1. Rozdělení a charakteristika technických materiálů

Kovy

Vysoké moduly pružnosti, houževnaté, dobře tvařitelné, dobrá tepelná a elektrická vodivost.

Menší odolnost proti korozi. Vlastnostmi mezi keramikou a polymery. Možno dále zpevňovat

legováním a tepelným zpracováním.

Keramické a skleněné materiály

Vysoké moduly pružnosti, ale jsou křehké. Vysoká tuhost, tvrdost, odolnost proti opotřebení a vysokým teplotám. Výborná korozívní odolnost.

Polymery a elastomery

Nízké moduly pružnosti, pevné a lehké, teplotně závislé vlastnosti, dobrá tvárnost, korozivzdornost, nízký koeficient tření.

Kompozity

Spojují vlastnosti materiálů, které je tvoří. Drahé, ale je možno dosáhnout přesně požadovaných vlastností, „ušít na míru“.

2. Vývojové trendy a význam jednotlivých skupin materiálů

Materiály zaujímaly vždy významné postavení ve vývoji lidské společnosti. Podle nich byly pojmenovány i vývojové etapy lidstva (doba kamenná...). Rozvoj technických věd a výroby je často limitován materiálem, jenž je k dispozici. Na výrobě materiálů se dnes podílejí specialisté z různých oborů. Do běžné praxe pronikají materiály původně určené pro vojenskou či kosmickou techniku. V současnosti máme k dispozici až 80000 různých materiálů a přes snahu snížení tohoto počtu, stále přibývají další. To stěžuje jejich výběr. Ten je nutno provázet ve vazbě na dostupné výrobní technologie, užitné vlastnosti výrobku, jeho cenu a vliv na životní prostředí. Zatímco v minulých letech hrály rozhodující roli kovové materiály, dnes bývají nahrazovány perspektivními materiály s lepšími užitnými vlastnostmi. Tak tomu bude i dál. Dnes můžeme konstrukční materiály rozdělit do čtyř skupin: kovy, keramické a skleněné materiály, polymery a elastomery, kompozity.

3. Progresivní materiály

Nejde nutně o materiály nové, často jen vylepšování již existujících materiálů, což je levnější a výhodnější z hlediska trhu. Vývoj nového materiálu vždy nutně nevede k jeho uvedení na trh, ať již z důvodu nezdaru při vývoji, nebo cenové nedostupnosti. Mezi perspektivní materiály patři například keramika, kompozity, nanokrystaly a mikrokrystaly, kovová skla, kovy s tvarovou pamětí, inteligentní materiály.

4. Ekologické aspekty výroby materiálů

• surovinová náročnost (těžba rud pro výrobu železa a jeho slitin)

• energetická náročnost (hliník z bauxitu)

• bezpečnost a dlouhodobá spolehlivost konstrukce (kontejnery na vyhořelé jad. palivo)

• možnost recyklace

• toxicita

Mezi toxické prvky, které škodí již ve stopovém množství patři například As, Cd, Hg, Se, Th

Prvky, které škodí ve větším množství jsou například Co, Ni, Pb, V, Zn.

Recyklace

• nejlepší u železa a neželezných kovů, keramik

• z plastů se recykluje pouze cca 60 %

• pro recyklaci je dobrá minimalizace počtu materiálů v jednom výrobku, případně spojení materiálů demontovatelným způsobem (což může negativně ovlivnit možnost dosažení finálních užitných vlastností.)

5. Druhy vazeb mezi atomy a molekulami V tuhých látkách

Iontová vazba

Platí pro prvky, jež jsou v tabulce blízko vzácných plynů. Mohou přijmout či odevzdat malý počet elektronů. Pohyb elektronů se řídí schopností atomu přitahovat valenční elektrony. Ionty se přitahují elstat silami, vznikají pouze polární molekuly. Sloučeniny s touto vazbou jsou v roztoku či tavenině elektricky vodivé.

Kovalentní vazba

Sdílení jedné nebo více dvojic valenčních elektronů (na rozdíl od vazby iontové). Je nepolární u vazeb atomů stejného prvku, u jiných (HCl) je nestejná vzdálenost elektronů od jader a vykazuje jistou polaritu. Variantou je vazba koordinačně-kovalentní, se stejnými vlastnostmi, ale jiným mechanismem vzniku, kdy jeden atom poskytne elektrony a druhý volné místo v orbitalu.

Kovová vazba

Umožňuje valenčním elektronům volný pohyb na způsob „plynu“, což vyvolává vazebné síly. Velká pohyblivost je příčinou značné elektrické vodivosti.

Vodíková vazba

Vzniká v důsledku vazby vodíku se silně elektronegativním prvkem (F, N, O), čímž na vodíku převáží kladný elektrický náboj protonu. Dochází ke vzniku parciálních nábojů. Vodíkový kationt se pak může vázat elektrostaticky na jiný atom. Příkladem je například molekula H₂O.

Energie vazby

Minimální práce , kterou je nutno dodat na oddálení atomů do takové vzdálenosti, kdy zůstanou volné. Při vytvoření vazby zaujímají atomy rovnovážnou vzdálenost, kde jsou odpudivé síly kompenzovány silami přitažlivými. Energetická rovnováha je základem stability vazby.