Rozwój
nauki o materiałach i inżynierii materiałowej ma szczególny
udział we współczesnym postępie techniki. Oparty na wiedzy
ukształtowanej przez fizykę i chemię ciała stałego stwarza
możliwości racjonalnego doboru materiałów znanych lub
projektowania nowych, w zależności od prognozowanej funkcji, jaką
mają one spełniać w danej maszynie, urządzeniu lub konstrukcji.
Obecny
stan techniki wymaga, aby wyniki badań naukowych były wdrażane do
praktyki przemysłowej w możliwie najkrótszym czasie. Ponadto
zwiększa się nieustannie znaczenie nauki o materiałach i
inżynierii materiałowej, z uwagi na różnorodność funkcji, które
spełniają współczesne materiały inżynierskie: metale, ceramiki,
polimery, szkła oraz kompozyty. Niezbędne jest więc współdziałanie
specjalistów wielu dziedzin w zakresie wytwarzania i użytkowania
materiałów, co jednocześnie wymaga od nich wiedzy wspólnej tym
obszarom.
Spełnienie
takich potrzeb jest możliwe dzięki przekazaniu elementarnych
wiadomości z zakresu fizyki, chemii i mechaniki ciała stałego, a
zwłaszcza dotyczących struktury elektronowej i krystalicznej
materiałów, przejścia materiałów ze stanu ciekłego w
krystaliczny, zmiany struktury i mikrostruktury materiałów w stanie
stałym oraz określenia reakcji materiałów na bodźce zewnętrzne
(temperatura, natężenie, pole elektryczne, pole magnetyczne itd.).
Zakres
wiedzy przedstawionej w podręczniku jest poparty wieloletnimi
wykładami autorów dla studentów budowa i eksploatacja maszyn oraz
inżynieria materiałowa. Ogranicza się do prostego i poglądowego
sposobu omówienia podstawowych zagadnień, niezbędnych do
zrozumienia wzajemnych relacji pomiędzy budową, metodami
wytwarzania i przetwarzania materiałów inżynierskich a ich
właściwościami. Zwrócono uwagę na stosowanie poprawnej
terminologii i definicji. Ze względu na obszerną treść powzięto
próbę ujęcia jej w trzech odrębnych podręcznikach: „Struktura
ciał stałych”, „Fizykochemia przemian fazowych” oraz
„Właściwości ciał stałych”.
Podręczniki
mogą być także użyteczne dla słuchaczy studiów doktoranckich i
podyplomowych, a także inżynierów praktyków.
Spis
treści
MATERIA
W SKONDENSOWANYM STANIE SKUPIENIA
Składniki
materii i ich charakterystyka
Cząstki
elementarne. Falowa natura elektronu. Zasada Heisenberga. Postulat
Borna. Magnetyczny spinowy moment pędu elektronu. Równanie
Schrödingera. Liczby kwantowe. Orbitale atomowe. Powłoki
elektronowe. Zakaz Pauliego. Konfiguracje elektronowe atomów.
Energia jonizacji atomu. Powinowactwo elektronowe i elektroujemność
pierwiastków. Atomy w stanie wzbudzonym.
Materia
w ujęciu termodynamicznym
Stany
skupienia. Układ termodynamiczny, faza, składnik. Parametry i
funkcje stanu. Równowaga termodynamiczna. Procesy odwracalne i
nieodwracalne. Energia całkowita układu. Energia wewnętrzna.
Entalpia. Entropia. Energia swobodna i potencjał termodynamiczny.
Siły
spójności w ciałach stałych
Uwagi
ogólne. Wiązanie metaliczne. Wiązanie jonowe. Wiązanie
kowalencyjne w ciałach stałych. Wiązanie kowalencyjne w
polimerach. Siły van der Waalsa. Wiązania mieszane.
IDEALNA
STRUKTURA CICŁ STAŁYCH
Uporządkowanie
w fazach skondensowanych
Koordynacyjne
zespoły jonów i atomów. Uporządkowanie dalekiego zasięgu.
Uporządkowanie bliskiego zasięgu.
Symetria
idealnej struktury krystalicznej
Sieci
Bravais’go. Symbole węzłów, prostych i płaszczyzn sieciowych.
Elementy symetrii. Klasy i układy krystalograficzne. Grupy
przestrzenne.
Struktura
faz krystalicznych
Proste
fazy metaliczne. Fazy jonowe. Fazy kowalencyjne. Fazy molekularne.
Polimorfizm. Roztwory stałe. Fazy pośrednie.
Fazy
amorficzne
Szkła
metaliczne. Szkła kowalencyjne. Szkła organiczne.
Struktury
modulowane i kwazikryształy
Struktury
modulowane.. Kwazikryształy
RZECZYWISTA
STRUKTURA KRYSTALICZNA
Ogólne
charakterystyka struktury krystalicznej
Wady
struktury krystalicznej. Ruchliwość atomów
Defekty
punktowe
Defekty
atomowe. Termodynamika defektów punktowych. Defekty złożone.
Defekty elektronowe.
Defekty
liniowe – dyslokacje
Ogólna
charakterystyka dyslokacji. Dyslokacje krawędziowe. Dyslokacje
śrubowe. Dyslokacje mieszane. Siatki dyslokacyjne. Wzajemne
oddziaływanie dyslokacji. Dyslokacje całkowite. Dyslokacje
częściowe. Dyslokacje w kryształach jonowych i kowalencyjnych
Zaburzona
sekwencja płaszczyzn sieciowych
Błędy
ułożenia. Politypia. Granice antyfrazowe.
Powierzchnie
rozdziału
Powierzchnie
swobodne kryształów. Granice ziarn. Wewnętrzne granice
międzyfazowe. Złącza powierzchni rozdziału
Drgania
sieci krystalicznej
Fale
sprężyste. Fonony.
Samodyfuzja
Wędrówka
przypadkowa. Współczynniki samodyfuzji. Efekt korelacji.
