Materiály technické praxe1 – úvod a vazebné síly

Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

valach@fd.cvut.cz

Č. Téma

1 Atomové potenciály, typy vazeb a hlavní skupiny materiálů

2 Materiály s plastickou deformaci (kovy), kovová skla, kovové pěny

3 Křehké materiály (keramika a skla)4 Reologické modelování (polymerní materiály)5 Kompozity6 Výběrové diagramy, materiálové indexy, volba optimálního materiálu a postupu,

objem výroby

7 Opticky aktivní materiály8 Biomateriály, Biomimetika9 Chytré materiály, elektroaktivní polymery10 Materiály s tvarovou pamětí, hierarchické, funkčně gradované m., nanomateriály,

nanostrukturovaný povrch

11 Materiály na pomezí fází – pěny, suspenze, gely, nenewtonovské kapaliny, aerogely,

plošné a vláknové materiály

12 3D tisk. Postup od tvorby 3D modelu, přes data k produktu, aditivní výroba

13 Degradace a recyklace, energetická náročnost

Témata přednášek

Doporučená literatura

J. Pluhař: Nauka o materiálech, SNTL

L. Ptáček: Nauka o materiálu I a II, CERM

M. Raab: Materiály a člověk, Encyklopedický dům

M. Miodownik: Neobyčejné materiály, Argo, 2016

ISBN-13: 9781856174978

Materials and Design

Podmínky úspěšného absolvování předmětu MTP - MÚVS• Zvládnutí zkouškového testu

Podmínky udělení klasifikovaného zápočtu – FA

• Přečtení jedné z výše jmenovaných knih (nejlépe 2, 4, nebo 5) a vypracování „čtenářského deníku“ a detailního zpracování vybrané kapitoly, celkově v rozsahu cca 3 strany, nebo

• Samostatné zpracování rešerše vybrané skupiny materiálů ve vztahu k zájmům studenta (například ve vazbě na jiný projekt v rámci studia) s jmenováním pramenů podle citačních norem (cca 6 stran i s obrázky a seznamem pramenů).

• Úspěšné složení zkoušky

Dějinné epochy

čas

Měr

ná

pev

no

st

(měrná pevnost=pevnost/hustota)

Dějinné epochy

Konkurence mezi materiály

ocel Slitina hliníku Kompozit s uhlíkovými vlákny

x

„Forma následuje funkci “W. Gropius, Bauhaus

NE!Forma následuje materiál!

Vlastnosti materiálů

Vazby Struktura Poruchy Vlastnosti

Základní schéma nauky o materiálech

Struktura

Vlastnosti Zpracování

(technologie)

Přístup vědy

Materiály jako hierarchická struktura

Struktura

Vlastnosti Zpracování

(technologie)

Tvar

Polykrystalická struktura

Mřížkové poruchy

Atomové vazby

Přístup praxe

atomové modely - motivace

=: :

Vazby Struktura Poruchy Vlastnosti

Kuličko-pružinový model pevné látky

Základní atomové vazby

•Primární• Iontová• Kovalentní• Kovová

• Sekundární• Vodíkové můstky• Van der Waalsovy síly

Hlavní třídy materiálů:- Keramika a sklo- Kovy- Polymery

Periodická tabulka prvků

Elektronegativita prvků

Vazby mezi atomy - iontová

Vazby mezi atomy - kovalentní

SiC

Vazby mezi atomy – kovová vazba

Důsledek vazby na houževnatost

Molekulární vazby – vodíkové můstky

Molekulární vazby – van der Waalsovy síly

grafit

Kuličko-pružinový model pevné látky

Vazebný potenciál

potenciál –vlastnosti

Hookeův zákon

Tuhost/poddajnostmateriálů

potenciál – vlastnosti: teplota tání

Potenciál - teplotní roztažnost• nesouměrnost potenciálu

• úzkost potenciálu

Teplotní roztažnost malá

Teplotní roztažnost velká

Třídy materiálů - shrnutíVlastnost Keramika Kovy Polymery

Tvrdost Vysoká Střední – vysoká Nízká

Tuhost (Youngůvmodul pružnosti)

Vysoký Střední- vysoký Nízký

Pevnost Pevná, ale křehká a nedeformovatelná

Pevný a tvárný Nízká pevnost, vysoká tvárnost

Teplotní roztažnost Nízká Vysoká Vysoká

Tvárnost Nízká Vysoká Vysoká

Odolnost proti opotřebení

Vysoká Nízká Nízká

(Iontová & kovalentní vazba)

(Kovová vazba)

(Kovalentní & Sekundární)

Kovy Keramika a sklo Polymery

Dobré vodiče elektřiny a tepla

Elektrické i tepelné izolátory(ale také supravodiče a polovodiče)

Elektrické i tepelné izolátory

Pevné a současně tvárné Tvrdé, křehké a nedeformovatelné

Poddajné, nízká pevnost,některé vysoce deformabilní

Neprůhledné Některé průhledné Některé průhledné

Náchylné ke koroznímu poškození

Vysoká odolnost proti korozia agresivním chemickým látkám

Dobrá odolnost proti korozi

Vysoká hustota Střední hustota Nízká hustota

Železo, ocel, Cu, Al, Mosaz SiC, WC, Al2O3, NaCl,… Polymery, pryže, …

Třídy materiálů - shrnutí