Știința și Ingineria Materialelor I

Introducere

• Acest document rezumă conceptele cheie din "Știința și Ingineria Materialelor I".
• Materialele sunt sisteme solide formate din atomi, molecule sau ioni, unde forțele intermoleculare sunt mai importante decât agitația termică.
• Clasificarea materialelor se bazează pe origine (naturală, sintetică, transformată chimic), compoziție (metalică, minerală, organică, compozită) și proprietăți (mecanice, termice, chimice, fizice).

Generalități și Noțiuni Fundamentale

• Materialele naturale includ roci și lemn.
• Materialele transformate chimic includ fibre și cauciuc natural.
• Materialele sintetice includ metale, ceramici, sticle și materiale plastice.
• Știința și Ingineria Materialelor studiază relația dintre structură, proprietăți, sinteză și performanța unui material.
• Impuritățile pot influența semnificativ proprietățile materialelor, atât pozitiv cât și negativ.

Interacțiuni în Solide și Electronegativitate

• Interacțiunile dintre atomi, ioni sau molecule sunt în echilibru la o anumită distanță.
• Energia de legătură este diferența între energia speciilor libere și a acestora în stare condensată. Aceasta este esențială pentru stabilitatea materialului.
• Electronegativitatea indică afinitatea unui element pentru electroni (de la 0.7 la 4.0 pe scara Pauling).

Legături Chimice

• Legăturile covalente se formează prin punerea în comun a electronilor.
• Legăturile ionice se formează prin transfer de electroni.
• Legăturile metalice se formează prin punerea în comun a electronilor între toți atomii.
• Legăturile secundare includ forțele Van der Waals și punțile de hidrogen.
• Unele materiale prezintă interacțiuni complexe de rezonanță între legături chimice.

Structura Materialelor

• Materialele solide cristaline au o aranjare periodică a atomilor la distanțe mari.
• Materialele solide amorfe prezintă ordine doar la distanțe mici.
• Materialele solide vitroase sunt obținute prin răcire rapidă și prezintă dezordine la distanțe mari.
• Diagrama Weyl reprezintă grafic aranjamentul particulelor în solide.

Cristalografie

• Cristalele sunt poliedre convexe delimitate de suprafețe plane.
• Rețeaua de translație descrie aranjamentul regulat al atomilor/ionilor/moleculelor.
• Monocristalele au o singură orientare a rețelei.
• Policristalele sunt formate din microcristale orientate aleatoriu.
• Celula elementară este volumul minim care reproduce întregul cristal prin repetare.
• Indicii Miller descriu orientarea planelor în rețeaua cristalină.
• Sistemele cristaline sunt clasificări ale structurilor cristaline.
• Rețelele Bravais reprezintă cele 14 tipuri de rețele cristaline tridimensionale.
• Numărul de coordonare este numărul de vecini apropiați ai unui atom.

Cristalizare, Sinterizare, Vitrificare

• Cristalizarea este procesul de formare a structurilor cristaline.
• Sinterizarea este procesul de densificare a unui solid polidispers prin încălzire.
• Vitrificarea este procesul de sinterizare în prezența fazei lichide, cu contracție.

Textură

• Textura descrie dispunerea fazelor într-un corp solid, influențată de procesare.
• Evaluarea texturii include natura fazelor, forma cristalelor, mărimea cristalelor, porozitate și densitatea relativă.

Defecte în Cristale

• Defectele sunt abateri de la aranjamentul perfect al particulelor în rețeaua cristalină.
• Tipuri de defecte: punctuale, liniare, de suprafață, și de structură.
• Impactul defectelor asupra proprietăților materialelor este semnificativ.
• Centrele F și V sunt defecte punctuale în cristale ionice.
• Maclele sunt regiuni dintr-un cristal cu orientare specifică față de restul structurii.

Structuri de Referință ale Solidelor Cristaline

• Cristalele ionice sunt formate din specii ionice cu sarcini opuse.
• Silicații au structuri insulare, tip lanț, tip bandă, stratificate sau spațiale.
• Structurile oxidice includ corindon, perovskit, spinel și rutil.
• Alte structuri neoxidice includ nitrura de siliciu (Si3N4) și carbura de siliciu (SiC).

Porozitate, Densitate Relativă

• Porozitatea reprezintă discontinuități în material, cu rezistență mecanică zero.
• Densitatea relativă este raportul dintre densitatea aparentă și teoretică, indicând gradul de densificare.