Dr. Trampus Péter egyetemi tanár 06 20 9855970 trampus@mk.unideb.hu

1. ATOMREAKTOROK ANYAGAI2. előadás • Dr. Trampus Péter • egyetemi tanár • 06 20 9855970 • trampus@mk.unideb.hu

2. Anyagok viselkedése függ: • Milyen atomok vannak bennük? • Milyen kötőerők ébrednek az atomok között? • Hogyan, milyen formában helyezkednek el egymáshoz képest az atomok? • Milyenek a környezeti feltételek?

3. Atomok kölcsönhatása • Elsődleges (erős) kötések • ionos kötés • kovalens kötés • fémes kötés • Másodlagos (gyenge) kötések • Van der Waals kötés

4. Ionos kötés F vonzerő r 11 elektron A külső héjon +5,14 eV 17 elektron A külső héjon -4,02 eV +11 +17 Elektron felvétel miatt -, ANION Elektron leadás miatt +, KATION 1eV=1,6x10-19 J

5. Ionos kötések jellegzetességei (3) Cl Cl Atomsugarak: Cl =0,181 nm Cs =0,169 nm Na = 0,095 nm Cs Na

6. Ionos kötések jellegzetességei (4)

7. Kovalens kötések jellegzetességei (1) • a legerősebb elsődleges kötés (gyémánt, kvarc, germánium), nagy rugalmassági modulus • olyan elemek között jön létre, amelyek elektro-negativitása között csekély a különbség • a kötésben két, vagy több atom vesz részt, olymódon, hogy a legkülső elektronhéjaikon lévő atomokat „megosztják”

8. Kovalens kötések jellegzetességei (2)

9. A fémes kötés jellemzői (1) • elsődleges, erős kötés: fémek, fémtermészetű elemek jellegzetes kötése • a fém-ionok kitüntetett pontokban (az ún. rácspontokban helyhez kötöttek) • a vegyérték-elektronok, mint szabad elektronok elektrongáz, elektronfelhő formájában viszonylag szabadon mozognak  ezzel magyarázható a jó hő- és villamos vezető-képesség  a fémek nagy szilárdsága és egyidejűleg viszonylag jó alakíthatósága

10. A fémes kötés jellemzői (2)

11. A fémes kötés jellemzői (3)

12. Az anyagok kristályos szerkezete • a kristályos szilárd anyagok jellemzői • hosszú távú atomos rendezettség • szabályos térbeli ismétlődés • kristálytani alapfogalmak • a térrács fogalma • a térrács kitüntetett pontjai, a rácspontok • az elemi cella fogalma

13. Kristályrendszerek jellemzése (1) • Kristályrendszerek leírásának szükséges és elégséges feltételei: • Három irány (x, y, z) beleértve az irányok által bezárt szögeket is • A három irányban mért, az atomok periodicitását jel-lemző távolságok (a, b, c), a rácsparaméterek

14. Kristályrendszerek jellemzése (2) Hosszú távú rendezettség

15. Kristályrendszerek jellemzése (3) Bravais rácsok

16. Köbös rácsok Térben középpontos Felületen középpontos Primitív

17. Tetragonális rácsok Térben középpontos Felületen középpontos Primitív

18. Hexagonális rácsok Tömött Primitív

19. Ortorombos rácsok Térben középpontos Felületen középpontos Alaplapon középpontos Primitív

20. Monoklin rácsok Alaplapon középpontos Primitív

21. Egyéb primitív rácsok Triklin Romboéderes

22. Kristálytani fogalmak, jellemzők • Rácselemhez tartozó atomok száma: N • Atomsugár és a rácsparaméter kapcsolata: a = a(r) • Térkitöltési tényező: T • Koordinációs szám: K • Irányok, síkok egyértelmű definiálása • Vonalmenti atomsűrűség • Térbeli atomsűrűség • Síkok távolsága • Síkok, irányok által bezárt szög • Beilleszthető gömb helye és mérete

23. Köbös rácsok tulajdonságai

24. Kristálytani síkok és irányok • Kristálytani számításokhoz a síkok és irányok jelölése • Síkok jelölésére szolgálnak a Miller-indexek • Az irányok jelölésére a kristálytani irányvektorokatalkalmazzuk • Az eltérő kristályszimmetria miatt a köbös és a hexagonális rendszer külön tárgyalása indokolt

25. Miller indexek (1) Vektoros alak Tengelymetszetes alak

26. Miller indexek (2) • A sík önmagával párhuzamos eltolása olymódon, hogy a sík ne menjen át a KR kezdőpontján • Az a, b, c tengelymetszetek meghatározása • A reciprok értékek előállítása (h=1/a, k=1/b, l=1/c), jelölés: (h,k,l) • A sík Miller-indexének kifejezése matematikai átalakítással a legkisebb egész számokká

27. Síkcsalád • A kristálytanilag egyenértékű síkokat síkcsaládnak nevezzük • A síkcsalád tagjait azonos számok (pl. 1,0,1 ) permutációival képezett Miller-indexek írják le • Jelölése:{ h k l } • { 1,0,1 } = (1,0,1); (1,1,0); (0,1,1);(-1,0,1);(1,0,-1);…

28. Jellegzetes síkok (1) Metszés: a, a, a Miller indexek a/a, a/a, a/a Metszés: -a, a, ∞ Miller indexek -a/a, a/a, a/ ∞ Metszés: a, ∞, ∞ Miller indexek a/a, a/∞, a/∞

29. az atomok rezgésközéppontjukat több száz, esetenként több ezer rácsállandónyi távolságba helyezik át azaz az atomok kilépnek eredeti rácsukból nem maradnak eredeti szomszédjaik környezetében a külső terhelés megszüntetése után nem tudnak visszatérni eredeti rácsukba maradó alakváltozás marad vissza a képlékeny alakváltozás irreverzibilis folyamat A képlékeny alakváltozás jellemzői

30. Csúszási mechanizmus Egyéb mechanizmusok alakítási ikerképződés (hexagonális fémeknél, valamint tkk fémeknél alacsony hőmérsékleteken) diffúziós kúszás (növelt hőmérsékleteken) szemcsehatár elcsúszás Szemcse rotáció (elfordulás) Fázisátalakulás indukálta alakváltozás A képlékeny alakváltozás mechanizmusa

31. A csúszósík az atomokkal legtömöttebb kristálytani sík hexagonális rácsra: (0 0 0 1) sík (1 db) térközepes köbös rácsra: {1 1 0} síkcsalád (6 db) lapközepes köbös rácsra: {1 1 1} síkcsalád (4 db) a csúszási irány az atomokkal legtömöttebb kristálytani irány hexagonális rácsra: <1 1 2 0> irány (3 db) térközepes köbös rácsra: <1 1 1> irány (2 db) lapközepes köbös rácsra: <1 1 0> irány (3 db) A csúszósík és a csúszási irány fogalma

32. a csúszósíkok és csúszási irányok együttesen csúszási rendszert alkotnak a csúszási rendszerek száma = a csúszósíkok száma szorozva a csúszási irányok számával, azaz Ncs.r. = Ncs.sík x Ncs.irány hexagonális rácsra: Ncs.r. = 1 x 3 = 3 térközepes köbös rácsra: Ncs.r. = 6 x 2 = 12 lapközepes köbös rácsra: Ncs.r. = 4 x 3 = 12 A csúszási rendszer fogalma

33. Elméleti szilárdság max = id

34. Elméleti szilárdság E 0

35. Eltérés oka = kristályhibák (1) Interszticiós Szubsztitúciós Pontszerű kristályhibák Vakancia

36. Eltérés oka = kristályhibák (2) A csavardiszlokáció tengelye Vonalszerű kristály hibák Éldiszlokáció Csavardiszlokáció

37. Eltérés oka = kristályhibák (3) Összetett vonalszerű rácshibák

38. Az alakváltozás nem így megy végbe!

39. Hanem így, lépésekben!

40. Kristályosodás Fogalmak • Termodinamikai rendszer • Komponensek (egy- vagy többkomponensű) • Fázisok (definíció) • Homogén (színfém, ömledék) • heterogén • Állapottényezők • Hőmérséklet (T) • Nyomás (p) • Koncentráció (c) • Térfogat (V) • Szabadságfok (szabadon változtatható állapottényezők)

41. A megszilárdulás folyamata(poliéderes) Kristály növekedése Kristályosodási sebesség Szemcse, szemcsehatár, szemcseméret Kristálycsira Kristályosodási képesség

42. Gibbs - féle fázisszabály F+SZ=2+K • F = a FÁZISOK száma • SZ = a szabadsági fokok száma • K = a komponensek száma ha: p= állandó (1 szabadságfok megkötve) akkor:F+SZ= 1+K

43. Polimorfizmus és allotrópia • Polimorfizmus fogalma • különböző hőmérséklet-tartományokban más – máskristályrendszer szerinti kristályosodás  többalakúság • Allotrópiafémek polimorfizmusa • allotróp módosulatok • allotróp átalakulások

44. A vas allotróp átalakulása és módosulatai ÖMLEDÉK SZTK Felületen középpontos kocka Térben középpontos kocka

45. Ömledék Színfém Szilárd oldat Fémes vegyület Színfém Szilárd oldat Fémes vegyület Eutektikum Eutektoid Fázisok és szövetelemek

46. Vasötvözetek • alap a vas (Fe), • alapötvöző a szén (C), • többalkotós ötvözetet jelent, mivel a gyártási eljárásból belekerülnek bizonyos elemek • mindaddig, amíg a • Si < 0,5 %, Mn < 0,7 %, S+P < 0,035 % feltétel teljesül, • egyensúlyi kristályosodásuk a Fe-C kétalkotós ötvözetrendszerben tanulmányozható.

47. Vasötvözetek Hein-Charpy féle ikerdiagramja