolatsioonimaterjalidena kasutatakse veel anorgaanilisi klaase ja eriti keraamilisi materjale- isloaatoriportselan.
25. Valguse koosmõju tahke kehaga . Metallide optilised omadused.
Valuse..- kui valgus läheb läbi ühest keskkonnas teise, siis osa valgusest võib läbida selle tahke materjali, osa neelduda selles ja osa peegelduda keskkondade piirpinnalt. Materjale, mis lasevad suurema osa pealelangenud valgusest läbi nim läbipaistvateks. Osa materjale laseb valgust mingil määral läbi, kui mitte otse- matid materjalid. Metallid on läbipaistmatud, isloaatorid läbipaistvad, pooljuhid läbipaistvad või läbipaistmatud.
Metallide optilised omadused---- suur tähjade elektronide energianivoode olemasolu metallides veidi kõrgemal täidetud nivoodest tingib sulle, et metallid neelavad kogu pealelangeva nähtava valguse. Footonid annavad om energia elektronidele, ergastades nad kõrgematele tühjadele nivoodele, seetõttu on metallid läbipaistmatud kogu elektromangetilise kiirguses pikemalainekiiruse osale kuni ultravioletse kiirguse keskosani. Metallid on läbipaistvad röntgen- ja gammakiirguse suhtes. Osa neeldunud valgusest kiiratakse välja. Ergastatud elektronid lähevad madalamatele tühjadele nivoodele ja kiirgavad välja footoni ligikaudu sama lainepikkusega, samaväärne valguse peegedumisega. Metallid peegeldavad tagasi 90-95%, ülejäänud erladub soojusena. Selel tulemusena metallid omavad hõbetat värvust (valge valguse käes), pikemalainepikkusega valguse käes kollased või punakas-oranž.
26. Mittemetallide optilised omadused. Valguse murdumine , peegeldumine ja neeldumine .
Kui läbipaistvale materjalile langeb valgus, toimub peale peegeldumise ja neeldumise ka murdumine ja läbiminek.
Valguse murdumine—kui footon siseneb läbipaistvasse materjali, kaotab osa energiast, kiirus väheneb, kaldub kõrvale sirgjoonelisest liikumissuunast. Valguse kiirus v materjalis iseloomustab murdumisnäitaja n=c/v. Kui valguskiir läheb suurema murdumisnäitajaga keskkonnast väiksema murdumisnäitajaga ekskkonda, siis toimub täielik sisepeegeldumine.
Valguse peegeldumine- pinna peegeldumisvõime R avaldub: R= Ir/I0 (pealelangev ja peegeldunud valguse intensiivsus.) kui valgus langeb õhukeskkonnast läbipaistva materjali pinnale risti, siis on peegeldumistegur seotud murdumisnäitajaga n. Mida suurem on n, seda suurem on ka R.
Valguse neeldumine ja läbiminek---läbipaistvas materjalis mitteneeldunud valguse intensiivsus I avaldub võrrandiga I=Io* exp(-alfa*l). Mida väiksem on alfa ja l, seda rohkem valgust läbib materjali.
27. Materjali värvus. Polümeeride ja komposiitide optilised omadused.
Valguse neeldumistegur läbipaistvas materjalis sõltub valguse lainepikkusest. Kui materjal neelab kõiki lainepikkusi ühtlaselt, siis on ta värvitu (ülipuhas klaas, safiir ). Dielektrikutes tekib neeldumine ja sellele järgnev kiirgamine juhul, kui on lisandeid, mis tekitavad nivoosid keelutsoonis. Rubiini värvuse määrab valguse poolt ergastatud elektronide tagasilangemisel valentstsoonis eralduv kiirus. Värvilise klaasi saamikseks lisame erinevaid ioone. Materjali värvus langeva valguse poolses küljes on määratud peegeldumisteguri sõltuvusega lainepikkusest samadel lainepikkustel. Seega Peegeldunud valguses on sama värvus, küljelt määrab värvuse hajunud valgus.
Polümeeride ja kompsiitide optilised omadused—neil on tavaliselt kristalsed osad suurema murdumisnäitajaga ja amorfne keskkond väiksema murdumisnäitajaga. Suur osa valguses hajub nin materjali läbipaistvus väheneb-valges valguses matt.
28. Materjalide soojuslikud omadused: soojusmahtuvus , soojuspaisumine ja soojusjuhtivus.
Soojusmahtuvus- keskimine soojusmaht on soojushulk Q, mida tuleb anda, et tõsta materjali temp 1 kraadi võrra. Tegelik soojusmahtuvus C on piirväärtus, millele läheneb keskmine soojusmahtuvus, kui temp vahemik T läheheb nullile . Soojusmahtuvus on seotud kristall võre sõlmades olevate osakeste võnkumisega, toimuvad tasakaaluasendis ümber suure sagedusega ja väikese amplituudiga. Naaberosakeste võnkumine on omavahel seotud, kritallis tekib lainetus . Võnkeenergia ei oma igasugust väärtust. Võnkumis intensiivsus temp alanemisel väheneb, soojusmahtuvus väheneb.madalatel temp kasvab soojusmahtuvus kiiresti C=AT3.suurim soojusmahtuvus on polümeersetel materjalidel, väiksem keraamilistel ja metallidel. Al on metallidest suurem.
Soojuspaisumine- osa materjale paisub temp tõusul. Atomaarsel tasemel tähendab materjali paisumine aatomitevahelise kauguse suurenemist , selgitatakse aatomite potentsiooalse energia sõltuvusega aatomite vahelisest kaugusest. Koos energi kasvuga kasvab ka vibratsiooni amplituud . Kuna potentsiaalse energia sõltuvus vahekaugusest on ebasümmeetriline, siis suureneb temp tõusul ka keskmine vahekaugus. Mida tugevam on sida aatomite vahel, seda järsem ja kitsam on potentsiaali auk. Suurim paisumine esineb polümeeridel, väiksem metallidel, veel väiksem keraamilistel materjalidel.
Soojusjuhtivus- materjali soojusjuhtivus iseloomustab soojusjuhtivuse tegur k, see on võrdteguriks soojusvoo J avaldises: J=-k*dT/dx. Soojusülekanne toimub: 1( kritallvõre võnkeenergia ülekandumisena; 2( vabade elektronide energia plekandumisena. Metallidel on peamine ülekandemehhanism vabade elektronide abil. Metallide soojusjuhtivus on suurim, väiksem keraamilistel materjalidel ja siis polümeeridel.
29. Ferromagnetism ja ferrimagnetism.
Sõltuvalt materjali magnetilisest läbitavusest jaotakse materjalid kolmeks: 1) ferromagneetikud ; 2) paramagneetikud; 3) dimagneetiukud.
Magnetmomentide tekkimine magnetmaterjalides on seotud elektronide spinnidega. Ferromagneetikutes esinevad makroskoopilised osad-domeenid-mille piires on kõigi elektronide spinnid orienteeritud paralleelselt. Üksikud on juhuslikult, sellepärast summaarne magnetimoment puudub. Magnetilise induktsiooni sõltuvust materjalis välise magnetvälja tugevusest B=f nim magneetimiskõveraks. Magneetimise efektid: 1) demoeenide kasv.; 2) domeenide magnetmomentide pöördumine välise välja suunda.---- Kui need lõppevad, siis saavutatakse küllastus. Välise magnetvälja perioodilisel muutumisel tekib nn hüstereesisilmus- iseloomustavad parameetrid on küllastusinduktsioon, jääkinduktsioon, koertsitiivjõud.
Ferrimagneetiukud erinevad ferromaganetitest, sest osa spinne on vastupidises suunas ja magnetmomendid väiksemad- nim ferriiitideks. Esindaja magnetiit Fe2O3.
30. Magnetmaterjalid .
Ferromagnetid on Fe, Co, Ni. Ferrimagnetid on ferriidid.
Magnatmaterjalid jaotatakse magnetilselt pehmeteks ja magnetiliselt kõvadeks- erinevus hüstereesisilmuses. Magnatiliselt phmetel on see kitsas ja suur magnetiline läbitavus, küvadel aga väike magnetiline läbitavus.
Magnetiliselt pehmed materjalid- kasutatakse vahelduvas magnetväljas. Esinevad energia kaod pöörisvoolude tekkimise tõttu, siiis on vaja suurema eritakistusega materjale. Materjalid: 1) ülipuhas raud-ülisuur magnetiline lbäitavus, kasutatakse ainult püsiva magnetvoo juhina.; 2) elektrotehniline lehtteras- 4% Si, suurendab eritakistust. Kasutatakse isoleeritud lehtede kihina. 3) oermalloidid- Fe ja Ni sulamid. 4) Ferridid- kõrgsageduslikud materjalid, suur eritakistus.
Magnetiliselt kõvad materjalid- kasutatakse püsimagnetite, magnetlintide ja magnetiliste mäluelementide valmistamiseks. Materjalid: 1) leeritud ja karastatud teras; 2( magnetiliselt kõvad sulamdi; 3) magnetliselt kõvad ferriidid...nende tähtsaim oamdus on väljaspoole antav maksimaalne energia mis võrdub B*H maksmimumiga. Suurima energiaga on alniko, SmCo5 ja mõned ferridid.