Vlastnosti materiálů PDF

1. Vysvětlete pojmy pevnost, tuhost, křehkost, houževnatost z hlediska mechaniky materiálů. Pevnost je fyzikální vlastnost pevných látek, vyjadřující jejich odolnost vůči vnějším silám Tuhost pružiny či obecně tuhost tělesa je fyzikální veličina, charakteristická pro každé pružné těleso, udávají...

1. Vysvětlete pojmy pevnost, tuhost, křehkost, houževnatost z hlediska mechaniky materiálů. Pevnost je fyzikální vlastnost pevných látek, vyjadřující jejich odolnost vůči vnějším silám Tuhost pružiny či obecně tuhost tělesa je fyzikální veličina, charakteristická pro každé pružné těleso, udávající míru změny jeho délky ( vzhledem k velikosti působící vnější síly při pružné deformaci. Křehkost je materiálová vlastnost, které souvisí s deformační reakcí na zatížení. Křehký materiál se při deformování a nárazech lehce poruší. Jejím opakem resp. protikladem je houževnatost. 2. Vysvětlete pojmy poddajnost, tažnost z hlediska mechaniky materiálů. Poddajnost (veličina) – fyzikální veličina, převrácená hodnota tuhosti, míra schopnosti tělesa měnit tvar působením vnější síly při pružné deformaci Tažnost - mechanická vlastnost materiálu, zjišťovaná zkouškou tahem. Určuje se jako poměr délky měřené části zkušební tyče po přetržení k původní délce, vyjádřený v procentech. 3. Co se rozumí pod pojmy měrná pevnost a měrná tuhost?. Je to poměr pevnosti/tuhosti a hustoty materiálu 4. Jaký je vztah mezi tvrdostí a pevností u materiálů? Tvrdost kovů je mechanická vlastnost materiálu, vyjadřující odpor proti vnikání cizího (zkušebního) tělesa do povrchu. Pevnost je fyzikální vlastnost pevných látek, vyjadřující jejich odolnost vůči vnějším silám V každodenním životě se pevnost a tuhost obvykle vyskytují společně. Pokud si vezmeme například příbor, ocelová vidlička je jak pevnější, tak tužší než plastová. Tužší znamená, že prohnout ocelovou vidličku vyžaduje v porovnání s plastovou vidličkou větší sílu. Pevnější znamená, že je potřeba větší síla k jejímu trvalému ohnutí nebo zlomení. 5. Jak je prováděna tahová zkouška a jaké hlavní materiálové vlastnosti v ní zjišťujeme? Zkouška tahem je často užívaná zkouška zatížením materiálu na tah. Výsledků této zkoušky lze použít při konstrukčních návrzích apod. Jedná se o statickou zkoušku (pomalu vzrůstající zátěžná síla, nebo konstantní síla). Zkoušený materiál je upraven do vzorku, jehož parametry stanoví ČSN. Vzorek se zkouší na trhacím zařízení, dle potřeby, často až do roztržení (trvalá plastická deformace). Stroj během zkoušení zaznamenává a vyhodnocuje celou řadu veličin. Výsledkem je tahový diagram (Závislost zatěžovacího napětí na prodloužení vzorku), ze kterého lze odečíst celou řadu veličin. Zkouška je prováděna na zkušební tyči normalizovaných rozměrů a sleduje se jí několik veličin, jako je Mez pevnosti v tahu (Rm), mez kluzu v tahu (Re), tažnost (A) a kontrakce Z. 6. Nakreslete zjednodušenou tahovou křivku pro křehký a tvárný materiál. Dodám 7. Jak se pomocí zkoušky rázem určuje přechod od křehkého ke tvárnému chování? Rázová zkouška v ohybu má z rázových zkoušek největší význam. Používá se zejména u ocelí. Vzhledem k vysoké houževnatosti ocelí by někdy nedošlo k porušení (přeražení) zkušebního tělesa, ale jen k plastické deformaci. Proto se opatřují zkušební tyče vrubem. V jeho dně dochází při úderu ke koncentraci napětí a vzniká oblast složité napjatosti, což zvýší pravděpodobnost křehkého porušení tělesa. Předchází-li lomu plastická deformace nebo též přetvoření – mluvíme o tvárném lomu Nepředchází-li lomu významná makro-plastická deformace, pak se lom šíří po hranicích zrn nebo v krystalografických rovinách – mluvíme o štěpném (křehkém) lomu 8. Vysvětlete rozdíl mezi pružnou a plastickou deformací. Pojmem deformace tělesa rozumíme změnu jeho tvaru. Těleso mění tvar v důsledku působení síly. Silové působení mění vzájemné polohy atomů, ze kterých se těleso skládá. V případě, že se po odstranění působící síly těleso vrátí do původního tvaru, mluvíme o pruž né (elastické) deformaci. Pružné deformace se vyskytují u pružných látek. V důsledku působení sil může rovněž dojít k nevratným změnám v poloze atomů tělesa. Tvar tělesa se po odstranění působící síly již nevrátí do původního stavu. V takovém případě mluvíme o nepružné deformaci popř. úžeji o plastické deformaci 9. Napište Hookův zákon pro jednoosý tah; co je Youngův modul pružnosti? Hookův zákon (též Hookeův zákon) popisuje pružnou deformaci materiálu působením síly, za předpokladu malých sil a malých deformací, které po odlehčení zmizí. Lze jej formulovat např. ve tvaru: Deformace je přímo úměrná napětí materiálu. σ=E⋅ε Youngův modul pružnosti (modul pružnosti v tahu) je materiálová konstanta (pro určitý způsob namáhání), kterou můžeme nalézt v matematicko-fyzikálních tabulkách. Je specifická pro jednotlivé materiály. Vyjadřuje poměr mezi napětím a jím vyvolanou deformací. Udává se obvykle ve stejných jednotkách jako tlak. 10. Jaké typy vazeb mezi atomy a molekulami rozlišujeme? 1) Vazba kovalentní vazba nepolární – vazba mezi atomy jejichž rozdíl elektronegativit je menší než 0,4 (X < 0,4) (např. Cl2, H2, HI) vazba polární – vazba mezi atomy s rozdílnou elektronegativitou (X = 0,4 až n1,7) (např. HCl, HBr, H2O, CO2, NH3) 2) Vazba iontová – vazba mezi atomy, jejichž elektronegativita se liší o více než 1,7 (X > 1,7). Je to vazba mezi kationty a anionty (např. NaCl, KCl, CaF2) 3) Vazba kovová – vazba typická pro kovy a jejich slitiny, všechny atomy daného kovového tělesa sdílí společně volné elektrony, které se mezi nimi pohybují a tvoří tzv. elektronový plyn 11. Jak souvisí vazebný potenciál s teplotou tání látky? Přijímá-li krystalická látka teplo, vzrůstá střední kinetická energie kmitavého pohybu částic. Částice zvětšují rozkmity, čímž se zvyšuje i střední vzdálenost mezi nimi. Tím vzrůstá i střední potenciální energie částic. Při dosažení teploty tání nabývají kmity částic takových hodnot, že se poruší vazba mezi částicemi mřížky - ta se rozpadá a látka tak taje. Vazebné síly mezi částicemi se pro různé látky liší, proto každá látka taje jen za určité teploty a za určitého tlaku 12. Jaký je vztah mezi typy vazeb a hlavními třídami materiálů? Keramika a sklo Vysoký modul pružnosti Vysoká tvrdost Odolávají otěru a korozi Uchovávají si pevnost při vysokých teplotách Jsou křehké Poškozovány kontaktními tlaky a nemají odolnost proti šíření trhlin - nekovy Kovy Vysoký modul pružnosti Mohou být slévány a tepelně zpracovány Lze je tvářet Tvárné – plastická deformace předchází lom Podléhají únavě a korozi - kovová vazba, elektronová mračna Polymery Nízký modul pružnosti a vysoká pevnost – snáší značné elastické deformace – montáž „zacvakáváním“ Odolné korozi Snadno tvarovatelné Bez nutnosti povrchové úpravy Vlastnosti závislé na teplotě (mohou ztrácet pevnost a tvar) - mnoho vazeb za sebou, většinou nepolární/polární 13. Co se rozumí pod pojmem elektronegativita prvku? Elektronegativita je v chemii vlastnost atomu, vyjadřující jeho schopnost přitahovat vazebné elektrony. 14. Uveďte epochy v dějinách lidstva pojmenované podle materiálů. Doba dřevěná; doba kamenná; doba bronzová; doba železná 15. Načrtněte periodickou tabulku prvků a vyznačte v ní oblast nekovových prvků, některé jmenujte. nekovy jsou ty zelený, žlutý a tmavě modrý, světle modré jsou polokovy 16. Jaké znáte poruchy krystalové mřížky? VAKANCE INTERSTICIÁLNÍ POLOHA PŘÍMĚS (NEČISTOTA) ČÁSTICE cizí částice, která se vyskytuje v částice v krystalové částice je v místě mimo krystalu daného chemického mřížce chybí pravidelný bod krystalové složení mřížky  příčina: tepelný (kmitavý) pohyb částice příčina: tepelný (kmitavý) v praxi často záměrně, viz pohyb částice polovodiče a jejich vodivost 17. Vysvětlete pojmy vakance, intersticiál, dislokace. vakance-bodová porucha,uzel mřížky, v němž chybí atom (příp. iont) intersticiál-bodová porucha, atomy umístěné mimo mřížové body dislokace-čarová porucha, šroubová a hranová 18. Vysvětlete rozdíl mezi krystalickou a amorfní látkou. Krystalická látka je druh pevné látky, jejíž částice jsou pravidelně uspořádány v krystalické mřížce. Amorfní látky na rozdíl od krystalické nejsou. 19. Pro které vlastnosti jsou kovy stále nejdůležitějšími technickými materiály? vodivost, pevnost, tvrdost 20. Co víte o slitinách železa a uhlíku, zejména o oceli a litině? ocel a litina jsou slitiny železa a uhlíku, pokud je obsah uhlíku více než 2,11 %, jedná se o litinu, jinak se jedná o ocel 21. Uveďte příklady neželezných kovových materiálů a jejich použití. měď, slitina..používá se na optické kabely 22. Co je míněno tvrzením, že technické materiály jsou hierarchickými strukturami? nenašel jsem odpověď 23. Uveďte příklady technické keramiky a jejího použití. Technický porcelán...Použití: Elektrické izolátory Nádrže na chemikálie Části elektrických a tepelných přístrojů Technická kamenina...použití:Vany pro chemický průmysl 24. Porovnejte mechanické vlastnosti kovů, keramických látek a polymerů. pevnost-kov>polymer>keramika tvrdost-keramika>kov>polymer pružnost-polymer>kov>keramika 25. Jaké jsou hlavní příčiny křehkosti keramických materiálů? typ vazby, šíření plastické deformace 26. Proč keramické materiály mnohem lépe odolávají tlakovému než tahovému zatížení? protože je to krystalická látka a má nepohyblivé dislokace, tudíž v tahu praská, zatímco v tlaku na sebe krystaly dosedají ještě víc a upevňují svoje pozice 27. Jaké vazebné síly působí v polymerních látkách? vodíkové můstky, kovalentní vazby 28. Vyjmenujte hlavní druhy polymerních materiálů. dle původu - polosyntetické (z celulozy); syntetické (z monomerů) dle základní makromolekulární stavby - termoplasty; termosety (duroplasty, reaktoplasty); elastomery (pryže) dle dalšího použití - recyklovatelné; nerecyklovatelné 29. Popište tepelné charakteristiky polymerů (jak se mění mechanické vlastnosti s teplotou). termoplasty se roztaví, takže se snižuje jejich pevnost atd., termosety trošku povolí a pak shoří a elastomery trochu víc povolí a pak shoří 30. Co je teplota skelného přechodu u polymerních látek? teplota, kdy amorfní polymer (termoplast) přechází ze skelného stavu (je křehký a pevný a pružný) do kaučukovitého stavu (méně pružný, ale přestává být křehký) 31. Uveďte příklady polymerů, které jsou používány POD jejich teplotou skelného přechodu. (takže jsou ještě skelný) amorfní termoplasty, reaktoplasty a pryže (to si ale myslím, že je kravina) 32. Uveďte příklady polymerů, které jsou používány NAD jejich teplotou skelného přechodu. žádný jsem nenašla, páč všechny by se měly používat pod, ale připadá mi, že by to mohly bejt pryže, protože ty ve svý normální teplotě nejsou skelný, ale kaučukovitý 33. Které druhy polymerních materiálů mají teplotu tání a které ne? teplotu tání mají amorfní termoplasty, nemají ji sesíťované amorfní polymery (reaktoplasty a pryže), ty jenom přechází do rozkladu 34. Co se rozumí krystalinitou polymerních látek? Jaké znáte podoby (fáze) uhlíku? stupeň krystalinity je podíl krystalické a amorfní složky v látce nejznámější podoby uhlíku jsou grafit, grafen, diamant nebo např. lonsdaleit, pod pojmem fáze jsem našla cementit a grafit 35. Jaké je rozdělení kompozitních materiálů podle tvaru výztuže? částicové, vláknové 36. Uveďte příklady výhod a nevýhod použití kompozitních materiálů (efektivní mechanické vlastnosti). výhody - nízká hustota, vysoká pevnost a tuhost, vysoká odolnost proti tečení a únavě, teplotní odolnost, antikorozní, anizotropie (vlastnost záleží na směru působení) nevýhody - anizotropie, složité na opravu a na inspekci, rozptyl materiálových vlastností 37. Z čeho se skládá laminát, jak u něj dosahujeme kvaziizotropie? Na výztuž (skelet) se používají nejčastěji skleněné, uhlíkové a aramidové prepregy. Jako pojivo se používají stejné pryskyřice jako při výrobě jednovrstvých kompozitů, nejčastěji z polyesteru, vinylesteru, epoxidu a fenolu. Kvaziizotropie – není vazba mezi normálovými a smykovými účinky, chová se izotropně v dané rovině. 38. Popište, z jakých vrstev jsou složeny a jak fungují sendviče. Sendvič je zvláštní druh laminárního kompozitu, který se sestává ze dvou vnějších vrstev překrývajících mezivrstvu (jádro) z lehkého materiálu. Vnější části jsou tenké, ale tuhé, vnitřní vrstva, tzv. distanční, je tlustší, zpravidla méně pevná hmota. Na vnější vrstvy sendvičů se nejčastěji používají lamináty vyztužené skleněnými nebo uhlíkovými vlákny, pro některé účely také kovové fólie. Mezivrstva může např. z voštin, z lehkého dřeva nebo z polymerních pěn (PVC, PU). Na vnější vrstvy sendviče působí tažné a tlakové síly, zatímco distanční materiál musí udržovat velikost průřezu a čelit smykovému zatížení. 39. Uveďte příklady složení a použití kompozitních materiálů. Kompozit = materiál ze dvou nebo více substancí s rozdílnými vlastnostmi Kompozitní obecné – materiály složené ze dvou nebo více složek přírodních či umělých Přírodní (dřevo, kostim zuby) Kompozitní umělé – materiály cíleně složené z vhodných materiálů složkových Pojiva (matrice) Plniva (částice, zrna, kuličky, vločky) Výztuže (vlákna, dlouhá, nekonečná) 40. Uveďte příklady přírodních kompozitních materiálů. Dřevo, kost, zuby, skořápky mořských živočichů 41. Matrice a výztuž kompozitů Matrice je spojitá fáze držící kompozit pohromadě. Výztuž (disperze) jsou další fáze, nespojité, které by měly být v kompozitu rovnoměrně rozptýlené. 42. Druhy vláken Existují tři široce používané druhy vláken (dle materiálu): skleněná, aramidová (kevlar) a uhlíková. 43. Pevnost vlákna Pevnost vlákna je vždy významně větší než pevnost stejného materiálu v kompaktní formě. Příčinou je: a) malý příčný průřez vláken, v tenkých vláknech jsou minimalizovány rozměry vrozených vad materiálu a také nebezpečnost povrchových vad je při malých příčných rozměrech menší (menší průměr = menší povrch), existující vady jsou mikroskopické a orientovány v podélném směru vlákna. b) přednostní nasměrování pevných kovalentních meziatomových vazeb v podélném směru vlákna 44. Vrubová houževnatost Vyšší vrubová houževnatost vzniká převážně při správném propojování vazeb a zapojení různorodých materiálů. (synergie) 45. Mechanické vlastnosti a stavba dřeva K nejvýznamnějším mechanickým vlastnostem dřeva patří pevnost, deformovatelnost (tvrdost – pružnost), ohýbatelnost, štípatelnost či schopnost držet spojovací prostředky. Stavba dřeva je složeno ze souborů jimž říkáme pletiva. Máme tři druhy pletiv, na povrchu pletivo pokožkové, uvnitř kmene pletivo svazků cévních, jež je uloženo v základním pletivu. Pravidelně je v kmeni vyvinut ještě čtvrtý typ, pletivo dělivé. 46. Vlhkost u dřeva Vlhkost u dřeva ovlivňuje únosnost i další vlastnosti dřeva. Při nasycení činí cca 25÷35 %, před použitím se dřevo vysouší jinak vznikají trhliny a napětí. 47. Wolffův zákon Wolffův zákon je definován takto:“ Každá změna ve funkci a formě kosti vede k nevratným změnám v interní struktuře kosti samotné“. Jinými slovy řečeno – budete-li zatěžovat kost jiným než obvyklým způsobem, kost se na tuto novou námahu přizpůsobí změnou své vnitřní struktury – v tomto případě bude struktura kosti houstnout a zesilovat. To však funguje i obráceně a pokud tedy nebudete kost zatěžovat vůbec, struktura kosti se tomu opět přizpůsobí – v tomto případě bude řídnout a oslabovat. 48. Ortotropie Ortotropie je speciální případ anizotropie* při kterém má materiál (typicky dřevo) rozdílné vlastnosti pouze ve třech na sebe vzájemně kolmých směrech. *anizotropie = materiál má v různých směrech rozdílné vlastnosti 49. Biomimetika Biomimetika je obor, který se zabývá napodobováním živých či přírodních materiálů a struktur a jejich dalším využitím. Typickým příkladem je suchý zip (který funguje jako bodlák), dalším příkladem může být požití kolínek v architektuře. 50. Biokompatibilní materiály Biokompatibilní materiály jsou materiály nevyvolávající vyloučení tkáněmi které je obklopují a tělem jako celkem, navíc jsou schopné vykonávat svou službu v prostředí těla. Nacházejí bohaté využití ve zdravotnictví jakožto materiály součástek použitelných pro různé opravy těla (například stent). 51. Lom světla V optických vláknech je využito speciálního případu Snellova zákona (zákona lomu světla) při určitém úhlu se veškeré paprsky, dopadající na rozhraní dvou prostředí o rozdílném indexu lomu, odrazí od rozhraní zpět - záření zůstává v jádru a velmi málo či žádné záření neprochází do pláště optického vlákna. 52. Opticky aktivní látky Mezi opticky aktivní látky patří některé krystaly (např. křemen) a některé kapaliny (různé organické kapaliny, např. roztok třtinového cukru). 53. Jak se liší fluorescence od fosforescence? Fluorescence je luminiscence, která dohasne téměř ihned (během nanosekund) po odstranění zdroje excitace. Pokud záření přetrvává, jev se nazývá fosforescence. Např. zářivka využívá fluorescence k převodu UV záření do výboje do viditelné oblasti. Fosforescence je luminiscence, při které je látka excitována do metastabilního stavu. Vyzařování pak dochází pomalu (zakázaný přechod) i po dobu několika minut či déle. Naproti tomu fluorescence vymiží během několika málo nanosekund. Zkráceně: liší se dobou dosvitu (interval mezi ukončením excitace a luminisekčním vyzářením). Fluorescence zaniká mnohem rychleji než fosforescence. 54. Uveďte příklady chytrých materiálů používaných jako čidla (senzory). Slitiny s tvarovou pamětí, feromagnetické materiály, feroelektrické, feroelastické - používají se jako mechanické aktuátory a čidla Piezoelektrické materiály - snímají teplotu a talk Fotocitlivé materiály 55. Jak fungují a jak jsou používány chytré materiály založené na piezoelektrickém jevu? Je to schopnost krystalu generovat elektrické napětí při jeho deformování. Vyskytuje se poude u krystalů, které nemají střed symetrie. Nejznámější látkou je křemen, křišťál. Piezoelektrické materiály se právem řídí k tzv. chytrým materiálům, díky své jedinečné vlastnosti přímé transformace mechanických jevů na elektrické a naopak. Tyto materiály umožňují řadu aplikací žádaných z hlediska úspor energie, automatizace a elektronizace průmyslových zařízení. Využití: u zapalovačů, v gramofonových přenoskách, v piezoelektrických mikrofonech, v polovodičových tenzometrech. 56. Jak fungují a jak jsou používány elektro- a magnetoreologické materiály? Magnetoreologické materiály – reagují na magnetické pole změnou viskozity, využití: magnetoreologický tlumič, magnetoreologická brzda, reproduktory Elektroreologické materiály – reagují na elektrické napětí změnou viskozity, využití: elektroreologické tlumiče 57. Uveďte příklady chytrých materiálů používaných jako pohony (aktuátory, budiče). Hydrogely – umělé svaly, piezoelektrické pohony, ultrazvukové motory Piezoelektrické materiály – při elektrickém napětí vzniká mechanické napětí (pohon) 58. Co se skrývá za zkratkou MEMS? = Micro-Electro-Mechanical-Systems Jedná se o systémy s mikrorozměry, ve kterých jsou čidla, ovladače a/nebo elektrické obvody integrovány na čipu pomocí polovodičových procesů. Systémy MEMS mají rozměry od 20 µm až do 1 mm. Obvykle obsahují základní jednotku (central unit), která zpracovává data (microprocessor), a několik komponent, které reagují s okolím. Např. MikroSensors. 59. Uveďte příklady chytrých materiálů používaných v dotykovém telefonu. Piezoelektrické materiály (sensor) Fotochromické Elektrochromické MEMS součástky 60. Co je to aerogel? Aerogel (často nazývaný zmrzlý dým nebo modrý dým) je porézní ultralehký materiál vyráběný odstraněním kapalné části z gelu. Nejčastějším typem je aerogel vyráběný z oxidu křemičitého (tzv. silica aerogel). Obsahuje 99,99% vzduchu (=maximální poréznost), zbytek připadá na oxid křemičitý. Vyrobit ho lze i ze sloučenin uhlíku, hliníku, chrómu, zinku a cínu. Díky velkému vnitřnímu povrchu jeho struktury lze aerogel použít jako pohlcovač chemických látek, katalyzátor či nosič katalyzátoru. Aerogel v prachové podobě je používán jako zahušťovadlo v barvách a kosmetických přípravcích. Jako nejslibnější využití aerogelu se jeví tepelná izolace. Materiál má 40x lepší izolační vlastnosti než sklo a přitom váží jen tisícinu jeho hmotnosti. 61. Co jsou to kovové pěny? Kovová pěna je materiál, jehož základ tvoří kov (nejčastěji hliník), který byl vylehčen vzduchovými bublinami, porézní strukturou tak připomíná tkáň. Vyrábí se pomocí práškové metalurgie: do práškového kovu se přidá hydrid titanu, který při zahřátí na 650 °C v uzavřené formě vytváří uvnitř kovu bubliny. Materiál si zachovává mechanické vlastnosti kovu, přičemž minimálně tri čtvrtiny objemu tvoří vzduch, takže blok kovové pěny je lehčí než voda. Má dobré tepelně izolační vlastnosti, tlumí zvuk I nárazy, je odolný vůči radioaktivitě. Jeho využití může být rozličné: k výrobě izolačních stavebních panelů, akumulátorů, plavidel, protéz nebo neprůstřelných pancířů. Např. hliníková pěna. 62. Co jsou kovová skla? = amorfní kov Obvykle jsou atomy v kovech uspořádány do pravidelné mřížky, jejíž druh ovlivňuje výsledné mechanické vlastnosti. Kovové sklo žádnou mřížku nemá. Roztavený kov je ochalzen takovou rychlostí, že se jeho atomy nestihnou přeskupit do krystalické mřížky, ale zůstanou v podstatě tam, kde jsou. Mohli bychom o amorfním kovovém skle uvažovat jako o velmi husté podchlazené kapaliny. Z kovových skel se mnohou vyrábět nano-předlohy pro „tiskové“ litografické procesy, kovová skla kromě lepčích mechanických vlastností jsou lépe kompatibilní s lidskými kostmi než současné slitiny a kovy, dokonce některá složení mohou být přirozeně vstřebána tělem a nahrazena lidskou tkání, tj. dobře podléhají biodegradaci a hodí se tedy pro např. šrouby apod. Zkráceně: kovová skla patří mezi amorfní materiály, tj. vyznačují se statisticky neuspořádaným prostorovým rozložením atomů. 63. Jaká je podstata materiálů s tvarovou pamětí a jejich aplikace? Zdeformovaný material vrátíme do původního tvaru tím, že ho zahřejeme. Mluvme nyní o materiálech s jednocestným paměťovým efektem, Aby si materiál “zapamatoval” svůj tvar, musíme vzorek zdeformovat do požadovaného tvaru a mechanicky zafixovat. Takto zafixovaný vzorek vyžíháme (žíhání je druh tepelného zpracování kovů, prováděné za účelem zlepšení některých vlastností, jako je povrchová tvrdost a odstranění účinků některých operací) na určitou teplotu po dobu, která závisí na složení použitého materiálu. Po uplynutí této doby vzorek ochladíme. Např. materiál nitinol – uplatnění ve vojenství (hydraulika, stroje) a v medicíně. 64. Čím se liší nanomateriály od obyčených materiálů stejného chemického složení? Nanočástice jsou částice menší než 100 nm v průměru, které vykazují lepší vlastnosti ve srovnání s většími částicemi ze stejného materiálu nebo zcela odlišné vlastnosti, kterými větší částice nedisponují. Nanotechnologie v textilním průmyslu: přidání nanočástic některých kovů, např. stříbra do hmoty před výrobou textilního vlákna. Vyrobená příze získává další vlastnosti jako např. antibakteriálnost. Rizika: Snadno pronikají do liského těla, jsou biologicky aktivnější než větší částice, mají větší měrný povrch a schopnost dlouhodobě přetrvávat v životním prostředí a hromadit se tam. Americký výzkum ukázal, že nanočástice stříbra o průměru 30 nm a menší se ukládají v tkáních vyvíjejících se embryo ryb a mohou vyvolat závažné malformace včetně krevních výronů do hlavy a otoků, které vedou k úhynu rybních larev. 65. Popiště z jakých fází se skládá kapalná emulze, suspenze a aerosol. Emulze – heterogenní směs dvou kapalin, které se vzájemně samovolně nesměšují. Obvykle jde o kapaliny s různou hustotou a polaritou (olej + voda) Suspenze – heterogenní směs, např. jemně dispergované pevné látky v kapalině (voda + písek) Aerosol – disperzní soustava s plynným disperzním prostředím a tuhým nebo kapalným disperzním podílem (částice prachu ve vzduchu) 66. Popište technologie 3D tisku, používané materiály, výhody a nevýhody. 3D tisk: prostorové nanášení vrstev materiálu Výhody: malosériová a prototypová výroba, umožňuje výrobu složitých výrobků bez drahé formy Nevýhody: vysoká energetická náročnost, cena zařízení, kterí je zpravidla vybaveno karbon- dioxidovým zdrojem paprsku, a dále pak nemožnost tisku uzavřených dutin, ve kterých samozřejmě materiál po tisku zůstane uzavřen Materiály: plasty (ABS, PLA), kovy (ocel, titan, zlato) 67. Jaký je rozdíl mezi aditivní a subtraktivní výrobou? Aditivní výroba označuje proces, při němž vzniká trojrozměrný výrobek postupným nanášením tenkých vrstev na sebe na základě digitálních dat. Ačkoliv je aditivní výroba v podstatě totéž co 3D tisk nebo rapid prototyping, na rozdíl od těchto pojmů se využívá zejména pro označení procesů, při nichž vzniká koncový výrobek, a nikoliv jen prototyp. Subtraktivní výroba označuje proces, při němž (tradičním způsobem, tedy počítačem řízeným obráněním a podobnými technikami) se materiál odebírá z polotovaru. 68. Vysvětlete možné dopady 3D tisku na výrobní vztahy a ekonomiku. Technologie může usnadnit a zlevnit vývoj, ale i vlastní výrobu řady produktů. České výrobní společnosti vnímají 3D tisk jako významný faktor přispívající ke konkurenceschopnosti. Do pěti let lze očekávat výrazný nárůst tisku z kovu. Nejrozšířenějším materiálem při výrobě jsou v současné době polymery a plasty. Více než dvě třetiny společností, které 3D tisk již aktivně využívají nebo tuto technologii chtějí využívat, chtějí do pěti let tisknout díly z kovu. Toto přispěje k masivnějšímu rozšíření technologií 3D tisku v české výrobní praxi. Tak, jak tomu je již nyní v Německu (průzkum EY). Přínos: snížení výrobných nákladů, rychlost zajišetění nízkoobrátkových položek nebo přizpůsobení výrobků zákaznickým potřebám. Využití: automobilový a letecký průmysl, tisk orgánů... 69. Jak probíhá degradace materiálů (koroze, oxidace), popište části tvořící korozní článek. molekuly z vnějšího prostředí (nejčastěji kyslík ze vzduchu) reagují s molekulami kovu a tvoří s nimi sloučeniny (např. rez, neboli oxid železitý) korozní makročlánek - podobně jako galvanický článek, když zašroubujeme měděný šroub do ocelové vany s vodou - ocel má záporný potenciál, stane se anodou a rozpouští se, měď má kladný potenciál, je katodou; je to konstrukční chyba korozní mikročlánek - to samé, ale mezi molekulami nehomogenní slitiny 70. Jaké jsou možnosti ochrany materiálů a konstrukcí před korozí? ochrana antikorozním povlakem - např. nátěr lakem; pozinkování - “obětování kovu”, zinek se stane anodou a rozpouští se, ale je to mnohem pomalejší než rozpouštění chráněného kovu (galvanické - za studena, žárové - ponoření do rozpuštěného zinku) ochrana konstrukčním řešením - zabránit styku s korozním prostředím nebo jej co nejvíce omezit - ošetřit místa, kde by se mohla držet voda apod. 71. Uveďte příklady degradace polymerních materiálů. oxidace - dochází k depolymerizaci (rozpadu makromolekul) a materiál mění své vlastnosti, například zežloutne nebo zhnědne, ztratí průhlednost, sníží se tažnost nebo pevnost, materiál má povrchové praskliny další faktory - teplota, UV záření, chemické látky (rozpouštědla, plyny, …), mechanické namáhání 72. Jakými nedestruktivními metodami se hledají vady výrobků? tímhle si nejsem jistá, nenašla jsem to nikde kontrola pohledem, hmatem, zkusit pohyblivost všech částí, … rentgen? 73. Jaká je souvislost „cirkulární ekonomiky“ a udržitelného rozvoje? Zabývá se způsoby, jak zvyšovat kvalitu životního prostředí a lidského života pomocí zvyšování efektivity produkce. Klíčové je, aby používané materiály byly navzájem odděleny do dvou nezávisle cirkulujících okruhů, jež se řídí rozdílnou logikou. První operuje s látkami organického původu, které jsou snadno odbouratelné a není u nich proto problém navrátit je zpět do biosféry. Druhý operuje se syntetickými látkami, jež by měly být do produktů vkládány tak, aby bylo možné je z nich následně extrahovat a opět použít, a nebylo tak nikdy nutné je do biosféry navracet. Kritici však namítají, že z energetického hlediska by to znamenalo porušit druhý termodynamický zákon. Žádný cyklus nemůže být stoprocentně účinný, takže každá cirkulární ekonomika je i trochu lineární ekonomikou. (okopírovaná wiki, ale maj to tam hezky vysvětlený) 74. Jaké hlavní materiálové vlastnosti a parametry lze vyčíst z tahové křivky? křehkost, tažnost, pevnost, jejich meze 75. Uveďte příklady chytrých materiálů používaných jako čidla (senzory). ????????? 76. Co je mez kluzu a jak souvisí s dislokacemi? Pevnost kluzu v tahu či mez pevnosti kluzu v tahu je nejmenší napětí, při němž se zkušební těleso začne výrazně prodlužovat, aniž by stoupala zatěžující síla, nebo při němž nastává prodlužování doprovázené poklesem zatěžující síly. Dochází k tečení materiálu a mění se jeho fyzikální vlastnosti. Mez kluzu charakterizuje přechod mezi elastickou a elasticko-plastickou oblastí zatěžovací křivky. Chování oceli na mezi kluzu lze vysvětlit brzdícím účinkem intersticiálních atomů nečistot (C,N), na kterých se soustřeďují dislokace. Vytržení dislokace z mraku těchto atomů vyžaduje vyšší napětí než pohyb již uvolněné dislokace. Výrazná mez kluzu měkkých ocelí se projevuje viditelnými deformačními stopami na hladkém povrchu kovu (na vyleštěných zkušebních tyčích namáhaných tahem se objevují pod úhlem 45° k směru síly, kde smyková napětí dosahují maxima). Tyto čáry se nazývají Černovovy (Lüdersovy) čáry. 77. Jak souvisí ušlechtilost kovů s jejich výskytem v přírodě v ryzí podobě či v podobě rud? čím je kov ušlechtilejší, tím méně chce reagovat s dalšími látkami, proto se vyskytuje ve své čisté podobě (zlato), narozdíl od např. železa, které se vyskytuje jak v rudách, tak i jako sloučenina (oxid železnato-železitý je minerál známý jako magnetit) 78. Popište (a nakreslete) vodíkovou vazbu a vazbu van der Waalsovu. Vodíková vazba (často také vodíkový můstek) je nejsilnější z nevazebných interakcí. Může se uplatnit i v rámci dvou částí jedné molekuly. Je podstatně slabší než iontová nebo kovalentní vazba, ale silnější než většina ostatních mezimolekulárních sil. Vodíkovou vazbu tvoří na jedné straně skupina vodík + silně elektronegativní prvek (například kyslík nebo dusík) a na druhé straně atom s volným elektronovým párem (například opět kyslík, fluor nebo dusík). - takhle třeba drží pohromadě voda van der waals je o tom, že když se molekuly přiblíží na určitou vzdálenost, přitahují se, ale když jsou ještě blíž, začnou se hrozně moc odpuzovat 79. Popište mechanické vlastnosti a strukturu kostí zvenku má kost pevný obal, uvnitř je trámkovitá (na tomhle principu vznikla příhradová konstrukce, je to dost pevný, ale přitom lehký, a dá se z toho udělat skoro jakýkoliv tvar) kost je velmi pevná v tlaku a ještě mnohem víc v tahu, pokud je to podle podélné osy, podle příčné osy je pevnost cca poloviční, nejmenší odolnost má ve zkrutu (otáčení)