Rozwój nauki o materiałach i inżynierii materiałowej ma szczególny udział we współczesnym postępie techniki. Oparty na wiedzy ukształtowanej przez fizykę i chemię ciała stałego stwarza możliwości racjonalnego odbioru materiałów znanych lub projektowania nowych, w zależności od prognozowanej funkcji, jaką mają one spełniać w danej maszynie, urządzeniu lub konstrukcji.

Obecny stan techniki wymaga, aby wyniki badań naukowych były wdrażane do praktyki przemysłowej w możliwie najkrótszym czasie. Ponadto zwiększa się nieustannie znaczenie nauki o materiałach inżynierii materiałowej, z uwagi na różnorodność funkcji, które spełniają współczesne materiały inżynierskie: metale, ceramiki, polimery, szkła oraz kompozyty, Niezbędne jest więc współdziałanie specjalistów wielu dziedzin w zakresie wytwarzania i użytkowania materiałów, co jednocześnie wymaga od nich wiedzy wspólnej tym obszarom.

Spełnienie takich potrzeb jest możliwe dzięki przekazaniu elementarnych wiadomości z zakresu fizyki, chemii i mechaniki ciała stałego, a zwłaszcza dotyczących struktury elektronowej i krystalicznej materiałów, przejścia materiałów ze stanu ciekłego w krystaliczny, zmiany struktury i mikrostruktury materiałów w stanie stałym oraz określenia reakcji materiałów na bodźce zewnętrzne (temperatura, naprężenie, pole elektryczne, magnetyczne itd.).

Zakres wiedzy przedstawiony w podręczniku poparty wieloletnimi wykładami autorów dla studentów kierunków mechanika i budowa maszyn oraz inżynieria materiałowa. Ogranicza się do prostego i poglądowego sposobu omówienia podstawowych zagadnień, niezbędnych do zrozumienia wzajemnych relacji pomiędzy budową, metodami wytwarzania i przetwarzania materiałów inżynierskich a ich właściwościami. Zwrócono uwagę na stosowanie poprawnej terminologii i definicji. Ze względu na obszerną treść powzięto próbę ujęcia jej w trzech odrębnych podręcznikach: „Struktura ciał stałych”, „Fizykochemia przemian fazowych” oraz „Właściwości ciał stałych”.

Podręczniki mogą być także użyteczne dla słuchaczy studiów doktoranckich i podyplomowych, a także dla inżynierów praktyków.

Spis treści

WPROWADZENIE

Stale materiałowe. Właściwości zespołowe, technologiczne i cechy materiałów. Izotropia i anizotropia ciał stałych. Właściwości kompozytów.

1. OBCIĄŻENIA MECHANICZNE – REAKCJE CIAŁ STAŁYCH

   1. Wprowadzenie

Obciążenie mechaniczne. Naprężenie. Stan naprężenia. Odkształcenie stan odkształcenia. Pękanie materiałów.

2. Odkształcenie sprężyste

Prawo Hooke'a. Uogólnione prawo Hooke'a. Stałe sprężystości. Zjawiska niesprężystości

3. Odkształcenie plastyczne metali na zimno

Charakterystyka ogólna. Poślizg i bliźniakowanie w monokryształach. Generowanie dyslokacji. Hamowanie ruchu dyslokacji. Odkształcenie ciał polikrystalicznych. Umocnienie odkształceniowe.

4. Odkształcenie plastyczne metali na gorąco

Procesy towarzyszące przeróbce plastycznej na gorąco. Pełzanie. Pełzanie wysokotemperaturowe. Pełzanie dyfuzyjne. Nadplastyczność.

5. Pękanie metali

Rodzaje pękania. Pękanie kruche. Zarodkowanie i propagacja pęknięć. Pękanie podczas pełzania. Pękanie zmęczeniowe.

6. Odkształcenie i pękanie materiałów ceramicznych

Odkształcenie monokryształów. Odkształcenie polikryształów. Statystyczne aspekty wytrzymałości materiałów ceramicznych

7. Odkształcenie polimerów

Odkształcenie sprężyste i elastyczne. Odkształcenie lepkosprężyste i lepkościowe.

2. REAKCJE MATERIAŁÓW NA BODŹCE CIEPLNE

   1. Wprowadzenie

Temperatura. Charakterystyki cieplne ciał stałych.

2. Dynamika sieci krystalicznej

Drgania w kryształach. Kwantowe teorie ciepła właściwego. Rozszerzalność cieplna. Przewodzenie ciepła.

3. Naprężenia wewnętrzne w materiałach

Naprężenia cieplne pierwszego rodzaju. Naprężenia cieplne drugiego rodzaju. Sposoby zwiększania odporności na nagłe zmiany temperatury.

4. Nagrzewanie metali odkształconych plastycznie na zimno – mikrostruktura i właściwości

Uwalnianie zmagazynowanej energii odkształcenia. Zdrowienie. Rekrystalizacja. Rozrost ziarn.

3. REAKCJE MATERIAŁÓW NA POLE ELEKTRYCZNE

   1. Wprowadzenie

Pojęcia podstawowe. Klasyfikacja materiałów ze względu na właściwości elektryczne

2. Przepływ prądu elektrycznego

Przewodnictwo elektronowe metali. Konduktywność półprzewodników. Prądy jonowe w ciałach stałych. Nadprzewodnictwo. Polarny w kryształach jonowych i polimerach

3. Dielektryki w polu elektrycznym

Polaryzacja elektryczna. Ferroelektryki. Przebicie elektryczne.

4. ZJAWISKA MAGNETYCZNE W CIAŁACH STAŁYCH

   1. Wprowadzenie

Istota zjawisk magnetycznych. Charakterystyki magnetyczne materiałów.

2. Magnetyczne właściwości metali

Magnetyczne właściwości gazu elektronowego. Metale dia- i paramagnetyczne. Uporządkowanie magnetyczne. Struktura domenowa. Histereza magnetyczna. Magnetostrykcja. Magnetyki amorfizczyne i nanokrystaliczne

3. Magnetyczne właściwości materiałów ceramicznych

Antyferromagnetyzm i ferromagnetyzm. Ferryty.

4. Zjawiska galwanomagnetyczne i magnetokaloryczne

Zjawiska galwanomagnetyczne. Zjawisko magnetokaloryczne.

5. WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE CIAŁ STAŁYCH

   1. Wprowadzenie

Natura światła. Optyczne stałe materiałowe.

2. Załamanie i odbicie światła

Dwójłomność kryształów optycznie anizotropowych. Anizotropia wymuszona. Zjawiska akusto- i elektrooptyczne. Odbicie światła.

3. Absorpcja fotonów i zjawiska towarzyszące

Wrażenie barwy. Luminescencja. Fotoelektryczność