Home - Rasfoiesc.com
Educatie Sanatate Inginerie Business Familie Hobby Legal
Doar rabdarea si perseverenta in invatare aduce rezultate bune. stiinta, numere naturale, teoreme, multimi, calcule, ecuatii, sisteme


Biologie Chimie Didactica Fizica Geografie Informatica
Istorie Literatura Matematica Psihologie

Fizica


Index » educatie » Fizica
Microstructura aliajelor


Microstructura aliajelor




Microstructura aliajelor

1. Notiuni de baza

In sens clasic, aliajul este materialul metalic obtinut prin topirea a doua sau mai multe substante, preponderent fiind un metal. Aceasta notiune s-a extins si asupra materialelor ceramice si a polimerilor organici. In sens largit, aliajul este materialul care contine doua sau mai multe specii de atomi, ioni sau molecule, in scopul obtinerii unor proprietati diferite de cele ale componentilor.

Componentii sunt substantele care alcatuiesc aliajul. La metale sunt elemente chimice pure sau compusi intermediari stabili in intervalul de temperatura considerat. In cazul ceramicelor sunt compusi chimici, iar la polimeri sunt molecule.




Sistemul de aliaje reprezinta totalitatea aliajelor, pe care le formeaza aceeasi componenti in proportii diferite.

Din punct de vedere al numarului k de componenti, sistemele de aliaje sunt:

-          k=1, monocomponente: metalul pur Cu, alumina Al2O3 etc;

-          k=2, binare: sistemul Fe-C pentru oteluri si fonte; sistemul Cu-Zn pentru alame; sistemul Al2O3 SiO2 la ceramice;

-          k=3, ternare: sistemul Fe-C-Cr la otelurile aliate; Cu-Sn-Pb la bronzurile cu Pb;

-          k>3, polinare: sistemul Fe-C-Cr-Ni la otelurile inoxidabile austenitice.

Macroscopic, aliajele sunt materiale omogene. Din punct de vedere chimic, aliajele sunt sisteme eterogene care contin mai multe specii de atomi.

Din punct de vedere microscopic, aliajele policristaline sunt alcatuite din graunti cristalini, iar cele semicristaline din graunti cristalini intr-o masa amorfa. Aliajele complet amorfe nu prezinta in general microstructura. Microstructura reprezinta totalitatea grauntilor cristalini si a particulelor, care se evidentiaza prin microscopie optica sau electronica. Constituentii structurali sunt grauntii cristalini si particulele de natura distincta din microstructura aliajului. Microscopic, aliajele sunt omogene, daca contin un singur constituent structural, respectiv eterogene, daca contin mai multi constituenti. Constituentii structurali pot fi alcatuiti din una sau mai multe faze, fiecare faza avand unul sau mai multi componenti.

Faza este o parte din aliaj, limitata de o suprafata de separatie, care are compozitia chimica, aranjamentul atomic si proprietatile fixate. Pentru sistemele in echilibru, fiecare faza are o compozitie chimica determinata, omogena in intreg volumul. Pentru sistemele in afara de echilibru, compozitia poate varia in functie de timp si microvolumul considerat.

Din punct de vedere al numarului de faze j, sistemele de aliaje sunt:

-          j =1, monofazice: metalul pur in stare solida sau lichida, aliajele sub forma de solutie lichida sau solutie solida;

-          j =2, bifazice: in timpul cristalizarii metalului pur coexista metalul in stare lichida si solida;

-          j =3, trifazice: in timpul unei reactii eutectice binare L E (A+B), lichidul este in echilibru cu un eutectic (notat E), alcatuit din alte doua faze solide A si B;

-          j >3, polifazice: in timpul reactiei eutectice ternare L E (A+B+C).

Cele mai cunoscute aliaje metalice bifazice sunt otelurile carbon, care la temperatura ambianta sunt alcatuite din doua faze: solutia solida de C in Feα, plastica si ductila, numita ferita si carbura de fier Fe3C dura si fragila, numita cementita. Aliajul cu 0,8%C are structura alcatuita din amestecul dispers de ferita si cementita, numit perlita. Este un otel de inalta rezistenta, de exemplu, folosit pentru cablurile de tractiune ale cabinei telefericului.

In domeniul ceramicelor, aliajele de tip Sialon, (constituite din elementele Si, Al, O, N), au componenti compusii Si3N4 si Al2O3. Sunt materiale destinate sa inlocuiasca aliajele metalice la temperaturi ridicate.

Aliajele din polimeri se numesc copolimeri. Domeniul copolimerilor este relativ nou si in dezvoltare. Astfel, polistirenul de inalta rezistenta la soc mecanic este un aliaj care contine particule disperse de cauciuc in masa de polistiren.

2 Microstructura aliajelor metalice

In aliajele metalice se intalnesc patru tipuri de constituenti structurali:

-          monofazici (j =1): metalul pur, solutia solida si compusul intermediar;

-          polifazici (j 2): amestecul sau agregatul mecanic.


Fig. 1 Metalul pur A: a. curba de racire;

b. microstructura

2.1 Metalul pur

Metalul pur apare in aliaje, atunci cand componentii nu se dizolva reciproc si nu reactioneaza chimic. De exemplu, plumbul se gaseste in stare pura in oteluri si in aliajele pe baza de cupru. Principalele caracteristici ale metalului pur sunt:

- constituent monofazic, omogen chimic;

- cristalizeaza la temperatura constanta, specifica fiecarui metal (fig. 1a);

- microstructura este alcatuita din graunti cristalini alotriomorfi, cu structura cristalina specifica (fig. 1b);

- la temperatura ambianta este in stare solida, exceptie mercurul, care se solidifica la 39C.

- luciu metalic si opacitate;

- conductibiliitate electrica si termica, determinata de structura benzilor de energie. Cele mai conductive sunt: Ag, Cu, Au, Al;

- rezistenta la coroziune: Au, Ag, Pt, Cr, Ni, Al, Si, Sn, Pb etc.

- stabilitate la temperaturi ridicate; temperatura de topire pentru W este 3410oC, iar pentru Mo de 2600 oC;

- rezistenta mecanica si duritatea mai scazute, plasicitatea mai ridicata decat a constituentilor structurali avand metalul respectiv component. Cele mai plastice si cu cea mai redusa rezistenta la deformare sunt metalele cu structura cristalina cubica cu fete centrate (CFC): Au, Ag, Cu, Al, Pb etc.

2.2 Solutia solida

Solutia solida este un amestec la scara atomica a doi sau mai multi componenti. Se formeaza in conditiile solubilitatii componentilor in stare solida, atunci cand fortele de atractie dintre atomii de acelasi tip si cele dintre atomii de specii diferite sunt de acelasi ordin de marime. La solidificare, atomii de specii diferite nu se separa din solutia lichida, formandu-se graunti cristalini de solutie solida.

Principalele caracteristici ale solutiei solide sunt:

- constituent monofazic, heterogen chimic;

- exista intr-un interval de concentratii;

- cristalizeaza intr-un interval de temperatura (fig. 2a);

- microstructura este formata din graunti cristalini alotriomorfi, asemanatoare cu a metalului pur (fig. 2b);

- are structura cristalina a metalului pur solvent;


Fig. 2 Solutia solida α:

a. curba de racire; b. microstructura

- proprietatile sunt apropiate de a metalului solvent. Sub actiunea atomilor dizolvati, reteaua cristalina a solventului este deformata elastic, astfel incat solutia solida este mai rezistiva termic si electric, mai dura, mai rezistenta, si mai putin plastica decat metalul pur solvent.





Exista o varietate de solutii solide, care se diferentiaza prin mecanismul de formare, solubilitatea componentilor, ordonarea solutului, natura solventului, compactitatea structurii cristaline.

1. Dupa mecanismul de formare:

- solutii solide de substitutie, care se formeaza prin inlocuirea unor atomi ai solventului cu atomi dizolvati. Apar in sistemele de aliaje cu componenti metalici la care diferenta intre razele atomice ale componentilor este sub 15%. De exemplu, sistemele: Fe-Mn, Fe-Cr, Fe-Al, Cu-Zn, Cu-Sn etc.

Se exemplifica pentru sistemul binar de aliaje format din componentii A si B. In figura 3a se prezinta reteaua cristalina a solventului A si in figura 3b cea a solutiei solide de substitutie a=A (B). In general, solutiile solide se noteaza cu literele grecesti a, b, g, d, e, h etc., iar detaliat, indicand solventul A urmat de solutul B intre paranteze.

- solutii solide interstitiale (sau de patrundere), care se formeaza prin distribuirea atomilor dizolvati in interstitiile retelei cristaline a solventului (fig. 3c). Apar la sistemele de aliaje cu componenti metal - metaloid cu raza atomica mica (C, N, B, H), cum sunt : Fe-C, Fe-B, Fe-N etc.

Fig. 4 Fluctuatii de concentratie in solutii solide dezordonate

Formarea solutiilor solide este insotita de variatii de volum specific. Formarea solutiilor solide interstitiale si a solutiilor solide de substitutie, la care raza atomilor dizolvati este mai mare decat raza atomica a solventului, este insotita de cresterea volumului specific. La solutiile solide de substitutie, cu raza atomilor dizolvati mai mica decat a solventului, are loc o scadere de volum specific.

a. b. c.

Fig. 3 Mecanismul de formare a solutiilor solide;

a. solventul A; b. solutia solida de substitutie α=A(B);

c. solutia solida interstitiala. β=A(C)

2. Dupa solubilitatea componentilor:

- solutii solide nelimitate, cand componentii se dizolva in orice proportii. Sunt solutii solide de substitutie, la care componentii indeplinesc urmatoarele conditii:

                  izomorfismul retelelor cristaline;

                  factorul geometric, care limiteaza diferenta intre razele atomice la max. 9% pentru aliajele pe baza de Fe si la 1415% pentru aliajele pe baza de Cu;

                  factorul electrochimic, prin care componentii trebuie sa aiba caracter electrochimic apropiat, pentru a se evita formarea compusilor intermetalici;

                  factorul de concentratie electronica, care limiteaza concentratia electronica ce pentru a se evita formarea compusilor electronici, unde ce = nev / na, cu nev - numarul electronilor de valenta si na - numarul atomilor. In functie de reteaua cristalina a solventului, concentratia electronica este limitata sub 1,4 pentru CFC; 3/2 pentru CVC; 21/13 pentru cubic complex; 7/4 pentru HC.

Exista un numar relativ mic de sisteme care respecta aceste conditii, cum sunt: Cu-Au; Au-Ag; Ni-Cu; Fe-Co; Fe-Cr etc.

- solutii solide limitate, cand componentii se dizolva in anumite proportii. Sunt solutiile solide interstitiale si majoritatea celor de substitutie.

3. Dupa gradul de ordonare a atomilor dizolvati:

- solutii solide dezordonate, care se caracterizeaza prin dispunerea intamplatoare a atomilor dizolvati in reteaua solventului. Sunt solutiile solide interstitiale si majoritatea celor de substitutie.

In aceste solutii solide, exista fluctuatii de concentratie, care favorizeaza germinarea de noi faze de compozitie chimica diferita. Fluctuatiile de concentratie sunt abateri, in volume foarte mici, de la compozitia chimica medie. Daca x este concentratia medie in elementul B dizolvat (fig. 4), probabilitatea, p, de existenta unui microvolum cu abatere de la concentratia medie, x, este cu atat mai mica cu cat abaterea de la concentratia medie este mai mare.

Fig. 5 Celula cristalina a solutiei solide ordonate Cu3Au.

- solutii solide ordonate, care se caracterizeaza prin dispunerea atomilor dizolvati pe pozitii determinate in reteaua solventului. Se formeaza prin racirea lenta sub o temperatura de ordonare a unor solutii solide de substitutie dezordonate. Apar in sistemele Cu-Au, Cu-Zn, Cu-Al, Fe-Al, Fe-Si, Ni-Mn etc. In figura 5 se prezinta celula cristalina pentru solutia solida ordonata Cu3Au. In cadrul structurii CFC, atomii de Au ocupa colturile celulei, iar atomii de Cu centreaza fetele. Se observa ca exista un raport determinat intre atomi Cu /Au = (6/2)/(8/8), care poate fi exprimat prin formula Cu3Au.

Prin ordonarea solutiei solide scade plasticitatea, creste rezistenta mecanica, se modifica proprietatile electrice si uneori cele magnetice. Solutia solida ordonata are proprietati intermediare intre solutia solida dezordonata si compusul electrochimic.

4. Dupa natura solventului:

- solutii solide pe baza unui element chimic pur - A(B);

- solutii solide pe baza unui compus intermetalic - AmBn(A).

De exemplu, la sistemul de aliaje Al-Cu apare compusul Al2Cu, care prin dizolvare de Cu sau Al se prezinta sub forma solutiei solide q = Al2Cu (Cu sau Al).

5. Dupa compactitatea structurii cristaline:

- solutii solide complete, la care nodurile retelei cristaline sunt ocupate de atomi;

- solutii solide incomplete, cu locuri vacante.

Pot apare atunci cand solventul este un compus intermetalic. Astfel, s-a constatat ca la formarea solutiei solide pe baza compusului AlCo, se produce o reducere de volum specific, fie ca se dizolva Al, fie Co. Stiind ca raza atomica pentru Al este 0,14nm, iar pentru Co este 0,12nm, rezulta ca dizolvarea de Co (prin substitutia atomilor de Al) conduce la o solutie solida completa, in timp ce dizolvarea de Al determina o solutie solida incompleta, cu deficit de atomi de Co.

In sistemul aliajelor Fe-C, solutiile solide care se formeaza sunt: ferita a, austenita si ferita δ - solutii solide interstitiale de C pe baza de Fea, respectiv Feg si Feδ.




2.3 Compusul intermediar

Compusul intermediar se formeaza in conditiile reactivitatii chimice a componentilor, cand fortele de atractie intre atomii de specii diferite sunt mai mari decat intre atomii de aceeasi specie. Daca componentii sunt metalici, compusul se numeste intermetalic. Principalele caracteristici ale compusului intermediar sunt:

- constituent monofazic, eterogen chimic;

- asezare ordonata a atomilor si raport determinat intre atomii componenti, exprimat prin formula de tip AmBn;

- legatura interatomica ionica, covalenta, metalica sau mixta;

- cristalizeaza la temperatura constanta, specifica compusului (figura 6a);

- microstructura alcatuita din graunti cristalini omogeni, cu forme tipice: poliedrice (fig. 6b), sferice, aciculare, in retea;

- structura cristalina specifica, in general complexa, diferita de a componentilor (fig. 6c);

Fig. 6 Compusul intermetalic AmBn:

a. curba de racire; b. microstructura; c. celula cristalina a compusului intermetalic MgCu2


- proprietati singulare, impredictibile din proprietatile componentilor. In general sunt duri, fragili, rezistenti la coroziune.

Compusii intermediari se diferentiaza dupa modul in care se respecta legile valentei, dupa domeniul de concentratii, stabilitatea termica, factorul determinant la formare.

1. Dupa respectarea legilor valentei:

- compusi de valenta normala, ca de exemplu, compusii electrochimici;

- compusi care nu respecta legile valentei, cum sunt compusii electronici.

2. Dupa domeniul de concentratii in care exista:

- daltonide, compusi care se formeaza la o concentratie determinata a componentilor. De exemplu, cementita Fe3C are concentratia 6,67%C.

- bertholide, compusi care exista intr-un interval de concentratii, ca solutie solida pe baza compusului. De exemplu, compusul Al2Cu exista in intervalul de concentratii 53,25-53,9% de masa Cu.

3. Dupa stabilitatea termica:

- compusi cu topire congruenta, stabili pana la atingerea temperaturii de topire;

- compusi cu topire incongruenta, care se descompun inainte de a-si atinge temperatura de topire.

4. Dupa factorul determinant la formare:

- compusi electrochimici, la care factorul determinant este factorul electrochimic. Sunt compusi de valenta normala, cu legatura interatomica ionica, covalenta sau mixta, structuri cristaline complexe (de tip NaCl, CaF2, ZnS, NiAs etc), duri si fragili. Exemple: MgCu2, Mg2Si, Mg2Sb, Mg2Pb, Fe3C, AlN, Mn3C, CuSn etc.

- compusi geometrici, la care factorul determinant este factorul geometric. Sunt compusii interstitiali, fazele Laves, fazele s etc.

Compusii interstitiali se formeaza intre metalele de tranzitie si metaloizii de raza atomica mica (C, N, B, H), care respecta conditia geometrica r / R = 0,42-0,59, la depasirea limitei de solubilitate a metaloidului in metal. S-a notat cu r - raza atomului de metaloid si cu R - raza atomului metalic.

Sunt compusi cu legatura interatomica metalica si componenta covalenta, ceea ce determina caracterul metalic al acestora. Au retele cristaline compacte, specifice metalelor (CFC, CVC, HC). Se prezinta ca solutii solide incomplete cu exces de metal sau metaloid. Domeniul de concentratii este centrat pe compozitii care corespund formulelor: M4X, M2X, MX, MX2, unde M simbolizeaza metalul si X-metaloidul. De exemplu: Fe4N, Fe2N, Fe2B, FeB, W2C, WC, W2N, WN, Mo2C, TiC, TiN, ZrH2 etc.

Sunt compusi duri si termorezistenti. Astfel, carbura de titan TiC are duritatea Vickers 32000 N/mm2, iar temperatura de topire de 3250oC.

- compusii electronici au factorul determinant concentratia electronica ce = nev / na , unde nev reprezinta numarul electronilor de valenta si na-numarul de atomi din compus.

Se formeaza intre metale din grupele I si II:

I - metale cu valenta 0 sau 1: Cu, Ag, Au, Li, Na, Mn, Fe, Co, Ni, Pt, Pd.

II - metale cu valenta 2, 3 sau 4: Be, Mg, Zn, Cd, Sn, Si, Al.

Intre fiecare pereche de elemente se formeaza trei compusi electronici:

- faza b, care cristalizeaza intr-o structura CVC, cu ce=3/2. Exemple: CuZn, Cu5Sn;

- faza g, care cristalizeaza intr-o structura cubica complexa cu 52 de atomi in celula elementara, are ce=21/13. Exemple: Cu5Zn8, Cu31Sn8;

- faza e, care cristalizeaza intr-o structura HC, cu ce=7/4. Exemple: CuZn3, Cu3Sn.

Acesti compusi au legatura interatomica cu caracter metalic. Faza b este maleabila, fazele g si e sunt fragile. Exista intr-un interval de concentratii, ca solutii solide pe baza compusului respectiv. Prezinta ordonarea solutiei solide sub o anumita temperatura de ordonare, cu efect de crestere a duritatii si de scadere a plasticitatii.

2.4 Amestecul mechanic

Amestecul mecanic se formeaza intre componenti insolubili sau partiali solubili in stare solida. Fortele de atractie dintre atomii de aceeasi specie sunt mai mari decat fortele de atractie dintre atomii de specii diferite. La solidificare, atomii de acelasi fel se separa, formand amestecul unor faze distincte. Caracteristici:

- constituent polifazic, eterogen chimic;

- microstructura contine graunti cristalini, alcatuiti din amestecul a doua sau mai multe faze (fig. 7a si b);

- cristalizeaza la temperatura constanta (fig. 7c);

- proprietatile sunt intermediare fazelor componente si depind de natura, proportia si gradul de dispersie al fazelor.

Dupa natura lor, fazele componente pot fi: metale pure, solutii solide, compusi intermediari.

Amestecurile mecanice se diferentiaza dupa provenienta si morfologie.

1.      Dupa provenienta amestecurile mecanice sunt:

- eutectice, care provin dintr-o faza lichida, in urma reactiei eutectice: LE (A+B), unde E este simbolul eutecticului;

- eutectoide, care provin dintr-o faza solida, in urma reactiei eutectoide: ae (A+B), unde e este simbolul eutectoidului.

2. Dupa morfologie sunt amestecurile mecanice:

- lamelare, cu grauntii alcatuiti din pachete de placi alternative ale fazelor componente (fig. 7b); gradul de dispersie al amestecului mecanic, notat a-1, se defineste ca valoarea inversa a grosimii medii a unui pachet de lamele vecine;

- globulare, cu graunti rezultati din amestecul globulelor unei faze in matricea celeilalte faze (fig. 7c).

L

 

E(A+B)

 




Fig. 7 Amestecul mecanic eutectic E (A+B):

a. curba de racire; b. morfologie lamelara c. globulara

Amestecurile mecanice eutectoide au un grad de dispersie superior celor eutectice, fiind mai rezistente, dure si ductile. Morfologia globulara asigura duritatea si rezistenta mai reduse, respectiv, plasticitatea superioara amestecurilor mecanice lamelare.

La aliajele Fe-C se intalnesc urmatoarele amestecuri mecanice: eutectoidul perlita, alcatuit din ferita a si cementita si eutecticul ledeburita, alcatuit din perlita si cementita.

Tinand seama de proprietatile constituentilor structurali, se poate trage concluzia ca, proprietatile aliajelor metalice sunt determinate de urmatorii constituenti structurali:

-          conductibilitatea termica si electrica: metalul pur;

-          plasticitatea: metalul pur, solutia solida si amestecul mecanic globular;

-          duritatea: compusul intermediar si amestecurile mecanice lamelare;

-          rezistenta: amestecurile mecanice eutectoide lamelare.

In figura 8 se prezinta aspectul microstructural al unor constituenti structurali din aliaje feroase si neferoase.

Fig. 8 Microstructura aliajelor metalice: a. metalul pur - Cu electrolitic 99,99% deformat la rece si recristalizat, atac clorura ferica, 400x; b. solutia solida - austenita in otelul inoxidabil cu 18%Cr si 8%Ni, atac electrolitic in solutie 50%HNO3, 200x; c. compusul intermetalic poliedric SnSb si eutectic in aliajul tipografic PbSn5Sb12, atac nital 2%, 200x; d. compusul intermetalic - Fe3CI si eutecticul - ledeburita in fonta alba cu 5%C, atac nital 2%, 200x; e. eutectoidul lamelar - perlita in otelul cu 0,8%C recopt, atac nital 2%, 400x; f). eutectoidul globular - perlita din otelul cu 0,8%C globulizat, atac nital 2%, 400x.

3 Microstructura aliajelor ceramice

In aliajele ceramice sunt prezenti constituenti structurali cristalini asemanatori cu ai aliajelor metalice: compusi chimici, solutii solide, compusi intermediari si amestecuri mecanice, uneori si faze vitroase.

Compusii chimici sunt componentii si totodata constituentii structurali cei mai frecvent intalniti in aliajele ceramice.

Se formeaza aceleasi tipuri de solutii solide ca si la metale, dar cu structura mai complexa. Astfel, sistemele Al2O3-Cr2O3, NiO-MgO formeaza solutii solide nelimitate. Rubinul folosit in constructia laserilor este un aliaj monocristalin de safir, Al2O3, cu 0,05% Cr2O3. Structura este monofazica de tip solutie solida de ioni de Cr3+ dizolvati in cristalul de safir. Prezenta ionilor de crom da culoarea rosie a rubinului.

Compusii intermediari apar adesea in materialele ceramice. De exemplu, in cadrul sistemului MgO SiO2 se formeaza compusii ternari 2MgOSiO2 si MgOSiO2.

La materialele ceramice apar de asemenea amestecurile mecanice eutectice ale compusilor, ca de exemplu in sistemul silice SiO2 - alumina Al2O3.

Un mare numar de ceramice, cu punct de topire ridicat (Al2O3, MgO, SiC, Si3N4), se pun in forma prin sinterizare. Aceasta metoda consta din formarea unui precomprimat din pulberi presate, incalzit la temperaturi ridicate, pentru formarea unui agregat policristalin prin difuzie in stare solida.

Microstructura materialelor obtinute prin sinterizare depinde de granulatia pulberilor si regimul de tratament termic. Spre deosebire de materialele compacte rezultate prin topire, in microstructura materialelor sinterizate apar si pori (fig. 9). Porozitatea variaza in limite largi, de la porii de dimensiuni mici sau de dimensiunea grauntilor, la porozitatea deschisa caracterizata prin capilare interconectate, care se extind in tot volumul materialului.


In materialele ceramice pot apare alaturi de grauntii cristalini si faze vitroase. In figura 10 se exemplifica microstructura unui portelan tehnic.

4 Microstructura polimerilor

4.1 Microstructura polimerilor puri semicristalini

Asa cum s-a vazut, polimerii puri semicristalini, rezultati prin cristalizare din stare lichida, au microstructura similara materialului policristalin, fiind alcatuita din sferolite. Aceasta structura se poate evidentia prin microscopie optica prin transmisie, in lumina polarizata, cu nicoli incrucisati (fig. 11). Sunt caracteristice limita liniara dintre sferolite si crucea de Malta din interior.

Prin microscopie electro-nica se evidentiaza structura interna a sferolitei, care contine lamele cristaline dezvoltate radial dintr-un germene initial, legate intre ele prin lanturi amorfe (fig. 3.28).

4.2 Microstructura copolimerilor amorfi

Aliajele de polimeri organici copolimerii se caracterizeaza prin macromolecule, care contin 2 sau mai multe unitati structurale de compozitie chimica diferita.

Polimerii nu formeaza intre ei solutii in stare lichida si solida. In consecinta, copolimerii nu pot fi realizati prin amestecul in stare lichida a macromoleculelor cu structura chimica diferita. Cresterea solubilitatii prin incalzire este limitata de rezistenta termica redusa a materialelor organice, in general instabile peste 350C.

Aliajele pot fi realizate numai prin procedee chimice de sinteza dintr-un amestec de monomeri in proportii definite. Amestecurile de micromolecule formeaza la temperatura de sinteza, in general de 50-150C, solutii lichide omogene.

In cazul general, prin copolimerizarea in prezenta unui catalizator a monomerilor A si B, se obtine un copolimer cu formula globala AmBm:

mA + nB → AmBn

Modul de asociere a unitatilor structurale A si B in copolimer variaza in functie de natura catalizatorului reactiei. Se disting (fig. 12):

- copolimeri statistici, la care repartitia unitatilor A si B este intamplatoare;

- copolimeri grefati, unde lantul principal este format din unitati A, iar ramificatiile sunt din unitati B;

- copolimeri secventiali, cu unitatile structurale repartizate in secvente omogene. Exista copolimeri bi sau trisecventiali, alcatuiti din doua sau trei secvente omogene de unitati structurale A, respectiv B.

Copolimerii statistici nu contin secvente omogene si de aceea formeaza in stare lichida si solida o structura amorfa, fara microstructura.


Copolimerii grefati si secventiali prezinta, la scara microscopica, o grupare a secventelor omogene. Microstructura copolimerilor trisecventiali se prezinta sub forma amestecului a doua faze, A si B, fin dispersate. In functie de lungimea relativa a secventelor A si B, fazele pot fi sub forma de sfere, fibre sau lamele (fig. 13). Diametrul sferelor si fibrelor, respectiv, grosimea lamelelor, este intre 10nm si 1μm.

In figura 14 se exemplifica microstructura unui copolimer trisecvential polistiren-polibutadiena-polistiren, cu 30% (de masa) polistiren. Acesta contine o dispersie de sfere vitroase de polistiren intr-o matrice cauciucata. Este un elastomer termoplastic, care imbina proprietatile elasice ale polibutadienei cu punerea usoara in forma a polistirenului.

Text Box: Daca microstructura este constituita dintr-o dispersie de sfere din cauciuc intr-o matrice vitroasa de polistiren, se obtine polistirenul - soc. Acesta este un material termoplastic rigid cu inalta rezistenta la soc mecanic.

Fig. 7.14. Microstructura copolimerului trisecvential polistiren-polibutadiena-polistiren.

 


5 Rezumat si concluzii

5 Rezumat si concluzii

Aliajele sunt materiale, care contin doua mai multe specii de atomi, ioni sau molecule. Componentii aliajului formeaza una sau mai multe faze in aliaje.

Faza este o parte din aliaj marginita de o suprafata de separatie, cu compozitie chimica, aranjament atomic si proprietati fixate.

Constituentii structurali sunt graunti cristalini si particule, care pot fi observati prin microscopie optica sau electronica.

La aliajele metalice, un component este un metal, iar ceilalti componenti sunt elemente chimice pure sau compusi chimici stabili in intervalul de temperatura considerat. Contin constituenti structurali monofazici: metalul pur, solutia solida, compusul intermediar sau polifazici amestecul mecanic.

Constituentii structurali au aspect metalografic si proprietati caracteristice. In functie de natura si cantitatea lor, constituentii imprima aliajului diferite proprietati. Plasticitatea si tenacitatea sunt asigurate de metalul pur, solutia solida si amestecul mecanic globular. Duritatea este data de compusul intermediar si amestecurile mecanice lamelare disperse. Rezistenta este asigurata de amestecurile mecanice eutectoide disperse.

Aliajele ceramice au drept componenti compusi chimici, care in aliaj pot fi in stare pura sau pot forma solutii solide, compusi intermediari, amestecuri mecanice eutectice sau faze amorfe. Ceramicele obtinute prin sinterizare prezinta porozitate.

Polimerii cristalini, obtinuti din faza lichida, au structura policristalina alcatuita din sferolite. Copolimerii amorfi prezinta lanturi moleculare cu unitati structurale de compozitii chimice diferite. Copolimerii se obtin numai prin sinteza chimica din monomeri. Copolimerii statistici sunt amorfi, fara microstructura; cei grefati si secventiali au secventele omogene grupate in faze distincte.







Politica de confidentialitate


Copyright © 2019 - Toate drepturile rezervate

Fizica


Astronomie


Explicarea electrizarii prin influenta telescopului
RETROEMISIE DE ELECTRON
Parcursul particulelor incarcate
Cinetica reactiilor in conditii dinamice
Ecuatia de miscare a punctului material fata de un sistem de referinta. Forme de expunere
CINEMATICA SOLIDULUI RIGID
Oscilatori mecanici cuplati
MODELUL GAZULUI PERFECT
Determinarea experimentala a momentelor de inertie ecanice axiale prin metoda pendulului fizic
Bariera de potential