Zastosowanie nowoczesnych 

materiałów

• Nowe, opracowywane, wdrażane nowoczesne materiały 

stają się zmiennikami dotychczas stosowanych w 
różnych dziedzinach, w wyniku uproszczenia cech 
konstrukcyjnych, zwiększenia trwałości i niezawodności, 
ułatwienia montażu i technologii, a także zmniejszenia 
kosztów materiałowych, wytwarzania i eksploatacji, a ty 
prowadzi do zmiany materiałów dotychczas 
stosowanych.

• Przykłady:
• Materiały wynalezione i wprowadzone z myślą o 

technice kosmicznej lub lotniczej bardzo często są 
wykorzystywane w innych dziedzinach np. 
samochodach, sprzęcie sportowym, w medycynie.

Cechy materiałów, czyli 

właściwości:

• Właściwości ogólne,
• Właściwości mechaniczne,
• Właściwości technologiczne,
• Właściwości fizyczne i chemiczne (fizyko-chemiczne),
• Właściwości eksploatacyjne.
• Właściwości ogólne – estetyczne, koszt, technologia produkcji, wpływ na 

środowisko.

• Właściwości mechaniczne – to między innymi wytrzymałość na rozciąganie, 

twardość, udarność, ciągliwość, sprężystość i inne. Cechy te są uwzględniane 
w obliczeniach inżynierskich i określają wymiary oraz masę konstrukcji, części 
maszyn, oprzyrządowania, narzędzi itp.

• Właściwości technologiczne charakteryzują temperaturę topnienia, lejność 

i skurcz stopów odlewniczych, obrabialność, spawalność, tłoczność, 
hartowność. Właściwości te decydują o parametrach technologii wytwarzania, 
o wyborze sposobu kształtowania produktu. Wywierają wpływ na koszt 
produkcji, energochłonność procesów technologicznych i stopień szkodliwości 
dla środowiska.

Właściwości materiałów

• Właściwości fizyczne charakteryzują materiał pod względem 

rozszerzalności cieplnej, gęstości, oporności elektrycznej, 
przewodnictwa cieplnego, cech magnetycznych, pamięci 
kształtu itp.

• Właściwości chemiczne odnoszą się do odporności na 

utlenianie i zdolności pasywacyjnych w wysokich 
temperaturach, odporności korozyjnej w określonym ośrodku np. 
w ciekłym stopie np. siluminie, wodzie morskiej, płynach 
fizjologicznych.

• Właściwości eksploatacyjne dotyczą cechy materiału 

określającej jego trwałość w warunkach użytkowania. Dotyczy to 
miedzy innymi odporności na zużycie przez tarcie, erozję, 
odporność na zmęczenie, pełzanie, określone formy 
powierzchniowej destrukcji, np. w strumieniu silnie reaktywnych 
gazów o wysokiej temperaturze i dużej prędkości.

Materiałoznawstwo a inżynieria materiałowa 

(podstawy nauki o materiałach)

• Leda H. Materiały inżynierskie w 

zastosowaniach biomedycznych, 
Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 
2011.

• Blicharski M. Wstęp do inżynierii 

materiałowej. Wyd. Nauk. Tech., 
Warszawa, 2003.

Układ okresowy 

pierwiastków

• Pierwiastki chemiczne 

uporządkowane są według 
wzrastającej liczby atomowej. 
Pierwiastki o zbliżonych 
właściwościach znajdują się obok 
siebie.

• <układ okresowy pierwiastków> 

Tytan wanan chrom mangan miedź 
cynk aluminium.

• Krzem, german – półprzewodniki

Układ okresowy 

pierwiastków

W układzie okresowym pierwiastków:
• Kolumny pionowe nazywamy grupami(szesnaście grup)
• Szeregi poziome nazywamy okresami (siedem okresów)
Własności pierwiastków należących do jednej grupy są 

podobne, a własności pierwiastków tego samego 
okresu zmieniają się stopniowo – od typowo 
metalicznych do typowo niemetalicznych.

• Metale np.: Mg, Ti, Mn, Fe, Ni, Al.
• Pierwiastki pośrednie między metalami i 

niemetalami: np.: B, Si, Ge.

• Niemetale np.: C, N, S, P.

Materiały – perspektywy 

zastosowań

• Zmniejsza się udział stosowania stopów żelaza, na 

rzecz stopów: aluminium, tytanu, magnezu, niklu.

• Na świecie udział materiałów metalowych w stosunku 

do ogółu materiałów konstrukcyjnych wynosi około:

– 80% w 1960 – maksymalny
– 50% w 2000r.
– 30% przewidywany w 2020r.

• Materiały metalowe zastępowane są przez:

– Materiały ceramiczne,
– Materiały polimerowe,
– Kompozyty metalo - ceramiczne,
– Kompozyty metalo – polimerowe.

Inne klasyfikacje materiałów

• Klasyfikacja dotycząca użytkowych funkcji 

materiałów – według spełnianych przez nie funkcji 
technicznych (zastosowań), niezależnie czy są one 
metalami, ceramikami, polimerami lub kompozytami.

• Wyróżniamy ogólnie:

– Materiały konstrukcyjne
– Materiały funkcjonalne

• Materiały konstrukcyjne

– Nie są końcowymi produktami,
– Służą do wykonywania części maszyn lub konstrukcji.
Podstawowe zadanie – przenoszenie obciążeń.
Najistotniejsza cecha – wytrzymałość mechaniczna.

Klasyfikacje materiałów

• Podział materiałów konstrukcyjnych:
• Materiały przeznaczone do pracy w niskiej i wysokiej 

temperaturze (żaroodporne i żarowytrzymałe),

• Materiały odporne na korozję,
• Materiały narzędziowe i supertwarde,
• Materiały łożyskowe, sprężynowe,
• Do ulepszania cieplnego,
• Do nawęglania, azotowania itp.
Podklasyfikacja: ze względu na wykorzystanie technologii 

przetwórstwa, np.:

• Wśród metali: stopy odlewnicze, stopy przeznaczone do przeróbki 

plastycznej, spawalne,

• Wśród polimerów: polimery termoplastyczne i termoutwardzalne.

Klasyfikacja materiałów

• Materiały funkcjonalne – mogą stanowić końcowy produkt, 

będący funkcjonalnym elementem konstrukcji, dzięki 
posiadaniu pewnych szczególnych właściwości np.:

– Magnetycznych (magnes),
– Optycznych (kryształ lasera, włókno światłowodowe, elementy 

optoelektroniczne),

– Elektrycznych (półprzewodnik, nadprzewodnik),
– Materiały fotowoltaiczne to materiały stosowane do bezpośredniej 

konwersji energii, które wytwarza się z mono – oraz polikrystalitów 
krzemu, stosowane do przemiany promieniowania słonecznego w 
energię elektryczną,

– Piezoelektryki – to materiały, w których pole elektryczne powstaje 

pod wpływem naprężeń mechanicznych, np. w kwarcu, topazie, 
stosowane jako przetworniki elektroakustyczne, rezonatory, filtry, 
odbiorniki i nadajniki ultradźwiękowe.

Klasyfikacja materiałów

• Stosowany jest również podział ze względu na 

obszar zastosowań, np.:

– Materiały dla energetyki
– Materiały dla środków transportu,

– Materiały dla elektroniki i telekomunikacji
– Materiały ekologiczne, a wśród nich 

biomedyczne,

– Materiały budowlane,
– Materiały w budowie maszyn.

Ekomateriały

• To materiały nieszkodliwe dla globalnego 

środowiska, zajmujące mało miejsca i powodujące 
powstanie niewielkiej ilości odpadów podczas 
produkcji, wymagają rozwoju nowych technologii i 
optymalizacji procesów technologicznych w celu 
zapewnienia zdrowego życia w zgodzie z naturą.

• Charakteryzują się one wieloma właściwościami:

– Możliwość wielokrotnego użycia,
– Biologicznie bezpieczeństwo,
– Oszczędność zasobów,
– Oszczędność energii,
– Czystość, stabilność chemiczną.

Biomateriały

• To substancje sztuczne, zarówno syntetyczne, jak i 

pochodzenia naturalnego, mające za zadanie 
uzupełnienie lub zastąpienie tkanek, narządów lub ich 
części i pełnienie ich funkcji.

• Charakteryzują się one następującymi właściwościami:

– Biozgodność (zgodność biologiczna biomateriałów) jest 

zespołem cech warunkujących użycie danego materiału jako 
elementu współpracującego z żywym organizmem.

– Czystość chemiczna (obojętne do tkanek), umożliwia 

formowanie i sterylizację bez wyraźnych zmian 
fizykochemicznych.

– Nie powinny działać toksycznie, alergizująco, nie powinny 

wywoływać działania hemolitycznego ani wpływać na 
krzepliwość krwi i system immunologiczny.

Właściwości biomateriałów

• Biomateriały powinny mieć, oprócz odporności 

korozyjnej, następujące cechy natury biologicznej:

– Dobrze adoptować się w środowisku żywego organizmu,
– Wykazywać zgodność tkankową z tkanką gospodarza,
– Nie wykazywać właściwości mutagennych ani 

kancerogennych.

• Biomateriały powinny posiadać następujące cechy 

natury fizycznej, oprócz niskich kosztów wytwarzania:

– Zgodność właściwości fizycznych i chemicznych z 

własnościami tkanek gospodarza,

– Łatwość sterylizacji i wyjaławiania,
– Trwałość i stabilność właściwości fizykochemicznych,
– Stabilność wymiarów.

Materiały biomedyczne

• Biomateriały, w zależności od funkcji, którą 

mają spełniać, charakteryzować misi starannie 
dobrany zespół różnorodnych cech:

• Nie mogą się w organizmie rozpuszczać lub 

przeciwnie – powinny się po pewnym czasie 
rozpuścić,

• Muszą być bardzo sztywne, a czasem elastyczne,
• Nie powinny narastać na nich włókna tkanki, 

niekiedy powinny się dobrze z tkanką zrastać,

• Powinny zapewniać odpowiednią czystość 

materiałów.