מילון מונחי חומרים

אטום

החלקיק הקטן ביותר של יסוד כימי, שבו נשמרות עדיין תכונותיו האופייניות של אותו היסוד. אטום הינו היחידה הבסיסית של מבנה החומר. האטום מכיל גרעין המורכב מפרוטונים וניאוטרונים, וסביבו חגים אלקטרונים. מספר האלקטרונים באטום (מספר האלקטרונים ברמה החיצונית וכן מספר רמות האלקטרונים) משפיע על התכונות הבאות: 1) הזיקה הכימית של החומר, 2) הקשרים הבין-אטומיים שחומר זה נוטה לקשור (לדוגמא קשר בין מתכת לאל-מתכת יוצר חומר יוני) => התכונות המכניות של החומר, 3) התכונות החשמליות, 4) תכונות אופטיות.

אטום ניטרלי

אטום שבו מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים.

איזוטופים

אטומים שונים של אותו יסוד כימי, שלהם מספר שונה של ניוטרונים. לאיזוטופים של אותו יסוד תכונות כימיות זהות, אך אין הם בעלי אותן תכונות פיזיקליות, כגון: צפיפות, נקודת היתוך, נקודת רתיחה וכו'. לרוב היסודות איזוטופ אחד נפוץ במיוחד ואחרים נדירים יותר.

אל-מתכת

יסוד שאין לו תכונות של מתכת, כלומר האל מתכת הינה חומר מבודד מבחינה חשמלית ותרמית.

אלקטרון

חלקיק באטום בעל מטען חשמלי שלילי (הזהה בגודלו למטען החשמלי של הפרוטון אך סימנו הפוך). האלקטרון נמצא בתנועה מתמדת סביב הגרעין.

אלקטרון חופשי

אלקטרון הנמשך אל הגרעין בכוחות חלשים יחסית, ולכן חופשי לנוע מאטום לאטום.

אניון

חלקיק טעון במטען שלילי (יכול להיות אטום בודד או חלקיק המורכב ממספר אטומים).

בדיקת קשיות

בדיקה המבוססת על החדרת גוף קשה בעל גיאומטריה מסוימת, הנקרא חודרן, אל תוך החומר הנבדק על-ידי הפעלת עומס קבוע על החודרן בקצב איטי למשך זמן מסוים. הקושי נמדד על-ידי נתונים שמספקת העיקבה, שהיא השקע הנשאר בחומר הנבדק לאחר ההחדרה. ככל שהחומר יהיה רך יותר, תתקבל עיקבה גדולה יותר.

בדיקת מיקרו-קשיות

מיועדת לבדיקת חלקים עדינים או פאזות שונות בחומר, שניתן להבחין בהן רק במקרוסקופ. העיקבה קטנה מאוד וניתנת למדידה רק באמצעות מיקרוסקופ הנמצא במכשיר.

ברזל

חומר שצבעו אפור מבריק, מוליך טוב חשמלית ותרמית, משיך וקל לעיבוד, בעל תכונות מגנטיות, והינו חומר קל למחזור.

ברזל יציקה

נתכי ברזל המכילים מעל 2% משקלי פחמן ו-3-1% משקלי סיליקון. נתכים אלה נועדו להיות ייצוקים לצורתם, במקום להיות מעובדים במצב מוצק. הם בעלי ערכים נמוכים יחסית של חוזק לנגיפה ומשיכות, דבר המגביל את השימוש בהם.

ברזל יציקה אפור

הרכב 4-2.5% משקלי פחמן ו-3-1% משקלי סיליקון. בדרך-כלל מבנה של פתיתי/תולעי גרפיט המוקפים בפריט או בפרליט. מדובר על פלדה חלשה ופריכה מבחינה מכנית. המיקרו-מבנה של ברזל היציקה האפור יכול להשתנות שינויים בהרכב (הפחתת כמות ה- Si) או על-ידי קירור בקצבי קירור מהירים. יתרונות: עמידות טובה בויברציות ובשחיקה. בנוסף במצב המותך, לנתך זה זרימות טובה בטמפרטורת היציקה. ברזל יציקה אפור הוא החומר הזול ביותר מבין הנתכים המתכתיים התעשייתיים.

ברזל יציקה לבן

הרכב משקלי 4-2.5% משקלי פחמן ופחות מ-1% סיליקון. כאשר ריכוז ה- Si נמוך וקצבי הקירור גבוהים יחסית, רוב הפחמן יופיע בצורת צמנטיט ולא בצורת גרפיט. משטח השבר של נתך זה נראה בהיר ומכאן בה השם ברזל יציקה לבן. ברזל היציקה הלבן הוא מאוד קשה אך גם מאוד פריך, וקשה מאוד לעבדו, דבר המקטין את השימוש בו. השימושים של ברזל יציקה לבן הם רק עבור מקרים בהם נדרשת קשיות מאוד גבוהה ועמידות טובה בשחיקה, לדוגמה גלגיליות של מערגלים, או כדורי טחינה במטחנות.

ברזל יציקה חשיל

הרכב משקלי 4-2.5% משקלי פחמן ופחות מ-1% סיליקון. חימום של ברזל יציקה לבן לטמפרטורה של^oC 900-800 גורם לפרוק הצמנטיט ולהתבדלות של גרפיט בצורת שושנים (רוזטות), המוקפות על-ידי מטריצה של פריט ופרליט (תלוי בקצב הקירור). לברזל יציקה חשיל ישנו חוזק גבוה ובנוסף הוא חומר משיך ונוח לעיבוד. שימושים: מוטות הילוכים, חלקים שונים בתעשיית הרכב, חלקי שסתומים.

גביש

מבנה בעל סידור מחזורי. גביש הינו המבנה התלת-מימדי של חומר מוצק. הצורה הבסיסית של סידור האטומים בגביש המוצק קרויה סריג. הסריג בנוי מאוסף של תאי יחידה החוזרים על עצמם בצורה מסודרת. החלקיקים המרכיבים את הגביש יכולים להיות אטומי מתכת כאשר מדובר בקשר מתכתי או יונים כאשר מדובר בקשר יוני. תהליך יצירת הגבישים נקרא התגבשות.

גוף טעון

גוף שבו מספר האלקטרונים קטן ממספר הפרוטונים או גדול מהם. גוף טעון במטען חיובי הוא גוף שיש בו מחסור באלקטרונים ביחס למספר הפרוטונים, וגוף טעון שלילי הוא גוף בעל עודף אלקטרונים. גוף ניטרלי, הוא גוף בו מספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים, ולכן הוא אינו טעון חשמלית.

גזים אצילים

משפחה של יסודות יציבים, שאינם נוטים ליצור קשרים כימיים. כל היסודות הללו הינם גזיים, והם מהווים את העמודה השמינית בטבלה המחזורית. עם משפחה זאת נמנים ההליום (He), ניאון (Ne), ארגון(Ar), קריפטון (Kr) וכסנון (Xe), רדון (Rn).

גרעין האטום

אותו חלק מהאטום הנמצא במרכזו, ומורכב מפרוטונים וניוטרונים. הגרעין טעון מטען חשמלי חיובי. לגרעין נפח קטן ביותר ביחס לנפח האטום כולו.

גרעינים

ההתמצקות של חומר נוזלי בעת הקירור אינה מתבצעת בבת אחת בכל הנפח. היא מתחילה מנקודות מסוימות בנוזל, על-פי רוב באזורים של אי ניקיונות. מנקודות אלה היא מתפשטת בחומר עד שכל החומר הופך מוצק. תופעה זאת יוצרת אזורים מוגדרים בחומר המוצק, שכל אחד מהם מקורו בנקודת התמצקות שונה. האזורים שונים זה מזה בכיווניות הגבישים והם נקראים גרעינים. משטח המפגש בין הגרעינים הוא גבול הגרעין, אשר מהווה אזור של אי התאמה מבחינת רצף המבנה, ועל כן ניתן לראותו כפגם משטחי.

דיאגרמת פאזות

דיאגרמה המתארת את מבנה החומר כתלות בריכוז היסודות השונים וכתלות בטמפרטורה ובלחץ. דיאגרמת פאזות מתארת את מצבה המיקרוסקופי של מערכת מבחינת המבנה בתנאים של שיווי-משקל תרמודינמי. לכן היא מתארת תהליכים הפיכים. מבחינה טכנית הדבר יתכן רק אם התהליכים איטיים ביותר.

דיאגרמת TTT

כאשר הקירור מהיר, דיאגרמת הפאזות ברזל-פחמן אינה מספקת די אינפורמציה מאחר שהיא חסרה את ציר הזמן. לצורך השימוש ההנדסי הוכנה דיאגרמה של הפאזות השונות המתקבלות כתלות בטמפ' ובזמן ועבור ריכוז פחמן קבוע. דיאגרמה זאת מראה את המבנים המתקבלים מאוסטניט כאשר מקררים אותו במהירות לטמפ' מסוימת, ואת השינויים במבנה המתקבלים בו כתלות בזמן. ביאניט - פאזה המתקבלת בעת קירור מהיר, והיא תערובת של פריט וקרביד. מרטנזיט - פאזה הנוצרת בעת קרור מהיר. בעלת גרעינים מאורכים דמויי מחטים/לוחיות. תא היחידה בעל מבנה BCT מעוות, הכולא בתוכו אטום פחמן. מדובר בפאזה בעלת קשיות וחוזק גבוהים, אך מאוד פריכה.

דיפוזיה

משמעותה תנועת אטומי חומר. דיפוזיה קיימת לא רק בגזים ובנוזלים, אלא גם בחומרים במצב מוצק. בעוד שבגז ובנוזל האטומים חופשיים לנוע, הרי במוצק קיימים קשרים חזקים בין האטומים, דבר המאט את תהליך הדיפוזיה, כך שבטמפרטורות נמוכות קצב הדיפוזיה שואף לאפס. חוקי הדיפוזיה זהים עבור שלושת מצבי הצבירה, אך מנגנוני הדיפוזיה שונים. אנרגיית האקטיבציה לדיפוזיה נפחית גדולה יותר מאשר אנרגיית האקטיבציה לדיפוזיה משטחית או דיפוזיה בגבולות גרעין.

דיפוזיה עצמית

היא תנועה של אטומי חומר טהור, שבה כל האטומים זהים ונמצאים במבנה אחיד. ניתן לעקוב אחר תנועת האטומים באמצעות החדרת איזוטופים רדיואקטיביים.

דיפורמציה פלסטית

כאשר חומר מתארך מעבר לתחום האלסטי, המאמץ כבר איננו פרופורציונלי לעיבור ומתרחשת דיפורמציה פלסטית. ברמה האטומית, דיפורמציה פלסטית נגרמת כתוצאה מהחלקה, כאשר קשרים אטומים נשברים עקב תנועת נקעים בחומר, וקשרים חדשים נוצרים. בתחום הפלסטי, כאשר נסיר את המאמץ, החומר לא יחזור למצבו ההתחלתי.

דיפרקצית קרני X

באמצעות שיטה זו ניתן לזהות ולאפיין מבנים גבישיים. קרן x הינה גל אלקטרו-מגנטי, בעל אורך גל בסדר גודל של המרווח בין המישורים בסריג. גל אלקטרו-מגנטי כזה, הפוגע באטום, גורם להרעדת האלקטרונים שלו בתדירות הזהה לתדירותו של הגל. ההרעדה גורמת ליצירת קרן x משנית בעלת אותו אורך גל כמו זה של הקרן הפוגעת. פיזור מאטומים שכנים הארוזים בצורה מסוימת בגביש יכול להביא בכיוונים מסוימים להתאבכות חיובית (התאבכות בונה), ואילו בכיוונים אחרים להתאבכות שלילית, כלומר לביטול הקרינה (התאבכות הורסת). מאחר שכיווני ההתאבכות החיובית הינם פונקציה של האריזה האטומית, הרי שקביעת כיוונים אלו תאפשר את זיהוי צורת האריזה, כלומר זיהוי המבנה הקריסטלוגרפי.

דנדריטים

בהרבה מקרים מבחינים בגרעינים בעלי צורת ענפים, שהיא הצורה הנותנת יחס גבוה מאוד בין שטח הפנים לנפח (מאפשר קצב קירור גבוה). גרעינים בעלי מבנה זה נקראים דנדריטים. הדנדריטים אופייניים להתמצקות מהירה (יציקות, ריתוכים). הם פריכים (לכידת נוזל בין הענפים), ומכאן שאינם רצויים מבחינה הנדסית.

החלפה

אטום החלפה זהו אטום של חומר זר, הקרוב בקוטרו לקוטר האטום והנכנס לסריג ע"י החלפת מקום עם אטום מן החומר.

היעדרות

אטום היעדרות הוא אטום חסר בסריג. היעדרויות קיימות בעיקר בגלל רעידות תרמיות של האטומים בטמפרטורות גבוהות. ריכוז ההיעדרויות עולה עם עליית הטמפרטורה. עיבוד בקור מעלה את ריכוז ההיעדרויות בחומר.

הלוגנים

משפחה של יסודות אל-מתכתיים שלחלקם פעילות כימית גבוהה. נוטים לייצור מלחים (תרכובות עם מתכות). היסודות ההלוגניים נמצאים בטור השביעי של המערכה המחזורית. אלה יסודות פעילים מבחינה כימית, ולכן הם נמצאים בטבע כתרכובות שונות. עם משפחה זו נמנים: פלואור (F), כלור(Cl) , ברום (Br), יוד (I), ואסטטין (At).

הקשיית מעוותים

הקשית החומר הנובעת כתוצאה מהסתבכות של נקעים אחד עם השני ועם מחסומים המעכבים את התקדמותם בסריג. מספר הנקעים בסריג מעוות גדול במספר סדרי גודל מזה שבסריג מורפה.

הרפיה

תהליך המשמש לריכוך מסגים שהתקשו מכל סיבה שהיא. זהו חימום של הפלדה (לעיתים קרובות - לאחר שעברה טיפול תרמי של חיסום) לטמפ' הנמצאות בתחום העליון של טמפ' ההחלמה, השהייתה בטמפ' זאת לפרק זמן מוגדר. ככל שטמפ' ההרפיה גבוהה יותר או משך ההרפיה ארוך יותר, חוזקו של המסג, פריכותו, קשיותו, ואילו התנגדותו לנגיפה והפלסטיות שלו יעלו. כדי לתת למרטנזיט הפריך מידת מה של משיכות, מחממים אותו מחדש ומחזיקים אותו בטמפ' קבועה במשך שעה עד שלוש שעות, כנדרש לקבלת הקושי הרצוי.

השורה האלקטרוכימית / טבלת EMF

מידת הנטייה למסור או לקבל אלקטרונים. מצביע איזה מהחומרים יהיה אנודה ואיזה קתודה במהלך הבאתם במגע.

התבדלות

תהליך יצירת פאזה חדשה מתוך פאזה מוצקה רווית יתר. כאשר הטמפרטורה של הסגסוגת יורדת מתחת לטמפ' של כושר ההמסה המקסימלי, מתחילה נוקלאציה של פאזה חדשה, בדר"כ על גבולות הגרעינים של פאזת האם.

התעייפות

כאשר החומר נכשל בעומסים נמוכים ממאמץ הכניעה כתוצאה מהפעלת מספר רב של מחזורים של מאמץ. איך ניתן לשלוט על תופעת ההתעייפות של החומר? הורדת ערכי העומס המחזורי, הימנעות מפינות חדות, הימנעות מוויברציות, סגסוג עם חומרים המעלים את העמידות בהתעייפות, טיפולים תרמיים, הימנעות מקורוזית גימום, ביצוע בדיקות תקופתיות ומעקב (לדוגמא: במטוסים, להפסיק להטיס לאחר שהמטוס עבר מספר מסוים של נחיתות והמראות).

זיקון

תהליך המורכב מטיפול המסה ומטיפול נוסף לפירוק מבוקר של תמיסה רווית יתר. התהליך מבוסס על ירידת התמוססותו של מומס בממיס עם ירידת הטמפ'. תחילה מבצעים הומוגמזציה מלאה של המסג בטמפ' הנמצאת באיזור חד-פאזי, משהים עד גמר ההמסה וההומוגניזציה, ומקררים במהירות. קיבלנו תמיסה רווית יתר. בשלב השני מחממים את המסג מחדש לשליש מטמפ' ההומוגניזציה, משהים את המסג עד להופעת מתבדל עדין. עוצרים את התגובה על-ידי צינון המסג.

זחילה

בטמפרטורות גבוהות יחסית וברמת מאמצים מסויימת, החומר יכול לעבור דיפורמציה פלסטית, ללא שנדרש להגדיל את הכוחות והמאמצים המופעלים. דיפורמציה מסוג זה היא איטית יחסית (חודשים עד שנים) לכן היא מכונה זחילה, והיא מוגדרת כתופעה של התארכות החומר כתלות בזמן במאמץ קבוע.

חדירון

חדירון הינו אטום הנלכד בין האתרים של הסריג, אתרים אלה נקראים אתרי חדירה. כאשר האטום החודר קטן ביחס לאטום של גביש האם, העיוות של הסריג קטן למדי, אך אם קוטרו של האטום החודר שווה בערך לקוטר של גביש האם, או אם אחד מהאטומים של גביש האם חודר בין האתרים שבסריג, יתקבל עיוות ניכר במבנה. חדירויות נוצרות בעיקר בגבישים לא נקיים, או בגבישים שעברו הקרנה.

חומר אמורפי

זהו חומר בו יחידות המבנה ארוזות באופן אקראי ללא סדר לטווח רחוק בדומה לנוזל.

חומר יוני (מלח)

מורכב מיונים חיוביים ושליליים לסירוגין, המוחזקים יחדיו בעזרת כוחות משיכה חשמליים חזקים. התוצאה היא מבנה מחזורי של יונים. דוגמאות לחומרים יונים: מלח בישול(NaCl) , אשלגן-פלואורי (KF), ונתרן פחמתי(Na₂CO₃).

חיסום

תהליך שבו מחממים פלדה לטמפ' אוסטניטית ומצננים אותה במהירות במים לאחר הומוגניזציה של האוסטניט. הצינון המהיר של הפלדה בנוכחות ריכוז פחמן גבוה בהרכבה גורם לכך, שבמצב "מחוסם" יש לפלדה מבנה גבישי מיוחד במינו, הנקרא מרטנזיט, שהוא המבנה הקשה והפריך ביותר המוכר בפלדה, ומכאן שהוא בעל התנגדות מירבית לשחיקה. אטומי הברזל שואפים לעבור ממבנה FCC למבנה BCC, אולם לאטומי הפחמן אין אפשרות לצאת ממקומם; התוצאה היא קבלת מרטנזיט. תחת עדשת המיקרוסקופ נראות דיסקיות המרטנזיט כמחטים.

חסינות לשבר

התנגדות החומר לשבר. ככל שהשטח מתחת לעקום המאמץ-עיבור זה גדול יותר, החומר סביל/חסין יותר.

טיפול תרמי

חימום או קירור בקצבים שונים במטרה לקבל שינויים מיקרו-מבניים בחומר נתון. כתוצאה מכך מקבלים מגוון רחב של תכונות פיסיקליות ומכניות בחומרים שונים. החומרים מתחלקים ל- 3 קבוצות: אלה שאינם מגיבים לטיפול תרמי, אלה שמגיבים לחיסום (פלדות, סגסוגות טיטניום), ואלה שמגיבים לזיקון (סגסוגות אלומיניום ונתכי-על).

טבלה (מערכה) מחזורית

דרך מקובלת למיון היסודות היא באמצעות הטבלה המחזורית. בשנת 1869 פרסם מנדלייב את הנוסח הראשון של הטבלה המחזורית. היסודות בטבלה מסודרים לפי מספרם האטומי, כאשר הטבלה נפתחת ביסוד הקל ביותר, המימן,(H) שמספרו האטומי הוא 1. החלוקה לטורים ושורות נקבעה על סמך מחזוריות ברורה שקיימת בתכונותיהם של היסודות. הטבלה המחזורית מחולקת לשמונה טורים עיקריים. בין הטורים השני והשלישי קיים גוש נוסף של יסודות המכונה גוש מתכות המעבר. האלקטרונים ברמה החיצונית, הרחוקה ביותר מגרעין האטום, נקראים אלקטרוני ערכיות. מיקומו של כל יסוד, כלומר הטור והשורה בהם הוא ימצא, נקבעים על-ידי סידור האלקטרונים ביסוד. מספר הרמות האלקטרוניות המאוכלסות באלקטרונים ביסוד, יקבע באיזה שורה ימצא היסוד. מספר אלקטרוני הערכיות קובע את התכונות הכימיות של היסוד. הטבלה המחזורית יכולה לעזור בניבוי התכונות הבאות: האם היסוד יגלה תכונות של מתכת או אל-מתכת. איזה סוג קשרים ייצור יסוד זה עם יסודות אחרים (קשרים מתכתיים, קוולנטים או יוניים).

יון

אטום בעל מטען חשמלי, כלומר שבו מספר האלקטרונים שונה ממספר הפרוטונים. יון חיובי הינו אטום שהוצאו ממנו אלקטרונים ויון שלילי הינו יון שהוספו אליו אלקטרונים.

יסוד

חומר שאי אפשר לפרקו לחומרים אחרים באופן כימי. זהו חומר הבנוי מסוג אחד בלבד של אטומים. יסודות חשובים וסימונם: מימן (H), פחמן (C), חנקן(N) , חמצן (O), נתרן (Na), מגנזיום (Mg), אלומיניום (Al), סיליקון (Si), אשלגן (K), זרחן (P), גופרית (S), כלור (Cl), ארגון (Ar), סידן (Ca), טיטניום (Ti), ואנדיום (V), כרום (Cr), מנגן (Mn), ברזל (Fe), קובלט (Co), ניקל (Ni), נחושת (Cu), אבץ (Zn), מוליבדן (Mo), זירקוניום (Zr), כסף (Ag), קדמיום (Cd), טונגסטן (W), פלטינה (Pt), זהב (Au) , בדיל (Sn), עופרת (Pb).

לולאת נקע

נוצרת כתוצאה מאינטרקציה בין שניים או יותר נקעי קצה לבין שניים או יותר נקעים הנמצאים על אותו מישור החלקה. המכניזים להיווצרות לולאות נקע קרוי מקור פרנק-ריד.

ליקווידוס

הקו בדיאגרמת הפאזות המפריד בין האזור המכיל רק נוזל לאזור המכיל תערובת של מוצק ונוזל.

מאמץ

כוח ליחידת שטח.

מודול האלסטיות/ מודול יאנג

היחס בין המאמץ לעיבור בתחום האלסטי (לינארי) של עקומת המאמץ-עיבור. ניתן לראות במודול האלסטי אינדיקציה למידת הקשיחות של החומר או למידת העמידות של החומר בדיפורמציה אלסטית.

מוליכות חשמלית

תכונה של חומר, המציינת את מידת ההולכה של זרם, כאשר מחברים את החומר במעגל חשמלי סגור. ככל שהמוליכות טובה יותר, כך הזרם העובר במעגל גדול יותר.

מולקולה (פרודה)

חלקיק שיש בו לפחות שני אטומים הקשורים ביניהם בקשר קוולנטי. מולקולה, המכילה אטומים מאותו סוג, היא מולקולה של יסוד, ומולקולה שבה יש אטומים מסוגים שונים היא מולקולה של תרכובת.

מספר אטומי

מספר הפרוטונים בגרעין האטום. נקרא גם מספר סידורי של האטום.

מספר קואורדינציה

מספר האטומים השכנים הקרובים ביותר לאטום כלשהו במבנה הסריגי.

מעבר משיך-פריך

אנרגיית השבר של חומר בעל מבנה FCC משתנה באופן רציף, פחות או יותר לינארי, עם הטמפרטורה. בחומרים בעלי מבנה BCC ובעיקר פלדות, קיימת אי-רציפות חריפה בשינוי אנרגיית השבר בתחום טמפ' מסויים. מעל טמפ' מסויימת החומר משיך ונשבר באנרגיה גבוהה יחסית, אך מתחת לטמפ' זו החומר פריך ונשבר באנרגיה נמוכה מאוד. איזור אי הרציפות נקרא טמפ' מעבר משיך-פריך.

מקדם פואסון

יחס בין העיבורים בכיוון אורכי ורוחבי, המתקבלים כתוצאה מהפעלת מאמץ בכיוון אורכי.

מקדם צפיפות אריזה

הנפח המאוכלס על-ידי אטומים יחסית לנפח תא היחידה. מקדם זה נותן אינדיקציה לגבי מידת צפיפות החומר.

משקל אטומי

סכום הפרוטונים והניוטרונים באטום.

מתכת

יסוד בעל תכונות אופייניות כמו: הולכה חשמלית ותרמית טובות, ברק, ניתן לריקוע ועיבוד, יכולת לעבור דיפורמציה פלסטית. רוב המתכות מוצקות בטמפרטורת החדר.

מתכות אלקליות

משפחה כימית של יסודות מתכתיים, רובם מוצקים בטמפרטורת החדר, רכים ופעילים מאוד. עם משפחה זו נמנים היסודות הבאים: ליתיום(Li), נתרן (Na), רובידיום (Rb), צזיום (Cs) ופרנציום (Fr).

מערכות החלקה

ישנם בגביש מישורים וכיוונים בהם תתבצע ביותר קלות החלקת נקעים, בשל היותם מישורים וכיוונים צפופים באטומים. שילוב בין מישור החלקה לכיוון החלקה קרוי מערכת החלקה.

נגיפה

בניסוי נגיפה מכניסים דגם מחורץ בעל מימדים סטנדרטים למלחציים ושוברים אותו באמצעות מטוטלת. המטוטלת היא פטיש המשתחרר, נופל ושובר את הדגם המחורץ ומתרומם לגובה מסוים. הפרש באנרגיות הפוטנציאליות שווה לאנרגיה שהושקעה בדגם כדי לשבור אותו.

נוקלאוס

נוזל, המקורר באופן פתאומי מתחת לנקודת ההתמצקות שלו, הופך לבלתי יציב ושואף להפוך למוצק, שהינו מצב יציב בטמפרטורה זו. כשיוצקים מתכת נוזלית לתוך תבנית קרה, טמפרטורת הנוזל בקרבת דופן התבנית יורדת מהר מתחת לטמפרטורת ההתמצקות, ונוצרים נוקלאוסים של מוצק (מוקדי התמצקות) על דופן התבנית ובקרבתה. נוקלאוסים אלה גדלים מהר לגרעינים בעלי צורה פחות או יותר כדורית ומשתחררת כמות גדולה של חום כמוס. חום כמוס זה, בנוסף לחום של המתכת הנוזלית, צריך להתפזר דרך קירות התבנית והשכבה הדקה שהתמצקה. קצב הוצאת החום יפקח לכן על קצב הגידול של הגבישים. הגרעינים הקיימים ממשיכים לגדול, ומתקבל מהנה של גרעינים מאורכים בעלי קריסטלוגרפיה אופיינית.

נוקלאציה

שלב הנוקלאציה הוא שלב של היווצרות חלקיקים קטנים של פאזה חדשה, הנקראים נוקלאוסים, ושלב הגידול הוא הגדלת נפח החלקיקים עד אשר כל הפאזה הקודמת הופכת לפאזה חדשה או עד אשר הפאזה החדשה מגיעה לגודלה הסופי.

נוקלאציה הומוגנית

נוקלאציה אחידה בכל הנפח.

נוקלאציה הטרוגנית

כאשר ישנם מקומות מועדפים לנוקלאציה, כמו דפנות הכלי בשעת התמצקות או גבולות גרעינים בשעת מעבר פאזה, הנוקלאציה אינה אחידה בחומר.

נזק מימני

נזק הנגרם כתוצאה מתגובה בין חומר למימן. לדוגמא, כתוצאה מחדירה של מימן לתוך המתכת, או כתוצאה מיצירת תרכובת פריכה בין המימן לבין המתכת (הידרידים).

ניוטרון

חלקיק חסר מטען חשמלי. מהווה חלק מגרעין האטום. מספר הניוטרונים שווה בדרך-כלל למספר הפרוטונים בגרעין או גדול ממנו.

ניסוי מתיחה

מבין כל הבדיקות המכניות הקיימות (חוזק, קשיות, נגיפה, התעיפות וכו'), מספקת בדיקת חוזק המתיחה את כמות הנתונים הרבה ביותר עבור בדיקה אחת. הבדיקה מתבצעת על דגם תקני בעל צורה גיאומטרית מוגדרת, הנידפן במכשיר מתיחה מיוחד ונמתח עד שבירתו. תוך כדי ביצוע הבדיקה נמדדים הכח המופעל על הדגם והמעוותים הנוצרים בו כתוצאה מפעולת כח זה.

נקודה אוטקטית

בדיאגרמת הפאזות קיימת נקודה בה המעבר מנוזל למוצק נעשה בטמפרטורה קבועה ולא בתחום טמפרטורות. נקודה זאת נקראת נקודה אוטקטית, והיא מופיעה בריכוז והטמפרטורה קבועים.

נקע

זהו פגם האחראי לתופעת ההחלקה, באמצעותה עוברות מרבית המתכות דיפורמציה פלסטית. לפיכך יש להתייחס אל הנקע כאל אזור של הפרעה סריגית מקומית המפרידה בין האזורים בסריג שעברו החלקה לבין אלה, שלא עברו החלקה. שני הסוגים הבסיסיים של נקעים הם נקע קצה ונקע בורגי. בנקע קצה קיים טור אטומים נוסף מעל מישור ההחלקה. בנקע בורגי, המישורים האטומיים מסודרים סביב הנקע במסלול בורגי.

סולידוס

הקו בדיאגרמת הפאזות המפריד בין האזור המכיל רק מוצק לאזור המכיל תערובת של מוצק ונוזל.

סריג

הסידור התלת-ממדי הנוצר על-ידי תאי היחידה של הגביש.

סריגי ברווה

המתכות בטבע מסודרות ב- 14 סוגי סריגים שונים, הנקראים סריגי ברווה. מרבית המתכות בטבע נכללות באחד משלושת הסריגים הבאים:

Body Centered Cubic = BCC

Face Centered Cubic = FCC

Hexagonal Close Packed = HCP

עיבור / מעוות

השינוי באורך המתרחש במהלך ההעמסה מחולק באורכו ההתחלתי של הגוף לפני הפעלת המאמץ.

פאזה

מבנה הומוגני (אחיד) בעל תכונות כימיות ופיסיקליות אופייניות. במונח פאזה נכללים מצבי הצבירה גז, נוזל, מוצק. אולם, גם במצב מוצק ניתן להבחין בפאזות שונות (מבנים שונים) מבעד למיקרוסקופ. דוגמאות: א. קרח ומים הם שתי פאזות של החומר המולקולרי H2O. ב. ברזל אוסטניטי הינו בעל מבנה FCC ואילו ברזל פריטי הינו בעל מבנה BCC.

פגמים במבנה

גביש אידיאלי הינו בעל מערך תלת-ממדי אינסופי, החוזר על עצמו תוך כדי שכפול תא היחידה אינסוף פעמים באופן מושלם. במציאות הגביש מוגבל בגודלו וישנם בו פגמים הפוגמים במבנה המושלם ומשבשים אותו. פגמים אלו אחראים להרבה מתכונות החומר בעולם האמיתי. מקובל להתייחס לפגמים בהתאם לממד שלהם.

פגמים נקודתיים 0 מימדים

קבוצה זו מכילה פגמים בסדר גודל של אטום בודד, ביניהם: העדרויות, זיהומים (אי-ניקיונות) וחדירונים של אטום זר או של אטומים מסוגים שונים. הפגמים הנקודתיים גורמים לירידת המוליכות החשמלית של הגביש ולשינויי בתכונות המכניות.

פגמים קווים 1 מימדים

קבוצה זו כוללת פגמים בסדר גודל של שורת אטומים, ביניהם: נקעי קצה, נקעים בורגיים ולולאות נקע.

פגמים משטחיים 2 מימדים

קבוצה זו כוללת גבולות גרעינים (גבולות בין גבישים שונים בתוך החומר), גבולות בין פאזות, תאומים (twins), ומשגי הערמה (stacking falts).

פגמים נפחיים 3 מימדים

קבוצה זו כוללת פגמים בסדר גודל של צבר אטומים. לדוגמא: מתבדלים או חללים (voids) בסדר גודל של צבר אטומים במרחב תלת-מימדי.

פולימורפיזם

כאשר ליסוד מסוים ישנם מספר מבנים קריסטלוגרפים שונים בתנאים שונים, לדוגמא, היסוד פחמן יכול להופיע כגרפיט, כמבנה יהלום וכפחמן 60.

מבנה גרפיט

הכדורים הכחולים מייצגים אטומי פחמן. בתוך המישור קיימים קשרים קוולנטים חזקים ובין המישורים קיימים קשרי ון-דר-וולס חלשים.

פלדה

חומר בעל חוזק גבוה שהינו שילוב בין ברזל לבין כמויות קטנות (בדרכ' פחות מ-1% משקלי) של פחמן. דיאגרמת ברזל-פחמן מתארת את סוג הפאזות הקימות בפלדות שונות כתלות בהרכב הפחמן ובטמפרטורה. פלדת אל-חלד, הקרויה בקיצור פלב"מ (stainless steel), הינה פלדה דלת-פחמן המכילה למעלה מ-10% כרום (Cr). תוספת זאת של כרום היא המקנה לפלדה את עמידותה בקורוזיה (שיתוך). שימושים של ברזל ופלדות: שלד לגשרים, שלד לגורדי שחקים, רכיבים אלקטרונים, מסילות ברזל, מכוניות, מגנטים, מוצרי ספורט, צעצועים, מכונות תעשייתיות, מטבעות ועוד.

פלדות פחמן

הינם נתכי ברזל המכילים 0.05%-1.5% משקלי פחמן (C) ולא יותר מ- 0.6% סיליקון (Si). בד"כ משתמשים בפלדות פחמן לשימושים לא תעופתיים, כאשר השיקולים העיקריים הם נוחות הייצור ומחירו הנמוך של החומר. פלדות פחמן מחלידות ע"י חמצן בנוכחות מים/לחות בטמפרטורת החדר, ויש להגן עליהן במידת האפשר (צביעה, ציפוי וכו').

פרוטון

אחד המרכיבים של גרעין האטום. הפרוטון הינו בעל מטען חשמלי חיובי.

ציפוי אלקטרוליטי

מבוסס על טבילת החלק המיועד לציפוי (המשמש כקתודה) בתמיסה של המתכת המצפה והזרמת זרם ישר בינו לבין אלקטרודה אחרת. זוהי השיטה הנפוצה ביותר לציפוי חומרים. תכונות הציפוי תלויות בטמפ', בצפיפות הזרם, בזמן ובהרכב התמיסה. פרמטרים אילו מאפשרים יצירת ציפויים בעוביים וצפיפויות.

ציפוי כימי

זהו תהליך בו יוני מתכת בתמיסה מימית מהולה מצטפים על מצע באמצעות חיזור יוני מתכת באופן כימי. החלק פשוט נטבל בתוך אמבט הציפוי ונוצרת שכבת ציפוי.

קורוזיה (שיתוך)

הרס של החומר כתוצאה מתגובה עם הסביבה, שהיא בעיקרה כימית. נזקי קורוזיה משפיעים על תעשיות שונות כדוגמת תעשיית התעופה, תעשיית הרכב, כורים גרעיניים, מבנים, מיכלים וצינורות. כאשר מדובר על קורוזיה של חומרים מתכתיים, מדובר בתגובה אלקטרו-כימית. מאחר והן התגובה האנודית והן התגובה הקתודית מתרחשות במהלך תהליך הקורוזיה, ניתן להפחית את הקורוזיה על-ידי הפחתת התגובה האנודית מחד והפחתת התגובה האנודית מאידך. הצורות האופייניות של קורוזיה: א. קורוזיה אחידה (כללית), ב. קורוזיה גלוונית, ג. קורוזית נקיקים (crevice), ד. קורוזית גימום pitting)), ה. קורוזיה בין גרעיניתintergranular) ), ו. קורוזית שחיקה erosion)), ז. קורוזית מאמצים, ח. נזק מימני.

קורוזיה אחידה

מאופיינת על-ידי התקפת משטח החומר בצורה אחידה, כך שניתן להעריך את קצב הפחתת עובי הפריט. שיטות להגנה על הפריט כוללות ציפויים, צביעה, שימוש בחומרים מעכבי קורוזיה (אינהיביטורים), והגנה קתודית.

קורוזיה גלוונית

נגרמת על-ידי מגע חשמלי וקשר אלקטרוליטי (לדוגמא תמיסת מי מלח) בין שתי מתכות שקיים ביניהם פוטנציאל כימי. הפוטנציאל קובע מי האנודה ומי הקתודה. התקפה מסוג זה באה לידי ביטוי בעיקר באזור החיבור של שתי המתכות השונות.

קורוזית נקיקים

תופעה זו אופיינית למשטחים שבהם אין ערבוב של האלקטרוליט. באזור שבו אין ערבוב של האלקטוליט תהיה ירידה בריכוז החמצן, אשר תגביר את הקורוזיה.

קורוזית גימום

זוהי קורוזיה הפוגעת באופן מקומי בפני השטח של המתכת, ואופיינית במיוחד למתכות שבהן שכבת הפסיבציה נפגעת במקומות מסויימים. באותם האזורים ממשיכה להתקדם המסה אנודית של המתכת בעוד שאר פני השטח נשארים פסיביים. אמצעי הגנה מפני קורוזית גימום: א. טיב פני שטח חלק למניעת חריצים התחלתיים שמהם יתפתח תא ריכוזים, ב. בחישה להשוואת ריכוזים – מניעת התפתחות תא ריכוזים, ג. שיפור הנתך. לדוגמא: פלב"מ 316 עמיד בפני גימום לעומת פלב"מ 304, זאת בזכות הוספת 2-3 % Mo), ד. טיפול של פסיבצית פני שטח, הגורם להעשרת פני השטח באלמנטים חסינים לקורוזיה, ה. הגנה באמצעות אנודת קורבן בעלת אלקטרו-שליליות גבוהה יותר, ו. באמצעות ספק חיצוני לשנות את כיוון הזרם.

קורוזיה בין גרעינית

נגרמת כתוצאה מאי-רציפות במבנה החומר בין הגרעינים השונים. קורוזיה זאת אופיינית לחומרים שעברו ריתוך. אזור הריתוך רגיש במיוחד מפני שנוצר בו שדה מאמצים.

קורוזית ארוזיה (שחיקה)

גידול בתקיפה של המתכת כתוצאה מתנועות בין נוזל קורוזיבי לבין פני השטח של המתכת.

קורוזית מאמצים

כאשר ישנם מאמצים בערכים נמוכים, אולם בסביבה קורוזיבית, מתקבל כשל הנראה לכאורה ככשל מכני, אך התופעה לא הייתה מתרחשת אלמלא היה מדובר בסביבה אגרסיבית.

קריסטלוגרפיה

קריסטל=גביש. הקריסטלוגרפיה חוקרת את הסימטריות והזוויות במבנים השונים. החומר הגבישי בנוי מיחידות מבנה זהות הארוזות היטב בסידור תלת-מימדי.

קשר ון-דר-וולס

קשר משני הנגרם כתוצאה מאי-סימטריה של מסלולי האלקטרונים בקליפה החיצונית. מדובר על קשר חלש האופייני למולקולות ניטרליות מבחינה חשמלית.

קשר יוני

קשר בין מתכת לאל-מתכת, בו המתכת מוותרת על אלקטרון (או אלקטרונים) מהקליפה החיצונית לטובת אטום אל-מתכתי המקבל את האלקטרונים לקליפתו החיצונית. במצב זה אטום המתכת נהיה בעל מטען חיובי (קטיון) ואטום האל-מתכת נהיה בעל מטען שלילי (אניון). ניתן לתאר את התרכובת היונית כגביש, אשר בו נמצאים יונים חיוביים ושליליים אשר ביניהם קימים כוחות משיכה חשמליים חזקים. כוחות המשיכה החשמליים מחזיקים את היונים צפופים עם יכולת תנועה מוגבלת, לכן כל התרכובות היוניות הן מוצקות בטמפרטורת החדר. בגלל תנועתם המוגבלת של היונים, תרכובות יוניות אינן מוליכות חשמל במצב מוצק והחומרים היוניים הם פריכים. דוגמא מוכרת לתרכובת יונית היא ,NaCl המכונה מלח בישול.

קשרי מימן

מולקולות קוטביות כדוגמת מולקולות מים הינן בעלות מטען שלילי באזור מסוים של המולקולה ובעלות מטען חיובי באזור אחר של המולקולה. ישנה משיכה בין האזורים הטעונים שלילית לבן האזורים הטעונים חיובית של המולקולות השונות. מדובר בקשרים משניים חלשים.

קשר מתכתי

האטום המתכתי מוותר על האלקטרונים בקליפתו החיצונית, כך שהאלקטרונים ימצאו במצב של ענן אלקטרונים חופשיים בתוך החומר. המבנה הזה נותן את התכונות המתכתיות כגון: חוזק, ברק, מוליכות חשמלית ותרמית גבוהות, וכן אקטיביות כימית. מדובר על קשר חלש יותר מהקשרים היוניים והקוולנטיים, אך עדיין מדובר על קשר חזק.

קשר קוולנטי (קשר מולקולרי)

קשר קוולנטי נוצר כתוצאה משיתוף זוגות אלקטרונים בין אטומים. זהו קשר אשר אופייני ליסודות אל-מתכתיים. זוגות אלקטרונים אלה מכונים אלקטרוני קשר. מדובר בקשר חזק האופייני לאל-מתכות כדוגמת המימן, כלור, ברום, יוד, חמצן והפחמן. דוגמאות לקשרים מולקולריים: חמצן (O₂), מים (H₂O), סוכר (C₁₂H₂₂O₁₁).

ריפוי

זהו טיפול המורכב מחימום הפלדה לאיזור הטמפ' אוסטניטת, השהייתה בטמפ' זו למשך זמן המאפשר הומוגניזציה מלאה של האוסטנית, ולאחר מכן קירורה האיטי של הפלדה לטמפ' הסביבה הרגילה. ריפוי מלא ניתן לפלדות כדי לרכך אותן או כדי להעלות את כושר העיבוד השבבי שלהן.

שבר משיך

מאופיין על-ידי מעוות פלסטי רב בזמן התקדמות הסדק והן בתוך השבר עצמו. חומר שנשבר באופן משיך מוסר הודעה מוקדמת לפני הכישלון וברוב המקרים אפשר להפסיק את פעולת החלק לפני השבירה. שבר משיך אידאלי הוא שבר של גזירה המתקבל מהחלקת שתי שכבות אטומים זו על גבי זו עד להפרדה מלאה. השבר המשיך יופיע לאחר מאמץ ה-UTS תוך כדי היווצרות צואר מקומי.

שבר פריך

הינו שבר של ביקוע המאופיין על-ידי הופעתו הפתאומית (ללא התראה מוקדמת), כך שהכשל מתרחש באופן מידי. שבר של ביקוע מתקבל על-ידי הרחקת שתי שכבות אטומים מקבילות עד שכוחו הקוהזיה ביניהן יורד לאפס. שבר פריך מתקבל בסוף התחום האלסטי של עקומת-מעוות וזהו שבר גס גרעיני.

תא יחידה

כאשר למוצק יש מבנה גבישי, האטומים מסודרים במבנה חוזר הנקרא תא יחידה, שזוהי למעשה היחידה הבסיסית המבטאת את הסימטרייה של הגביש.

תגובה אוטקטית

תגובה בה מתרחש מעבר מנוזל לשתי פאזות מוצקות.

תגובה אלקטרו-כימית

תגובה כימית בה יש העברה של אלקטרונים מחומר אחד לאחר.

תכונות מכניות

מודול אלסטיות, מודול גזירה, מאמץ כניעה, יחס פואסון, חוזק, קשיות, מאמץ מקסימלי(UTS).

תמיסה מוצקה

כשמתחלים להוסיף יסוד אחד ליסוד האם, בד"כ אין מקבלים באחוזים נמוכים פאזה מוצקה, אלא תמיסה מוצקה. גבול המסיסות במצב מוצק תלוי במספר גורמים: טמפ' (בדר"כ גבול המסיסות עולה עם הטמפרטורה), היחס בין הקטרים האטומים של המרכיבים (צריך שהיחס יהיה קרוב ל- 1), ההבדל בערכיות של היסודות (אם קיים הבדל גדול קיימת אפשרות ליצירת תרכובות ביניהם, האלקטרונגטיביות (יסוד בעל מספר קטן יותר של אלקטרונים חופשיים יומס יותר בקלות).

תרכובות בין מתכתיות

מתכות מהטור הראשון והשני בטבלא יוצרות תרכובות סטויכומטריות עם יסודות מקבוצות גבוהות יותר בטבלא המחזורית. רוב התרכובות הללו מתאפיינות בנקודת היתוך גבוהה, התנגדות לחימצון, יחס טוב של חוזק למשקל, פריכות וחוזק נמוך לנגיפה בטמפרטורת החדר.