1
Q
Oktaedriske hull
A
Kation omgitt av 6 anion, cn = 6. Form som oktaeder. Større hull enn tetraedisk. Finnes i bcc og fcc.
2
Q
Tetraediske hull
A
Kation omgitt av 4 anion, cn = 4. Mindre hull enn oktaedrisk. Form som pyramide. I fcc og bcc.
3
Q
Metallurgiske prosesser
Hovedgrupper av metallutvinning
A
Separasjon: Oppkonsentrering av det metallrike mineralet fra malmen
Reduksjon til malm: Reduksjon av mineral (oksid) eller metallioner i vannløsning til metall
Raffinering av metall: Rensing av metall
4
Q
Pyrometallurgi
A
Bruker varme for å hente metall fra malm. Ulike prosesser.
Røsting: Reaksjon mellom fast stoff og gass
Kalsinering: Oppvarming for avspalting av CO2 eller vann.
Smelting: Kan være en reaksjon, eller bare faseforandring.
5
Q
Når et grunnstoff kan danne flere krystallstrukturer
A
Allotroper. Jern kan være BCC og FCC.
6
Q
Gruppering av geometrien til enhetsceller basert på akselengder og vinkler mellom dem
A
Krystallsystem
7
Q
Poolyeder som har 8 flater
A
Oktaeder
8
Q
Måler energi absorbert ved brudd
A
Charpytest
9
Q
Måler bøyestyrke
A
3-punkttest
10
Q
Måler hardhet
A
Vickers test
11
Q
Måler flytspenning
A
Strekktest
12
Q
Måler plastisk deformasjon som funksjon av tid
A
Sigetest
13
Q
Materialegenskap som beregnes fra dimensjoner på et firkantet innrykk i overflaten
A
Vickers hardhet
14
Q
Keramer (Uorganiske forbindelser) egenskaper
A
Sprø og harde
Høy styrke og stivhet
Ofte elektrisk isolerende
Krystalinske eller amorfe
14
Q
Metall egenskaper
A
Høy tetthet
God elektrisk ledningsevne
God termisk ledningsevne
Metallglans
Duktile (Seige)
14
Q
Polymerer egenskaper
A
Lav styrke og stivhet
Lav tetthet
Lavt smeltepunkt
Ikke-magnetisk
14
Q
Hva er polymerer
A
Store moleky i repeterende enheter i lange kjeder
15
Q
Oppbyggning av kompositter
A
To eller flere ulike material
matrisematerial (ofte polymer) + Fiber eller partikler (polymer. keramm, metall)
16
Q
Fire typer binding
A
Metallbinding
Kovalent binding. (To/flere valenselektron mellom atom. Likt delt: Upolar. Ulikt: Polar.
Ionebinding. Salter og keramer. Jo høyere motsatt ladning, jo sterkere binding. Om man prøver å skyve ioneposisjonene ved å deformere materialet vil det knekke.
Intermolekylær. Svak Styrke, avhenger av hvor polare molekylene er.
17
Q
Metallbinding rettning
A
Metallbindinger har ingen retning eller bindevinkel. Derfor mulig å deformere metall plastisk (endre form permanent). De er seige og knekker ikke seint
18
Q
Hvorfor er Polymerer myke
A
Bindingene mellom molekylene er sterke kovalente. Mellom kjedene er det svake intermolekylære bindinger. Derfor er polymerer myke med lav mekanisk styrke.
19
Q
Krystallsystem
A
Et krystallsystem beskriver hvordan atomene er arrangert i rommet, og hvilken form enhetscellen har (kubisk, tetragonal, ortorombisk osv.).
Det finnes 7 krystallsystemer:
- Kubisk (cubic) – f.eks. BCC, FCC, SC
- Tetragonal
- Ortorombisk
20
Q
Hvilke to faktorer påvriker krystallstrukturen til keramer
A
Ladning på ion
Radius på ion: Forholdet mellom katradius og anradius. (r_kat / r_an) < 1
21
Q
Navnsetting av polymerer
A
Navngis etter monomeren de er laget av
22
Delvis krystalinsk
Noen områder er krystalinske og andre amorfe.
23
Hva gir økt mekanisk styrke
Økt krystalinitet
24
Duktilitet
Hvor stor grad av deformasjon som har skjedd før brudd. Angis som reduksjon %RA og forlengelse %EL. Høy duktilitet = seig
24
Fem faktorer som påvirker egenskapene til fiber(sterke og stive) i kompositter:
Fibersammensettning
Fiberlengde
Fiberorientering
Matrisesammensettning
Heft mellom matrise og fiber
25
Hva gjør fiber i kompositt
Gir styrke og stivhet til kompositter, derfor orienteres fiber i den rettningen kompositten skal belastes.
Høy styrke og stivhet = Lange fiber og god heft
Jobb til fibre:
- Tar strekk og bøyebelastning
- Gir høy retningstyrke
Jobb til partikler:
- Øker hardhet, stivhet og trykkstyrke
- Øker slitasjemotstand
- Reduserer krymping
- Bidrar i alle retninger (isotrop forsterkning)
26
Resiliens
Hvor mye mekanisk energi et materiale kan lagre før det blir plastisk deformert. Høy resiliens absorberer mye energi og demper støt godt.
26
Hva skjer ved sprekk i duktilt material
Vil plastisk deformeres i sprekken når spenningen blir større enn flytspenningen (σ_m > σ_y). Dette gjør sprekken mindre skarp, og spenningskons (σ_m) avtar.Materialet får ikke brudd.
26
Duktil-sprø overgang
Lav temp. gjør enkelte polymerer og metall mer sprø. Temp der denne overgangen skjer er duktil-sprø overgang. Charpytesten kan måle dette.
26
Bruddseighet
Bruddseighet er et materiales evne til å motstå sprekkvekst når det allerede finnes en sprekk. Det forteller hvor mye spenning et materiale tåler i nærvær av en sprekk før det får sprøtt brudd.
Formelen K_IC. Kjenner man bruddseighet (K_IC) og sprekkstørrelsen (a) så kan man beregne kritisk spenning (σ) som fører til brudd
26
Punktdefekt
Feil i punkt. Flere varianter. Eks, Vakans: Manglende atom i gitterposisjon i krystallen. Varm opp metallet for mer vakans, brå avkjøling for å beholde dem.
26
Hva skjer med duktile polymerer under deformasjon
De blir sterkere i strekk. Dette fordi polymerkjedene ordnes i strekkrettning, og krystaliniteten dermed øker.
26
Linjedefekt
Flere punktdefekter ordnet på rad. Kons varierer med temp og produksjon. Ulike typer:
Kantdislokasjon: Nytt krystallplan er plasert halvveis inn i krystallen. Midt i krystallen danner linjefeil.
26
Plandefekt
Feil i plan, grense mellom faser. Viktig for kjemiske og mekaniske egenskaper. Ulike:
Tvillinggrense: Krystallstrukturen er speilet gjennom et plan.Dannes eks, i messing.
27
Hva er fire livsfaser for material:
Produksjon
fabriukasjon av produkt
Bruk av produkt
Avfallshåndtering
27
Punktdefekt i ioniske faste stoff
Ionisk faste stoff optrer i par (an+kat) for å være nøytral. Ulike:
Schott-defekt: Et par anionvaksan og kationvaksan. Om det er ulik ladning vil det være ulik mengde for å nøytralisere.
Frenkel-defekt: Kation utfor gitterposisjon + kationvakans. Anion er større og derfor mye sjeldnere.
Vaksan: Punktdefekt i krystallgitter.
28
To produksjoner av jern
Masovn: For primærproduksjon.
Lysbueovn: Resirkulering
29
Hva er prioritert for grønn kjemi
Planet, people, profitt
30
Hva er løpet til grønt kjemisk fremstil produkt
Ungå dannelse av farlige stoff.
Forbedre eksisterende kjemiske prosesser
12 prinsippene for grønn kjemi kan resultere i miljø og økonomimål
31
12 grønn kjemi prinsipp
Forebygge avfall
Atomøkonomisering
Mindre skadelige kjemiske system
Tryggere kjemikalier
Fornybare råmaterial
32
Hvordan regne atomøkonomi
Atomøkonomi = 100 * (ønsket masse /masse reaktanter) = 0,... = %
Hvor mange % av reaktantene som ender opp i det ønska produktet
33
Hvordan regne ut e-faktor
E-faktor = masse avfall / masse produkt = x
For hver 1 kg produkt dannes x kg avfall. Vi vil folde e-faktor lav!!
34
Når material har ulike egenskaper i ulik rettning
Anisotrop
35
Angir gjennomsnittlig antall repeterende enhet i en polymer
Polymerseringsgrad
36
fra g/cm^3 til g/m^3
/10^6
37
Materialegenskap som beskriver stivheten til materialet
E-modul
38
Lysbueovn
En smelteovn der høy temperatur oppnås med elektrisk strøm i en lysbue mellom tre karbonelektroder
39
Røsting
Oppvarming for å reagere med oksygengass
40
Masovn
En smelteovn der høy temperatur oppnås med forbrenning av karbon i luft
41
Sfærulitt
En sfærulitt er en runde, kuleformede krystallinske strukturer som dannes inne i en polymer når den avkjøles fra smelte.
Du kan se dem som små “kuler” bestående av tynne lameller (krystallinske plater) som vokser utover i alle retninger fra et nukleasjonspunkt – litt som en snøkrystall som vokser radielt.
Hvorfor viktig:
De bestemmer stivhet, slagfasthet, optiske egenskaper, tetthet
Store sfærulitter → ofte sprøtt
Små sfærulitter → mer seigt
Påvirkes av avkjølingshastighet
rask avkjøling → små sfærulitter
treg avkjøling → store sfærulitter
42
Korngrense
Skille mellom to krystaller med ulik orientering
43
Hvordan er kulene (atomene) stablet i de to viktigste tettpakkede strukturene
FCC: ABCABC
HCP: ABABAB
44
Hva skjer når F er så stor at spenningen σ > flytspenningen σᵧ
Du kan ikke bruke
𝜀 =𝜎*𝐸
Materialet går inn i plastisk deformasjon – det er ikke lenger elastisk.
Skal man regne Elastisk deformasjon når den strekkes med en kraft på 30 kN må man sjekke at kraften er under flytspenning. Og regne ut 𝜀. Deretter finne ΔL
45
Lengden etter at den er strukket til brudd
𝜀_brud = Der grafen slutter
𝜀_brudd = ΔL/L_0
𝜀_brudd = (L_brudd-L_0) / L_0
L_brudd = (𝜀_brudd+L_0)*L_0
46
Elektrometallurgi (elektrolyse)
Smelteelektrolyse (Al) og våtelektrolyse (Cu og Zn). Bruker strøm og elektroder og får en
oksidasjonsreaksjon og en reduksjonsreaksjon (metall fra den).
47
Hva kjennetegner det tetragonale krystallsystemet?
I det tetragonale krystallsystemet er to av sidekantene (celleparameter) i enhetscellen like
lange (a=b≠c) og alle vinkler er 90 grader.
48
Hvor mange krystallsystemer, og hvor mange Bravais-gitter har vi? Hva er forskjellen på et
krystallsystem og et Bravais-gitter?
Vi har 7 ulike krystallsystemer og 14 Bravaisgitter. Et krystallsystem beskriver celleparametere
og vinkler i enhetscellen, men sier ikke noe om plassering av atomer i cellen. Et Bravais-gitter
er basert på et krystallsystem, og har i tillegg atomer plassert i gitterpososjoner. Altså kan et
krystallsystem ha flere Bravaisgitter. F.eks har det kubiske systemet 3 ulike Bravaisgitter
(primitiv, romsentrert og flatesentrert).
49
Forutsi mest sannsynlig krystallstruktur til CaO basert på ioneradius. Stemmer det med
virkeligheten?
CaO har en AX-struktur, altså likt antall kationer og anioner. Forholdet mellom radius på ioner
kan forutsi mest sannsynlig type struktur:
(𝑟_𝐶𝑎2+)/(𝑟𝑂2−) = 0.100 𝑛𝑚 / 0.140 𝑛𝑚 = 0.714 som gir et koordinasjonstall på 6, og en NaCl-struktur. Dette er også
den virkelig strukturen til CaO (se f.eks. SI i tabell 16, koden 1 betyr NaCl-struktur)
50
Beskriv de interstitielle posisjonene (hull) i tetteste kulepakning.
Type ABCACB er ekvivalent med fcc. Tetteste kulepakning har to typer interstitielle posisjoner,
oktaedrisk posisjon og tetraedrisk posisjon. Dette er hull eller tomrom mellom kulene
(atomene/ionene) som atomer/ioner kan fylle. Størrelsen på tomrommet er avhengig av
radius (R) på kulene (atomer/ioner) som pakkes, men også om det er oktaedrisk eller
tetraedrisk posisjon. Størrelsen kan beregnes geometrisk når R er kjent. Oktaedrisk posisjon
er større (ca 0.4R) en tetraedrisk posisjon (ca 0.2R). Det er også dobbelt så mange tetraedrisk
posisjoner som oktaedriske posisjoner. Koordinasjonstallet for et ion som fyller en oktaedrisk
posisjon er 6 og en tetraedisk posisjon er 4.
51
Beskriv NaCl-strukturen, både som enhetscelle og som tetteste kulepakning. Hva er
koordinasjonstallet til hvert av ionene i strukturen?
DU EIE. Se på NaCl bilde. NaCl består av Na+ og Cl—ioner, og gir en AX-struktur. Forholdet mellom radius kation/anion
er 0.56. Dette gir et koordinasjonstall på 6. Man kan se på strukturen som en tettpakket
kulepakning av Cl—ioner (en fcc-struktur) der Na+
-ioner fyller alle de oktaedriske posisjonene.
52
Hvilke grunnstoffer er polymerer bygd opp av? Gi to eksempler på polymerer med kjemisk
sammensetning.
De fleste polymerer er organiske, og er bygd opp av karbon (C) og hydrogen (H). Mange
polymere inneholder også oksygen (O), nitrogen (N). Eksempler
er polyeten (PE) som har fått navnet sitt fra monomeren den er laget av, eten.
53
Hva er et krystallplan?
Et krystallplan er et snitt/plan i en bestemt posisjon som er tegnet inn i en krystall, og alle
atomer/ioner som har sitt sentrum i dette planet beskriver krystallplanet.
54
Hva kjennetegner et isotropisk og et anisotropisk materiale?
Isotropi betyr at materialet har like egenskaper i alle retninger. Anisotropi betyr at materialet
har ulike egenskaper i ulike retninger. Én-krystaller vil oftest være anisotropiske fordi ulike
krystallplan og retninger har ulik tetthet av atomer. Polykrystallinske materialer er
isotropiske hvis orienteringen på korn er tilfeldig fordelt. Hvis korn har en foretrukket
orientering vil materialet bli anisotropisk, dette kalles også tekstur
TILFELDIG ORIENTERING
55
Styrken til et keram i strekk er ofte omtrent 1/10 av styrken i kompresjon. Hvorfor er
det sånn?
Keramer er sprø materialer, og dersom de inneholder en liten sprekk/feil vil en
strekkspenning føre til en spenningskonsentrasjon i sprekken, altså en høy spenning
lokalt, og sprekken vil vokse raskt gjennom materialet til brudd. I kompresjon lukkes
sprekken, og det dannes ingen økt lokal spenning, og dermed blir styrken mye
høyere. Dette kan også forklares fra lav bruddseighet for keramer. Bruddseighet
uttrykker motstand mot sprekkvekst. Lav brudseighet betyr at sprekkes vokser lett
dersom de utsettes for strekkspenning. I kompresjon lukkes sprekken, og vokser
heller ikke til brudd
56
Hvorfor måles som regel styrken til keramer i bøy, og ikke i strekk?
Fordi prøven fort vil knekke når den festes/spennes fast i strekktesteren. I en
bøyetest ligger prøven på to støtter, og prøven utsettes ikke for belastning før testen
starter.
57
Polymerer er ofte viskoelastiske, hva betyr det?
Viskoelastisk betyr at E-modulen er avhengig av tid. Dersom materialet påføres en
øyeblikkelig last vil det være en tidsforsinkelse i elastisk deformasjon, tilsvarende når
lasten opphører. Dvs. også si at materialet vil oppføre seg annerledes avhengig av
om lasten påføres sakte eller raskt. Viskoelastiske materialer følger altså ikke
Hookes lov.
58
På hvilken måte er glassovergangstemperaturen (Tg) viktig for polymerer? Og
hvordan kan den måles?
Glassovergangstemperaturen er temperaturen der amorfe og semikrystallinske
polymerer blir myke. Dvs. at polymeren er sprø og hard under Tg og myk, fleksibel og
duktil over Tg. Derfor er Tg helt avgjørende for mekaniske egenskaper og dermed
bruksområdet for polymeren. Mange polymerer brukes altså over Tg. I en Charpy-test
kan man måle om polymeren er sprø eller duktil, og ved å måle en prøveserie over et
temperaturintervall kan man finne Tg
59
Hvorfor er styrken til polymerer typisk lavere enn både metaller og keramer?
Det er i stor grad intermolekylære bindinger som holder polymerkjedene sammen, og
dette er svakere bindinger enn kovalent/ionisk/metallisk binding. Dermed kreves
mindre energi for å bryte bindingene mellom kjedene, og styrken blir lavere
sammenlignet med metaller og keramer. Dersom kjedene er ordnet i strekkretningen
kan likevel strekkstyrken bli høy for polymerer, fordi det i større grad blir de
kovalente bindingen innad i polymerkjedene som må brytes, og styrken kan derfor bli
høy (f.eks. for polymere fiber).
60
Hva er drivkraften for diffusjon?
Drivkraften for diffusjon er å utjevne konsentrasjonsforskjeller. Atomer/ioner/molekyler vil
diffundere fra områder ved høy konsentrasjon til områder med lav konsentrasjon
61
Hvorfor er diffusjonshastigheten i faste stoffer så mye tregere enn i gasser og væsker?
I væsker og gasser kan atomer/ioner/molekyler bevege seg fritt, de er ikke låst i en posisjon i
et fast stoff, f.eks. en gitterposisjon i en krystall. Det er dermed lettere å bevege seg (det
krever mindre energi), og diffusjonshastigheten blir høyere
62
På hvilken måte påvirker defekter i faste stoffer diffusjonshastigheten til atomer/ioner?
Defekter kan påvirker diffusjonshastigheten mye i faste stoffer. Vakanser, dislokasjoner og
korngrenser gir mer plass for bevegelse av atomer/ioner, og kan derfor øke
diffusjonshastigheten. Også i overflater er diffusjonshastigheten høyere fordi overflater
inneholder mye defekter. Fremmedatomer vil ikke direkte ha samme effekt, men i ioniske
stoffer kan fremmedatomer indirekte øke vakanskonsentrasjonen (pga. elektronøytralitet) og
dermed likevel øke diffusjonshastigheten.
63
Separasjon er et viktig trinn innen metallurgi. Hva er hensikten med separasjon og hvorfor er
det nødvendig?
Hensikten med separasjon er å skille ut den metallrike fasen (mineralet) fra resten av
malmen. Dette gjøres ved å knuse malmen til små partikler som deretter separeres på ulike
måter avhengig av type malm. Separasjon skjer ved å utnytte at mineralene har ulike
egenskaper (fysiske/kjemiske/elektrisk/magnetiske etc.).
64
Bravais-gitterets sentreringstype
De fire ulike “sentresseringene” av enhetsceller, altså måtene gitterpunkter kan plasseres på i en Bravais-celle.
Disse gir forskjellige antall atomer i cellen, og de knyttes direkte til Bravais-gitteret – ikke til krystallsystemet.
PICF
- Primitiv (P): Ett atom i hvert hjørne. N = 1
- Romsentrert (I): Ett atom i hvert hjørne og et i midten. N = 2
- Basesentrert (C): N = 2
- Flatsentrert (F): Ett atom i hvert hjørne og ett på alle 6 flater. N = 4
65
J = M / At
J = -D*(dC/dx)
J = Fluks
M = Mengde stoff
A = Areal
t = Tid (sekund!)
J = Fluks
D = Diffusjonskoeffesient
dC/dx = ΔC/L = (Lavtrykk-Høytrykk) / Tykkelse
66
Vil prøvestykket oppleve elastisk og/eller plastisk deformasjon? Hvorfor?
σ=A/F
Hvis σ < σ_y så er det elastisk deformasjon
Hvis σ≥σy så har plastisk deformasjon begynt
67
%RA
A = Areal(pi*r^2)
A_f = Areal etter brudd
68
Kvadratrot
()^2
69
Spenningskonsentrasjon i sprekkspiss:
σm=2σ0(a/pt)^1/2
σ_m= maksimal (lokal) spenning ved sprekkspissen
σ_0= påført / nominell spenning
a = halv sprekk-lengde
ρt = krumningsradius i sprekkspissen
Hvis σ_m<σ_y → sprekkspissen deformerer elastisk
Hvis σ_m>σ_y→ plastisk sone oppstår i spissen
Hvis σ_m blir ekstremt høy → sprekken vokser
70
Prioritert rekkefølge for gjennvinning av material
ingenting, forbrenne, reparere, resirkulere. deponere, gjenbruk, nedgradere
Gjenbruk
Reparere
Resirkulere
Nedgradere
Forbrenne
Deponere
Ingenting
71
Metalurgiske prosesser
Pyrometallurgi
Bruker varme for å «hente ut» metallet fra den metallholdige malmen med ulike teknikker
- Kalsinering: Oppvarming for avspalting av CO2 eller vann
- Røsting: Reaksjon mellom fast stoff og gass, vanligst for metallsulfider
- Smelting: Kan enten være en reaksjon, eller bare en
faseforandring
Hydrometallurgi:
Reaksjoner i løsning for å hente ut metaller, sparer energi, men kan innebære bruk av lite
hyggelige kjemikalier. Andre prosesser i vandige løsninger kan være vandig elektrolyse,
Elektrometallurgi (elektrolyse)
Smelteelektrolyse (Al) og våtelektrolyse (Cu og Zn). Bruker strøm og elektroder og får en oksidasjonsreaksjon og en reduksjonsreaksjon (metall fra den).
72
Hva er masovn
Reduksjon og pyrotermisk
73
Kjemisk separasjon
Luting: En hydrometallurgisk prosess hvor en væske brukes til å løse ut ønsket metall fra malm gjennom kjemiske reaksjoner. Det er en kjemisk separasjon basert på oppløselighet. Hydrometallurgi.
74
Fysisk separasjon:
Syklon: Tetthetsforskjell
75
Reduksjonsprosess:
Masovn: Karbotermisk reduksjon. Oppvarming og reduksjon til metall med karbon og smelting. Pyrometallurgi
76
Smelteelektrolyse
Mineral smeltes til en smelte og metallion reduseres ved hjelp av elektrolyse. Elektrometallurgi og pyrometallurgi.
77
Pseudogruppe
Satt sammen uten interesse.
Tror de vil bli målt som enkeltindivid og presterer best alene
Konkurrerer mot hverandre
Lav på grafen
78
Tradisjonell gruppe
Medlemene godtar at det må gjøres
Tror de vil bli evaluert som enkeltindivid, ikke gruppe
Sammarbeider kun for å klargjøre hvordan jobben skal utføres
Hvert medlem holdes ansvarlig som separate individ
Høyere på graf enn Pseudogruppe)
79
Effektiv gruppe
Medlem fornøyd for å bli satt sammen.
Ønsker å maksimere egen og andres suksess.
Resultat er avhengig av insats til alle i gruppa
Høy effektivitet, klare mål.
Nest høyest
80
Supergruppe
Forskjellen ligger i graden av
engasjement enkeltindividene har til
hverandre og til gruppas suksess.
Ønske om å yte for å gi andre vekst
Veldig høy effektivitet
Høyest på kurven
81
Forskjell på krystallsystem og krystallstruktur
Krystallsystem = Geometri til enhetscelle (Form, lengde, grader)
Krystallstruktur = Hvordan strukturen faktisk er, hvor mange atomer per celle. FCC, BCC...
Kjemi
flashcards
Decks in class (9)
# Cards
