M Dobor 3-4-got - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

M Dobor 3-4-got - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (2.5 MB)
45 strona
499Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: wymagania projektowe, tłumienie drgań, AFM.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 45
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
M Dobor 3-4-got cz2.pdf

Wymagania projektowe

FUNKCJA Precyzyjna maska siatkowa do separacji kolorów w lampie

kineskopowej

CEL Maksymalizacja intensywno ci wi!zki elektronów a wi"c w

konsekwencji T

OGRANICZENIA Rozszerzalno ! cieplna nie mo"e usuwa! wst#pnego napr#"enia

Nie mo"e nast#powa! pe$zanie (wysoka maks. temperatura pracy)

Musi przewodzi! pr%d elektryczny

Musi by! dost#pny w formie drutu

Nie mo"e by! zbyt drogi

docsity.com

Model Cienki, napr#"ony drut luzuje si# i zwisa gdy odkszta$cenie &T wynikaj%ce z rozszerzalno ci cieplnej

TT !"# przewy"sza odkszta$cenie spr#"yste spowodowane wst#pnym napr#"eniem

E E

$ # !

"- wspó czynnik rozszerzalno!ci cieplnej, T – przyrost temperatury spowodowany oddzia ywaniem wi"zki elektronów, $ - napr#$enia rozci"gaj"ce w drucie, E – modu Younga.

Dla uzyskania jak najwi#kszej jaskrawo ci po"%dany jest jak najwi#kszy wzrost temperatury, a wst#pne napr#"enia drutu nie mo"e przekroczy! granicy spr#"ysto ci materia$u.

docsity.com

Aby maksymalizowa! jaskrawo ! wspó$czynnik M1 nale"y maksymalizowa!

Dodatkowe wymagania to:

•Materia$ musi by! dost#pny w formie drutów

•Materia$ musi by! przewodz%cy

•Po"%dana jest niska cena

docsity.com

Rys. 1. Wykres zale"no ci granicy spr#"ysto ci, $el, do E", dla materia$ów nie"elaznych z zaznaczeniem wspó$czynnika M1.

docsity.com

Rys.2. Maksymalna temperatura pracy, Tmax, dla materia$ów dost#pnych w formie drutu

docsity.com

Rys. 3. Wykres zale"no ci przewodno ci elektrycznej i ceny Cm

docsity.com

Wyniki

Wybrane materia y

Molibden, 360 , przerobiony plastycznie, %150 mikronów

Stop Ni-Fe, "INVAR", twardy (zgnieciony)

Stop Ni-Fe, "INVAR", mi"kki (wy#arzony)

Stop niobu B-66 (5% Mo 5% V)

Stop niobu C-103 (10% Hf, 1% Ti), walcowany na zimno

Stop niobu C-129Y (10%W, 10% Hf)

Stopy tytanu

Wanad, technicznie czysty, %25 mikronów

Stop Cyrkon-1.5% Sn, "Zircalloy 2"

Stop Cyrkon-5% Nb ,przerobiony plastycznie, "Zr705"

Stop Cyrkon-5% Nb , "Zr-5Nb"

docsity.com

T$umienie drga'

docsity.com

Wspó$czynnik t$umienia drga' & jest miar% zdolno ci materia$u do poch$aniania energii drga' elementu poddanego cyklicznemu obci%"eniu

docsity.com

Je"eli materia$ poddany jest napr#"eniu $ w zakresie spr#"ystym, to magazynuje energi# spr#"yst% na jednostk# obj#to ci:

Po cyklu obci%"enie-odci%"enie strata energii wynosi::

Warto ! wspó$czynnika t$umienia drga' & jest zwykle zale"na od cz#stotliwo ci zmian obci%"enia

docsity.com

Jest wiele mechanizmów t$umienia;

W metalach du"a cz# ! t$umienia zwi%zana jest z ruchem dyslokacji:

W mi#kkich metalach du"e t$umienie – $atwy ruch dyslokacji; w stopach ma$e t$umienie – obecno ! sk$adników utwardzaj%cych roztwór utrudnia ruch dyslokacji;

W ceramice du"y opór sieci „kotwiczy” dyslokacje, ale obecno ! mikrop#kni#! powoduje rozproszenie energii – t$umienie;

W polimerach przesuwanie si# $a'cuchów wzgl#dem siebie powoduje równie" rozpraszanie energii – wp$yw TEMPERATURY!

St%d zale"no ! mi#dzy stratno ci% i modu$em Younga:

E

C !&

docsity.com

docsity.com

Dobór materia$u na precyzyjny instrument pomiarowy

docsity.com

AFM - umo"liwia uzyskanie obrazu powierzchni ze zdolno ci% rozdzielcz% rz#du wymiarów pojedynczego atomu, dzi#ki wykorzystaniu si$ oddzia$ywa' mi#dzyatomowych, na zasadzie przemiatania ostrza nad lub pod powierzchni% próbki. Sonda (ostrze) zamocowana jest na cienkiej d(wigience o d$ugo ci rz#du 100-200 µm. Si$y oddzia$ywania pomi#dzy ostrzem i próbk% powoduj% wychylenie b%d( skr#cenie d(wigienki, których rejestracja umo"liwia stworzenie obrazu topograficznego. Mapa si$ dla ka"dego punktu powierzchni próbki jest przetwarzana komputerowo na obraz. Pomiar ugi#cia d(wigni jest dokonywany metodami optycznymi. Czu$o ! odczytu ugi#cia d(wigni si#ga dziesi%tych cz# ci angstrema. W czasie pracy ig$a mikroskopu znajduje si# 0,5-1 nm od powierzchni badanej próbki. Jej precyzyjny ruch we wszystkich trzech kierunkach umo"liwiaj% piezoelementy PX, PY, PZ. Przy$o"one mi#dzy ig$# mikroskopu i próbk# napi#cie VT powoduje przep$yw pr%du tunelowego o nat#"eniu JT. Zale"y ono bardzo wyra(nie od dystansu dziel%cego ig$# i próbk# i zmienia si# o rz%d ze zmian% odleg$o ci o 0,1 nm. Uk$ad elektroniczny CU utrzymuje ig$# dzi#ki sprz#"eniu zwrotnemu w takiej odleg$o ci, aby nat#"enie pr%du zachowywa$o sta$% warto !. Przesuwaj%c ig$# nad powierzchni% próbki, mo"na zatem otrzyma! obraz jej topografii.

docsity.com

G$owica skaningowego mikroskopu tunelowego. Piezoelementy PX i PY powoduj% przesuwanie ig$y nad próbk%. Uk$ad steruj%cy CU generuje napi#cie VP na piezoelemencie PZ, tak, aby nat#"enie pr%du tunelowego JT p$yn%cego mi#dzy ig$% mikroskopu i próbk% utrzymywa$o sta$% warto !. Profil, jaki zakre la ig$a mikroskopu, odzwierciedla kszta$t powierzchni próbki (A) oraz zmian# w$a ciwo ci elektronicznych (B) niejednorodnego wtr%cenia (C) znajduj%cego si# na p$askiej powierzchni próbki.

docsity.com

Si pokryty Au

Si

Obraz zanieszczyszcze' Cr na powierzchni Fe(001)

docsity.com

Mikroskop skaningowy musi posiada!:

•Ostrze

• Uk$ad umo"liwiaj%cy precyzyjne przesuwanie ostrza

• Uk$ad umo"liwiaj%cy t$umienie drga'.

Przypadek idealny Przypadek rzeczywisty

ostrze

docsity.com

Aby uzyska! atomow% zdolno ! rozdzielcz% odleg$o ! pomi#dzy ostrzem a próbk% musi by! utrzymywana z dok$adno ci% 0.01 Å (0.1 nm)

Nale!y wyeliminowa" drgania !!!!

Drgania mog% by! powodowane przez:

• wibracje budynku 15-20 Hz • biegn%cych ludzi 2-4 Hz • pompy pró"niowe • d(wi#k.

Drgania mo"na eliminowa! poprzez:

•zawieszenie mikroskopu na spr#"ynach ( z dodatkowym t$umieniem przy pomocy pr%dów wirowych) •pneumatyczne podpórki izoluj%ce •zwi#kszenie masy w$asnej podstawy.

docsity.com

Konstrukcja AFM

1. Materia$ o wysokiej cz#stotliwo ci drga' w$asnych

' E

M ! 1

( maks

2. Materia$ o dobrych w$asno ciach t$umi!cych w szerokim pa mie cz"stotliwo ci

& '

& 2/3

1

3 )) *

+ ,, -

. !! /

E MM ku

3. Materia$ gwarantuj!cy minimalne odkszta$cenia termiczne

" 0 !

4 M ( maks

M4 1 107 W/m

k=4

docsity.com

docsity.com

docsity.com

Wykres doboru materia$u t$umi%cego drgania korpusu mikroskopu si$ atomowych.

docsity.com

Wykresy rozszerzalno ci cieplnej i przewodno ci cieplnej dla doboru materia$u o najmniejszej odkszta$calno ci cieplnej

docsity.com

Nie mo"na dobra! materia$u zapewniaj%cego jednocze nie dobre t$umienie drga' (zakres B) i brak odkszta$calno ci cieplnej (A)

docsity.com

Pe$zanie

docsity.com

Zjawisko powolnego odkszta$cania si# cia$ pod wp$ywem ustalonych obci%"e', w wysokich temperaturach, nazywamy pe zaniem. Zjawisko spadku napr#"enia w cia$ach poddanych ustalonym odkszta$ceniom nazywamy relaksacj#.

docsity.com

Co to znaczy wysoka temperatura?

•nale"y porówna! temperatur# pracy z temperatur% topnienia materia$u TM •Zjawiska pe$zania dotycz% zakresu dla T> 0.3-0.4 T

M (w K) dla metali i

T> 0.4-0.5 T M

(w K) dla ceramiki.

W ókno wolframowe !arówki

TM~ 3000°C (3273K) •temperatura pokojowa (300K) jest bardzo niska dla wolframu •Temperatura pracy (2273K) jest wysoka •W$ókno wolframowe pe$za w temperaturze pracy! •Wyd$u"a si# i zwisa pod w$asnym ci#"arem dopóki nie dojdzie do zwarcia.

docsity.com

Rury o$owiane

TM~ 600K • temperatura pokojowa (300K) jest wysoka dla o$owiu! •Rury o$owiane zauwa"alnie pe$zaj% w miar# up$ywu czasu

docsity.com

Antarktyczne czapy lodowe

TM~ 0°C(273K) •temperatura pokojowa jest bardzo wysoka dla lodu! •Czapy lodowe pe$zaj% w temperaturze Antarktyki (-30°C). •Lodowce przesuwaj% si#, schodz% lawiny

docsity.com

Pe$zanie Wyst#puje w podwy"szonych temperaturach, T > 0.4 T topnienia (TM )

docsity.com

III etap pe zania :

#c

time

III etap pe$zania

pocz%tek zniszcze'

Na granicach ziarn pojawiaj% si# mikroszczeliny, które nast#pnie $%cz% si# prowadz%c do zniszczenia materia$u

docsity.com

II etap pe$zania • wi#kszo ! elementów pracuje w tym zakresie.

• odkszta$cenie jest sta$e przy za$o"onej T, ) – umocnienie odkszta$ceniowe jest równowa"one przez zdrowienie

• odkszta$cenie wzrasta przy wzro cie T, )

docsity.com

docsity.com

Mechanizmy pe$zania

Po lizg i wspinanie dyslokacjiDyfuzja po granicach ziarn

docsity.com

Wspinanie si# dyslokacji

docsity.com

Relaksacja spowodowana pe$zaniem

•zmniejszenie napr#"e' przy sta$ym odkszta$ceniu. •przyk$ad; ruba wst#pnie napr#"ona

Ca$kowite odkszta$cenie pozostaje sta$e

Odkszta$cenie w wyniku pe$zania narasta w czasie;

Zast%pienie odkszta$cenia spr#"ystego przez pe$zanie w

funkcji czasu, w wysokiej temperaturze

Odkszta$cenie spr#"yste zanika (relaksacja)

docsity.com

Czas relaksacji

Odst#py czasu mi#dzy którymi nale"y rub# dokr#ca! poniewa" napr#"enia spadaj% poni"ej 50%:()

docsity.com

Stopy i ceramiki odporne na p$yni#cie

(pe$zanie) dyfuzyjne po granicach ziarn

• Materia$y o wysokiej temperaturze topnienia – dyfuzja zale"y od T/TM

• Nale"y maksymalnie utrudni! wyd$u"y! drog# dyfuzji po granicach ziarn- du"e ziarno lub monokryszta$

• Stworzy! warunki powstania wydziele' na granicach, celu ograniczenia po lizgu granic ziarn

docsity.com

Stopy i ceramiki odporne na pe$zanie

dyslokacyjne

• Materia$y o wysokiej temperaturze topnienia – dyfuzja zale"y od T/TM

• Nale"y maksymalnie utrudni! ruch dyslokacji przez utworzenie roztworów sta$ych i wydziele' dyspersyjnych

• Stosowa! materia$y o typie sieci krystalograficznej stwarzaj%cej najwi#ksze opory tzn. o wi%zaniu kowalencyjnym (tlenki, krzemiany, w#gliki)

docsity.com

Przyk$adowe materia$y

RR58; stop Al. O strukturze roztworu sta$ego z wydzieleniami; temp. pracy do 150°C, niska g#sto !

Wysokostopowe stale odporne na korozj# (304, 316, 321); roztwory sta$e Ni i Cr w Fe; w#gliki i fazy mi#dzymetaliczne; temp. pracy do 600 °C

Niskostopowe stale ferrytyczne; roztwory sta$e Cr, Mo i V w Fe; w#gliki; temp. pracy do 650 °C

Nadstopy na bazie niklu; szeroka gama stopów niklu o strukturze roztworów sta$ych (Cr, W, Co) oraz w#gliki i fazy mi#dzymetaliczne; temp. pracy do 950 °C

%aroodporne tlenki i w#gliki; g$ównie tlenek aluminium, ceramiki bazuj%ce na dwutlenku krzemu, w#glik krzemu, azotek krzemu, sialony (Si3N4 i Al2O3); temp. pracy teoretycznie do 1300 °C

docsity.com

*opatka silnika lotniczego

docsity.com

docsity.com

docsity.com

Materia$y stosowane w budowie turbiny lotniczej

Tytan

Nikiel

Stal

Aluminium

Kompozyty

docsity.com

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome