Wykład IV: Polikryształy I. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Podobne dokumenty
Nauka o Materiałach. Wykład IV. Polikryształy I. Jerzy Lis

Polikryształy Polikryształy. Polikryształy podział

Wykład V: Polikryształy II. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

30/01/2018. Wykład V: Polikryształy II. Treść wykładu (część II): Krystalizacja ze stopu. Podstawowe metody otrzymywania polikryształów

Nauka o Materiałach. Wykład XI. Właściwości cieplne. Jerzy Lis

30/01/2018. Wykład IX: Dekohezja. Treść wykładu: Dekohezja - wprowadzenie. 1. Dekohezja materiałów - wprowadzenie.

Wykład X: Dekohezja. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Wykład IX: Odkształcenie materiałów - właściwości plastyczne

30/01/2018. Wykład X: Właściwości cieplne. Treść wykładu: Stabilność termiczna materiałów

Sylabus modułu kształcenia/przedmiotu

Wykład XI: Właściwości cieplne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 097

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Nauka o Materiałach. Wykład IX. Odkształcenie materiałów właściwości plastyczne. Jerzy Lis

Dekohezja materiałów. Przedmiot: Degradacja i metody badań materiałów Wykład na podstawie materiałów prof. dr hab. inż. Jerzego Lisa, prof. zw.

Nauka o Materiałach. Wykład VI. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste i plastyczne. Jerzy Lis

Nauka o Materiałach Wykład I Nauka o materiałach wprowadzenie Jerzy Lis

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: CTC s Punkty ECTS: 8. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Właściwości cieplne Stabilność termiczna materiałów. Stabilność termiczna materiałów

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: CIM s Punkty ECTS: 8. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Materiałoznawstwo optyczne CERAMIKA OPTYCZNA

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

Ćwiczenie nr 2. Badanie kształtu i wielkości porów oraz połączeń między porami w biomateriałach ceramicznych

Wykład XIV: Właściwości optyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Nauka o Materiałach Wykład II Monokryształy Jerzy Lis

σ c wytrzymałość mechaniczna, tzn. krytyczna wartość naprężenia, zapoczątkowująca pękanie

Wykład VI: Proszki, włókna, warstwy. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

Nauka o Materiałach dr hab. inż. Mirosław Bućko, prof. AGH B-8, p. 1.13, tel

Wykład XIII: Właściwości magnetyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PĘKANIE. Dekohezja. Wytrzymałość materiałów. zniszczenie materiału pod wpływem naprężeń

Kompozyty Ceramiczne. Materiały Kompozytowe. kompozyty. ziarniste. strukturalne. z włóknami

Materiały Reaktorowe. Efekty fizyczne uszkodzeń radiacyjnych c.d.

30/01/2018. Wykład VI: Proszki, włókna, warstwy. Nauka o Materiałach. Treść wykładu:

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 097

Technologie wytwarzania. Opracował Dr inż. Stanisław Rymkiewicz KIM WM PG

Wybrane przykłady zastosowania materiałów ceramicznych Prof. dr hab. Krzysztof Szamałek Sekretarz naukowy ICiMB

KLIWOŚCI WYZNACZANIE NASIĄKLIWO. eu dział laboratoria. Więcej na: Robert Gabor, Krzysztof Klepacz

Budowa stopów. (układy równowagi fazowej)

Kierunek i poziom studiów: Chemia budowlana, II stopień Sylabus modułu: Chemia ciała stałego 0310-CH-S2-B-065

CERAMIKI PRZEZROCZYSTE

30/01/2018. Wykład XII: Właściwości magnetyczne. Zachowanie materiału w polu magnetycznym znajduje zastosowanie w wielu materiałach funkcjonalnych

Wyznaczanie temperatur charakterystycznych przy użyciu mikroskopu wysokotemperaturowego

MATERIAŁOZNAWSTWO. Prof. dr hab. inż. Andrzej Zieliński Katedra Inżynierii Materiałowej Pok. 204

MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

BADANIA STRUKTURY MATERIAŁÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA w elektronice

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE SPRĘŻYSTOŚĆ MATERIAŁ. Właściwości materiałów. Właściwości materiałów

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: CIM s Punkty ECTS: 3. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Wykład VII: Kompozyty. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Inżynieria Materiałowa Studia I stopnia

9.CERAMIKA, SZKŁO. Irena Zubel Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechnika Wrocławska (na prawach rękopisu)

MATERIAŁY SPIEKANE (SPIEKI)

Si W M. 5mm. 5mm. Fig.2. Fragment próbki 1 ze strefowymi kryształami melilitu (M).

KRYSTALIZACJA METALI I STOPÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Inżynieria Materiałowa Studia I stopnia

30/01/2018. Wykład VII: Kompozyty. Treść wykładu: Kompozyty - wprowadzenie. 1. Wprowadzenie. 2. Kompozyty ziarniste. 3. Kompozyty włókniste

Konsolidacja Nanoproszków I - Formowanie. Zastosowanie Nanoproszków. Konsolidacja. Konsolidacja Nanoproszków - Formowanie

Termodynamiczne warunki krystalizacji

STRUKTURA STOPÓW UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Analiza strukturalna materiałów Ćwiczenie 4

Materiały ceramiczne. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ZAGADNIENIA EGZAMINACYJNE

forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W, 1Ć 1W e, 3L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

SEMINARIUM Z NAUKI O MATERIAŁACH

Wpływ popiołów lotnych krzemionkowych kategorii S na wybrane właściwości kompozytów cementowych

Czym się różni ciecz od ciała stałego?

chemia wykład 3 Przemiany fazowe

Niektóre zagadnienia inżynierii materiałowej, w których dyfuzja odgrywa podstawową rolę.

ĆWICZENIE Nr 4/N. Laboratorium Materiały Metaliczne II. Opracowała: dr Hanna de Sas Stupnicka

INNOWACYJNE KIERUNKI ROZWOJU PRZEMYSŁU CERAMICZNEGO. Prof. dr hab. inż. Jerzy Lis Prorektor Akademii Górniczo Hutniczej im. St. Staszica w Krakowie

MATERIAŁOZNAWSTWO. dr hab. inż. Joanna Hucińska Katedra Inżynierii Materiałowej Pok. 128 (budynek Żelbetu )

Logistyka I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

ĆWICZENIE Nr 2/N. 9. Stopy aluminium z litem: budowa strukturalna, właściwości, zastosowania.

Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna. Przedmiot: BIOMATERIAŁY. Metody pasywacji powierzchni biomateriałów. Dr inż. Agnieszka Ossowska

MATERIAŁY CERAMICZNE

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Inżynieria Ciepła. Materiały Inżynierskie laboratorium. Ćwiczenie nr 9

Wykład 2. Wprowadzenie do metod membranowych (część 2)

ĆWICZENIE Nr 5. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Zastosowanie materiałów perowskitowych wykonanych metodą reakcji w fazie stałej do wytwarzania membran separujących tlen z powietrza

PODSTAWY INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Laboratorium inżynierii materiałowej LIM

MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

Krystalizacja. Zarodkowanie

Klasyfikacja przemian fazowych

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

Nowoczesne materiały konstrukcyjne : wybrane zagadnienia / Wojciech Kucharczyk, Andrzej Mazurkiewicz, Wojciech śurowski. wyd. 3. Radom, cop.

Struktura materiałów. Zakres tematyczny. Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD / dr inż. Maciej Motyka.

MATERIAŁY CERAMICZNE

Ćwiczenie 1 formatowanie tekstu

ATLAS STRUKTUR. Ćwiczenie nr 25 Struktura i właściwości materiałów kompozytowych

MATERIAŁY SUPERTWARDE

BADANIA PÓL NAPRĘśEŃ W IMPLANTACH TYTANOWYCH METODAMI EBSD/SEM. Klaudia Radomska

Technologie Materiałowe II Wykład 2 Technologia wyżarzania stali

Technologia elementów optycznych

Pracownia Technologiczna - Wydział Zarządzania PW

Transkrypt:

Wykład IV: Polikryształy I JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Treść wykładu (część I i II): 1. Budowa polikryształów - wiadomości wstępne. 2. Budowa polikryształów: jednofazowych porowatych z fazą ciekłą 3. Metody otrzymywania polikryształów krystalizacja ze stopów i przemiany w fazie stałej krystalizacja szkieł - materiały szkło-krystaliczne spiekanie proszków (jednofazowych, z fazą ciekłą, witryfikacja) wiązanie chemiczne, hydratacja

Budowa polikryształów - wiadomości wstępne Obraz materiału w mikroskali Mikrostruktura Obraz w mikroskopie (optycznym, skaningowym) wielkość obrazu rzędu 10-5 m wielkości elementów rzędu 10-6 m = 1 m cermetal

Budowa polikryształów - wiadomości wstępne Obraz materiału w mikroskali TiC

Budowa polikryształów - wiadomości wstępne Obraz materiału w mikroskali Gres

Budowa polikryształów - wiadomości wstępne Obraz materiału w mikroskali Płytka ścienna

Budowa polikryształów - wiadomości wstępne Większość występujących naturalnie w przyrodzie i wytwarzanych syntetycznie materiałów ma budowę typu polikryształów. POLIKRYSZTAŁ materiał o złożonej budowie, którego podstawą są połączone trwale (granicami fazowymi) różnie zorientowane elementy krystaliczne

Budowa polikryształów - wiadomości wstępne Podstawowe elementy budowy polikryształu A. ZIARNA - pojedyncze kryształy oddzielone granicami międzyziarnowymi. W polikrysztale mogą znajdować się ziarna wielu faz. B. PORY - puste przestrzenie między ziarnami wypełnione fazą gazową C. FAZA AMORFICZNA (SZKLISTA) - występująca jako oddzielne elementy mikrostruktury lub w postaci warstw na granicach ziaren D. WTRĄCENIA DYSPERSYJNE - małe kryształy występujące w objętości ziaren

Budowa polikryształów - wiadomości wstępne KLASYFIKACJA POLIKRYSZTAŁÓW Polikryształy są układami termodynamicznie nietrwałymi Budowa polikryształów jest ściśle związana ze sposobem ich otrzymywania Budowa polikryształu może być bardzo zróżnicowana Celem wykładu jest omówienie budowy najbardziej typowych polikryształów, zasad decydujących o ich budowie i podstawowych metod otrzymywania.

Budowa polikryształów - wiadomości wstępne KLASYFIKACJA POLIKRYSZTAŁÓW

Budowa polikryształów jednofazowych Zgład przekrój polikryształu, powierzchnia wypolerowana i wytrawiona, w mikroskopie optycznym lub SEM, widoczne granice. Ziarna i granice Budowa polikryształów tj. geometria ziaren wynika z dwóch zasad: 1. Ustalania się lokalnych stanów równowagi w miejscach styku granic międzyziarnowych 2. Konieczności zapełnienia przestrzeni elementami geometrycznymi (ziarnami)

Budowa polikryształów jednofazowych Budowa idealnych polikryształów jednofazowych Kąt dwuścienny na granicy faz w ciele stałym Zwilżanie fazy stałej fazą ciekłą NAUKA O MATERIAŁACH IV: Polikryształy Kąt dwuścienny w polikrysztale

Budowa polikryształów jednofazowych Budowa idealnych polikryształów jednofazowych Równowaga na styku trzech ścian W warunkach równowagi i = 0 stąd dla trzech ścian: 1 = 2 cos( /2)+ 3 cos( /2) jeżeli: 1 = 2 = 3 = to = 2 cos( /2) stąd cos( /2) = 1/2 to: = 120 o czyli = = = 120 o

Budowa polikryształów jednofazowych Budowa idealnych polikryształów jednofazowych Podobnie w wypadku miejsca styku czterech ścian: = = = = 109 o 28

Budowa polikryształów jednofazowych Budowa idealnych polikryształów jednofazowych Brak jest bryły geometrycznej spełniające powyższe warunki równości kątów i kryterium zapełnienia przestrzeni. Kryteria te najlepiej przybliża tzw. czternastościan Kelvina który posiada: * 8 ścian sześciobocznych * 6 ścian kwadratowych * zniekształcone (wypukłe lub wklęsłe) krawędzie dla zachowania kątów w miejscu styku

Budowa polikryształów jednofazowych W rzeczywistości w polikryształach jednofazowych ziarna mają różne wymiary. Zachowanie warunków równowagi napięć powierzchniowych powoduje, że ściany ziaren mają krzywizny - wypukłe lub wklęsłe. Mikrostrukturę polikryształu obrazuje struktura piany mydlanej

Budowa polikryształów jednofazowych spiek korundowy

Budowa polikryształów jednofazowych W przypadku silnego zróżnicowania wartości energii powierzchniowej na poszczególnych płaszczyznach krystalograficznych, w polikrysztale mogą powstawać ziarna o dominacji ścian o najniższych energiach zorientowanych tak, aby wystąpiła największa koincydencja sieci. Zjawisko to występuje zwłaszcza w materiałach o wiązaniach kowalencyjnych Przykład: spiek SiC

Budowa polikryształów jednofazowych spiek węglika krzemu

Budowa polikryształów wielofazowych Budowę polikryształów złożonych z ziaren różnych faz określają także warunki równowagi w miejscach styku granic międzyziarnowych. Przykład gęstego spieku 25 %SiC - sialon Gęsty polikryształ dwufazowy o zbliżonych wartościach energii powierzchniowej obu faz.

Budowa polikryształów wielofazowych SiC + B 4 C

Budowa polikryształów wielofazowych ZrO 2 + WC

Budowa polikryształów wielofazowych Korund + Si + grafit

Budowa polikryształów wielofazowych Korund +ZrO 2 + mullit

Budowa polikryształów wielofazowych W wypadku polikryształów wielofazowych (zwłaszcza ceramicznych) na wyróżnienie zasługuje obecność w materiale drugiej fazy w postaci: fazy gazowej (porowatość), fazy szklistej

Budowa polikryształów wielofazowych Polikryształy porowate Obecność w polikrysztale porowatości ( fazy gazowej, pustych objętości) jest konsekwencją procesu otrzymywania materiału. Pory często w sposób decydujący określają właściwości materiałów jak właściwości mechaniczne (sprężyste, wytrzymałościowe), cieplne, dielektryczne i in. W praktyce ss = sc Stąd pory są negatywem ziaren

Budowa polikryształów wielofazowych Otrzymywanie polikryształów porowatych - proces technologiczny nie pozwala (lub się nie opłaca) na otrzymanie gęstego polikryształu ( w wypadku spiekania z proszków) lub -w sposób świadomy otrzymuje się polikryształ o założonym udziale i kształcie porów (materiały izolacyjne, filtry, podłoża do katalizatorów) Przykłady kształtu porów w materiale

Budowa polikryształów wielofazowych Wielkość porowatości w materiałach ceramicznych Stan spieku Porowatość w praktyce proszek po formowaniu 40-60 % materiały ziarniste np. ogniotrwałe 30-40 % materiały budowlane 20-40 % porcelana poniżej 2 % ceramika specjalna poniżej 5 % szkło poniżęj 1 %

Budowa polikryształów wielofazowych Przykłady materiałów o kontrolowanej, wysokiej porowatości (50-90%) Przygotowanie specjalnej formy materiału wstępnie uformowanego typu plaster miodu Przygotowanie do spiekania materiału w formie piany Wprowadzenie do spiekanej masy elementów, które po usunięciu z układu zostawiają pory Wydzielanie się w toku wypalania gazu wskutek reakcji chemicznych Spiekanie żeli otrzymanych metodami chemicznymi - metoda zol-żel Odwzorowanie mikrostruktury gąbki

Budowa polikryształów wielofazowych Polikryształy z fazą amorficzną szklistą Obecność w polikrysztale fazy amorficznej (szklistej) jest typowa dla materiałów ceramiki szlachetnej (stopy krzemianowe), ceramiki ogniotrwałej (niskotopliwe eutektyki) i ceramiki specjalnej (aktywatory spiekania). Fazy te powstały przez zestalenie się stopionych faz występujących w procesie powstawania polikryształów

Budowa polikryształów wielofazowych Forma i sposób rozprowadzenia fazy szklistej w polikrysztale zależy od: a) stopnia zwilżania ciała stałego przez fazę szklistą (w warunkach powstawania polikryształu), b) udziału objętościowego fazy szklistej Równowaga granic w obecności fazy szklistej (stopionej) Równowaga określona jest zależnością: ss = 2 sc cos( /2) czyli: cos( /2) =(1/2) ss / sc Przypadki graniczne: 1. Pełne zwilżanie - = 0 o gdy ss / sc 2 2. Brak zwilżalności - = 180 o gdy ss << sc NAUKA O MATERIAŁACH IV: Polikryształy

Budowa polikryształów wielofazowych Przykłady mikrostruktur Miejsca styku granic:

Budowa polikryształów wielofazowych Przykłady mikrostruktur Polikryształy z fazą szklistą:

Budowa polikryształów wielofazowych Przykłady mikrostruktur Polikryształy z fazą szklistą:

Budowa polikryształów wielofazowych Węglik spiekany (widia)

Budowa polikryształów wielofazowych Spiek WC

Budowa polikryształów wielofazowych MgO + stop krzemianowy

Budowa polikryształów wielofazowych ZrO 2 + stop krzemianowy

Budowa polikryształów wielofazowych porcelana

Budowa polikryształów wielofazowych Szkliwo porcelany elektrotechnicznej

Dziękuję. Do zobaczenia za tydzień. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych