Náuka o materiáloch I 2024-25 PDF

= zväčša pevné látky, ktoré sa používajú na výrobu strojov, prístrojov, konštrukcií, technologických zariadení, nástrojov a úžitkových predmetov Hlavné druhy technických materiálov: Technické materiály kovové nekovové...

= zväčša pevné látky, ktoré sa používajú na výrobu strojov, prístrojov, konštrukcií, technologických zariadení, nástrojov a úžitkových predmetov Hlavné druhy technických materiálov: Technické materiály kovové nekovové zliatiny železa neželezné kovy anorganické organické (ocele, liatiny) a ich zliatiny (sklo, keramika) (plasty, drevo, (ľahké, ťažké) kaučuk) kompozitné (zložené) materiály => výrazne ovplyvňuje ich vlastnosti a možné oblasti využitia Podľa množstva častíc v jednotkovom objeme -> tri základné skupenstvá látok: a) pevné, b) kvapalné, c) plynné Zmena podmienok => premena skupenského stavu látky  Typické premeny skupenského stavu tavenie odparovanie pevná látka kvapalná látka plynná látka tuhnutie kondenzácia sublimácia pevná látka plynná látka desublimácia  kovová tyč Detail A Detail B zrno B A hranica zrna trhlina 1 mm 10 µm makroštruktúra mikroštruktúra (1 ÷ 50 µm) (voľné oko) Zrná = „monokryštály“ rôzne orientované voči sebe Zrno pozostáva zo subštruktúry (štruktúra v štruktúre), ktoré je zložená z usporiadaných kryštálových mriežok.  Detail C C elementárna bunka a kryštálovej mriežky subštruktúra kryštálová (atomárna) štruktúra The way into steel  elektrón Atóm – zjednodušene = guľová plocha - hmotnosť atómu - jadro (protóny a neutróny) protón - elektrón - 1840x ľahší ako neutrón protón alebo neutrón - medzi atómami existuje určitá jadro rovnovážna vzdialenosť (vplyv teploty, druhu medziatómovej obal väzby, usporiadania atómov,...) ~ 10-14 m ~ 10-10 m Prirodzený postup zapĺňania elektrónových obálok: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d10, 4s2, 4p6, 4d10, 4f14, 5s2,... - neplatí v prípade tranzitívnych (prechodových) prvkov (prvky skupiny B): 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, [4s2, 3d10], 4p6, [5s2, 4d10], 5p6, [6s2, 5d10, 4f14], 6p6, [7s2, 6d10] Takýto postup zapĺňania je iba v prípade, ak stavy v hranatých zátvorkách sú uvedené ako posledné.  1809 => 47 prvkov D. I. Mendelejev vytvoril periodickú tabuľku (1869), ktorá je veľmi podobná tabuľke používanej dodnes - formuloval zákon: „Vlastnosti prvkov sú periodickou funkciou ich protónového čísla.“ periodická tabuľka prvkov => sedem riadkov (periód) a šestnásť stĺpcov (skupín)  (zaplnenie poslednej koordinačnej obálky): Elektropozitívne - prvky s malým počtom elektrónov vo valenčnej sfére (1 ÷ 4) = kovy - ľahko strácajú elektróny, v dôsledku čoho sa stávajú kladne nabitými časticami. Elektronegatívne - vyšší počet elektrónov na valenčnej sfére (4 ÷ 7) = nekovy - ľahko prijímajú elektróny, v dôsledku čoho sa stávajú záporne nabitými časticami. Neutrálne - inertné plyny (majú 8 valenčných elektrónov - okrem He) Súdržnosť atómov -> existencia príťažlivých síl medzi atómami ak sú viazané atómy vzdialené od seba viac, potom sa vzájomne priťahujú, ale ak sa k sebe priblížia, potom sa odpudzujú = prejav ich potenciálnej energie existuje určitá rovnovážna vzdialenosť, = vzdialenosť, kedy sú príťažlivé i odpudivé sily v rovnováhe v tejto vzdialenosti je potenciálna energia atómov minimálna. Základné typy väzieb medzi atómami možno rozdeliť podľa nasledujúcej schémy:  kovalentná polovodiče polyméry kovová van der Waalsovými silami kovy iónová keramika a sklá a) kryštalické = atómy sú umiestnené v pravidelne sa opakujúcom usporiadaní na dlhú vzdialenosť, b) amorfné = atómy nie sú usporiadané ani na krátku vzdialenosť (niektoré druhy tuhých látok vykazujú určité usporiadanie atómov na veľmi krátku vzdialenosť), - zachováva sa usporiadanie atómov ako boli usporiadané v tavenine, c) kvázikryštalické – kryštály nespĺňajú klasické pravidlá symetrie, no napriek tomu istú symetriu vykazujú. Takéto kryštály nazývame kvázikryštály, alebo menej často kryštaloidy. vodíková väzba ľad Si O voda - vlastnosti materiálov závisia od ich štruktúry - výrazné rozdiely možno pozorovať medzi kryštalickými a amorfnými materiálmi s rovnakým chemickým zložením (napr. amorfné sklá a plasty sú opticky transparentné a rovnaké materiály v kryštalickom (alebo semikryštalickom) stave sú naopak opticky netransparentné) Al2O3 s rôznou štruktúrou Základné : a) mechanické (pevnosť, tvrdosť, húževnatosť, ťažnosť) b) fyzikálne (hustota, elektrická a tepelná vodivosť, akustika, magnetické vlastnosti, termoelektrické a optické vlastnosti) c) chemické (odolnosť proti korózii a koróznym prostrediam, hygroskopia, povrchová energia a povrchové napätie) d) technologické (vhodnosť na tvárnenie za studena alebo za tepla, obrábateľnosť, zvárateľnosť, lejateľnosť, zabiehavosť,...) Rozdelenie vlastností materiálov v závislosti od štruktúry kovu: a) štruktúrne necitlivé (hustota, merné teplo, teplota tavenia,...) b) štruktúrne citlivé (pevnosť, tvrdosť, elektrická vodivosť,...) Kryštalické materiály sa môžu vyznačovať: – rôzne smery majú rôzne vlastnosti => anizotropia vlastností – rôzne smery majú rovnaké vlastnosti => izotropné vlastnosti