Nauka o materiałach - wyklad 6

Nauka o Materiałach Wykład VI Proszki, włókna, warstwy Jerzy Lis Nauka o Materiałach Właściwości materiałów zależą także od formy występowania tworzywa w  wyrobie   Nauka o Materiałach   Treść wykładu: 1. Charakterystyka układów zdyspergowanych - proszki 2. Parametry charakteryzujące proszki 3. Zastosowanie materiałów zdyspergowanych 4. Ogólna charakterystyka włókien 5. Wybrane przykłady materiałów włóknistych: 6. Budowa i charakterystyka warstw 7. Wybrane techniki otrzymywania warstw a)  chemiczna krystalizacja z fazy gazowej b)  fizyczne osadzanie z fazy gazowej c)  napylanie plazmowe d)  metody chemiczne  9. Zastosowanie warstw Nauka o Materiałach Materiały w postaci zdyspergowanej Specyficzną postacią występowania materiałów są formy  zdyspergowane Materiały mają postać małych cząstek rozprowadzonych w ośrodku  gazowym lub ciekłym Układy takie charakteryzują się specyficznymi właściwościami na  które wpływa oddziaływanie środowiska na materiał Do opisu takich form materiałów stosujemy odrębne parametry Materiały w formie zdyspergowanej mogą być bezpośrednio   stosowane lub służyć do otrzymywania innych postaci tworzyw Nauka o Materiałach PROSZKI W zależności od wielkości cząstek i stężenia w gazie gazowej  wyróżniamy: dymy - cząstki poniżej 10-7m, silnie rozproszone pyły - cząstki  10-7m  do  10-6m, silnie rozproszone proszki - cząstki do rzędu 10-3 m (mm), stężone W fazie ciekłej: roztwory - cząstki rzędu nanometrów 10-9m koloidy - cząstki 10-9 - 10-7m zawiesiny - cząstki powyżej 10-7m W technice, w tym w technologiach materiałów stałych,  podstawową formą wykorzystywanych materiałów  zdyspergowanych są proszki czyli stężone materiały  zdyspergowane w fazie gazowej. Nauka o Materiałach PROSZKI Podstawowym parametrem geometrycznym  określającym proszki jest wielkość i forma  jego  cząstek.  Pojęcie cząstka nie jest jednoznaczne: proszek ma  bowiem budowę niejednorodną a cząstki tworzą często trudne do rozdzielenia większe elementy  (agregaty, aglomeraty). Powszechnie stosuje się także starsze bardziej  ogólne pojęcie ziarno proszku rozumiane jako  najmniejszy lity element proszku możliwy do  identyfikacji metodami mikroskopowymi lub  mechanicznymi. Nauka o Materiałach PROSZKI Proszki są populacjami złożonymi z wielkiej liczby  elementów. Charakteryzują się one  występowaniem  rozkładu wielkości  ziaren Nauka o Materiałach PROSZKI Kształt cząstek kuliste                     płatkowe                     włókniste Nauka o Materiałach PROSZKI Rozwinięcie powierzchni Parametrem charakteryzującym proszek jest jego rozwinięcie 

(…)

…
Parametrem charakteryzującym proszek jest jego rozwinięcie
powierzchni właściwej .
Powierzchnia właściwa:
Sw = S/m [ m2/g]
Parametr ten w sposób generalny określa stopień dyspersji
proszku - im większa powierzchnia właściwa tym drobniejszy
proszek.
Powierzchnię właściwą mierzymy m.in. metodami sorpcyjnymi
(np. BET)
Nauka o Materiałach
PROSZKI
Powierzchnia właściwa proszku
Materiał
Wielkość ziarna
[µm]
Powierzchnia właściwa
[m2/g]
2
8
O,2
20
Kaolin (ziarna płytkowe)
0,5x200
100
Cement portlandzki
0,2 - 10
do 100
Tlenek glinu (spiekalny)
Węglik krzemu (spiekalny)
Powierzchnia właściwa jest miarą reaktywności
proszku w reakcjach chemicznych w tym w spiekaniu,
hydratacji i in.
Nauka o Materiałach
Przykłady zastosowania proszków w materiałach
inżynierskich
Proszki jako surowiec do wytwarzania wyrobów litych…
…
średnica (od mikrometra do kilkuset mikrometrów)
długość (od kilkudziesięciu mikrometrów do włókien
ciągłych)
gęstość (monolitu) - jak materiału litego (małe
zdefektowanie)
gęstość nasypowa
powierzchnia właściwa
Nauka o Materiałach
WŁÓKNA- Przykład I
I.
Włókna naturalne - wełna owcza
* Zbudowane z substancji organicznej keratyny powstałej w
wyniku biosyntezy aminikwasów w komórkach skóry
zwierzęcia…
… - Mg3Si2O5(OH)4, krycydolit, amozyt, - (uwaga
rakotwócze)
wollastonit - metakrzemian wapnia CaSiO3
zastosowanie w wyrobach izolacyjnych
Włókna mineralne
rozwłókniane stopione surowce naturalne (krzemionka, bazalt)
lub syntetyczne (żużle wielkopiecowe), krótkie włókna do celów
izolacyjnych - wata mineralna
Włókna tlenkowe
Al2O3, ZrO2, mulitowe - wysoka ogniotrwałość, odporność
chemiczna, formowane…
…
* Podstawowym zadaniem warstw była (i jest):
- ochrona materiału przed środowiskiem
- zwiększenie wytrzymałości materiału
- dekoracja materiału
* Stopniowo wykorzystując specyficzne właściwości
materiałów w postaci warstw zaczęto stosować warstwy
jako wyroby techniczne ( elektronika)
Nauka o Materiałach
WARSTWY
Wśród materiałów występujących w postaci warstw można
wyróżnić m. in.:
A. Powłoki - emalie, farby…
… chemicznej gazowych
reagentów na ogrzanym podłożu
Nauka o Materiałach
WARSTWY Przykład II
Fizyczna krystalizacja z fazy gazowej PVD
Warstwy osadzane są w wyniku osadzania reagentów na
podłożu w toku przemian fizycznych: parowania, sublimacji
itp
Nauka o Materiałach
WARSTWY
Przykłady zastosowania cienkich warstw:
elektronika (warstwy czynne (Si, Ge) i bierne (SiO2,
azotki, tlenki)
optoelektronika…
... zobacz całą notatkę