KÉZIRAT GYANÁNT
Dr. Konczos Géza (MTA Szilárdtestfizikai és Optikai Kutató Intézet)
KORSZERŐ ANYAGOK és TECHNOLÓGIÁK elõadás III. éves BME mérnök-fizikus hallgatók részére
2006/2007 tanév I. félév
TARTALOMJEGYZÉK Bevezetés: Az anyagtudomány fogalma és jelentısége 1.
Magas hımérsékletek elıállítása és mérése 1.1 Magas hımérsékletek elıállítása 1.2 Atmoszféra
2.
Olvadékok megszilárdulása 2.1 Elméleti alapok 2.2 Olvadékok „lassú” megszilárdulása: egykristály növesztés olvadékból 2.3 Fémolvadékok hagyományos megszilárdítása 2.4 Fémolvadékok (extrém) gyors megszilárdítása
3.
Átalakulások szilárd fázisban 3.1 Fázisátalakulások szilárd fázisban 3.2 A képlékeny alakítással összefüggı szerkezetváltozások 3.3 Újrakristályosodás (rekrisztallizáció) Melléklet: Mechanikai tulajdonságok
4.
Porkohászat 4.1 Porkészítés 4.2 Formázás 4.3 Égetés/szinterelés 4.4 A porkohászati módszerek alkalmazása 4.5 Mechanikai ötvözés
5.
Vékonyréteg technológiák 5.1 Vákuumpárologtatás (gızölés) 5.2 (Katód)porlasztás (sputtering)
6.
Felületmódosító eljárások 6.1 Rétegleválasztás 6.1.1 Bevonatok készítése kémiai és elektrokémiai úton 6.1.2 Termikus szórás 6.1.3 CVD és PVD eljárások 6.2 Felületmódosító eljárások 6.2.1 Nem-fémes elemek koncentrációjának növelése 6.2.2 Ionimplantáció 6.2.3 Nagy energiasőrőségő besugárzás (elektronsugár vagy lézer)
7.
Különleges mikroszerkezető anyagok 7.1 Amorf fémek 7.2 Mikrokristályos fémek 7.3 Nanokristályos anyagok/szerkezetek Melléklet: Mágneses anyagok
8.
Kerámiák 8.1 Általános jellemzés 8.2 Felosztás 8.3 Szerkezet 8.4 Mechanikai tulajdonságok 8.5 Elıállítás 8.6 Korszerő szerkezeti kerámiák
9.
Kompozit anyagok 9.1 Általános jellemzés 9.2 Felosztás 9.3 Szemcsés kompozitok 9.4 Szálerısített kompozitok 9.5 Lemezes kompozitok
10. Nanokompozitok
Korszerő anyagok — korszerő technológiák
Bevezetés Az anyagtudomány fogalma és jelentısége
BEVEZETÉS: AZ ANYAGTUDOMÁNY FOGALMA ÉS JELENTİSÉGE AZ ANYAGOK KÖRFORGÁSA:
(nyersanyag kitermelés világméretekben: kb.15 milliárd t/év) TÁRSADALMI IGÉNYEK: •
gazdaságosság, az egész ciklust figyelembe véve (takarékosság az anyaggal és az energiával)
•
a környezet kímélése (az energiatermelés megújuló módszereinek alkalmazása, a hagyományos eljárások hatásfokának javítása, az anyagok újrahasznosítása, stb.)
(a világ energiatermelésének kb. a felét fordítják az anyagok kitermelésére és feldolgozására) AZ ANYAGTUDOMÁNY MEGHATÁROZÁSA: „Materials science and engineering is concerned with the generation and application of knowledge relating the composition, structure and processing of materials to their properties and use.” (Committee on the Survey of Materials Science and Engineering of the US National Academy, 1973-74)
B/1
Korszerő anyagok — korszerő technológiák
Bevezetés Az anyagtudomány fogalma és jelentısége
SZERKEZET: • atomi szerkezet • kristályszerkezet • mikroszerkezet (szemcsék, kiválások stb.) • makroszerkezet • felület (külsõ, belsõ, határfelület)
TULAJDONSÁGOK: mechanikai − szilárdság ( Young modulus, folyáshatár, szakítószilárdság) − keménység, kopás − kifáradás (ismételt terhelés hatása) − kúszás (viselkedés magashõmérsékleten) − törés (képlékeny ill. rideg törés) fizikai − elektromos (vezetõképesség, szupravezetés, dielektromoság) − mágneses (ferro-, ferri-, paramágnesség) optikai − abszorpció, reflexió, lézer hatás, szín, fotovezetés B/2
Korszerő anyagok — korszerő technológiák
Bevezetés Az anyagtudomány fogalma és jelentısége
termikus − hõkapacitás, hõvezetés, hõtágulás sőrőség kémiai − korrózió (vizes oldatokban ill. magas hõmérsékleten gázokban) − gázelnyelés, stb. Megjegyzés: a gyakorlati felhasználás szempontjából a tulajdonságok kombinációja a meghatározó. PROCESSING/SYNTHESIS (ELÕÁLLÍTÁS, ALAKÍTÁS): • • • • •
megszilárdulás, gõzölés képlékeny alakítás (pl. hengerelés, kovácsolás, stb.) kémiai (pl. redukció, oxidáció, termikus bontás) szilárd fázisú eljárások (pl. diffúzió) spec. szerkezetek kialakítása (pl. kompozitok)
PÉLDA AZ ALAKÍTÁS-SZERKEZET-TULAJDONSÁG KAPCSOLATRA:
Az anyagok osztályozása: Az összetétel szerint • • • • •
fémek/ötvözetek kerámiák polimerek kompozitok félvezetõk
B/3
Korszerő anyagok — korszerő technológiák
Bevezetés Az anyagtudomány fogalma és jelentısége
A felhasználás jellege szerint: • szerkezeti anyagok (az alkalmazásnál a mechanikai tulajdonságok a meghatározók) • funkcionális anyagok (egyéb tulajdonság, pl. mágneses, optikai, stb. a meghatározó) A "korszerőség" fogalma: Advanced materials are defined as those • where first consideration is given to the systematic synthesis and control of the materials • in order to provide a precisely tailored set of properties • for demanding applications (Encyclopedia of Advanced Materials, 1994).
Ready-made suit
Tailor-made suit
"Advanced" materials = tailor made materials Irodalom a Bevezetéshez [1] M. Cohen: Societal issues in materials science and technology, Materials Research Soc. (MRC) Bulletin, Sept. 1994, pp. 3-8 [2] Lendvai J.: Anyagfizika az ezredfordulón, Fizikai Szemle 46, 37-41 (1996) [3] Deák P.: Az alkalmazott fizika perspektívái, u. ott, pp. 43-51 [4] Az I. Magyar Anyagtudományi és Anyaginformatikai Konferencia anyaga, Bányászati és Kohászati Lapok tematikus száma, 130, (10-12) 1997 okt.-nov. [5] Gyulai J.: A fizika és a mőszaki fejlıdés, Fizikai Szemle 55 (1) 11-17 (2005)
B/4
Korszerő anyagok — korszerő technológiák
Bevezetés Az anyagtudomány fogalma és jelentısége
IRODALOM a) tankönyvek M.F. Ashby, D.R.H. Jones: Engineering Materials 1: An Introduction to their Properties and Applications, Pergamon Press, Oxford, 1981 M.F. Ashby, D.R.H. Jones: Engineering Materials 2: An Introduction to Microstructure, Processing and Design, Pergamon Press, Oxford, 1986 E. Hornbogen: Werkstoffe, Springer, 1987 L.H. Van Vlack: Elements of Materials Science and Engineering, 6th ed., AddisonWesley, Reading, 1989 D.R. Askland, P. Webster: The Science and Engineering of Materials, Second S.I. ed., Chapman and Hall, London, 1990 G.F. Carter, D.E. Paul: Materials Science and Engineering, ASM International, USA, 1991 J.P. Schaffer, A. Saxena, S.D. Antolovich, Th.H. Sanders Jr., S.B. Warner: The Science and Design of Engineering Materials, Irwin, Chicago, 1995 W.F. Smith: Principles of Materials Science and Engineering, 3rd ed., McGraw-Hill, New York, 1996 W.D. Callister, Jr.: Materials Science and Engineering: An Introduction, 4th ed., John Wiley, New York, 1997 Ginsztler J., Hidasi B., Dévényi L.: Alkalmazott anyagtudomány, Mőegyetemi Kiadó, 2000. b) egyetemi jegyzetek Bárczy P.: Anyagismeret, NME Kohómérnöki Kar, (J14-1715), Tankönyvkiadó, Bp., 1990 Hahn E., Szikora B., Szilágyi M.: Fizikai technológiák, Mőegyetemi Kiadó, 1996 Bárczy P.: Anyagszerkezettan, Miskolci Egyetemi Kiadó, 1998 G. Konczos, I. Bársony, P. Deák: Introduction to Materials Science and Technology (Textbook of the Technical University of Budapest for Ph.D. Students in Physics), http://surphy.fat.bme.hu/pub/MaterSci/ (1998) Tisza M. (szerk.): Anyagvizsgálat, Miskolci Egyetemi Kiadó, (2001) Tisza M.: Metallográfia, 3. kiad., Miskolci Egyetemi Kiadó, (2001) c) enciklopédiák, sorozatok Annual Review of Materials Science, 1971-tõl, évente A Szilárdtestfizika Újabb Eredményei, Akadémiai Kiadó, 1976-tól, idõnként M.B. Bever (ed.): Encyclopedia of Materials Science and Engineering, vol. 1-8, Pergamon, Oxford, 1986 R.W. Cahn, P. Haasen, E.J. Kramer (eds.): Materials Science and Technology - A Comprehensive Treatment, vol. 1-18, VCH, Weinheim, 1991-1994 The Encyclopedia of Materials: Science and Technology, vol. 1-11, Elsevier, Amsterdam, (2002) d) folyóiratok általános tájékozódásra MRS Bulletin, Materials Research Society Materials Today, Elsevier kiadás
B/5
