1 ÚVOD 1 // 1.1 Materiály a člověk 1 // 1.2 Podíl přírodních věd na materiálovém inženýrství 4 // 1.3 Materiálové inženýrství a technologie 5 // Literatura ke kapitole 1 7 // 2 STAVBA ATOMU 8 // 2.1 Struktura atomového jádra 8 // 2.2 Struktura atomového obalu 9 // 2.2.1 Kvantové stavy atomů (klasická teorie) 9 // 2.2.2 Kvantové stavy elektronů (aplikace vlnové mechaniky) 10 // 2.3 Periodická soustava prvků 17 // 2.4 Vazby mezi atomy 19 // 2.4.1 Iontová vazba 20 // 2.4.2 Kovalentní vazba 20 // 2.4.3 Vazba Van der Waalsova 22 // 2.4.4 Kovová vazba 22 // 2.4.4.1 Teorie volných elektronů v kovech 22 // 2.4.4.2 Zónová teorie pevných látek 26 // Příklady ke kapitole 2 31 // Literatura ke kapitole 2 33 // 3 STRUKTURA ATOMOVÝCH KOMPLEXŮ 34 // 3.1 Uspořádání hmoty v prostoru 34 // Uspořádáni na krátkou a dlouhou vzdálenost 34 // 3.2 Základy krystalografie 35 // 3.2.1 Konstrukce prostorové mřížky 35 // 3.2.1.1 Konstrukce lineární mřížky 36 // 3.2.1.2 Konstrukce mřížkové roviny 36 // 3.2.1.3 Konstrukce základní prostorové mřížky 37 // 3.2.2 Rovnice mřížkové přímky a roviny, Millerovy indexy 38 // 3.2.2.1 Poznámka к Millerovým indexům 42 // 3.2.2.2 Zóny rovin 43 // II // OBSAH // 3.2.2.3 Vzdálenost mezi rovinami 43 // 3.3 Krystalografické soustavy, krystalová symetrie 46 // 3.4 Uspořádání v krystalových strukturách 47 // 3.4.1 Geometrické podmínky 47 // 3.4.2 Vliv vazby mezi částicemi na uspořádání 48 // 3.4.3 Atomové poloměry 49 // 3.4.4 Uspořádání v kovových krystalech 49 // 3.4.5 Vztah mezi uspořádáním atomů a Millerovými indexy 52 // Příklady ke kapitole 3 53 // Literatura ke kapitole 3 56 // 4 PORUCHY KRYSTALICKÉ MŘÍŽKY 57 // 4.1 Bodové poruchy 57 // 4.1.1 Vlastnosti bodových poruch 58 // Bodové poruchy v nerovnovážné koncentraci 58 // 4.1.2 Migrace bodových poruch 59 //
4.2 Čárové poruchy 59 // 4.2.1 Definice dislokací 60 // 4.2.2 Vlastnosti dislokací 62 // 4.2.2.1 Napčtí v okolí dislokace 62 // 4.2.2.2 Energie dislokace 63 // 4.2.2.3 Síly působící na dislokace 63 // 4.2.3 Parciální dislokace a vrstevné chyby 66 // 4.2.4 Interakce mezi dislokacemi 68 // 4.2.5 Interakce dislokací s bodovými poruchami 69 // 4.2.6 Intersekce dislokací 69 // 4.2.7 Interakce dislokací s dispersními částicemi 71 // 4.2.8 Vznik dislokací 72 // 4.3 Plošné vady 72 // 4.3.1 Hranice subzrn (maloúhlové hranice) 73 // 4.3.2 Hranice zrn (velkoúhlové hranice) 73 // Literatura ke kapitole 4 74 // 5 ÚVOD DO TERMODYNAMIKY MATERIÁLŮ 75 // 5.1 Předmět termodynamiky // 5.2 Veličiny a jednotky v termodynamice, důležité konstanty, standardní podmínky // 5.2.1 Základní veličiny a základní jednotky // 5.2.2 Veličiny s odvozenými jednotkami // 5.2.3 Důležité konstanty // 5.2.4 Standardní podmínky 81 // 5.3 Termodynamická soustava 81 // 5.3.1 Definice a druhy termodynamických soustav 81 // 5.3.2 Složky termodynamické soustavy 82 // 5.3.3 Fáze termodynamické soustavy 82 // 5.3.3.1 Plynné fáze 83 // 5.3.3.2 Kapalné fáze 83 // 5.3.3.3 Tuhé (pevné) fáze 84 // 5.3.3.4 Existence a přeměna fázi v závislosti na teplotě a tlaku 84 // 5.3.4 Fázové pravidlo 85 // 5.4 Termodynamický stav látky 87 // 5.4.1 Stav termodynamické rovnováhy a nerovnováhy 87 // 5.4.2 Stav stabilní, metastabilní a nestabilní 87 // 5.4.3 Stavové veličiny a stavové funkce 89 // 5.5 Termodynamický děj 90 // 5.5.1 Samovolný děj, nucený děj 90 // 5.5.2 Popis samovolného děje, děj nevratný a děj vratný 91 // 5.5.3 Význam a využití vratných dějů v termodynamice 92 // 5.5.3.1 Vratný a nevratný průběh fázové přeměny(krystalizace a tavení) čistého kovu 93 //
5.5.3.2 Vratný (rovnovážný) a nevratný (nerovnovážný) průběh krystalizace a tavení tuhého roztoku // v binární soustavě 93 // 5.6 Nultá věta termodynamiky 95 // 5.7 První věta termodynamiky 96 // 5.7.1 Vnitřní energie 96 // 5.7.2 Entalpie 99 // 5.7.3 Tepelné kapacity kondenzovaných látek 100 // 5.7.3.1 Definice tepelné kapacity 100 // 5.7.3.2 Molární tepelná kapacita Cv pevných látek a její závislost na teplotě 102 // 5.7.3.2.1 Experimentálně zjištěné hodnoty 102 // 5.7.3.2.2 Výpočtové teorie 102 // 5.7.3.2.3 Další ovlivňující faktory 106 // 5.7.3.3 Molární tepelná kapacita C, pevných látek a její závislost na teplotě, vztah mezi Cp a C, 107 // 5.7.4 Termochemie 108 // 5.7.4.1 Reakční teplo při exotermických a endotermických přeměnách 108 // 5.7.4.2 Termochemické zákony 110 // 5.7.4.3 Reakční teplo fázové přeměny 111 // 5.7.4.4 Směšovací a rozpouštěcí teplo 113 // 5.7.4.5 Sluěovací teplo 114 // 5.8 Druhá věta termodynamiky 114 // 5.8.1 Teplo a práce 114 // 5.8.1.1 Tepelný stroj a tepelná účinnost 115 // 5.8.1.2 Ideální tepelný stroj, Carnotův cyklus 116 // 5.8.1.3 Obecný vratný kruhový děj, entropie 117 // 5.8.1.4 Matematická formulace druhé věty termodynamické 119 // 5.8.2 Samovolnost termodynamických dějů 120 // 5.8.2.1 Změna entropie při nevratných a vratných termodynamických dějích 120 // 5.8.2.1.1 Změna entropie při vratném přenosu tepla mezi soustavou a jejím okolím. 121 // 7.1.1 Substituční tuhé roztoky 224 // 7.1.1.1 Uspořádané substituční tuhé roztoky 224 // 7.1.1.2 Pravidla pro tvorbu substitučnich tuhých roztoku 226 // 7.1.2 Intersticiální tuhé roztoky 226 // 7.2 Intermediální fáze 227 // 7.2.1 Elektrochemické sloučeniny 227 // 7.2.2 Sloučeniny určené velikostním faktorem 228 // 7.2.3 Elektronové sloučeniny 230 //
7.3 Fáze v keramických soustavách 231 // 7.3.1 Jednosložková keramika 231 // 7.3.2 Binární keramické struktury 232 // 7.3.3 Ternární keramické systémy 233 // 7.3.4 Karbidická a nitridická keramika 234 // Literatura ke kapitole 7 234 // 8 ROVNOVÁHA FÁZÍ A ROVNOVÁŽNÉ DIAGRAMY 236 // 8.1 Úvod - souvislost rovnováhy fází // a rovnovážných diagramů s termodynamikou 236 // 8.2 Interpretace rovnovážných diagramů 237 // 8.2.1 Křivky chladnutí a tuhnutí 237 // 8.2.2 Počet stupňů volnosti soustavy 239 // 8.2.3 Určení rovnovážného chemického složení a rovnovážného množství fází koexistujících při dané teplotě 240 // 8.2.3.1 Chemické složení koexistujících rovnovážných fází 240 // 8.2.3.2 Množství koexistujících rovnovážných fází 241 // 8.2.3.3 Rovnovážné chemické složení a rovnovážné množství koexistujících rovnovážných fázi z hlediska zákona o zachování hmoty 242 // 8.2.4 Sauverovy diagramy 243 // 8.3 Základní binární rovnovážné diagramy 244 // 8.3.1 Popis základních rovnovážných diagramů 246 // 8.3.2 Fázové přeměny v základních rovnovážných diagramech při snižování teploty246 // 8.3.2.1 Diagram s úplnou rozpustností (obr. 8.8a, obr. 8.9) 247 // 8.3.2.2 Diagram s úplnou nerozpustnosti a s eutektickou přeměnou (obr. 8.8d, obr. 8.10) 247 // 8.3.2.3 Diagram s částečnou rozpustností a eutektickou přeměnou (obr. 8.8e, obr. 8. II) 249 // 8.3.2.4 Diagram s částečnou rozpustností a peritektickou přeměnou // (obr. 8.81. obr. 8.12) 251 // 8.3.3 Tvar výsledných struktur v základních rovnovážných diagramech 252 // 8.3.4 Uplatnění základních rovnovážných diagramů // u skutečných soustav 254 // 8.4 Binární rovnovážné diagramy se změnou rozpustnosti v tuhém stavu 256 // 8.4.1 Popis rovnovážných diagramů se změnou rozpustnosti 257 //
8.4.2 Fázové přeměny při klesající teplotě v diagramech se změnou rozpustnosti 257 // 8.4.2.1 Diagram s úplnou rozpuslnosti při vyšších teplotách a s jejím poklesem v tuhém stavu při nižších teplotách (obr. 8.18a, obr. 8.19) 257 // 5.4.2.2 Diagram s eutektickou přeměnou a s oboustrannou částečnou klesající rozpustností (obr. 8.18b, obr. 8.20) 258 // 8.4.2.3 Diagram s peritektickou přeměnou a s oboustranným poklesem rozpustnosti (obr. 8.18c, obr. 8.21) 260 // 8 4.2.4 Diagramy s eutektickou nebo s peritektickou přeměnou a s oboustrannou vzrůstající rozpustností (obr. 8.18d,e, obr. 8.22, obr. 8.23) 262 // 8.4.3 Tvar výsledných struktur 263 // 8.4.4 Uplatnění obecných rovnovážných diagramů se změnou rozpustnosti u skutečných soustav 264 // 8.5 Binární rovnovážné diagramy s překrystalizací 264 // 8.5.1 Popis rovnovážných diagramů s překrystalizací 266 // 8.5.2 Fázové přeměny v rovnovážných diagramech s překrystalizací 267 // 8.5.2.1 Diagram s úplnou rozpustností a s úplnou překrystalizací tuhého roztoku b na tuhý roztok a v celém koncentračním rozsahu diagramu (obr. 8.26a) 267 // 8.5.2.2 Diagram s peritektickou přeměnou a s úplnou překrystalizací tuhého roztoku у na tuhý roztok ß (obr. 8.26b) 267 // 8.5.2.3 Rovnovážný diagram s otevřenou oblastí y a s uzavřenou oblastí a (obr. 8.26c) 267 // 8.5.2.4 Rovnovážný diagram s otevřenou oblastí a a s uzavřenou oblastí у (obr. 8.26d) 268 // 8.5.2.5 Rovnovážný diagram s úplnou vzájemnou rozpustností složek v tuhém stavu při vyšších teplotách, s eutektoidní přeměnou a s částečnou oboustrannou rozpustností, která se při poklesu teploty snižuje (obr. 8.26e) 268 // 8.5.2.6 Rovnovážný diagram s eutektickou a s eutektoidní přeměnou, s částečnou rozpustností В v Aß a Aa, s úplnou nerozpustností A v В (obr. 8.26f) 270 //
8.5.3 Tvar výsledných struktur v rovnovážných diagramech s překrystalizací 272 // 8.5.4 Uplatnění rovnovážných diagramů s překrystalizací u skutečných soustav 272 // 8.6 Binární rovnovážné diagramy s intermediární fází 273 // 8.6.1 Rovnovážné diagramy s intermediární fází kongruentního typu 273 // 8.6.1.1 Rovnovážný diagram s intermediární fází s neproměnným složením 273 // 8.6.1.2 Rovnovážný diagram s intermediární fázi s proměnným složením 274 // 8.6.2 Rovnovážné diagramy s intermediální fází inkongruentního typu 275 // 8.7 Vícesložkové soustavy 275 // 8.7.1 Způsoby zobrazování třísložkových soustav 275 // 8.7.2 Krystalizace temámích slitin 276 // 8.7.2.1 Soustava s dokonalou rozpustností složek v tuhém stavu 276 // 8.7.2.2 Soustava s úplnou nerozpustností složek v tuhém stavu 277 // 8.7.2.3 Soustavy s částečnou klesající rozputností složek v tuhém stavu 278 // 8.7.3 Řezy temámími diagramy 278 // 8.8 Vztah mezi rovnovážnými diagramy // a vlastnostmi slitin 279 // 8.9 Sestrojování rovnovážných diagramů 280 // 8.10 Příklady ke kapitole 1 [1] 281 // Příklad P 8.1 Soustava H20-NaCl 281 // Příklad P 8.2 Soustava H20-C,2Hn0„ 282 // Přiklad P 8.3 Soustava Pb-Sn 282 // Příklad P 8.4 Soustava Cu-Ni, vlastnosti 283 // Příklad P 8.5 Soustava Cu-Ni 284 // Příklad P 6.1 Výpočet středního kvadratického přemístění atomů 208 // Přiklad P 8.6 Srovnání eutektické, peritcktické a eutektoidní přeměny 284 // Literatura ke kapitole 8 285 // 9 FÁZOVÉ PŘEMĚNY 286 // 9.1 Termodynamika a kinetika fázových přeměn 286 // 9.2 Krystalizace kovů 287 // 9.2.1 Krystalizace čistých kovů 288 // 9.2.1.1 Homogenní nukleace 288 // 9.2.1.2 Heterogenní nukleace 290 // 9.2.1.3 Růst krystalů 292 // 9.2.1.4 Možnosti ovlivňování krystalizace 295 //
9.3 Fázové přeměny v tuhém stavu 295 // 9.3.1 Fázové přeměny s tepelně aktivovaným růstem 295 // 9.3.1.1 Polymorfní přeměny kovů 297 // 9.3.1.2 Rozpad přesycených tuhých roztoků 298 // 9.3.1.3 Eutektoidní a bainitické transformace 300 // 9.3.1.3.1 Eutektoidní transformace 301 // 9.3.1.3.2 Bainitická transformace 303 // 9.3.1.3.3 Martenzitická transformace 305 // 9.4 Metody identifikace fází a studia fázových přeměn 309 // 9.4.1 Metody studia chemického složení kovových // a keramických soustav 310 // 9.4.1.1 Analýza založená na chemické reakci studované látky (klasická chemická analýza) 310 // 9.4.1.2 Elektrochemické analytické metody 310 // 9.4.1.3 Optické metody chemické analýzy 310 // 9.4.1.3.1 Elektromagnetické záření 310 // 9.4.1.3.2 Rozdělení spektrálních metod 312 // 9.4.2.1.1 Rentgenová difrakce 317 // 9.6.2.1.2 Metody rentgenové difraktografie 317 // 9.4.2 Metody identifikace fází 315 // 9.4.2.1 Rentgenová fázová (strukturní) analýza 315 // 9.4.2.2.1 Rentgenová difrakce 317 // 9.4.2.2.2 Metody rentgenové difraktografie 317 // 9.4.3 Metody studia fázových přeměn 321 // 9.4.3.1 Tepelná analýza 322 // 9.4.3.2 Dilatometrická analýza 323 // 9.4.3.3 Magnetické a elektrické metody 324 // 9.4.3.3.1 Magnetometrie 325 // 9.4.3.3.2 Rezistometrie 325 // Literatura ke kapitole 9 326 // 10 DEFORMAČNÍ A LOMOVÉ CHOVÁNÍ MATERIÁLU, REKRY STALIZACE 328 // 10.1 Napětí 328 // 10.2 Deformace 331 // 10.2.1 Elastická deformace 331 // 10.2.2 Anelastická deformace 334 // 10.2.3 Plastická deformace 336 // 10.2.3.1 Plastická deformace monokrystalu - orientační faktor, kritické skluzové napětí.338 // 10.2.3.2 Krystalová struktura a plastická deformace 339 // 10.2.3.2.1 Kovovávazba 339 // 10.2.3.2.2 Kovalentní a iontová vazba 344 // 10.2.4 Plastická deformace polykrystalů 344 //
10.3 Zotavení a rekrystalizace 347 // 10.4 Rozvoj porušení a lom 348 // 10.4.1 Energetické kritérium nestabilního lomu 348 // 10.4.1.1 Nestabilní lom pásu za podmínky konstantního přemístění 349 // 10.4.1.2 Nestabilní lom pásu za podmínky konstantního zatížení 351 // 10.4.2 Podmínky vzniku nestabilního lomu 351 // 10.4.3 Volba materiálu a lomová houževnatost - 353 // 10.4.4 Mechanismy porušování 356 // 10.4.4.1 Tvárné porušení 356 // 10.4.4.2 Štěpné porušení 358 // 10.4.4.3 Křehkost slitin 360 // 10.4.4.4 Časově závislý růst trhliny 360 // 10.4.4.4.1 Vznik a růst trhlin způsobený cyklickým zatěžováním 360 // 10.4.4.4.2 Růst trhlin vlivem korozního prostředí 362 // Příklady ke kapitole 10 364 // Příklad 10.1 364 // Příklad 10.2 364 // Příklad 10.3 366 // Příklad 10.5 366 // Příklad 10.6 367 // Literatura ke kapitole 10 369 // 11 STUDIUM STRUKTURY KOVOVÝCH A KERAMICKÝCH MATERIÁLŮ 371 // 11.1 Světelná mikroskopie 371 // 11.1.1 Faktory charakterizující metodiku světelné mikroskopie 372 // 11.1.2 Optické metody zviditelnění struktury 374 // 11.1.2.1 Světlé pole 375 // 11.1.2.2 Tmavé pole 377 // 11.1.2.3 Polarizované světlo 377 // 11.1.2.4 Fázový kontrast a interferenční mikroskopie 377 // 11.1.3 Příprava metalografických preparátů 378 // 11.1.3.1 Odběr vzorku 378 // 11.1.3.2 Označování vzorků 379 // 11.1.3.3 Hrubé broušení 379 // 11.1.3.4 Preparování vzorků 379 // 11.1.3.5 Broušení 379 // 11.1.3.6 Leštění 380 // 11.1.3.7 Vyvolání struktury 382 // 11.1.4 Příprava preparátů z keramických materiálů 384 // 11.1.4.1 Řezáni 384 // 11.1.4.2 Broušení 385 // 11.1.4.3 Uštění 385 // 11.1.4.4 Vyvoláni struktury 385 // 11.1.5 Aplikované metody speciální metalografie 387 // 11.1.5.1 Teplotní mikroskopie 387 // 11.1.5.2 Nedestruktivní metalografie 388 // 11.1.5.3 Měření mikrotvrdosti 388 //