ساختار مواد
ساختار مواد را به طور کلی میتوان به شکل زیر طبقهبندی کرد:
مواد جامد
ساختار بلورین
ساختار مواد خالص: این مواد از یک نوع اتم تشکیل شدهاند. این ساختارها به ۱۴ نوع سلول واحد (شبکههای) براوه معروفند.
1. مکعبی ساده (sc)
2. مکعبی با وجوه مرکزپر (fcc)
3. مکعبی مرکزپر (bcc)
4. تتراگونال ساده
5. تتراگونال مرکزپر
6. اورتورومبیک ساده
7. اورتورومبیک مرکزپر
8. اورتورومبیک دو وجه مقابل پر
9. اورتورومبیک وجوه مرکزپر
10. رومبوهدرال
11. هگزاگونال (hcp)
12. مونوکلینیک ساده
13. مونوکلینیک با دو وجه مقابل پر
14. تریکلینیک
همیشه نمی توان اشیا را همان گونه به حالت طبیعی خود، مورد استفاده قرار
داد. بلكه گاهی مجبوریم آن ها را به گونه ای تغییر دهیم تا برای مان قابل
استفاده گردیده، یا بهتر و بیشتر به كارمان آیند. این مطلب به ویژه درباره
فلزات بسیار مورد، پیدا می كند. چه بسا كه مجبوریم دو یا چند فلز را با هم
تركیب كنیم تا فلز دیگری كه بیشتر قابل استفاده مان باشد، در اختیارمان
قرار گیرد.
آلیاژ یعنی فلزی كه از تركیب دو یا چند فلز پدید آمده است. برای مثال،
برنج، آلیاژ و فلزی است كه از تركیب « مس » و « روی » به دست آمده است.
این دو فلز را گداختـه و چنان به هم آمیخته اند كه فلز دیگری به نام برنج
به دست آمده است.
گاهی آلیاژ از تركیب فلزی با یك غیر فلز به دست می آید. مانند فولاد كه
تركیبی از « آهن » و « كربن » است. اگر معنای لغوی واژه ی « آلیاژ » را
بخواهید، باید برایتان بگویم كه این لغت از یك واژه ی فرانسوی گرفته شده و
معنایش تركیب كردن است.
همیشه به هنگام تهیه ی یك آلیاژ، اتم های مختلفی به هم می پیوندند. گاهی
این پیوند و تركیب به طور كامل صورت می گیرد، مانند آلیاژ برنج؛ و گاهی به
طور قسمتی مانند آلیاژ فولاد. گاهی برای تركیب دو فلز، نیازی به گداختن آن
ها نیست و فقط حرارت كافی است تا عناصرشان به هم بپیـوندند. تهیه ی آلیاژ
را بدین شیوه، فلز گریِ گَردی می نامند. زیرا فلزها به صورت گرد در هم
آمیخته شده، پیش از حرارت دادن خوب آن ها را در هم می فشرند.
غالباً به جای استفاده از فلزهای خالص، آلیاژها را برای مصرف های ویژه بر
می گزینند. معمولاً برای گداختن آلیاژها به حرارت كمتری نیاز داریم تا
گداختن فلزهای خالص.
لحیم، آلیاژی است كه از تركیب « قلع » و « سرب » و یا از تركیب «قلع»،
«مس» و « روی » به دست آمده است و خیلی سریع و آسان ذوب می شود.
آلیاژها معمولاً سختی و استقامت بیشتری دارند تا فلزهایی كه آن ها را پدید
آورده اند. مثلاً وقتی كه « آهن » را با « كربن » تركیب كنیم، فولاد به
دست می آید و این فولاد به مراتب سخت تر و محكم تر از آهن می باشد. سپس با
افزودن فلز دیگری به نام « كُرُم »، فولادمان یك فلز زنگ نزن می گردد.
اكنون برخی از آلیاژهای معروف را برایتان بر می شمریم:
سكه های طلا و سكه های زینتی، آلیاژ طلا و مس هستند. زیرا طلای خالص به حدی نرم است كه خیلی قابل استفاده نمی تواند باشد.
سكه نقره ای انگلیسی از 5/92 درصد نقره و 5/7 درصد مس درست شده است.
در مجموع مهندسی مواد دارای سه گرایش: متالوژی استخراجی ، متالوژی صنعتی و سرامیك می باشد.
?
??????? متالوژی استخراجی و متالوژی صنعتی
دانشمندان ، مواد صنعتی را به سه گروه عمده فلزات، پلاستیكها و سرامیكها
تقسیمبندی كرده و فلزات را به عنوان بزرگترین گروه مواد صنعتی معرفی
میكنند.
در این میان علم متالوژی در برگیرنده هر كاری است كه روی فلزات و سنگ
معدنهای آنها انجام میشود یعنی متالوژی استخراجی با تهیه فلزات از سنگ
معدن اولین قدمها را برمیدارد و سپس متالوژی صنعتی محصول فلزی قابل مصرف
را تولید میكند.
متالوژی استخراجی حدفاصل بین مهندسی معدن و شاخه صنعتی متالوژی است. چرا
كه تمامی موادی كه ما از آنها استفاده میكنیم به صورت تودههای سنگی كه
دارای ناخالصیهای زیادی هستند (عیارشان پایین است) در معادن قرار دارند و
باید بعد از كشف و استخراج به یاری تكنولوژی متالوژی استخراجی، مراحلی را
طی كنند تا قابل مصرف گردند. یعنی لازم است كه یك مهندس متالوژی با انجام
یكسری فرآیندها مانند خردكردن سنگ معدن با دستگاههای موسوم به سنگشكن،
تغلیظ سنگ معدن با استفاده از روشهای مغناطیسی و شناور سازی و عملیات ذوب
و پالایش، عیار سنگ را بالا برده و سنگ را به صورت شمش كه تقریبا خالص است
تحویل صنعت بدهد و سپس به یاری دانش نظری و علمی متالوژی صنعتی، محصول
فلزی قابل مصرف به طور مستقیم یا غیرمستقیم تولید گردد.
به عنوان مثال آنچه در كارخانه ذوب آهن اصفهان تا مرحله تهیه شمش آهن خام
(چدن) انجام میشود، عمدتا مربوط به متالوژی استخراجی است و آنچه پس از
این انجام میدهند و محصول فلزی قابل مصرف مستقیم یا غیرمستقیم تولید
میكنند، در حیطه دانش نظری و علمی متالوژی صنعتی قرار دارد مانند تهیه
نورد كه برای ساخت میله، ورق، تیرآهن و پروفیلهای مختلف آهنی و غیرآهنی
مورد استفاده قرار میگیرد.
متالوژی استخراجی شامل جدا كردن فلزات از سنگ معدن و تصفیه آنها (تولید
فلزات) ، شناخت انواع كورهها، سوختها و فعل و انفعالات شیمیایی میشود.
این گرایش انواع متعددی از روشها را در بر میگیرد كه از جمله میتوان به
كانهآرایی، پرعیار كردن مواد معدنی، ذوب كردن، تصفیه فلز مذاب و تولید
شمش فلز اشاره كرد. همچنین متالوژی صنعتی عبارت است از روشهای مختلف تولید
مصنوعات فلزی كه مهمترین این روشها: متالوژی پودری (تهیه قطعات فلزی با
استفاده از پودر آنها)، شكل دادن (نورد ، آهنگری، پرسكاری و كشیدن) ،
جوشكاری و ماشینكاری (شكل دادن مواد توسط تراش و برش) است. همچنین در
متالوژی صنعتی خواص و مشخصات فیزیكی ، ساختاری و مكانیكی مواد بررسی
میشود.
?
??????? مهندسی سرامیك
?
واژه سرامیك كه از كلمه یونای ?كراموس? گرفته شده است به معنای ?سفالینه?
یا ?شیء پخته شده? است. چرا كه منشا پیدایش این علم، سفالینهها هستند كه
بشر اولیه آنها را از گل رس میساخت و قدمت آنها به بیش از 6000 سال قبل،
یعنی پیش از كشف و استفاده از فلزات میرسد و هنوز نیز استفاده از
ساختههای سفالی در جوامع مختلف رونق دارد. و شاید به همین دلیل هرگاه نام
سرامیك برده میشود، بسیاری از مردم تنها به یاد ظروف سفالی و دیگر
سفالینهها میافتند. در حالی كه علم سرامیك نوین محدود به ساخت ظروف گلی
و سفالینههای سنتی دیگر نمیشود، بلكه این علم اكنون به عنوان شاخه بسیار
مهمی در علوم مختلف بویژه علوم فنی و مهندسی مطرح است و در تمامی علوم و
صنایع از جمله در كامپیوترها، راكتورهای اتمی، صنایع پیچیده الكترونیكی،
صنایع ذوب فلزات و ... كاربرد پیدا كرده است.
امروزه سرامیك را هنر ساخت ظروف سرامیكی و سفالینهها نمیدانیم؛ بلكه آن
را به صورت علمی وسیعتر از ساخت اینگونه وسایل تعریف میكنیم. بر این
اساس میتوان گفت كه سرامیك به طور كلی هنر و علم ساختن و به كاربردن
اشیاء جامدی است كه اجزاء تشكیلدهنده اصلی و عمده آنها مواد غیرآلی و
غیرفلزی است یعنی علم سرامیك علاوه بر سفالینهها شامل انواع چینیها،
دیرگدازها، فرآوردههای رسی ساختمانی ، مواد ساینده، لعابهای چینی،
سیمان، شیشه، مواد مغناطیس غیرفلزی، فروالكتریكها، تك بلورهای مصنوعی و
محصولات پیچیدهتر دیگر میشود.
به عبارت دیگر فرآوردههای سرامیكی به دو دسته عمده تقسیم میشوند كه عبارتند از :
الف ) سرامیكهای سنتی كه اساسا مواد اولیه آنها را سیلیكاتها تشكیل
میدهند و شامل انواع محصولات رسی، سیمان، شیشههای سیلیكاتی و چینیها
میشود.
ب) سرامیكهای نوین كه برای جوابگویی به نیازهای مخصوص مانند مقاومت
حرارتی بیشتر، خواص مكانیكی بهتر، خواص الكتریكی ویژه و مقاومت شیمیایی
افزونتر بوجود آمدهاند.
دانشجویان مهندسی سرامیك كه یكی از گرایشهای مهندسی مواد است، در طول دوره
تحصیلی خود پس از كسب پایههای علمی و مهندسی لازم، كلیه فرآیندهای ساخت
سرامیكها را از مواد اولیه و آمادهسازی آن گرفته تا كنترل كیفی محصولات
ساخته شده و ارتباط بین ساختمان و خواص این مواد فرا میگیرند.
به طور كلی مواد و مصالح صنعتی به سه گروه بزرگ فلزات، پلاستیكها و
سرامیكها تقسیم میشوند. كه مشخصه اصلی سرامیكها، مقاومت بسیار زیاد
آنها در برابر تاثیر مواد شیمیایی و دماهای بالا است. یعنی بیشتر
فرآوردههای سرامیكی مانند اجزای متشكله خود، در برابر آب، اسیدها، گازها،
نمكها و دماهای بالا مقاومت خوبی دارند و به همین سبب در ساختن قطعات
مقاوم نسبت به خوردگی و یا در روشهای حفاظت از خوردگی از سرامیكها
استفاده زیادی میشود.
یكی دیگر از ویژگیهای مواد سرامیكی نیز ارزانی و فراوانی نسبی این مواد
است. كه از جمله میتوان به خاك رس، فلدسپات (به طور عمده شامل سیلیكات
آلومینیوم)، ماسه كوارتزی (به طور عمده اكسید سیلیسیوم)، اكسیدهای مختلف
آهن و آلومین (اكسید آلومینیوم) اشاره كرد. حال مهندسان سرامیك با كنترل
نوع و نسبت تركیب مواد اولیه، فرآوردههای گوناگونی مانند آجر و كاشی، آجر
نسوز، ظروف چینی و سفالی، لعابها (به عنوان روكش فلزات و سرامیكهای
دیگر)، آلومین و تیتانات باریوم (در الكترونیك)، دی اكسید اورانیوم (به
عنوان سوخت هستهای) لعل یا نارسنگ (در لیزر)، شیشه و سیمان طراحی و تولید
میكنند. :arrow: