tehnologija gradiv in keramike (fagg) - ki.si · akrilonitril- butadien-stiren (abs) a7. slide 5 a7...
TRANSCRIPT
1TEHNOLOGIJA GRADIV IN KERAMIKE
NAMEN TEČAJA : Spoznati zvezo med strukturo in lastnostmi izbranih materialov
2Kaj je struktura?
200 nm 5 nm
1 µm = 0.001 mm; 1 nm = 0.001 µ m
3LASTNOSTI MATERIALOV
LASTNOSTI MATERIALOV: specifična teža,modul in dušenjemeja plastičnostiProžnostTrdotazlomna trdnostodpornost proti mehanski in termični utrujenostiodpor proti lezenjuostale termične, optične, magnetne in električne lastnostioksidacija in korozija, trenje, abrazija in obraba
4
KRITERIJI ZA OCENO USTREZNOSTI MATERIALAFunkcionalnostKompatibilnostZanesljivostTrajnostSposobnost oblikovanjaDosegljivostGospodarnost
RAZNOLIKOST MATERIALOVKovinePolimeriKeramikaKompoziti
KRITERIJI ZA OCENO MATERIALA
5OSNOVNE SKUPINE MATERIALOV
KOVINE IN ZLITINE
Fe in jeklaAl in zlitineCu in zlitineNi in zlitineTi in zlitineostalo
POLIMERI
Polietilen (PE)polimetilmetakrilat (PMMA), "PLEKSI"najlonfenolformaldehid (FF)polistiren (PS)poliuretan (PU)polivinilklorid (PVC)akrilonitril- butadien-stiren(ABS)
A7
Slide 5
A7 SlikaAvtor; 22.10.2001
6OSNOVNE SKUPINE MATERIALOV
KERAMIKA, STEKLO IN ANORGANSKA VEZIVA
Korund (Al2O3)Porcelan (alumosilikat)Karborund (SiC)Silicijev nitrid (Si3N4)Perovskiti (BaTiO3, PZT)Cement in betonSteklo
KOMPOZITI
LesFiberglasPolimeri/ C vlakna (CFRP)Polimeri s polniliCermeti (WIDIA)
A9
Slide 6
A9 slikaAvtor; 22.10.2001
7CENA MATERIALOV ( Januar 1980 )
1430naravna guma
1500steklo
1500KORUND
2400DURAL
2300Cu
3100nerjavna jekla
3200NAJLON
4000hitrorezno jeklo
5300PMMA
7300Ni
10 000POLIIMIDI (KEVLAR)
12 000Ti-zlitine
66 000WIDIA
200 000CFRP
330 000B-epoksi kompozit
1 140 000Ag
19 100 000Au
26 000 000Pt
900 000 000diamant, industrijski
$/tonaMATERIAL
VIR : Ashby / Jones 14
8NARAŠČANJE PROIZVODNJE
Naraščanje proizvodnje [% / leto] ( podatki za leta 1960 – 1970 )Jeklo 3,4%Aluminij 8 %Polimeri 18 %
V kolikšnem času se proizvodnja materialov podvoji ?
, ta enačba se po integriranju glasi :
REZULTATI :Jeklo cca 20 letAluminij cca 9 letPolimeri cca 4 leta
KrdtdK
⋅=100
tr
eKK ⋅= 1002
9KONKURENCA MED MATERIALI
KONKURENCA MED MATERIALI V MASI OSEBNEGA AVTOMOBILA
Ostalo do 100 % :KeramikaBarvne kovineKompoziti
Vir : Smith 12
30 %10-20 %10-20 %polimeri
15 %5-10 %3-5 %Al
40 %55-50 %60 %Jeklo / Fe
1.1 T1.4 T1.8 T∑ masa
199019851978
10RAZVOJ VEDE O MATERIALIH
ZVEZA MED STRUKTURO IN LASTNOSTMI
BLAGOZNANSTVO VEDA O MATERIALIHIzkušnja Razumevanje+Priročnik +Priročnik(inženirsko znanje) (znanje, ki lahko vodi do
izumov novih materialov)
PRISTOP K KURSU :Interdisciplinarno znanje (kemija, fizika, inženirsko znanje etc.))
Zveza med strukturoin lastnostmi
11MEHANSKE LASTNOSTI
VPRAŠANJE :Kupola vesoljske ladje je bila skonstruirana za enkratni pristanek na luni in povratek na zemljo. Ladja je pristala na štirih stopalih, pritrjenih na dolgih palicah. Pristanek na zemlji je predviden spadalom. Kakšen naj bo material palic?1. Tog2. Žilav3. Trd4. Mehek5. Raztegljiv6. Krhek
Žilav, ker bo kupola pristala z udarcem.Palice morajo absorbirati energijo udarca brez zloma. Lahko pa dovolimo delno plastično deformacijo, ker kupola ne bo potrebovala palic za novo pristajanje.( na zemljo pristane s padalom )
1ATOMSKE VEZI
PRIMARNE VEZI (povezujejo posamezne atome)IonskaKovalentnaKovinska
SEKUNDARNE VEZI (povezujejo večje enote: molekule, majhne kristale itd.)
Vodikova vezVan der Waalsove vezi
100 – 250kcal/mol
≈10kcal/mol
2-4 kcal/mol
2IONSKA VEZ
- -- -- -- -
- -- -- -- -
- -- -- -- --
- -
- -
- -
- --
- -- -- -
- -- -- -- -
- -- -- -
=
+-
Na Cl Na+ Cl-
(elektrostatski privlakmed ionoma)
(atom) (atom)
SILE MED IONI V KRISTALU (analogija z vzmetmi)
Ko so vzmeti v (niso niti raztegnjene niti stisnjene), je med kroglicami razdalja ao.Če želimo spremeniti ao, moramo dodatienergijo. Energija ravnotežnega stanja jetorej najmanjša.
ravnotežnem stanju
ao
Energija ravnotežnega stanja = energija sistema
3IONSKA VEZ
Sile med ioni:a) privlačne - zaradi elektrostatskega privlaka med + in -.b) odbojne - zaradi Paulijevega izključitvenega principa
+U
-U
aU0
aoodboj
privlak
privlak + odboj
Pri ravnotežni razdalji ao je torej energija minimalna (U0).To je .energija kristalne rešetke
0
Energijo dobimo tako, da pomnožimo silo in razdaljo med atomi.
Graf (U) v odvisnosti od (a):energije razdalje med atomi
4IONSKA VEZ
Čim večja je energija kristalne rešetke (energija minimuma), tem večja je ao (razdalja med ioni).
Vez je tem močnejša, čim nižja je energija rešetke (čim "globlji" je minimum gornje krivulje).
Močnejša vez pomeni, da- ima kristal višje tališče,- je kristal trši,- ima kristal manjši razteznostni koeficient.
LASTNOSTI KRIVULJE ENERGIJA - RAZDALJA
5IONSKA VEZ (primeri: tališče Tm in energija Uo)
VIR: OHRING stran 59
6
2r
IONSKA VEZ - KOORDINACIJA
Na lastnosti ne vplivajo le vezi med posameznimi atomi, ampak tudi okolje ( zgradba snovi )Število neposrednih sosedov : koordinacijsko število (KŠ)
Pri ionski vezi je odvisno od razmerja radijev ( r / R )Minimalne vrednosti r / R za različne koordinacije
1.0120.72380.41460.22540.1553
Minimalni r/RKŠ
- -
+
- -
+
2R
7IONSKA VEZ - KOORDINACIJA
Dve možni idealizirani strukturi z različnim ramerjem radijev kationov in anionov :
+ ++
+
+ +
+
+
++
++
+++
+++
-
-
-
-
--
--
---
--
Primer: Izračun idealnega razmerja radijev za koordinacijo 6 (oktaedrska):
a
R: radij velikih krogelr: radij male kroglea: dolžina stranice kvadratad: dolžina diagonale kvadrata
a = 2Rd = a 2 = 2r + 2R
2R 2 = 2r + 2R
2R( 2 - 1) = 2rr = 2 - 1 = 0.414R
2R
2r
8KOVALENTNA VEZ
Tipično med nekovinskimi atomi H, N, O, C, F ...Delno kovalentna vez Si, Ge, As, Se
H H H2
- --
-
nova orbitala
(elektronska konfiguracija helija)
Kovalentna vez je usmerjena. To pomeni, da deluje med omejenim številom delcev, izven njih pa ne. V gornjem primeru kovalentna vezdeluje med dvema vodikovima atomoma, ne pa v njuni okolici. Zato so sile znotraj molekul (znotraj H ) močne, med molekulami (med različnimi H ) pa kovalentnih sil sploh ni.
2
2
9KOVALENTNA VEZ
Lastnosti kovalentne vezi (usmerjena):- močna znotraj molekul, ne deluje zunaj posamezne molekule- nizko tališče, plinasto stanje (molekule niso med sabo povezane)- ne prevaja električnega toka (elektroni ne morejo preskakovati od molekule do molekule)- če so vsi atomi med seboj povezani s kovalentno vezjo (diamant), je snov zelo trda
Zakaj se plini utekočinijo?Elektrona znotraj molekule se lahko zadržujeta na eni strani molekuleveč časa kot na drugi. Tam pride do rahlo negativnega naboja, na drugistrani pa pozitivnega naboja. Nastanejo dipoli. Dipoli so pri nižji temperaturi bolj izraženi kot pri višji. Pri dovolj nizki T se dipoli med sabo tako privlačijo, da se plin utekočini.
10KOVINSKA VEZ
V kovinah so atomi gosto zloženi eden poleg drugega. Atomi so takoblizu skupaj, da bi lahko prišlo do kršenja Paulijevega izključitvenega principa. Ker se to ne sme zgoditi, se za zunanje elektrone ustvarijo nova kvantna stanja. Ta kvantna stanja pripadajo vsem atomom v kovini, vanja pa se razvrstijo vsi elektroni, ki so na zadnji obli atomov. Vsi zunanji elek-troni tako pripadajo vsem atomom in s tem se ustvari močna vez med atomi. Analogija: v gumijast balon damo kovinske kroglice in ga zvežemo. Kovinske kroglice se razvrstijo na nabolj gost način, povezuje pa jih balon,ki ima podobno vlogo kot zunanji elektroni kovinskih atomov.
Lastnosti kovinske vezi oziroma kovin:- je močna vez;- kovine dobro prevajajo električni tok (na voljo so vsi elektroni z zunanjih obel); - kovine so kovne (plasti atomov lahko premikamo med seboj - to ne vpliva na elektrone v vezi).
11SEKUNDARNE VEZI - primer: vodikova vez
H
H
O
H
H
O
H
H
Oδ+
δ+
δ-
δ-
δ-
δ+
δ+
δ+
δ+
Vodikova vez
Vodikova vez
POMEN :
Vrelišče H2O 100°C
Toplotna obstojnost
1MEHANSKE LASTNOSTI - NATEZNOSTNI POSKUS
Tipičen potek grafa ε/σza polikristaliničen
preizkušanec
2RAZLAGA NATEZNOSTN. POSKUSA
KVALITATIVNA RAZLAGA NEKATERIH TOČK NA DIAGRAMU σ - ε
pod vplivom sile seatomi nekoliko premaknejo z ravnotežnih mest;če sila popusti, se atomivrnejo v ravnotežni položaj
ravnotežje
F1
F1
F1
F1
Elastična deformacija:
Plastična deformacija:
Plastična deformacija:ko sila po plastični deformacijipopusti, atomi zdrknejo vv najbližji minimum; atomizavzamejo nove ravnotežne položaje.
pod vplivom sile atomske plastipovsem spremenijo medsebojnipoložaj;
Točka 0:
Točka A:
Točka P1:
Točka P2:
novo ravnotežje
3ELASTIČNE LASTNOSTI
Atomistična razlaga elastične deformacije:
U
F
r
r
Silo izračunamo z odvajanjem: F = dU
dr
0 linearno območje (približek):razdalja in sila sta premosorazmerni
(medatomska razdalja)
(medatomska razdalja)a0
(ravnotežnamedatomska razdalja)
σ ε= E
1. Velja Hookov zakon:
E = elastični (ali Youngov) modul
2. Če odstranimo natezno silo, preizku- šanec spet zavzame začetno dolžino .
3. Elastična deformacija je trenutna - raztezek v trenutku sledi sili.
l
4RAZLAGA PLASTIČNE DEFORMACIJE
drsnaravnina
1 2 3 4 1
1 1
2
2 2
3
3 3
4
4 4
A) B)
C) D)
A B
Plastično deformacijo razložimo s premikanjem dislokacij v materialu pod mehansko obremenitvijo
Dislokacija –ena najpogostejših napakv materialu
5MATERIALI Z RAZLIČNIMI MEH. LASTNOSTMI
6MEHANSKE LASTNOSTI - TRDOTA
TDROTA – Odpornost materiala proti vdiranju drugega trdega telesaGlede na obliko telesa, ki ga vtiskamo ločimo trdoto po :
BRINELLU (HB) ( merimo premer odtisa )VICKERSU (HV) ( diamantna 4 – strana piramida )ROCKWELLU (HR) ( diamantni stožec ali kroglica )
Pri večini kovin je natezna trdnost približno proporcionalna trdotiσ = K.(HB). P v vseh primerih predstavlja silo.
( )22
2dDDD
PHB−−⋅⋅
⋅=π
D
d136°d
272.1dPHV ⋅=
ttPHR ⋅=
7MEHANSKE LASTNOSTI - POROZNOST
Pzaprta
zaprtaPcelotnaPodprtaP −=
POZNAMO :
Celotno poroznost
Zaprto poroznost (pora nima stika spovršino)Odprto poroznost (pora vodi do površine)
8MEHANSKE LASTNOSTI - DEFINICIJE
Približne definicije nekaterih mehanskih lastnosti
1. je odpornost materiala proti razenju. Odvisna je predvsem od jakosti kemijske vezi.
2. ima več pomenov. a) maksimalna natezna trdnost je enaka maksimalni natezni napetosti v področju plastičnosti materiala. b) zlomna trdnost je vrednost natezne napetosti pri raztezku, pri katerem pride do zloma materiala. Trdnost je predvsem funkcija polikristaliničnosti. 3. materiala je sorazmerna s površino pod krivuljo - : čim večja je ta površina, tem večja je žilavost.
Trdota
Trdnost
Žilavost σ ε
4. je neposredno povezana z elastičnim modulom: čim manjši je elastični modul, tem večja je elastičnost materiala.
5. je povezana z vrednostjo raztezka pri zlomu materiala (kovine). Več kot se material raztegne, preden se zlomi, bolj je duktilen.
Elastičnost
Duktilnost
1OSNOVNE KRISTALNE ZGRADBE
FAZA : STRUKTURNO HOMOGENI DEL SISTEMAVEČFAZNI SISTEMI :
PLINI reda niTEKOČINE olje ( VdW sile )
H2O ( H – vez )Hg ( kovinska )
TRDNE SNOVI red bližnjih inred daljnih sosedov
Glede na urejenost jih delimo na: monokristalinične, polikristalinične in amorfne trdne snovi
2RAZPOREDITEV OSNOVNIH GRADNIKOV (atomov, ionov, molekul) V PROSTORU
Monokristali Polikristali Amorfna snov
3RAZPOREDITEV OSNOVNIH GRADNIKOV (atomov, ionov, molekul) V PROSTORU
1. Določena strukturna enota se ponavlja skozi celoten material. Celoten material dobimo tako, da strukturne enote zlagamoeno poleg druge v vseh smereh prostora.
Monokristali.
2. . Strukturne enote so pravilno razporejene znotraj omejenih področij - zrn. Na mejah med zrni je razpored enot nepravilen (npr. enote so v prostoru različno orientirane).Tipična velikost zrn: 0.1 - 100 um.
Polikristalinična snov
3. Snov je urejena na zelo majhnem področju - največ nekaj deset gradnikov. Primer: steklo (podhlajena talina).Amorfna snov.
1.
2.
3.Edino pravilo:vsak je obdan z dvemavsak je obdan s tremi
strukturna enota
Ni strukturne enote!
strukturna enota
BIKRISTAL: strukturna enota se ponavlja le znotraj posameznega zrna; na meji med zrnoma vlada nered; v tipičnem materialu je na milijarde zrn in mej med njimi
zrno 1 zrno 2mej
a
150
strukturna enota se ponavlja v vsem materialu
4STRUKTURA MONOKRISTALOV OZIROMA ZRN V POLIKRISTALIH
Obstaja 7 kristalnih sistemov. Atomi se lahko nahajajo na ogliščih, v središču ali na robovih. Vse možne kombinacije dajo 14 kristalnih struktur. Vsak monokristal oziroma vsako zrno v polikristalu ima eno od teh 14 možnih struktur.
Opomba: atomi so v resnici tako veliki, da se stikajo (le zaradi preglednosti jih rišemo kot točke). Primera:
TCK PCK
5ZASEDENOST PCK
št. atomov na celico :
zasedenost prostornine :
4216
818 =⋅+⋅
%04.74344
3
3
3 =⋅⋅⋅
=⋅
a
R
aVn K
π24 aR=
6ZASEDENOST TCK
št. atomov na celico :
zasedenost prostornine :
28181 =⋅+
%68342
3
3
3 =⋅⋅⋅
=⋅
a
R
aVn K
π34 aR=
7ZASEDENOST DIAMANTA, Si, Ge
št. atomov na celico :
zasedenost prostornine :
8426
88
=++
%34348
3
3
3 =⋅⋅⋅
=⋅
a
R
aVn K
π
8
talinaohladimo
izločanje kristalčkov
Izločanje kristalčkov pomeni nastanek:- nove površine (povečanje energije)- novega, bolj urejenega volumna (zmanjšanje energije)
∆Gv
∆Ga
+∆G
- G∆
∆Gv∆Ga
rkritični radij
+
Ko je radij večji od kritičnega radija, kristali spontano rastejo (energija je vedno manjša)dokler se vsa talina ne spremeni v trdno snov, sestavljeno iz posameznih kristalov.
Povečanje energije zaradi nastanka nove površine
Vsota obeh energij:
Zmanjšanje energije zaradi nastanka novega trdnega materiala
NASTANEK TRDNE SNOVI IZ TALINE
9
defekt
urejena struktura(nizka energija)
večja neurejenost(višja energija)
tu je jedkanje hitro
tu je jedkanjepočasno
KAJ VIDIM POD MIKROSKOPOM? mejapora
zrno
Vse lastnosti skupaj: mikrostruktura
SPOLIRANA IN NAJEDKANA POVRŠINA POLIKRISTALA:
KAJ JE MIKROSTRUKTURA?
10NEPRAVILNOSTI (DEFEKTI) V STRUKTURI, VPLIVI NA LASTNOST MATERIALOV
Tipi defektnih strukturTočkastiLinijskiRavninskiVolumski
Defekti vplivajo na: mehanske, električne, termične in druge lastnosti materialovPraktična uporaba defektnih struktur :
Toplotna obdelava jekelPolprevodnikiSodobni akumulatorjiSenzorjiSinteza materialov ( sintranje )
11PRIMER TOČKASTIH DEFEKTOV
12LINIJSKI DEFEKTI - DISLOKACIJE
Nastanejo zaradi neravnotežne rasti kristalov iz taline, pare ali raztopine
Primera :Robna dislokacija Vijačna dislokacija
13<100> 100 VIJAČNA DISLOKACIJA MgO
14DISLOKACIJE V WURZITU GaN
screw dislocation in wurtzite GaN edge dislocation in wurtzite GaNN - blue Ga - pink
15RAVNINSKI DEFEKTI
Meje med zrni
Zaključek:Trdnost materiala določa predvsem vrsta in količina defektovTrdoto določa predvsem vrsta in jakost kemijske vezi
16PRIMER NESREČ OB NEUPOŠTEVANJU LASTNOSTI MATERIALOV - LADJA
17Kako se material zlomi?
Razpoke v materialu in nastanek le teh
Za eliptično razpoko v neskončnem materialu :
ρσ
ρσσ aa
nomnom ⋅⋅≅⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅+= 221max
18ZLOMNA ŽILAVOST, KC
0.2ice
0.5glass
1wood
3granite
3magnesia
4--5silicon nitride
2polystyrene
10--15reinforced concrete
6--20cast iron
20--45aluminium alloys
20--60GFRP, fibreglass
50--110titanium alloys
50--150high strength steel
170pressure vessel steel
100--350pure ductile metals
IKC [MPam-0.5]Material
CKa =⋅maxσσmax - maksimalna obremenitev tik pred zlomom
a ( velikost napake v materialu )
KC –zlomna žilavost
1RAVNOTEŽJE, KOMPONENTA, FAZA
H2O pri 0oC
Ravnotežje: v posodi sta hkrati led in tekoča voda.Tako stanje se ohranja, dokler se temperatura in/alitlak ne spremenita.
Led in tekoča voda sta sestavljena iz enakih gradnikov: molekul H2O. Gre za isto komponento. je torej snov, ki je sestavljena iz istovrstnih gradnikov (molekul, ionov, atomov).Komponenta
LED
TEKOČA VODA
Fizikalne lastnosti ledu so drugačne od fizikalnih lastnosti tekoče vode (led je trd, voda tekoča, led ima manjšo gostoto itd.). Med ledom in tekočo vodo je jasna meja. Če bi temperatura bila le malo višja od 0oC, bi se ves led stalil, če bi bila malo nižja od 0oC, bi se vsa voda spremenila v led.
1. Področje, znotraj katerega so lastnosti enake in se od drugih področij loči z mejo, imenujemo 2. Meja med dvema fazama se imenuje .3. Pri spremembi pogojev lahko ena faza preide v drugo fazo (led v vodo ali obratno). Tako spremembo imenujemo
faza.fazna meja
fazni prehod.
Fazni diagram: podaja fazna ravnotežja kot funkcijo različnih pogojev(temperature, tlaka itd.).
2H2O : LED, VODA, PARA
FAZNI DIAGRAM VODE
1atm log(tlak)
tem
pera
tura
0oC
100oC
TEKOČA VODA
LED
PARA
a)
b)
c)
GIBBS-OVO FAZNO PRAVILO:
F + S = K + 2
F - število faz v dani točki diagramaS - število spremenljivk (temperatura, tlak...), ki jih lahko spreminjamo, ne da bi se spremenilo število in vrsta fazK - število komponent
Uporaba Gibbsovega pravila na faznem diagramu vode:Število komponent je vedno 1, ker so vse faze iz molekul H2O. To pomeni, da za ves diagram velja: K = 1.
- točka a): Edina faza je led, torej število faz F = 1. Iz pravila sledi, da je S = 2. To pomeni, da lahko nekoliko spremenimo tako temperaturo kot tlak, pa bomo še zmeraj imeli isto fazo, t.j. led.
- točka b): V ravnotežju sta 2 fazi (tekoča voda in para). Torej F = 2. Zdaj iz pravila sledi, da S = 1. Zdaj lahko poljubno spremenimo npr. le temperaturo, tlak pa bo s tem avtomatično določen, če želimo ohraniti v sistemu obe fazi (tekočo vodo in paro).
- točka c) se imenuje tudi trojna točka vode. V ravnotežju so vse trifaze.Torej F = 3, oziroma S = 0. Če hočemo torej ohraniti vse tri faze v ravnotežju, ne smemo spremeniti niti temperature niti tlaka.
3TRDNE RAZTOPINE
fazna meja
Ni Ni
Ni
Ni NiNi NiNi NiNi NiNi Ni
Ni Ni
Ni NiNi NiNi NiNi Ni
Ni NiNi NiNi Ni
Cu CuCu Cu
Cu Cu
Cu Cu
Cu Cu
Cu Cu
Cu Cu
Cu
Cu CuCu Cu
Cu CuCu CuCu Cu
Cu Cu
Cu Cu
fazne meje ni več
začetno stanje ravnotežno stanje( )substitucijska trdna raztopina
Če so atomi ene komponente dovolj majhni, da gredo v prazen prostor med atome druge komponente nastane: (primer: ogljikovi atomi gredo v intersticijska trdna raztopina prazen prostor med železove atome, nastane jeklo).
Pogoji za nastanek substitucijske trdne raztopine (Hume-Rothery- jeva pravila):1. Kristalni strukturi obeh komponent morata biti enaki.2. Radiji atomov obeh komponent se ne smejo razlikovati za več kot 15%.3. Atomi obeh komponent morajo imeti isto valenco.4. Komponenti ne smeta kemijsko reagirati (ne sme nastati nova spojina).
Za Ni in Cu so izpolnjeni vsi gornji pogoji, zato med njima nastane substitucijska trdna raztopina pri vseh utežnih razmerjih.
Če niso izpolnjeni vsi gornji pogoji, se ena komponenta le delno raztopi v drugi - pride do delne topnosti. To pomeni, da se raztopi le določen % ene komponente v drugi.
4DVO – KOMPONENTNI SISTEMI
Tališče snovi določimo na osnovi talilnega diagrama:
čas
čas
tem
pera
tura
tem
pera
tura
trdno stanje
trdno stanje
trdno+tekoče
trdno+tekoče
samo
samo
samotekoče
samotekoče
oblika talilnega diagrama za enokomponentno snov (voda, nikelj, baker, alkohol)
oblika talilnega diagrama za dvokomponentno snov (nikelj+baker itd.)
T1
T2 Tališče ni točno določeno, temveč se spreminja odT do T .1 2
5DVOKOMPONENTNI FAZNI DIAGRAM1. Popolna topnost v trdnem (primer: Ni-Cu)
S (trdno stanje)
L (tekoče stanje)
L+S (trdno +tekoče)
T/oC
solidus
liquidus
Liquidus črta povezuje vse temperature, kjer se začne trdna faza taliti.Solidus črta povezuje vse temperature, kjer se taljenje trdne faze konča.
%Cu:
%Ni: 0 20 40 60 80 100
100 80 60 40 20 0
6PRAVILO VZVODA v faznih diagramih
S
LT/oC
A BC
sestava
PRAVILO VZVODA
S
S+L= AC
AB
nominalna(izbrana) sestava
(35%B, 65%A)
sestava taline(20%B,80%A)
sestava trdne faze(60%B, 40%A)
S: masa trdne fazeL: masa tekoče fazeS+L: celotna masa
7FAZNI DIAGRAMI – razvoj mikrostrukture pri hlajenju taline
S
LT
T1
T3
T2 X YZ
sestava nominalna(izbrana) sestava
(35%B, 65%A)
sestava taline(20%B,80%A)
sestava trdne faze(60%B, 40%A)
A(100%)
B(100%)
(1)
(2)
(3)
Snov v točkah (1), (2) in (3) zakalimo in si jo ogledamo pod mikroskopom:
(1)Talina se strdi. Prostorska razporeditev gradnikov je podobna kot v talini.Nastane amorfna trdna faza (v njej ni nobenih kristalov). Pri strjevanju nastanenekaj por. Povprečna sestava povsod v vzorcu je 35% B in 65% A.
pori
(2)
amorfna snov (nastala iz taline)
amorfna snov (nastala iz taline)
polikristali Pod mikroskopom vidimo polikristale, ki so enaki kot so bili pri temperaturi T2 teramorfno snov, ki je nastala iz taline. Povprečna sestava celotnega vzorca je 35% B in 65% A.Sestava polikristalov je 60% B in 40% A, sestava taline je 20% B in 80% A. Masni delež polikristalov in amorfne snovi izračunamo po pravilu vzvoda.
Celotna snov je polikristalinična. Sestava vsakegaposameznega kristala je enaka povprečni sestavi,t.j. 35% B in 65% A.
(3)
8DVOKOMPONENTNI FAZNI DIAGRAM2. Popolna netopnost v trdnem
S (A+B, ločeni fazi)
LT
Tališče(A)
Tališče(B)
sestava evtektična sestava
evtektična temperatura
A(100%)
B(100%)
solidus
liquidus
L + BA + L
E
L - (liquid) vsa snov je tekoča. A in B sta popolnoma pomešana, imamo samo eno fazo.S - (solid) vsa snov je trdna. A in B sta dve ločeni fazi. Ne gre za trdno raztopino! (Komponenti se ne mešata).A+L - čista trdna komponenta A je v ravnotežju s tekočo fazo, ki pa je sestavljena iz obeh komponent.L+B - čista trdna komponenta B je v ravnotežju s tekočo fazo, ki je sestavljena iz obeh komponent.
E - evtektična točka. Samo pri evtektični sestavi trdna snov pri segrevanju preide direktno v tekočo. Velja: S+F=K+1; K=2, F=3, S=0 (to pomeni, da je E invariantna točka). : evtektična temperatura je nižja od temperature tališča katerekoli komponente oziroma celo najnižja temperatura, pri kateri preide vsa snov v tekočo fazo.
Pomni
Znan primer znižanja tališča v evtektični točki glede na tališče obeh komponent je keramika. Glavni komponenti: SiO2 s tališčem1726oC in aluminijev oksid (Al2O3) s tališčem 2054oC. V evtektični točki (pri sestavi okoli 5% Al2O3) znaša tališče le 1587oC.
9REALNI FAZNI DIAGRAM3. Delna topnost v trdnem
S ( , ločeni fazi)α+β
LT
Tališče(A)
Tališče(B)
sestava evtektična sestava
evtektična temperatura
A(100%)
B(100%)
L+β α+L
Eα β
αβ
- trdna raztopina B v A - trdna raztopina A v B
m1 - meja trdne topnosti B v A (10%B, 90%A)m2 - meja trdne topnosti A v B (80%B, 20%A)
m1 m2
evtektična sestava - (30%B, 70%A)
10REALNI FAZNI DIAGRAM4. Dodatne invariantne točke
Nastanek nove spojine
nova snov se obnaša kotkomponenta
B3A
nova snov nima točno določenegatališča - inkongruentno taljenje
1ŽELEZO IN JEKLA
Železo je najcenejša in za Al najbolj razširjena kovinaLeta 1988 so v ZDA proizvedli cca. 100 mio ton jekla, od tega 78% navadnega ( ogljikovega ) jekla. Po volumnu so polimeri že 1970 presegli proizvodnjo jeklaOgljikova jekla (C – Fe ) so : Dajo se :trdna vlivatižilava plastično oblikovatirastegljiva strojno oblikovaticenena ( ! ) toplotno oblikovati ...Slaba lastnost : nizka korozijska obstojnost (zato jih barvamo, emajliramo, galvaniziramo, katodno ali anodno zaščitimo ...)Noben drug material (še ne) omogoča tako posrečene kombinacije lastnosti pri tako nizki ceni kot so C - jekla
2
Klasifikacija materialov:Youngov modul v odvisnosti od cene
3Fe in JEKLA – še nekaj o lastnostih
trdnost spreminjamo od 200 MPa - 4000 MPatrdota se giblje od 175 - 850 VHNlahko kontrolirano spreminjamo magnetne lastnosti jekellahko vplivamo na korozijsko odpornost jekel
Gornje lastnosti so odvisne predvsem od mikrostrukture.
toplotne obdelave
Mikrostruktura pa je odvisna od
sestave(% Fe, C itd.)
4FAZNI DIAGRAM ŽELEZO - OGLJIK
1600150014001300120011001000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
1 2 3 4 5 6
α + Fe C3α Fe C3
γ + Fe C3
γ + Lγ
L+ Fe3C
L
727o
906o
1148o1227o
1495o
(tališče: 1538o)
4.30
0.77
2.11
6.67
(ferit) (cementit)
(avstenit)
0.02%
E
U
5KOMENTAR faznega diagrama železo - ogljik
- Čisto železo: mehek material,
- pod 906oC: -Fe ( ), telesno centrirana kocka- nad 906oC: -fe ( ), ploskovno centrirana kocka- nad 1400oC, -Fe, spet tel. centr. kocka, tehnološko nepomembno
αγ
δ
feritavstenit
premehko, premalo korozijsko odporno za tehnološko uporabo
- nad 760oC: železo preide iz feromagnetnega v paramagnetno (ga ne moremo več trajno namagnetiti)
- Čisti cementit: trd, vendar krhek material.
- Maksimalna trdna topnost avstenita (2.11%) predstavlja mejo med jekli in litim železom: a) 0 - 2.11 % C: b) 2.11-4.3 % C:
JEKLALITO ŽELEZO
6
JEKLA
avstenitna (kristalizirajo v obliki, do 2.11% C) (za stabilnost potrebni dodatki Ni)
γ
feritna (kristalizirajo v obliki, le do 0.02% C)(obstojna brez dodatkov, cenejša, slabša korozijska odpornost)
α
DELITEV JEKEL
Vprašanji: 1. Zakaj moramo avstenitnim jeklom dodajati Ni, da so obstojna pri sobni temperaturi?
2. TCK ( struktura) vsebuje 2 Fe atoma v eni osnovni celici, PCK ( struktura) pa vsebuje 4 atome/celico. Zdi se, da je PCK struktura bolj gosta. Kako je možno, da se v tej, navidez bolj gosti strukturi raztaplja več ogljika kot v TCK?
α γ
7REALNI FAZNI DIAGRAM4. Dodatne invariantne točke
8ZAKAJ OGLJIK SPREMENI LASTNOSTI Fe?
8x1/8 + 1 = 2 atoma/celico
TCK (ferit)
tetraedrska praznina
8x1/8 + 6x1/2 = 4 atomi/celico
PCK (avstenit)
oktaedrska praznina
a
yx
a
d
r 5R 3= - 1 = 0.291 r
R = 0.414rR = 0.621
R(Fe) = 0.124 nmr(C) = 0.077 nm
Idealno:
9TUJI ATOMI/IONI V STRUKTURI POVZROČIJO NAPETOST
1
1- 2- 3- 4-
2
3
4
MM
VM Mi TM Ti
10OHLAJANJE RAZLIČNIH SESTAV VODI DO RAZLIČNIH STRUKTUR
L
α + Fe C3
γ + Fe C3
γ + Lγ
α
α+
sestava
tem
pera
tura
γ
(a)
(b)
(c)
(d)
A
AF
F
F P P C
C
P
P
P C
AC
A
A
A
A
C
AL
L
-avstenit ( )γ -ferit ( )α -perlit -cementit (Fe C)3
11VPLIV HITROSTI OHLAJANJA NA STRUKTURO
Evtektoidna reakcija:
γ α + Fe C 3
a) ohlajamo počasi: dobimo fino lamelno mikrostrukturo
Fe C3
α αα
PERLIT(krhek material,zlomi se v področju Fe C)3
b) ohlajamo hitro (kalimo)γ martenzit - termodinamsko zelo nestabilna struktura
- kinetično zelo stabilna struktura- 4x trši od perlita- krhek
12MARTENZITNA TRANSFORMACIJA
Martenzitna transformacija:- ena najpomembnejših transformacij, s katerimi spreminjamo mehanske lastnosti kovin- je brezdifuzijska (atomi zadržijo iste sosede, sestava faz se ne spremeni)
γ α + Fe C 3
martenzit
počasnoohlajanje
kaljenje
popu
ščan
je
Fe
ena odoktaedrskihvrzeil
avstenit ( )γ ferit ( )α
0.252 nm 0.285 nm 0.286 nm
0.357 nm 0.295 nm 0.286 nm
martenzit
13Lastnosti različnih faz
MEHANSKE LASTNOSTI :FERIT je raztegljiv in ima nizko trdnost ( ≤ 310 MNm-2 )AVSTENIT je raztegljiv, ima nekoliko višjo trdnost pri višjih TCEMENTIT je trd in krhekMARTENZIT je trd in krhek (podoben keramiki)
Lastnosti martenzita zelo izboljšamo s pazljivo nadaljnjo temperaturno obdelavo.Pri tem del martenzita preide v ferit in cementit – glej shemo na prejšnji strani. Dobimo še vedno trd material, ki pa je deloma tudi raztegljiv.
14
KINETIKA PREHODOV
TEM
PE
RAT
UR
ATE
MP
ER
ATU
RA
HITROST NUKLEACIJE
HITROST TRANSFORMACIJE
difuzija
nestabilnost taline
produkt ( )difuzija x nestabilnost
nukleacija
največja hitrost nukleacije
hitrost rasti zrn
(produkt: nukleacija x hitrost rasti)
celotna hitrost
KAKO HITRO NASTANE NOVE FAZA?
15DIAGRAMI TTt (temperatura, transformacija, čas)
Tem
pera
tura
čas1 min 1 ura 1 dan
723oC
Točka 1: dobimo grob perlitTočka 2: dobimo čisti martenzitTočka 3: dobimo fino zrnat perlit (bainit), lamele izginejo
Polne črte prikazujejo, kako se s časom spreminja temperatura vzorca.
16
20
100
200
300
400
500
600
700
800T/
C0
čas
1 2 4 8 15 30 1 2 4 8 15 30 1 2 4 8 15 30 60sekunde minute ure
7270
γ (avstenit)
Ms
I
II
III
grobo zrnat perlit
fino zrnat perlit
perlit + bainit
bainit
IV martenzit
15
40
44
43
53
60
64
66
konč
na tr
dota
/Roc
kwel
C
TTt DIAGRAM ZA JEKLA
17
1. Difuzijsko žarjenje: (1100oC - 1200oC)a) odpravimo napake, železo se homogenizirab) slabost: ker zrna zelo zrastejo (100-200 mikrometrov), so tolerance pri brušenju zelo velike
2. Normalizacija: izmenično spreminjamo T nad in pod 723oC. PCK TCK
zaradi neprestanih napetosti velika zrna popokajo
4. Obstaja še mnogo drugih načinov toplotne obdelave (martemperiranje, austemperiranje...)
3. Cementiranje:
0.1%C (žilava sredica)
srednji sloj(martenzit) zunanji sloj
(nitrid - zelo tanek)
TOPLOTNE OBDELAVE JEKEL
18SPLOŠNE ZNAČILNOSTI JEKEL IN ZLITIN
1. Lastnosti jekel glede na vsebnost ogljika: a) nizkoogljična (do 0.25% C) so zelo žilava, mehansko manj
trdna, dobra za obdelavo v hladnem b) srednjeogljična (0.25-0.55%C) in visokoogljična (0.55%-1%) so zelo trdna in trda, ne pa žilava; uporabljajo se za orodja,
kroglične ležaje ipd.
2. Legirana jekla ali zlitine imajo visoko vsebnost Ni in Cr. Primer: nerjavno jeklo vsebuje 8% Ni in 18% Cr.
3. Litine a) bela (2.5% C, tališče 1300oC); trda in krhka b) sivo litino dobimo, če beli dodamo nekaj Si; C se izloča po zrnih (površini); je manj krhka in bolj žilava od bele litine.
Uporaba: duši zvok, nosilci za težke stroje c) če dodamo še Mg, dobimo v mikrostrukturi kroglice (nodule), zato imenujemo to litino nodularna litina; ima podobne lastnosti
kot manj kvalitetna jekla, jo lahko varimo.
19
1ALUMINIJ
Drugi najpomembnejši konstrukcijski material zaradi:- visoke korozijske odpornosti- nizke gostote (2.7 g/cm3)
Pomanjkljivosti:a) nizko tališče (660oC)b) mehek materialc) trdnost z naraščanjem temperature hitro pada; uporaben je le pri sobni T.
Čisti aluminij ima preslabe mehanske lastnosti. Struktura: PCK.Možen je nastanek trdnih raztopin. Primeri: zlitine z bakrom, magnezijem, manganom,cinkom, silicijem. Za zlitine niso uporabni: Fe, krom, titan.
Uporaba:- konstrukcijski material (letala,vagoni, motorji, arhitektura ipd.)- pločevinke (problem strupenost -> plastificiranje)- folije (0.018 cm)- električni kabli (včasih nadomešča baker)
Nekatere lastnosti:- čisti Al približno 5x manj trden kot Fe ali nikelj- zlitine: 2-3 x bolj trdne kot čisti Al- prevodnost: 60% slabša od bakra
2ALUMINIJ – fazni diagram Al-Cu
5 10 15 20 25 30 35 40 95 100Al(100%) Cu(100%)
0
400500600700800900
10001100
T/ Co
E(33.2)548o
5.65
1084.5o
660.4o
κ
300200100
A
B
C D
A B C D
drobni izločki Cu(
)izločevalnoutrjevanje
aglomeracija- ponovno zmehčanje
nispremembe
trdnaraztopina
3BAKER
kovina specifična upornost/ 106 Ωcm srebro 1.59 baker 1.67 aluminij 2.65 cink 5.92 nikelj 6.84 železo 9.71 svinec 20.65
1. Ima odlično električno prevodnost (nizko upornost):
2. Baker je mehek, korozijsko obstojen material (pasivni film) in ga je lahko obdelovati.
3. Bakrove zlitine:a) baker + cink: medeninab) baker + kositer: bron (izvrstno ulivanje: topovi, zvonovi itd.)c) baker + 2%berilija; ne iskri, velika trdnost (nad 1000 MPa)
4. Uporaba: prevodniki, tiskana vezja...
4OSTALE KOVINE
CINK
Uporablja se za zaščito jekel (elektrokemijska zaščita). Uporablja se za tudi za dekoracijo (lepa površina) in v zlitinah (medenina).
SVINEC: akumulatorji, drugje uporaba pada (ekologija)
KOBALT: v kombinaciji z WC ---> vidija (zelo trd material); litijeve baterije
NIKELJ, KROM: jekla
1KOROZIJA
Korozija je propad materiala (kovin, betona, plastike, stekla, itd.) zaradi kemijskih ali elektrokemijskih reakcij z okolico.
Odvisna je od: temperature, prisotnosti in količine agresivnih snovi v okolici.Dodatni vplivi: mehanska napetost, erozija itd.
Letna škoda: 3-5 % BDP
Vrste korozije kovin:- enakomerna- jamičasta- korozija v špranjah- medkristalna - selektivna
Kje lahko poteka?- v raztopini- v atmosferi- pod zemljo
2KOROZIJA KOVIN
Zakaj jeklo korodira?
atmosfera(N2, O2, H2O...)
kosjekla
kristali železovihoksidov (FeO, Fe2O3, Fe3O4)
razpoka (ni zaščite pred atmosfero)
Hitrost korozije jekel v atmosferi: od 5-30 g/m2 v 1 mesecu.
3KOROZIJA KOVIN
Vprašanje: Zakaj aluminij ne korodira?
PILLING-BEDWORTHOV KOLIČNIK:molski volumen oksidamolski volumen kovine
precej večji od 1 alimanjši od 1
malo večji od 1
film kovine ne ščiti pred korozijo
film kovino ščiti(pasivacija, pasivni film)
4KOROZIJA OSTALIH MATERIALOV
KOROZIJA BETONA
Zaščita betona pred korozijo
Delimo na:- korozijo jeklene armature (premajhna zbitost betona)- korozijo mineralov v betonu (minerali reagirajo s kislinami ali solmi iz okolice)
Premajhna zbitost zaščita armature s kazeinom,bitumnom, glino
Zaščita mineralov:- zmanjšanje vodopropustnosti- povečanje elastičnosti in viskoznosti s polimeri- impregnacija hidrofobnost
KOROZIJA POLIMEROVPropad polimerov povzročajo lahko: svetloba, toplota, kisik, ozon, mehanske poškodbe, voda in razne agresivne tekočine, ultrazvok.
5PREPREČEVANJE KOROZIJE KOVIN
ZAŠČITA PRED KOROZIJO
1. Prevlekea) nekovinski premazi (oksidi, organske snovi...) b) kovinske prevleke - katodne (zlato, srebro, nikelj, krom itd.)c) kovinske prevleke - anodne (cink)
S prevlekami pod 1a) in 1b) mehansko ločimo jeklo od okolice in s tem preprečimo korozijo.Vprašanje: kaj se zgodi, če prevleka razpoka?
S prevleko pod 1c) elektrokemijsko zaščitimo jeklo. Zaščita korodira, jeklo pa ostane praktično nedotaknjeno. Vprašanje: kaj se zgodi, če razpoka elektrokemijska prevleka?
2. Zaščita jekel z oplemenitenjem (legiranjem)a) na površini zlitine nastane zvišana koncentracija bolj obstojne kovine (na primer Cr)b) spremenijo se mehanske in/ali električne lastnosti oksidov na površini (dodatek fosforja, bakra...)
3. Katodna zaščitaJeklo vežemo v tak elektrokemijski člen, da jeklo predstavlja katodo - to pomeni,da se železo ne raztaplja več (ne korodira).
1KERAMIKA-uvod
a) krhki materialib) temperaturno zelo obstojnic) večinoma sestavljeni iz oksidov
Delitev
groba keramika(ali tradicionalnaali velikotonažna):opeke, porcelan, ploščice itd.
fina keramika zaposebne namene: kondenzatorji - BaTiO3, feriti - Fe3O4, varistorji - ZnO + TiO2, upori.
2KERAMIKA-sestava, struktura
Osnovna gradiva v tradicionalni keramiki:1. Glina2. Talilo3. Pustilo (kremen = SiO2)
Glina: je iz alumosilikatnih materialov (Al2O3 + SiO2).
SiO2:r(Si)r(O) = 0.29 (tetraedrska koordinacija)
SiO
O
OOSimbol: Primer : = Si2O7
SiO4
6-
4-
Običajna sestava keramike:50 % gline25 % talila25 % kremena (pustila)
3
(Si2O6 )n
(Si4O11 )n
(Si2O5 )n
(SiO2)n
4-
6-
2-
veriga
dvojnaveriga
plastovit silikat
tridimenzionalni silikat
4KERAMIKA-sestava, strukturaStruktura tipičnega materiala v glini - kaolinita.(kaolinit je hidratiziran alumosilikat)
Al (OH)2 4
Al (OH)2 4
2+
2+
2-
2-
Plast kationovitd.
Plast anionov (Si2O5
Si2O5
)
= Al O 2SiO 2H O2 3 2 2KAOLINIT
Al O 2SiO - kaolin2 3 2
Vloga pustila (običajno kremen): prepreči drsenje kationskihin anionskih plasti v kaolinitu
Talilo: alkalijski silikati
5
6 OH-
OH-
4 Al3+
Al3+
4 O , 2 OH2- -
O , 2 OH2- -
4 Si4+
Si4+
6 O2-
O2-
Tlorisposameznihplasti:
DEJANSKA STRUKTURA KAOLINITA
6KERAMIKA-priprava
A) Izbor sestave in mletje (ali homogenizacija)
- Kremen zmeljemo v krogelnih mlinih:
osnovna sestava + voda
mlevna telesa
pogonska kolesa
- Rezultat mletja: suspenzija (voda, glina, talilo in kremenov pesek)
- Suspenzija mora biti stabilna (ne sme se posesti)
7KERAMIKA-priprava
B) Vlivanje v kalupe- Iz gipsa (CaSO ) naredimo odlitke4
gips (CaSO4 0.5H2O)
prerežemo na 2 polovici
leseni del
sčasoma se nastenah nabira trdna snov
preostanek izlijemo
Vlivanje se uporablja za zapletene oblike.
8KERAMIKA-priprava
C) Izdelava preprostejših oblik (ploščice).
- suspenzijo posušimo v razpršilnem sušilniku
vroč zrak
luknjice
kapljice lebdijo v zraku(ko so kroglice dovoljvelike, padejo na tla - dobimo granulat)
SUSPENZIJA
9KERAMIKA-končna obdelava
- stiskanje ρ
tlak/MPa
pri iztiskuse vzorec razširi
200 400 600 800 900 1000 1200
−∆ ll
T/ C0
0.2
0
talilo se stali
Segrevanje:material se najprejširi, nato zelo skrči.ZAKAJ? (kapilarne sile, vlogatalila...)
1POLIMERNI MATERIALI
• Makromolekule: molekule z velikim številom gradnikov (atomov, ionov...). • Polimeri: zgrajeni so iz takih makromolekul, v katerih se določena strukturna
enota (iz majhnega tevila gradnikov) velikokrat ponovi. • “mer”: strukturna enota polimerov • Meri so med seboj povezani s kovalentnimi vezmi, posamezne molekule pa s
sekundarnimi kemijskimi vezmi (van der Waalsova, vodikova vez ipd.). • Molekule polimerov običajno vsebujejo med 1000 in 100 000 gradnikov. • Kopolimer: polimer, sestavljen iz dveh ali več različnih monomerov.
2Osnovni pojmi
H
H
F
H H
H
F
H
H
F
H
F
H
H
F
H
Cl
F
H H
Cl
F
H
Cl
F
Cl
F
H
Cl
F
H
H
F
H H
H
F
H
H
F
H
F
H
H
F
H
H
F
H H
HF
H
HF
HF
H
HF
C
C
C
C C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
a) b) c)
n=3
n=4
n=4
a)
b)
A B A B A B A B A B A B A B A B
A B B A B A B B B A A B A A B A
A B B B B B B B A A A A A A A A
A A A A A A A A A A A A A A A A
BBB
BBBB
BB
a)
b)
c)
d)
A - monomer 1
B - monomer 2
3DELITEV GLEDE NA OBLIKO
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Hl
H
H
H
H
H
H
H
H
H
HH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
a)
b)
c)
linearni
razvejani
zamreženi
4Primer nastanka polimera: verižna polimerizacija
H
H
H
H H
H H
H
H H
H
H
H
H H
H H
H
H H
H
H
H
H H
H H
H
H H
H
H
H
H H
H H
H
H H
C
C
C
C C
C C
C
C C
C
C
C
C C
C C
C
C C
HO
OH OH
HO
HO HO
HO HO
+
+
radikaliniciatorja
monomer nov radikal
.... ....+
ZAČETEK
RAST
KONEC
5Struktura polimerov
a) b)
C CH H
H H
H H
C
C C C
C
C C R
R
prej
potem
a) b)
6Obdelava-vulkanizacija
H
H
H
H
H
H
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
SS
...
...
...
...
monomer
7Primeri duroplastov (duromerov)
HH H
C
CH3
CH3
CH2
OH OH
HO OH
HHH
HH
H
H
O
O
MonomerIme polimera Uporaba
Aminoplasti
Fenolformaldehidnesmole
lepila v lesni industriji,impregnacija in obdelavapapirja, tekstila, usnja,laki, barve, stikala, peneza izolacijo
vtičnice, telefoni, volani,držala, veziva za vezaneplošče in laminate, pene za izolacijo, plošče za tiskano vezje
pene, elastomeri, vlakna
lepila, elastomeri, hidravlične tekočine,emajli
CH HH H
H HH H
H2
N NN NO
O O
C C
CH2 CH2
Cl
CHEpoksidne smole
laki za antikorozivnozaščito avtomobilov, notranja prevleka pločevink,dvokomponentna lepila(Araldit, UHU), veziva,laminati, konstrukcije
Poliuretani(tudi termoplasti)
OCN - R1 - NCO + HO - R2 - OH
Silikoni
CH3
CH3
Cl
Si
Si
Cl
OH
OH
Cl
H O
8Termoplasti (palstomeri)
H
H
H
H
H
FH
Cl
F
H
H
H
H
FH
H
H
H
H
F
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
CH3
CH3
CH3COO
MonomerIme polimera Uporaba
Polietilen
Polivinil klorid
Politetrafluoroetilen(teflon)
Polistiren
Polipropilen
Polimetakrilat
filmi, vlakna, niti, posode,sodi, steklenice, cevi, pipe,prevleke žic in kablov,pene, voski, termolepila
gradbeništvo, talne oblogekonstrukcije (fasade, okna,rolete, strehe), pakiranje,električne izolacije, igrače
ohišja za TV, zaboji, letalska, avtomob. oprema,medicinski pribor (steklenice),plošče, folije, filmi, vlakna, cevi
pakiranje, deli elektr. aparatov,notranjost hladilnikov, telefoni,deli sesalcev, izolatorji, nosilcituljav, ohišja za ure, fotoaparate
cevi, obloge, črpalke (odporne proti kemikalijam), ležaji, tesnila,protetika, vesoljska tehnika,elektroizolacija, obloge posod
organsko steklo (reklame, ure, aparati), zobna protetika,obloge v gradbeništvu, cevi
9Termoplasti- nadaljevanje
C CR1 R2O O
O
MonomerIme polimera Uporaba
CH3
CH3
Polikarbonati
ABS
H H
H
C C
H
CN
H
H
C C
H HH H
H H
C CC C butadien(veriga)
akrilonitril(graft)
stiren(graft)
strešni elementi, zasteklitev,armaturne plošče v avtu,v fotografski tehniki, releji, v medicini
ohišja aparatov, telefoni,sesalci za prah, kopirni stroji,dia projektorji, fotoapatrati, magnetofoni, gramofoni, avtomobilski deli, obloge v avtobusih, vlakih, letalih,igrače, kovčki
H H
H
C C C
C
C
C
H
H
HH
H
HH
H
H
H O
HO
O
O
O
NN
O
O
O
O
O
Poliestri
(CH )2 4(CH )2 6Nylon
magnetni trakovi, vlakna, filmi
(poliamidi)
tekstilna vlakna (Nylon,Perlon), konstrukcije,nova vlakna (Kevlar),deli strojev, avtomobilov
10Mehanske lastnosti
t2
t2
t2
t1
t1
t1
~as
čas
~as
čas
Elas
tični
razt
ezek
Visk
ozni
tok
Raz
teze
kR
azte
zek
zače
tek
meh
.ob
rem
enitv
eza
~ete
k m
eh.
obre
men
itve
zače
tek
meh
.ob
rem
enitv
e
začetek meh. obr.
kone
c m
eh.
obre
men
itve
kone
c m
eh.
obre
men
itve
kone
c m
eh.
obre
men
itve
kone
c m
.o.
a)
b)
c)
d)
γ1 γ1
γ2 γ2
γ3 γ3
tAtv
11Viskoelastični modul za različne primere
temperaturaTg Tm
Visk
oela
stič
ni m
odul
(loga
ritem
ska
skal
a)
KRHKO ŽILAVO MEHKO
a)
b)c)
d)
togo
usnjato
gumasto
viskozno