Materialens uppbyggnad, Tal1 Flashcards
se T2001, När atomer bygger upp material samverkar de via olika typer av atombindningar.
* Ange och beskriv (text/figur) de tre bindningstyper som kallas ”primära bindningar”.
* En bindningstyp kallas ”van der Waals bindning”. Beskriv även den och ange material som
använder den.
Primära bindningar:
- Jonbindning: förekommer mellan joner med positiv och negativ laddning, kräver att det sker en överföring av elektroner, oriktad bindning
- Metallbindning: valenselektroner i yttre skalet bildar moln av rörliga elektroner som binder de joniserade atomerna, vanligaste bindningstypen
- Kovalentbindning: atomer delar på elektroner, riktad bindning
Van der Waals-bindning: sekundär bidningstyp, uppstår vid interaktion mellan dipoler=laddningsfält, pga är sekundärbindning - mycket svagare än primära bindningar
Permanenta dipol-molekyler, vdW finns i ex polymer, mellan kedjorna, Polymera material (amorfa) samt Keramiska material, grafit
För bilder se T2001
Se T2001, Bilden beskriver utseendet av ytan på ett polykristallint metalliskt material.
* Vad menas med ett polykristallint material och vad
kallas den kristallina motsatsen till detta?
* Förklara varför bilden uppvisar olika färgnyanser.
Se T2001
- Polykristallint metrial består av ett flertal slumpvis orienterade korn (enkristaller). Detta medför isotropa egenskaper ie egenskaperna i varje korn varierar med riktningen.
Motsatsen är enkristallint material som består av ett korn. Har anisotropa engenskaper ie egenskaper beror på kristallstrukturens orientering, egenskaper varierar i olika riktningar
- Varje korn är en enkristall och olika kristallorienteringar reflekterar infallande ljus olika vilket gör att kornen har olika färg
Metalliska material byggs upp av atomer som arrangerar sig i olika kristallgitter s.k.
enhetsceller.
* Vad är definitionen av en enhetscell?
* Ange beteckning, svenskt eller engelskt namn samt var det finns s.k. tätpackade plan i
nedanstående vanliga enhetsceller.
- En enhetscell är den minsta reperterbara enhet som behövs för att beskriva ett atomgitter. En enhetscell är en repeterande enhet som beskriver atomstrukturens uppbyggnad
- HCP, Hexagonal Close-Pack, hexagonalt tätpackad gitter, ABA-struktur, har ett tätpackat plan (ie en riktning på “planen” –> ett tätpackat plan), tätpackade plan i toppen/mitten/botten – ie välj basplanen
- FCC, Face Centered Cubic, Ytcentrerad kubisk, 4 tätpackade plan - kubdiagonalerna
- BCC, Body Centered Cubic, Rymdcentrerad kubisk, 0 tätpackade plan, men har tätpackade riktningar
Diamanter för smycken är vanligen enkristallina medans metalliska material är polykristallina.
* Förklara/beskriv vad som menas med en-, resp. polykristallina material.
* Samt förklara om detta ger materialet riktningsberoende (isotropa/anisotropa) egenskaper?
Ett enkristallint material består av ett korn, med egenskaper som beror av kristallstrukturens orientering i materialet. Ett enkristallint material har anisotropa egenskaper, dvs egenskaper som beror av
atomstrukturens orientering (min/max-värden).
Ett polykristallint material består av ett flertal slumpvis orienterade korn. Detta medför isotropa egenskaper, dvs egenskaper som är detsamma i alla riktningar. Den slumpvisa orienteringen av kornen medför medelvärden av egenskaper.
Se T2104, Figuren beskriver förhållandet mellan atomavstånd (r) och bindningsenergi/styrka (E0) mellan
två atomer. Om ett material har låg bindningsenergi/styrka;
* Hur kommer nedanstående egenskaper då att vara (hög/låg, stor/liten)? Det är viktigt att du
motiverar ditt svar, använd gärna bilden i ditt resonemang.
– Smälttemperatur
– E-modul (styvhet)
– Värmeutvidgning
- Smälttemperaturen beror av bindningsstyrkan. Temperaturen ökar om bindningsenergin ökar. Tänk att för materialet att skifta fas – krävs mer energi för bryta sekundära bindningar. Se bild FÖ2 s. 10
Låg bidningsenergi –> låg smälttemperatur - Emodulen beror av bindningsstyrkan. Emodulen ökar om bindningsenergin ökar. E är proportionell mot krökningen av potentialkurvan vid r0 (obelastat atomavstånd)– F/A = E*DeltaL/L0, Hookes lag.
Låg bidningsenergi –> liten Emodul - Värmeutvidgning beror av bindningsstyrkan. Värmeutvidning minskar då bindningsenergin ökar.
Låg bidningsenergi –> hög värmeutvidgning
Se T2104, Vid SEM studier av en metallyta av NiAl kommer “öar” av atomer att växa/krympa på ytan i
takt med ökande/minskande temperatur på grund av inverkan av en atomär punktdefekt!
* Vilken punktdefekt tror du att det är?
* Förklara/beskriv hur defekten medför detta beteende.
- Punktdefekten är vakanta gitteplatser
- Vakanser = punktdefekt = en tom plats i atomgittret
- Ökande temperatur medför att öar av atomer börjar växa på ytan
- Detta på grund av att ökande vakanshalt förflyttar atomer från det inre av kristallen till ytan och då ökar storleken på öarna
-Öarna växer/krymper på grund av att vakanser skapas/försvinner i kristallen
T2202a, Atomer bygger upp material genom att arrangera sig på olika sätt, t.ex. som i figuren nedan.
* Förklara och motivera för om atomplanet är ett s.k. tätpackat plan?
* Planet kan hittas i några kristallstrukturer, ange och
beskriv/rita av minst en av dessa och ange placeringen av
planet i strukturen.
Nej, det är inget tätpackat plan. Alla atomer har inte radiell kontakt, dvs kontakt med 6 atomer i planet. Däremot finns det två tätpackade riktningar i planet (pilarna).
Planet hittas i Bcc-strukturen, i rymddiagonalen.
T2201b, De röda linjerna i figuren visar en s.k. areadefekt i ett metalliskt material.
* Vilken defekt tror du att det är och hur bildas/uppkommer den?
* Ange två exempel på hur defekten inverkar/påverkar det metalliska materialets egenskaper
- Korngräns är defekten. Korngränser gränsytor mellan kristallkorn med olika orientering och uppkommer pga olika orientering av kärnbildande atomer vid stelning eller fastfasomvandlingar. Har enhetsceller med olika riktningar på ömse sidor.
Positivt
- Korngränser minskar dislokationers rörlighet –> ökar materialets sträckgräns
- Korngränser medför isotropa egenskaper, ie riktningsberoende egenskaper för polykristallina material
Negativt
- Ökar risken för krypbrott vid höga temperaturer
T2204, Atomer bygger upp material genom att arrangera sig på olika sätt, t.ex. som i figuren nedan.
* Förklara och motivera för om atomplanet är ett s.k. tätpackat plan?
* Planet kan hittas i några kristallstrukturer, ange och beskriv/skissa dessa och ange placeringen av
planet i respektive kristallstruktur.
- Det är ett tätpackat plan då det är 6 grannar som rör den i mitten
- Kan hittas i FCC och HCP, FCC har 4 tätpackade plan som ligger i kubdiagonalerna och HCP ligger i botten/mitten/toppen
T2204, Pilarna i figuren pekar på en s.k. punktdefekt i ett metalliskt material.
* Vilken defekt är det och hur bildas/uppkommer den?
* Ange om/hur defekten inverkar/påverkar materialet.
- Punktdefekten är vakanta gitterplatser
- Det uppkommer när ???
- Påverkar ej strukturen särskilt mycket.
- Har inverkan på diffusion, kryp och sintring men påverkar ej materialets styrka
