1.Scharakteryzuj wiązanie jonowe i kowalencyjnej.

Wiązanie jonowe (inaczej elektro walencyjne) – rodzaj wiązania chemicznego, którego istotą jest elektrostatyczne oddziaływanie między jonami o różnoimiennych ładunkach. Jony tworzą się w wyniku przeniesienia elektronu lub kilku elektronów z atomów jednego pierwiastka do atomu drugiego. Proces taki może nastąpić w momencie zetknięcia się atomów pierwiastków różniących się znacznie elektroujemnością.

Wiązanie kowalencyjne (atomowe) - rodzaj wiązania chemicznego. Istotą wiązania kowalencyjnego jest istnienie pary elektronów, które są współdzielone w porównywalnym stopniu przez oba atomy tworzące to wiązanie. Występują, gdy różnica między elektroujemnościami atomów wynosi nie więcej niż 1,7 w skali Paulinga. Wiązanie kowalencyjne jest wtedy, gdy odległość międzyatomowa jest mniejsza niż suma promieni van der Waalsa.

2. Podaj definicje ceramiki oraz podział ceramiki ze względu na surowce i zastosowanie.

Ceramika - tworzywa w stanie stałym, składające się głównie z substancji nieorganicznych (prócz metali i ich stopów), otrzymywane zazwyczaj przez spiekanie lub prażenie. Tworzywa ceramiczne odznaczają się przede wszystkim odpornością na działanie wysokiej temperatury i czynników chemicznych, dobrymi właściwościami mechanicznymi i dielektrycznymi, oraz twardością. Wadą ich jest kruchość, która uniemożliwia obróbkę mechaniczną i utrudnia łączenie wyrobów ceramicznych ze sobą lub innymi materiałami.

Podział ceramiki ze względu na zastosowanie:
a) ceramika elektrotechniczna ( materiały półprzewodnikowe, półprzewodzące)
b) ceramika inżynierska (narzędzia skrawające, oprzyrządowanie energetyczne, budowa silników turbinowych)
c) porcelana stołowa
d) szkło
e) ceramika budowlana (posadzki, cegły, armatura sanitarna, dachówki)

f) bioceramika (stomatologia, ortopedia)

g) ceramika kosmiczna (osłony termiczne)

Podział ceramiki ze wzglądu na surowce:

a) ceramika tlenkowa

b) ceramika bez tlenkowa

3. Z czego wynika geometria zespołów koordynacyjnych w strukturach krystalicznych.

Geometria wynika z liczby koordynacyjnej:

2-liniowa

4-tetraedr/kwadrat

6-oktaedr

4. Wyjaśnij drugą regułę Paulinga.

II Reguła Paulinga – w trwałych strukturach koordynacyjnych ładunek każdego atomu jest dokładnie lub niemal dokładnie zrównoważony przez wytrzymałość wiązań najbliższych kationów. Wytrzymałość wiązania jest to stosunek ładunku kationu do liczby otaczających anionów i ma wymiar ładunku przypadającego na jedno wiązanie. Najczęściej liczba anionów jest równa liczbie koordynacyjnej kationu. Dlatego reguła ta jest nazywana zasadą elektroobojętności.

5. Jak zbudowane są polikryształy. Jaki jest warunek najtrwalszego układu granic międzyziarnowych.

Polikryształ - ciało stałe, będące zlepkiem wielu monokryształów, zwanych w tym przypadku domenami krystalicznymi lub ziarnami. Domeny w polikrysztale mają zwykle orientację statystyczną, choć w pewnych, szczególnych warunkach można także uzyskać polikryształy o bardzo regularnym układzie domen. Określony układ domen tworzy tzw. mikrostrukturę polikryształu. Na granicach domen krystalicznych występuje wiele

niejednorodności w ułożeniu cząsteczek i w tych miejscach ciało to jest najsłabsze. Powoduje to, że mikrostruktura polikryształu ma bardzo silny wpływ na jego własności mechaniczne.
Najtwardsze granice są takie, które maja wspólne naroża. Większą energię (a mniejsza trwałość) będą miały te, które są połączone krawędziami. A jeszcze mniejsze gdy polaczą się ścianami.

6. Podaj zależność odkształcenia od naprężenia dla ceramiki i metalu. Zaznacz zakres odkształcenia sprężystego i plastycznego.

7. Wyjaśnij zjawisko kruchego pękania. Podaj przyczynę wysokiej kruchości ceramiki.

Kruche pękanie – charakteryzuje się tym, że rozwija się w materiale bez odkształceń plastycznych (lub przy względnie małych ich ilościach), długość pęknięcia może być różna, zależy ona od zakumulowanej w konstrukcji energii odkształcenia sprężystego, stanu naprężeń i odporności materiału na kruche pękanie. Zjawisko kruchego pękania materiałów ceramicznych wynika głównie z budowy strukturalnej tych materiałów, występujące nieciągłości takie jak pęknięcia, pory, rysy które są rozprowadzone bezpośrednio w materiale, powodują osłabienie jego struktury na rozciąganie. Podczas prób rozciągających, ceramika pęka już po osiągnięciu odkształcenia sprężystego. Jest to spowodowane wyżej wymienionymi defektami powierzchniowymi , które pod wpływem siły rozciągającej zostają dodatkowo rozrywane, co w konsekwencji doprowadza do pęknięcia materiału ceramicznego w miejscu gdzie powyższe wady mają największe zagęszczenie.

8. Podaj różnicę między ceramiką krystaliczną a szkłem.

Różnica między szkłem, a ceramiką jest taka, że ceramika krystaliczna na postać kryształów, a szkło nie jest skrystalizowane.

Szkło - twarda, krucha, bezpostaciowa, najczęściej przezroczysta masa zbudowana głównie z krzemianów. Źle przewodzi ciepło i elektryczność. Otrzymuje się je przez stapianie piasku kwarcowego z sodą, wapieniem, (topniki), niekiedy także z potażem i boraksem, substancjami klarującymi i odbarwiającymi lub barwiącymi. Po stopieniu z mieszaniny formuje się wyroby a następnie całość bardzo wolno schładza (odprężanie szkła). Jest to nieskrystalizowana ceramika.

9. Scharakteryzuj krótko przewodnictwo cieplne kryształów.

Przewodnictwo cieplne w kryształach zależy od rodzaju wiązań chemicznych i typu struktury kryształu . Najlepiej przewodzą czyste metale w których ciepło przenoszone jest przez elektrony. W kryształach kowalencyjnych i jonowych ciepło przekazywane jest za pomocą drgań atomów.

10. Jakie są wzory chemiczne tlenku krzemu i tlenku glinu.

Tlenek krzemu SiO, tlenek glinu Al₂O₃

11. Jaki jest cel wytwarzania cermetali.

Stosowanie ich jako materiałów narzędziowych. Uzyskanie materiałów, które znajdą zastosowanie w ekstremalnych warunkach eksploatacji, pod dużym obciążeniem termicznym. Używane do produkcji rezystorów, kondensatorów i innych komponentów elektronicznych, potrzebne są tam gdzie produkty muszą być one odporne na ścieranie lub na działanie wysokich temperatur. Używane są też do wyrobu elementów paliwowych, prętów kontrolnych, osłon reaktorowych, a także do produkcji osłon termicznych dla pojazdów kosmicznych ze względu na swoją większą odporność na uderzenia niż tradycyjnie używane materiały.

12. Podaj schemat mikrostruktury materiałów typu FGM i ich właściwości.

Włókna odprowadzają ciepło powstające podczas pracy elementu poza strefę roboczą.

Materiały FGM (tworzywa gradientowe) – są to materiały, w których wzdłuż co najmniej jednego określonego kierunku, uzyskano ciągłą zmianę właściwości użytkowych lub konstrukcyjnych w wybranym procesie technologicznym. Właściwości:

- redukcja naprężeń cieplnych w bardzo wysokich temperaturach

- odporne na ścieranie, obciążenia dynamiczne