Cikkek

Magunkról

Publikációink

Kurzusok

KIADVÁNYAINK

DVD | Videó | Hang

Oktatási segédanyagok

Térképek

Magyar kutatás
HungaroMars2008


Hunveyor, Husar
Gyakorló űrszondák


BESZÁMOLÓK
MTA-JSPS beszámoló

ADATBÁZISOK
Io hegyei adatbázis

Marsi klímadiagramok adatbázis

Tanárképzés | Szótárak

Extrák
Nyomtatható verzió

Az űrkutatás és az űrtechnológiák oktatása hazánkban (2000)

ANYAGOK SZÖVETSZERKEZETE, ANYAGTÉRKÉPEK
Bérczi Szaniszló, egyetemi docens, ELTE TTK Ált. Fizika Tanszék
Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Űrkutató Csoport

 A szilárd szerkezeti anyagok egyik közös vonása, hogy mikroszkóppal megfigyelhető szerkezetük jellegzetes mintázatú. A metszetekről az optikai mikroszkópban látható mintázatot az anyag szövetének is nevezik. Ilyen szövetek szerkezetét számos tudomány- és iparágban tanulmányozzák, így a biológia, a kőzettan, a műanyag- és kerámiaipar, s a kohászat körében is. A fémtani szövet például a fémek kristályos anyagának krisztallitjait (szemcséit) vizsgálja ezen a szerkezeti szinten. A fémek képlékenyen is formálhatók, (pl. hengerléskor) s a fémes szövet krisztallitjai jól mutatják a mechanikai hatásokra bekövetkezett alakváltozásokat. A kőzetek ásványszemcséi a gyors mechanikai deformációkra rugalmatlanul reagálnak, széttöredeznek, míg a biológiai eredetű anyagok rugalmasan, képlékenyen is viselkedhetnek.
 Az anyagszerkezetek kutatói már régóta vizsgálják, hogy változó környezetben, különféle erők és igénybevételek hatására hogyan viselkednek az anyagok. A külső hatások átalakítják az anyagokat, s föl lehet térképezni azokat a szerkezeti változásokat, melyek e hatásokra bekövetkeznek. Ha párhuzamosan bemutatjuk a behatásokat és a az átalakulásokat is, összefoglaló néven anyagtérképeket készítünk. A leggyakrabban használt anyagtérképek az összetétel változásának függvényében mutatják be a tulajdonságok változását. A NASA holdkőzetek oktatási fölhasználásának egyik területe az, ha segítségükkel bemutatunk néhány egyszerű anyagtérképet.
 Rendezzük el a holdkőzet-készlet négy bazaltos összetételű mintáját egy olyan tulajdonság alapján, ami jól megfigyelhető a szövetükön, éspedig az ásványszemcsék mérete alapján. Tudjuk, hogy a lehűlés körülményei erősen hatnak a szemcseméretre. A gyorsan lehűlő szilikátolvadékból apró kristályok válnak ki, míg a hosszú ideig (pl. nagy mélységben) kristályosodó kőzetek durva szemcsés szövetűek lesznek. Ha tehát az átlagos szemcseméret, illetve a szemcsék egymáshoz való viszonya alapján készítünk el egy sorozatot a holdi bazaltokból, akkor voltaképpen a lehűlési sebesség szerinti anyagtérképet is fölvázoltuk. (A mi anyagtérképünkön így a függőleges tengelyen szerepel a lehűlési sebesség, a különféle szövetek pedig egymás alá kerülnek: felül az apró szemcsés felszín-közeli, s lefelé haladva az egyre durvább szemcséjű mélységi szövetekkel.)
 A leggyorsabban lehűlt anyagot a narancsszínű talajminta üvegcseppjei képviselik a sorozatban (74220). Alájuk kerül az ugyancsak gyorsan lehűlt, de már a mélyből jövő lávában nagyobbra hízott ásványszemcséket is tartalmazó szövet, melyben ásványnyalábok figyelhetők meg. (12002). (A tűs kristályok létrejöttét az iparban is fölhasználják. A Tapolcai Bazaltgyapot Gyárban forgó hengerekre csorgatják vékony sugárban a megolvasztott diszeli bazaltot, s a gyorsan lehűlő olvadékból piroxén-tűkristályok keletkeznek.) A holdi piroxén-tűkristályok körbeveszik a korábban a mélyben már megnőtt, és a magma által fölhozott olivin-kristályokat, s így alakítják ki a porfíros szövetet.
 A szövetek sorában harmadik bazaltminta már nagyobb ásványokat is bőven tartalmaz (70017). Ez a minta a mi szarvaskői (Délnyugat-bükki) gabbrónknak is rokona nagy titántartalma alapján. A fekete, átlátszatlan (opak) ilmenit kristályok sötétre színezik a vékonycsiszolatot. (Néha előfordul a mintában armalcolit is, amit a Holdon fedeztek föl.) A piroxének saját színe a halvány rózsaszín barackvirághoz hasonló. A lehűlési sorban negyedik egy poikilites szövetűnek nevezett minta (12005). Ebben - a lehűlésnek immár egy késői szakaszában -, nagy szemcsékbe ágyazottan láthatók a korábban kivált kicsiny szemcsék. A korán kiváló kristályszemcséket még olvadék vette körül, ezért szép, saját alakkal kristályosodtak.
 A lehűlési sebesség figyelembe vételével anyagtérképet állítunk most össze a NASA holdkőzet készlet bazaltmintáiból. A lehűlési sebesség szerinti anyagtérképeket TTT diagramoknak is nevezik. Elnevezésük a Temperatúra (hőmérséklet), Transzformáció (átalakulás) és Tempus (idő) szavakból képzett betűszó. A függőleges tengelyen a hőmérsékletet, a vízszintes tengelyen az időt mérjük, így a bal felső, magas hőmérsékletű állapotból a jobbra lefelé haladó egyenesek meredeksége mutatja a lehűlés ütemét. A csaknem függőleges, meredeken lefutó egyenesek gyors lehűlést, a "lankásabb" meredekségű egyenesek egyre lassuló lehűlést jeleznek, de ábrázolhatók a változó sebességű lehűlések is. Voltaképpen ebben mutatkozik meg az anyagtérképek igazi szerepe, amit az iparban játszanak, mert fölöttébb alkalmas technológiák gyors bemutatására. A középkorban az acélszablya gyors lehűtését, edzését mesterversekben is megörökítették. A lehűtés sebességének előírt menetét ma már anyagtérképeken ábrázolják. Azokat a szövettípusokat, tartományokat tüntetik föl rajtuk, amelyekbe a különféle lehűtési görbék "belevisznek". Az acéliparban ezeket a tartományi határokat jellegzetes alakjuk okán c-görbéknek nevezték. Különböző lehűtési sebességekkel különféle tulajdonságú acélokat lehet előállítani; a csaknem függőleges meredekségű lehűtéssel még fémüveget is. Gyorsan pörgő hengerre lőve rá a fémolvadékot, a fémsugár a hideg felületen - kristályos szerkezet kialakulása nélkül - szalaggá dermed. Innen a neve is: fémüveg.
 A holdkőzetek szöveteiből rekonstruált anyagtérkép példát mutatott be arra, hogyan használjuk föl a NASA Holdkőzeteit az egyetemi oktatásban. Áttéve a megismerteket egy másik anyagféleségre, és utalva a párhuzamos folyamatok fölismerésére, például a fémek körében, az acéliparhoz jutottunk el. A lehűlési sebességet egyenletesen lassúnak véve, ellenben a kiindulási olvadék-összetételt változtatva, másféle anyagtérképekhez is eljuthatunk.
 

2001.04.
(c) Bérczi Szaniszló