Atomerőművi anyagvizsgálatok 3. előadás: Anyagismereti alapok

Budapesti Műszaki- és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Nukleáris Technikai Intézet (NTI)

Atomerőművi anyagvizsgálatok 3. előadás: Anyagismereti alapok

Tárgyfelelős: Dr. Aszódi Attila Előadó: Kiss Attila 2012-2013. ősz

2012. 09. 20.

Atomerőművi anyagvizsgálatok

1/67

Köszönetnyilvánítás: • Kiss Attila elıadásainak diái Dr. Csizmazia Ferencné tanárnı (SZE-Gyır) 2000-2001. tanévi elıadásainak anyagai és a tanárnı interneten fellelhetı diái alapján készültek néhány világhálóról lementett képi illusztráció hozzáadásával. *** • Jelen elıadás szerzıje (tanárnı egykori hallgatója) ezúton is köszönetet mond Dr. Csizmazia Ferencné tanárnınek (SZE-Gyır) a diák közreadásáért! Kiss Attila Tudományos segédmunkatárs BME NTI 2012. 09. 20.


2/67

Néhány fontos tudnivaló a tárgyról

2012. 09. 20.


3/67

Néhány fontos tudnivaló a tárgyról 1/4 / BMETE80MF15

Évközi számonkérés/vizsga

2012. 09. 20.


4/67

Néhány fontos tudnivaló a tárgyról 2/4

2012. 09. 20.


5/67

Néhány fontos tudnivaló a tárgyról 3/4

Főleg lexikális anyagismereti, anyagvizsgálati háttértudást nyújt a későbbi gyakorlati ismeretek elsajátításához. Gyakorlati ismereteket fognak átadni többségében hazai atomenergetikai szakemberek

2012. 09. 20.


6/67

Néhány fontos tudnivaló a tárgyról 4/4 A tantárgyhoz kapcsolódó előadások pdf formátumban letölthetőek:

http://www.reak.bme.hu/index.php?id=554 Kérdés esetén engem keressetek: BME R 317/7a vagy [email protected] vagy +36-1-463-1997. 1-2. előadás – laborgyakorlat jegyzőkönyve: • a határidı: az október 4-ei elıadás kezdete. 2012. 09. 20.


7/67

Anyagismereti alapok

2012. 09. 20.


8/67

A 3. előadás tartalma 1. Anyagismereti alapfogalmak (mérnöki szempontból); 2. Anyagszerkezeti hierarchia; 3. A szerkezeti anyagok és tulajdonságaik; 4. A szerkezeti anyagok fajtáinak általános tulajdonságai; 2012. 09. 20.


9/67

Az anyagismeretről általában 1/4 Az anyagismeret tárgya az anyag és eszköze az anyagvizsgálat!

Anyagvizsgálat elve: egy rendszert gerjesztünk és mérjük a rendszer válaszát és a válasz jellemzi a rendszer belső struktúráját! y(x)=a*xb (egyszerű egytagú kifejezés, de lehet többtagú is!)

x – gerjesztés (adó); y – a mért rendszer válasz (vevő); a, b – anyagjellemző (az információ kiértékelése). 2012. 09. 20.


10/67

Az anyagismeretről általában 2/4 • Az anyagvizsgáló az a személy, aki látja a technológiák eredményét, ezért neki fontos visszajelző szerepe van visszajelzés a technológusoknak / tervezőknek / karbantartóknak / döntéshozóknak. Az anyagvizsgáló:

A karbantartó:

A technológus: A tervezı: 2012. 09. 20.


A döntéshozó:

11/67

Az anyagismeretről általában 3/4 • Az anyagvizsgálat célja az anyag megismerése használati eszköz alkatrészek hasznos funkcióinak minél optimálisabb megvalósítása céljából. • Az anyagvizsgálat trendje: az anyagvizsgálattal szembeni elvárások világszerte nőnek és a mérés (drágább) helyett analitikus analízis vagy numerikus szimulációkat (olcsóbb) alkalmaznak egyre inkább. 2012. 09. 20.


12/67

Az anyagismeretről általában 4/4 • Az élettelen testekben léteznek időben makroszkopikusan azonos állapotok, míg az élő szervezetben nem. Ez az alapvető különbség az anyagismeret és az élő szervezetek anyagtudománya (orvostudomány) között! • A felületi szemrevételezés az egyetlen közvetlen módszer, a többi valamilyen jelenség kihasználásán alapul anyagismeret = anyagtudomány! 2012. 09. 20.


13/67

Az anyag definíciója Def. 1. (~fizikusi szemlélet): Az anyag közönségesen az a szubsztancia, amiből a tárgyak állnak. Ez építi fel a megfigyelhető Világegyetemet. A relativitáselmélet értelmében nincs különbség az anyag és az energia között, mivel kölcsönösen egymásba alakíthatók. E = m * c2 E –energia [J] m – tömeg [kg] c – fény vákuumbeli sebessége [m/s]

Def. 2. (mérnöki szemlélet): Az ember nyeri ki a természetből és alakítja át olyanná, ahogy az igényeinek a legjobban megfelel. 2012. 09. 20.


14/67

Az anyag körforgása 1/2 Természetben megtalálható anyag Bányászat

Természetes lebomlás

Nyersanyag

Hulladék Szelektív hulladékgyűjtés „Recycling” Természetes vagy ember okozta elhasználódás

2012. 09. 20.

Ipari feldolgozás Késztermék


15/67

Az anyag körforgása 2/2 • A termékek feladatuk teljesítése után hulladékká válnak. • A hulladékot kezelni kell. Ez lehet: • Újrafeldolgozás, újrahasznosítás • Megsemmisítés • Ártalmatlanítás • Végleges elhelyezés természetbe

2012. 09. 20.


16/67

Az anyagok csoportosítása 1/3 a., Halmazállapotuk szerint: - Szilárd (~szerk. anyag); - Cseppfolyós; - Légnemű; (Szuperkritikus fluidum) (plazma állapot).

2012. 09. 20.


17/67

Az anyagok csoportosítása 2/3 b., Eredet szerint: - Szervetlen • fémek, kerámiák, kompozitok, stb.;

- Szerves • természetes eredetűek pl. gumi, fa, bőr stb. • mesterségesen előállított műanyagok. 2012. 09. 20.


18/67

Az anyagok csoportosítása 3/3 c., Felhasználás szerint: - Létfenntartáshoz szükséges (pl. élelmiszer); - Energiahordozók (pl. fosszilis tüzelőanyagok); - Ipari anyagok (pl. egy bicikli acél alkatrészei). Kb. 30% Kb. 23%

energia hordozók ipari anyagok élelmiszerek Kb. 47%

2012. 09. 20.


19/67

Az „ipari” anyagok relatív fontossága

2012. 09. 20.


20/67

Az anyagok csoportosítása 1/3 a., Halmazállapotuk szerint: - Szilárd (~szerk. anyag); - Cseppfolyós; - Légnemű; (Szuperkritikus fluidum) (plazma állapot). Kérdés: mi dönti el, hogy egy adott anyag éppen milyen halmazállapotú? Az állapotjelzők? 2012. 09. 20.


21/67

A rendszer fogalma • Az anyagnak megfigyelés céljából a külvilágtól elkülönített része; – Egynemű (homogén) vagy egyfázisú a rendszer, ha egy adott halmazállapotú fázis található meg benne; – Különnemű (heterogén) a rendszer, ha két vagy több önálló határoló felülettel elválasztható részekből, úgynevezett fázisokból áll.

2012. 09. 20.


22/67

A fázis fogalma • A rendszer homogén, kémiailag azonos tulajdonságokat mutató, önálló határoló felülettel elkülöníthető részét fázisnak nevezzük. – Jele: „F”

2012. 09. 20.


23/67

A komponens fogalma • Komponensnek nevezzük a rendszert felépítő azonos atom fajtájú (kémiai azonosságú) anyagokat. – Jele: „K”

2012. 09. 20.


24/67

A rendszer állapotát befolyásoló tényezők • • • • •

Hőmérséklet – T [K]; Nyomás – p [MPa]; Kémiai potenciál – µB [J/mol]; Az egyes komponensek koncentrációja; A komponensek és fázisok száma.

• A szabad állapothatározók, a komponensek és fázisok száma között szigorú összefüggés van Gibbs féle fázisszabály! 2012. 09. 20.


25/67

A Gibbs féle fázisszabály 1/18 • Olyan anyagokra, ahol a nyomás és hőmérséklet is nagy hatással van az egyensúlyi viszonyokra, a fázisok (F) és állapotjelző szabadsági fokok száma (Sz) kettővel több, mint a komponensek (K) száma: F + Sz = K + 2 Gibbs féle fázisszabály! • Pl.: víz-gőz rendszer 2012. 09. 20.


26/67

A Gibbs féle fázisszabály 2/18 • Olyan anyagokra, ahol a nyomás nem, de a hőmérséklet nagy hatással van az egyensúlyi viszonyokra, a fázisok és állapotjelző szabadsági fokok száma egyel több, mint a komponensek száma: F + Sz = K + 1 • Például fémekre ez jellemző, amelyek sokkal kevésbé összenyomhatóak, mint a víz-gőz rendszer. 2012. 09. 20.


27/67

A Gibbs féle fázisszabály 3/18 A kémiai potenciál, mint állapotjelző: A kémiai potenciál más néven parciális moláris szabadentalpia (Gibbs- energia), egy parciális moláris mennyiség. Jele: „µB”

• • • •

G a rendszer szabadentalpiája, [J]; nB a B komponens anyagmennyisége, [mol]; p a nyomás, [Pa]; T a hőmérséklet, [K].

2012. 09. 20.


28/67

A Gibbs féle fázisszabály 4/18 A kémiai potenciál értelmezése: • A „B” komponens kémiai potenciálja egy intenzív fizikai mennyiség, ami megadja, hogy a B komponens egységnyi kémiai anyagmennyiség-változása esetén – azaz 1 mol hozzáadása vagy elvétele a rendszer nagyon nagy mennyiségéhez – mennyivel változtatja meg a rendszer szabadentalpiáját (köv. old.), azaz az integrális moláris mennyiségét (miközben a rendszerben a hőmérséklet, a nyomás és a B komponens kivételével az összes többi komponens anyagmennyisége állandó marad). • A kémiai potenciál abszolút értéke nem ismeretes, gyakorlatban a folyamatokban bekövetkező megváltozása fontos. 2012. 09. 20.


29/67

A Gibbs féle fázisszabály 5/18 A szabadentalpia értelmezése: • A szabadentalpia az állandó hőmérsékleten és nyomáson lejátszódó reverzíbilis reakciók maximális hasznos munkája. • Standard körülmények között, 1 molnyi anyagmennyiségre vonatkoztatott értékét moláris standard szabadentalpiának nevezik. Jele. G°, mértékegysége: [kJ/mol]. • Az entalpia és a szabadentalpia megváltozásának különbsége a folyamat során bekövetkező molekuláris rendezetlenség mértéke: az entrópia. • A szabadentalpia-változás előjeléből és nagyságából következtethetünk a reakció irányára: negatív előjelnél várhatóan önként következik be a folyamat, s értéke minél nagyobb, annál "hevesebben" játszódik le a reakció. 2012. 09. 20.


30/67

A Gibbs féle fázisszabály 6/18 A kémiai potenciál változása: Hogyan változik a B komponens kémiai potenciálja a hőmérséklet és a nyomás változtatására?  ∂µ B   ∂µ B   = ν   = − s és   ∂T  p  ∂p  T

ahol: - µ B a B komponens kémiai potenciálja [ kJ - s a fajlagos entrópia [ kg ⋅ K ]; - v a fajtérfogat [ mkg ].

m2 ]; 2 s

3

2012. 09. 20.


31/67

A Gibbs féle fázisszabály 7/18 A kémiai potenciál változása:  ∂µ B   ∂µ B   = ν   = − s és   ∂T  p  ∂p  T

Véges változásra a kémiai potenciált egy végállapotban az alábbiak alapján számoljuk: T2

p2

T1

p1

µ B (T2 , p 2 ) = µ B (T1 , p1 ) − ∫ sdT + ∫νdp

2012. 09. 20.


32/67

A Gibbs féle fázisszabály 8/18 Példa a kémiai potenciál változására: 1.

2.

3.

4.

Induljunk ki stabil B gázfázisból és állandó nyomáson (ps) csökkentsük rendszerünk hőmérsékletét (jobb oldali ábra E pontja). A kémiai potenciál nő T csökkentésével, így elérhető egy olyan Ts hőmérséklet, ahol a légnemű fázisú B kémiai potenciálja éppen egyenlő lesz az B valamely más (példánkban cseppfolyós) fázisbeli kémiai potenciáljával. Ezen a hőmérsékleten megjelenik a folyadékfázis (jobb oldali ábra F pontja). Ha a nyomást és hőmérsékletet állandó értéken tartjuk, akkor a két fázis ezen a hőmérsékleten dinamikus egyensúlyban marad egymással (lásd ábra). A hőmérséklet további csökkenésével a folyadékfázisbeli B kémiai potenciálja alacsonyabbá válik, mint a gázfázisbeli komponensé és ezért teljes egészében folyadékfázissá alakul át a rendszer. 2012. 09. 20.


33/67

A Gibbs féle fázisszabály 9/18 A kémiai potenciál hőmérsékletfüggése:

µB

A jobb oldali ábrán a kémiai potenciál hőmérsékletfüggése látható. Az ábra alapján belátható, hogy a B anyag kémiai potenciál görbéje meredekebb a légnemű fázisban, mint a cseppfolyós folyadék fázisban a To- olvadási hőmérséklet, Tp- párolgási hőmérséklet nyitott hőmérséklet intervallumban, ezért a cseppfolyós folyadék fázis lesz a stabil fázis. A kémiai potenciálok lineáris eloszlása csak szemléltetés, a valóságban nem feltétlen lineáris!

2012. 09. 20.


34/67

A Gibbs féle fázisszabály 10/18 A kémiai potenciál hőmérsékletfüggése:

µB

• Egy adott nyomáson és adott hımérsékleten az a fázis jelenik meg, amelyben B komponens kémiai potenciálja a legalacsonyabb. Ez a stabil fázis. • Létezhetnek metastabil állapotok is, pl. túlhőtött víz. A metastabil fázisok fennmaradásának oka az, hogy a fázisátalakulás kinetikailag gátolt lehet. • Ha több fázisban megegyezik B anyag kémiai potenciálja, akkor ezek a fázisok egyensúlyban vannak egymással. • Egy rögzített nyomásértéken (pl. lehet a légköri nyomás) azt a hımérsékletet, melyen a két (vagy több) fázis egyensúlyban van, fázisátmeneti hımérsékletnek nevezzük.

2012. 09. 20.


35/67

A Gibbs féle fázisszabály 11/18 A kémiai potenciál hőmérséklet- és nyomásfüggése: • Természetesen a nyomás is változtatható! A B anyag kémiai potenciálja ugyanis (egy adott fázisban) a T és p függvénye. Ez egy felületként ábrázolható a T, p kétdimenziós sík felett. Mindhárom fázisra van egy ilyen felületünk. • A felületek metszete (metszésgörbéje) adja az egyensúlyi állapotokat. Ezen metszetek vetülete a p, T síkra adja a fázisdiagramokat.

2012. 09. 20.


36/67

A Gibbs féle fázisszabály 12/18 A fázisdiagramok: •

•

A fázisdiagramok megadják azokat a T és p összetartozó pontpár tartományokat, melyeken belül az egyes fázisok stabilisak. A tartományokat elválasztó görbék, fázishatárok megadják azokat a T, p értékeket, melyeken mindkét fázis (illetve a hármaspont esetén három fázis) jelen van.

2012. 09. 20.


Párolgási görbe

37/67

A Gibbs féle fázisszabály 13/18 Fázisdiagram részei – a tiszta fázis: F + Sz = K + 2 K=1 és F=1 1 + Sz = 1 + 2 Szabadsági fokok száma: 2. T és p egymástól függetlenül változtatható. Fázishatárok által határolt területeket értjük ezalatt, mivel egyetlen tiszta fázis van jelen a rendszerben. 2012. 09. 20.


38/67

A Gibbs féle fázisszabály 14/18 Fázisdiagram – a fázisátalakulás: F + Sz = K + 2 K=1 és F=2 2 + Sz = 1 + 2 Szabadsági fokok száma: 1. T és p közül csak az egyik változtatható függetlenül, míg a másik felveszi a fázisegyensúly által megkövetelt értéket! Ide tartoznak a fázishatárok pontjai: két fázis termodinamikai egyensúlyban van. Az egyensúly feltételei:

Tα = Tβ 2012. 09. 20.

pα = p β Atomerőművi anyagvizsgálatok

µ KAα = µ KAβ 39/67

A Gibbs féle fázisszabály 15/18 Fázisdiagram – a fázisátalakulás: F + Sz = K + 2 K=1 és F=2 2 + Sz = 1 + 2 Nevezetes átalakulások: Olvadási (szilárd-folyadék) egyensúly; Párolgási (folyadék-gőz) egyensúly; Szublimációs (szilárd-gőz) egyensúly;

2012. 09. 20.


40/67

A Gibbs féle fázisszabály 16/18 Fázisdiagram – a hármas pont: F + Sz = K + 2 K=1 és F=3 3 + Sz = 1 + 2 Szabadsági fokok száma: 0. T és p közül egyik sem változtatható függetlenül, csak egy adott T, p párnál létezik ez a rendszer. Ide tartozik a fázishatárok metszéspontja, ahol három fázis egyensúlyban van. A három kémiai potenciálfelület egyetlen közös pontja! Neve: hármaspont. Az egyensúly feltételei: Tα = Tβ és Tβ = Tγ 2012. 09. 20.

pα = p β és p β = pγ Atomerőművi anyagvizsgálatok

µ KAα = µ KAβ és µ KAβ = µ KAχ 41/67

A Gibbs féle fázisszabály 17/18 Fázisdiagram – a kritikus pont: F + Sz = K + 2 K=1 és F=3 3 + Sz = 1 + 2 Szabadsági fokok száma: 0. Nulla szabadsági fokkal bír a kritikus pont is. Az egyensúly feltételei ilyen esetben (a 3. fázis az SC fluid):

Tα = Tβ

pα = p β

µ KAα = µ KAβ

Két fázis esetén ez még mindig egy szabadsági fokot jelent. De van még egy kényszeregyenlet: ρ Aα = ρ Aβ 2012. 09. 20.


42/67

A Gibbs féle fázisszabály 18/18 Fázisdiagram másként: A fázisdiagramok levezethetők az állapotegyenletekből is (a pV-T függvényekből). Az állapotfelületeknek a p-T irányú metszetei a fázisdiagramok! Ezt mutatja a lenti ábra b, része:

2012. 09. 20.


43/67

Anyagszerkezeti hierarchia

2012. 09. 20.


44/67

Anyagszerkezeti hierarchia 1/8 • Az anyagszerkezeti hierarchia fontos összetett fogalom a modern anyagtudományban, az anyagtechnológiákban. • Az anyagszerkezeti hierarchia összekapcsoltan mutatja be az anyag szerveződési szintjeit.

2012. 09. 20.


45/67

Anyagszerkezeti hierarchia 2/8 • Az anyagok felépítése réteges. Nem a hétköznapi „lemezesség” értelmében, hanem a változó méretek világát követve, a kicsinyítés és a nagyítás nagyságrendjein lépegetve. • Az egyre mélyebb szerkezeti vonásaiban megismert anyagokat egyre összetettebb szerepkörökben tudja hasznosítani az ipari termelés, a műszaki fejlesztés.

2012. 09. 20.


46/67

Anyagszerkezeti hierarchia 3/8 • Az anyag szerkezetének hierarchikus felépítését az anyagok technológiája mellett, amely műszaki tudomány, az anyagfejlődéstörténet, mint szintetizáló természettudomány is tudatosította.

2012. 09. 20.


47/67

Anyagszerkezeti hierarchia 4/8 • Az anyag fejlődéstörténete során újabb és újabb szerkezeti szinteket termelt ki magából s ennek eredményeként az elemi részecskéktől, az atommagoktól, atomoktól, molekuláktól fölfelé egyre összetettebb szinteket találunk az anyagokra. • Ennek a megismerési sorrendje természetesen fordított volt és a hétköznapi anyagoktól vezetett a mélyebb, rejtettebb szintekig. 2012. 09. 20.


48/67

Anyagszerkezeti hierarchia 5/8 • Négy példa, négy szerkezeti hierarchia szint: Ha kimondom ezt a szót, hogy szén, sokféle anyagot érthetek alatta. A következő négy mondatban más és más szerveződési szintjét használom a szén fogalmának. – A reaktorban szénrudakat használtak moderátornak. A magenergia (hétköznapi néven atomenergia) termelése során atommag reakciók zajlanak. Ebben a mondatban a szén atommagjáról esik szó. – Az égő szén lángjánál olvastam. Itt a szén kémiai reakciója zajlik, az égéskor minden atomi-molekuláris folyamatban egy foton szabadul fel és ezek együttesen adják a tűz fényét. Valójában tehát a szén molekulaszintű reakciójáról beszélek. – Szénszállal erősített műanyagot használok. A szénláncú anyagok mikrométeres rostjai fontos összetevői a modern anyagoknak. Itt a szénszál sokféle lehet, de már molekula fölötti, kristályos szerveződésű. – Elégett a gyémánt, mintha csak közönséges szén lett volna. Itt a gyémánt egy nagy méretű kristály, kristályos szerkezetű anyagként szerepel a használatban.

• A példasor különböző szerveződési szinten fölhasznált szenekről szólt. Amikor az anyagok szerkezetét átalakítjuk az ipari technológiák során, ezt a tudást hasznosítjuk, amit az anyag szerkezeti hierarchiája fog át.

2012. 09. 20.


49/67

Anyagszerkezeti hierarchia 6/8 Szerkezeti hierarchia szilárd anyagokra: • A megismerés során az egyre csökkenő méreteken újabb anyagszerkezeti vonásokat figyelhettünk meg. • A hétköznapi élet szerkezeti anyagainak a belső felépítése három elkülöníthető tartományra bontható: 1. az emberléptékű makroszkopikus szerkezeti szintre (például: a kerámia cserépanyagára, vagy a kés acéljára gondoljunk). 2. egy általános értelmű szövetszerkezeti szintre (akár a kőzetek és kerámiák kristályos szövetelemeit bemutató, akár a biológiai szövetek szerkezetét bemutató vizsgálatokra gondolhatunk), és 3. az atom- és molekulaszerkezeti szintre (mert ezek már a középiskolai kémia és fizika tárgyak ismereteit jelentik, de közvetlenül nem figyeljük meg őket). 2012. 09. 20.


50/67

Anyagszerkezeti hierarchia 7/8 Példa: Az anyagszerkezeti hierarchia szintek néhány szerkezeti anyagban: bal oszlop - fémekben, középső oszlop szilikátokban, jobb oszlop - az opálban. Látható, hogy többféle szerveződési hierarchia-szint is megjelenik a makroszkopikus szint és az atomi-molekuláris szint között. (Az ábra Bérczi Szaniszló: Szimmetria és struktúraépítés című könyvéből való.)

2012. 09. 20.


51/67

A szerkezeti anyagok és tulajdonságaik

2012. 09. 20.


52/67

Ipari anyagok (szerkezeti anyagok) 1/2 • •

•

Technológiailag hasznos tulajdonságú anyagok. Megfelelő előállítási eljárás és alak kialakítás után „konstrukciós és funkciós” anyagoknak nevezik őket, és az egész technika anyagbázisát alkotják. A műszaki termékek előállításához a szerkezeti anyagokat a megkívánt műszaki funkciókhoz célzottan kell kiválasztani optimális módon figyelembe véve: • • • • • • 2012. 09. 20.

A szükséges anyag és energia felhasználást; Az eszköztől megkívánt minőséget; Az eszköztől megkívánt megbízhatóságot; A környezetvédelem szempontjait; Gazdaságossági szempontokat; Az eszköztől megkívánt élettartamot. Atomerőművi anyagvizsgálatok

53/67

Ipari anyagok (szerkezeti anyagok) 2/2 •

•

Az anyagok szempontjából, az emberiség tárgyiasult evolúciója miatt az ipari anyagok a legfontosabbak, mivel az ipari anyagokból előállított eszközökkel előállíthatóak/kinyerhetőek a létfenntartáshoz szükséges anyagok és az energiahordozók is. Az ipari anyagok csoportosítása a makroszkopikus szerkezeti szinten: 1. 2. 3. 4.

Fémek (legjelentősebb az Fe, Al, Cu, Ti, stb.); Kerámiák (porcelán (villamos szigetelő), stb.); Polimerek (különféle műanyagok, stb.); Kompozit – társított anyagok (farost + enyv bútorlap, szénszálerősítű műanyag, stb.).

2012. 09. 20.


54/67

Az anyagok szerkezete • Szabálytalan, amorf:

• Kristályos:

• Részben kristályos:

2012. 09. 20.


55/67

A szerkezeti anyagok tulajdonságai • Az anyagok makroszkopikus tulajdonságait a mikroszkopikus tulajdonságok (alkotó atomok kémiai minősége – elemi összetétel, atomok közötti kapcsolat, stb.) határozzák meg. • Ezért fontos ismernünk az anyagok mikroszkopikus tulajdonságait és azok vizsgálati módszereit. • Az ipari gyakorlatban elterjedt anyagvizsgálati eljárások vizsgálhatják az anyag: – Makroszkopikus (folyáshatár, ellenállás, össztömeg, stb.); – Mikroszkopikus tulajdonságait (kémiai összetétel, stb.). 2012. 09. 20.


56/67

A szilárd anyagok részecskéi közötti kapcsolat A szilárd testek atomjai közötti kapcsolat, a kötés részecskék közötti kölcsönhatás eredménye. A kölcsönhatás: − mindkét atom magja vonzza a másik elektronjait; − a két atom elektronjai taszítják egymást; − az atom magok taszítják egymást.

2012. 09. 20.


57/67

Kémiai kötések • Kémiai kötésnek nevezzük a kémia területén azt az állapotot, amikor különböző anyagok atomjai reakcióba lépnek egymással, hogy stabilis (telített) külső elektronhéj alakuljon ki. • Vegyi reakciók során, a vegyérték-elektronok révén elsőrendű kémiai kötés alakul ki. • A tapasztalat szerint azonos elektronegativitású kémiai elemek között kovalens, erősen különböző elektronegativitású elemek között ionos kötés jön létre. • A molekulák közötti úgynevezett intermolekuláris erők másodrendű kötéseket hozhatnak létre. 2012. 09. 20.


58/67

A kémiai kötések fajtái • Elsődleges vagy primér kötés – ionos – kovalens – fémes

• Másodlagos, gyenge – molekulaközi Van der Waals – hidrogénkötés

2012. 09. 20.


59/67

Másodrendű kötések • A másodlagos kötések energiája nagyságrenddel kisebb, mint az elsődlegeseké. Ilyen kötések lehetnek például a kovalens kötésekkel összetartott molekulák ’’között’’. • Energiaközlés hatására a másodlagos kötések bomlanak fel először, a molekulák egészben maradnak. • Az egynemű molekulák közti kötések határozzák meg például a halmazállapotot, keménységet stb. 2012. 09. 20.


60/67

A kötésmód és a szerkezeti anyag közötti összefüggés

2012. 09. 20.


61/67

A szerkezeti anyagok fajtáinak általános tulajdonságai

2012. 09. 20.


62/67

A szerkezeti anyagok tulajdonságai 1/4 • Fémek általános tulajdonságai: – Jó hő-, és elektromos vezetőképesség; – Fénnyel nem átvilágíthatóak a felületi réteget kivéve nem lehetségesek optikai szövetszerkezeti vizsgálatok; – Fémes fényűek; – Kiváló terhelhetőséggel és szilárdsággal rendelkeznek; – Jól alakíthatóak. 2012. 09. 20.


63/67

A szerkezeti anyagok tulajdonságai 2/4 • Fémüvegek általános tulajdonságai : – Csak igen vékony szalagok formájában állíthatóak elő jelenleg; – Nem stabil szerkezetűek, hő hatására kristályosodnak; – Lényegesen keményebbek és nagyobb szilárdságúak a fémeknél; – Kiváló villamos és hővezetők.

2012. 09. 20.


64/67

A szerkezeti anyagok tulajdonságai 3/4 • Kerámiák általános tulajdonságai : – Minden anyagot kerámiának tekintünk, ami nem fém és nem szerves; – Szerkezetük rövid távon rendezett; – Rossz hő- és elektromos vezetők; – Nagy a villamos ellenállásuk, ami a hőmérsékletük növelésével csökken – Nagy hőállósággal rendelkeznek; – Kemények, ridegek. 2012. 09. 20.


65/67

A szerkezeti anyagok tulajdonságai 4/4 • Szerves anyagok, polimerek általános tulajdonságai : – A szerves anyagok egymástól elkülöníthető molekulák, vagy vegyületek, az úgynevezett monomerek hosszú láncából állnak; – A szerkezetük lehet szálas, elágazó vagy térben hálós; – A szerves anyagok, mint például a gumi, a fa, a bőr, stb. természetes eredetűek. 2012. 09. 20.


66/67

Vége a harmadik előadásnak ☺

2012. 09. 20.


67/67

Atomerőművi anyagvizsgálatok 3. előadás: Anyagismereti alapok

Recommend Documents