Kapittel 12: Struktur og egenskaper til keramer

Like dokumenter
Kjemiske bindinger. Som holder stoffene sammen

elementpartikler protoner(+) nøytroner elektroner(-)

FLERVALGSOPPGAVER KJEMISK BINDING

FLERVALGSOPPGAVER ATOMER og PERIODESYSTEMET

Ekstraordinær E K S A M E N. MATERIALLÆRE Fagkode: ILI 1269

0$7(5,$// 5( )DJNRGH,/,

Kapittel 2 Atom, molekyl og ion. 1. Moderne beskrivelse av atom - Enkel oppbygning - Grunnstoff og isotoper - Navn på grunnstoff

LØSNINGSFORSLAG i stikkordsform Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

(.675$25',1 5 0$7(5,$// 5( )DJNRGH,/,

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMT4185 DES

DIFFUSJON I METALLER. DIFFUSJON - bevegelse av atomer. - størkning. foregår hurtigere i gass og smelte p.g.a. mindre effektiv atompakking

DIFFUSJON I METALLER. DIFFUSJON - bevegelse av atomer. - størkning. foregår hurtigere i gass og smelte p.g.a. mindre effektiv atompakking

Fasit oppdatert 10/9-03. Se opp for skrivefeil. Denne fasiten er ny!

1.1. Tegn opp et to-dimmensjonalt mønster av tettest mulige pakkede kuler. Identifiser den todimensjonale

Løsningsforslag TMT 4170 Materialteknologi 1

KOSMOS. 5: Elektroner på vandring Figur side Modell av et heliumatom. Elektron. Nøytron. p + Proton. Protoner

Eksamen i TMT 4185 Materialteknologi Tirsdag 12. desember 2006 Tid:

F F. Intramolekylære bindinger Kovalent binding. Kjemiske bindinger. Hver H opplever nå å ha to valenselektroner og med det er

Materialer. I vårt fag skal vi kun omtale materialer for konstruksjon og innkapsling. Hvilke egenskaper har de?

Opptak og transport av vann og næring. Jon Atle Repstad Produktsjef Felleskjøpet Agri

Elastisitet, plastisitet og styrking av metaller

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN MAI 2006

Mange prosesser er betinget av diffusjonsprosesser. Eksempler er herding av stål (oppløsningsherding), settherding (karburisering) og nitrerherding.

Kjemiske bindinger. La oss demonstrere ved hjelp av eksempler

EKSAMEN I EMNE TKJ 4210/KJ 2031 UORGANISK KJEMI VK. Hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler. Bestemt enkel kalkulator tillatt.

Keramer og pulvermetallurgiske produkter. Frey Publishing

Auditorieoppgave nr. 1 Svar 45 minutter

Løsningsforslag til Øvingsoppgave 1. Et krystall er bygd opp av aggregat av atomer ordnet etter et regelmessig tredimensjonalt mønster.

1 Krystallstrukturer og atompakning i materialer

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 6 INSTITUTT FOR MATERIALTEKNOLOGI

Metallene kjennetegnes mekanisk ved at de kan være meget duktile. Konstruksjonsmetaller har alltid en viss duktilitet og dermed seighet.

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING NR. 11, VÅR 2014

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN AUGUST 2007

Bruk og prosessering av keramer

EKSAMENSOPPGAVE. Linjal, kalkulator (hva som helst typ)

1. Oppgaver til atomteori.

Kort innføring i fosforets jordkjemi. Professor Tore Krogstad, Institutt for miljøvitenskap, NMBU

Vann, ph, jord og jordanalyser. Norsk Landbruksrådgivning Viken v/ Torgeir Tajet

Kap 4. Typer av kjemiske reaksjoner og løsningsstøkiometri

ELEKTRISK STRØM 2.1 ELEKTRISK STRØM ATOMER

Ofte prater vi om grovkrystallinsk, finkrystallinsk og fibrig struktur.

Tema i materiallære. TM01: Krystallstrukturer og atompakning i materialer

EKSAMEN I: (MSK205 Materialmekanikk) DATO: OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 3 SIDER + 2 SIDER VEDLEGG

Materiallære for romteknologi

DEFORMASJON AV METALLISKE MATERIALER

5 DEFORMASJON AV METALLISKE MATERIALER (Deformation of metals)

I Fe - legeringer. Metaller og legeringer, 2 grupper: Fe - legeringer. II Ikke - Fe - legeringer. 10 Ferrous Alloys (lectures notes)

Materialer og kjemi 1

8. Ulike typer korrosjonsvern. Kapittel 10 Elektrokjemi. 1. Repetisjon av noen viktige begreper. 2. Elektrolytiske celler

EKSAMEN I: (MSK200 Materialteknologi) DATO: OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 4 SIDER + 3 SIDER VEDLEGG

KAPITEL 2. POLARE BINDINGER OG KONSEKVENSEN AV DEM.

Løsningsforslag til Øvingsoppgave 1. Et krystall er bygd opp av aggregat av atomer ordnet etter et regelmessig tredimensjonalt mønster.

Det enkleste svaret: Den potensielle energien er lavere dersom det blir dannet binding.

Mange prosesser er betinget av diffusjonsprosesser. Eksempler er herding av stål (oppløsningsherding), settherding (karburisering) og nitrerherding.

Angir sannsynligheten for å finne fordelingen av elektroner i rommet

EKSAMENSOPPGAVE. - Ett A4 ark med selvskrevne notater (begge sider) - Kalkulator. - Molekylbyggesett. Rute

EKSAMENSOPPGAVE. linjal, kalkulator (hva som helst typ) Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA Hvis JA: ca. kl.

Oppgave1 Langsvarsoppgave A.1. Oppgave2 Langsvarsoppgave A.2. Oppgave3 Langsvarsoppgave A.3. Oppgave4 Langsvarsoppgave A.4

KJEMIOLYMPIADEN UTTAKINGSPRØVE.

Kapittel 14, Polymerers Struktur Definisjon av polymer Kjemisk sammensetning Polymerisering Struktur Molekylvekt Molekylform Krystallinitet

V A N N R E N S I N G. Tilgang til rent vann gjennom kjemisk felling.

Jordprøvetaking, ph. Professor Tore Krogstad, UMB. Innlegg på Gartnerdagene på Gjennestad 28. oktober 2010

Kjemiolympiaden uttak. Fasit.

Løsningsforslag eksamen TMT4185 ;

NORGES TEKNISK NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR KJEMI

Fra alkymi til kjemi. 2.1 Grunnstoffene blir oppdaget

Feilsøking og skadeanalyse. Øivind Husø

Universitetet i Oslo

V A N N R E N S I N G. Tilgang til rent vann gjennom kjemisk felling.

2 KRYSTALL STRUKTUR (Atomic structure) 2.1 Gitterstruktur

Konstruksjonsmaterialer

E K S A M E N. MATERIALER OG BEARBEIDING Fagkode: ITE 1553

PARTIKKELMODELLEN. Nøkler til naturfag. Ellen Andersson og Nina Aalberg, NTNU. 27.Mars 2014

EKSAMEN. MATERIALER OG BEARBEIDING Fagkode: ILI 1458

AVSPENNING, REKRYSTALLISASJON OG KORNVEKST

UNIVERSITETET I OSLO

Ionekromatografi. Rolf D. Vogt & Hege Orefellen Kjemisk Institutt, Universitetet i Oslo. Bestemmelse av hovedioner i Naturlig vann ved bruk av

UNIVERSITETET I OSLO

Mandag Ledere: Metaller. Atomenes ytterste elektron(er) er fri til å bevege seg gjennom lederen. Eksempler: Cu, Al, Ag etc.

er at krystallitt eller korn. gitterstrukturen. enhetscelle regelmessighet og symmetri. Henning Johansen side 1

Emnenavn: Naturfag Emne 2 kjemi Semester: Vår. År: Oppgavetekst og mal for eksamenskrav - hva som bør være med i besvarelsen:

Undersøkelse av metallenes struktur (gitter- og kornstruktur) og de mekaniske og fysikalske egenskaper som har sammenheng med den.

Korrosjon av stålarmering i betong

UNIVERSITETET I OSLO

Kvalitet og krav på vekstjord fra et jordkjemisk. Professor Tore Krogstad Institutt for miljøvitenskap, NMBU

Tema i materiallære. HIN IBDK Industriteknikk RA Side 1 av 12. TM02: Plastisk deformasjon og herdemekanismer P S

8 Kontinuumsmekanikk og elastisitetsteori

1. UTTAKSPRØVE. til den 4. Nordiske kjemiolympiaden 2019 i Helsinki, Finland og den 51. Internasjonale kjemiolympiaden 2019 i Paris, Frankrike

Fasit Kjemien stemmer Forkurs

EKSAMEN I EMNE SIK5005 MATERIALTEKNOLOGI 2 MANDAG 5. MAI, LØSNINGSFORSLAG -

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 4

Basis dokument. 1 Solcelle teori. Jon Skarpeteig. 23. oktober 2009

Struktur, mikrostruktur og materialer

Kapittel 10 Kjemisk binding II Molekyl struktur og hybridisering av orbitaler Repetisjon

Transkript:

Kapittel 12: Struktur og egenskaper til keramer Struktur hos keramiske materialer: Defekter Forurensninger Mekaniske egenskaper 1

Kjemisk binding i keramer Binding -- ionebinding eller kovalent. -- % ionebinding øker med differens i elektronegativitet CaF 2 : large SiC: small 2

3

Ionebinding og struktur 1. Størrelse - Stabile strukturer -maksimer antall nærmeste naboer med annen ladning. - - + - - ustabil ladningsstabilitet: -nettoladning i strukturen må være null. -generell form: AmXp - - + - - stabil - - + - - stabil CaF2: Ca 2+ kation + F - anion F - 4 m, p bestemt av ladningsstabilitet

Koordinasjon # og ioneradier Koordinasjon # øker med r kation r anion r kation r anion < 0.155 Koord. # 2 lineær ZnS (sinkblende) 0.155-0.225 0.225-0.414 3 4 triangulær T D. NaCl (natriumklorid) 0.414-0.732 0.732-1.0 6 8 O H kubisk CsCl (cesiumklorid) 5

Størrelsen av kationets plass Bestem minimum r kation /r anion for O H plass (C.N. = 6) 2r anion + 2r cation = 2a a = 2r anion 2r anion + 2r cation = 2 2r anion r anion + r cation = 2r anion r cation = ( 2-1)r anion 6 rcation = 0. 414 r anion

Steinsaltstruktur NaCl-struktur r Na = 0.102 nm r Cl = 0.181 nm r Na /r Cl = 0.564 kationer foretrekker O H hull 7

MgO og FeO NaCl struktur O 2- Mg 2+ r O = 0.140 nm r Mg = 0.072 nm r Mg /r O = 0.514 kationer foretrekker O H hull 8

Cesiumkloridstruktur r Cl 0.170 0.181 Cs = = r 0.939 Kubiske hull foretrukket Hver Cs + har 8 Cl - naboer 9

Sinkblendestruktur r Zn r O 2+ 2- = 0.074 0.140 = 0.529 Þ O H?? Størrelse indikerer Zn 2+ i O H hull, Observasjoner viser på Zn 2+ i T D hull Hvorfor Zn 2+ i T D? hybridisering av binding Zn favoriserer T D hull Hver Zn 2+ har 4 nabo O 2-10 Ex: ZnO, ZnS, SiC

Fluorittstruktur Kalsiumfluoritt (CaF 2 ) Kationer i kubiske hull UO 2, ThO 2, ZrO 2, CeO 2 Antifluoritt struktur kationer og anioner omvendt 11

Perovskittstruktur Ex: kompleks oksid BaTiO 3 12

Keramiske krystallstrukturer Oksidstrukturer Oksygen anioner mye større enn metalliske kationer Tettpakket oksygen i et gitter (normalt FCC) Kationer i hulrom i oksygengitteret 13

Silikatkeramer Si og O vanligste element på jorden Oppbygget fra SiO 4 4- -tetraedre Si 4+ O 2- kristobalitt Sterk O-binding resulterer i sterke materialer med høy smeltepunkt 14

Silikatglass Amorf struktur SiO 4-4 baseenhet Nettverksdannere B 2 O 3, Nettverksmodifiserere Na 2 O, CaO 15

Silikater Kombinere SiO 4 4- tetraedre ved å dele hjørner, kanter eller sider Kationer som Ca 2+, Mg 2+, & Al 3+ nøytraliserer og gir ionebinding Mg 2 SiO 4 Ca 2 MgSi 2 O 7 16

Sjiktede silikater Sjiktede silikater (leirer) SiO 4 tetraedre bindet sammen til 2-D sjikt (Si 2 O 5 ) 2- Trenger kationer for å balansere ladning = Adapted from Fig. 12.13, Callister 7e. 17

Sjiktede silikater Kaolinitt leire vekselvis (Si 2 O 5 ) 2- sjikt med Al 2 (OH) 4 2+ sjikt 18 Sjikt bundet sammen av svake van der Waal s bindinger

Karbon Carbon black amorf overflateareal ca. 1000 m 2 /g Diamant Tetraedrisk karbon hard ingen gode glidelan Sprø Store diamanter smykke Små diamanter Ofte kunstig laget bruk I verktøy for skjæring og polering Diamantfilmer Hard overflate verktøy, medisinske detaljer, etc. 19

Karbon - Grafitt Sjiktet struktur aromatiske sjikt 20 Svake van der Waal s bindinger mellom sjikt Sjikt glir lett, gode smøremidler

Karbon fullerener og nanorør Fullerener or karbon nanorør Bøy grafittsjikt til ball eller rør Buckminister fullerener Fotball C 60 - også C 70 + andre 21

Defekter i keramiske strukturer Frenkel defekt -- et kation er ute av plass. Shottky defekt -- ett par av kation- og anionvakanser. Shottky defekt: Frenkel defekt konsentrasjon av defekter ved likevekt ~ e - Q D / kt 22

Forurensninger Forurensinger må tilfredsstille ladningsnøytralitet Ex: NaCl Na + Cl - Substitusjonell kationforurensning kation vakans Ca 2+ Na + Na + initial geometri Ca 2+ Ca 2+ forurensning resulterende geometri Substitusjonell anionforurensning O 2- anion vakans Cl - Cl - 23 initial geometri O 2- forurensning resulterende geometri

Keramiske fasediagrammer MgO-Al 2 O 3 diagram: Spinel 24

Mekaniske egenskaper Keramer sprøere enn metaller. Mekanisme for deformasjon Glidning langs glideplan Mest sprøbrudd I ionestrukturer er gliding vanskelig Mye energi trengs for å flytte et anion forbi et annet anion Bruddseighet K 1C = Ys c pa 25

Mekaniske egenskaper Beror på materialfeil som lokalt forhøyer spenning Porer, korngrenser, mikrosprekk. Spekter av egenskaper. 26

Brudd Kimdanning Akselerasjon Høy hastighet Forgrening 27

Elastisitetsmodul 28 Oppførsel ved rom-t normalt elastisk, sprøbrudd. 3-Punkts bøyetesting normalt. --Strekktesting vanskelig for sprøe materialer. Tverrsnitt b rect. d R circ. Bestemning av E-modul: F x F helning= d d Lineær - elastisk oppførsel F L/2 L/2 E = F d L 3 rekt. tverrsnitt 4bd 3 = F d δ = midtpunkt nedbøying L 3 12pR 4 sirk. tverrsnitt

Styrke 3-punkts bøyetesting. Tverrsnitt b rect. d R circ. F L/2 L/2 max spenning d = midtpunkt nedbøying 29 Bøyefasthet: F f s fs = F x d fs 1.5F f L = F f L bd 2 pr 3 rekt. d Material Typiske verdier: Si-nitrid SiC Al-oksid glass (soda) 250-1000 100-820 275-700 69 Data from Table 12.5, Callister 7e. sfs(mpa) E(GPa) 304 345 393 69

Mekaniske egenskaper Styrke og modul høyere for krystallinske keramer enn for glass 30