مقدمه :

مهندسي علم مواد يكي از رشته هاي فني مهندسي است كه بدليل گستردگي و تامين مواد اوليه تمامي رشته هاي مهندسي لقب مادر رشته هاي مهندسي را به خود اختصاص داده است . اين رشته به عنوان يك رشته مستقل، قدمتي حدود هفتاد ساله دارد. در ايران نيز از حدود ۴۰ سال قبل اين رشته در دانشگاه هاي كشور تدريس مي شود. به جرات مي توان گفت كه اكثريت قريب به اتفاق مصنوعات بشري كه در اطراف مي بينيم. حاصل تلاش مهندسين مواد است. اگر به اتومبيل، قطار و هواپيما توجه كنيم، قسمت هاي اصلي آن مثل بدنه، شيشه و موتور از مواد تشكيل شده است. در ساختمان ها تمام قطعات فلزي بكار رفته در اسكلت ساختمان، تمام مواد اوليه سيم كشي، مواد بكار رفته در لوله كشي هاي آب، شوفاژ، گاز، وسايل و لوازم خانگي و غيره تماماً به مهندس مواد مربوط مي شود . در اين كتابچه به معرفي اين رشته مي پردازيم .

معرفي مواد

بطور كلي از ديدگاه شيمي موادي كه در دنياي پيرامون ما وجود دارند به دو دسته هستند :

الف) مواد آلي ب) مواد معدني
 

مواد آلي :

به طور كلي به مجموعه ي بزرگي از مواد شيميايي جامد، مايع يا گاز گفته مي شود كه در تركيب خود داراي كربن باشند. ولي به دليل برخي از دلايل تاريخي برخي از مولكول هاي داراي كربن جزو مواد آلي به حساب نمي آيند. از اين بين مي توان به كربيد ها ، كربوناتها ، اكسيد هاي ساده ي كربن ، سيانيد ها و آلوتروپ هاي كربن مثل گرافيت و الماس اشاره كرد. با وجود اينكه تمايز بين مواد آلي و غير آلي (معدني ) در شيمي از اهميت خاصي برخوردار است ولي اين امر در مورد مولكول هاي كربن دار كاملا سليقه اي و قراردادي است.

Ashnaei-25-11-94-1

يكي از ساده ترين مواد آلي ˚ متان

مواد معدني :

بطور كلي تمامي مواد ، غير از مواد آلي ، شامل مواد معدني هستند يا به عبارتي عناصر متشكله آن فقط شامل هيدروژن و كربن نيست . شيمي معدني شاخه بزرگي از علم شيمي است كه بطور كلي شامل بررسي ، تحليل و تفسير نظريه هاي خواص و واكنشهای تمام عناصر و تركيبات آنها بجز هيدروكربن ها و اغلب مشتقات آنها است.اما در مهندسي مواد مواد بگونه اي ديگر دسته بندي شده اند .

تقسيم بندي مواد در رشته مهندسي مواد :

مواد مهندسي شامل چهار دسته هستند :

فلزات ، سراميك ، پليمر ، كامپوزيت ها

Ashnaei-25-11-94-2

فلزات :

بطور كلي فلزات شامل دو دسته آهني و غير آهني هستند .

آهني ها شامل : چدن و فولاد ، غير آهني ها شامل : ساير فلزات و آلياژها غير از چدن و فولاد .

تهيه فلزات از طريق احياء سنگ معدن و كاني ها امكانپذير است .

Ashnaei-25-11-94-3

سراميك ها :

سراميك ها بطور كلي شامل دو دسته اصلي مي شوند :

الف) راميك هاي مهندسی(شامل اكسيدي ها و غير اكسيدي ها)

ب) سراميك هاي سنتي (شامل رسي ها و غير رسي ها)

فلزات در طبيعت بصورت اكسيد يا به عبارتي سراميك ، موجود هستند . كاني ها ، سنگ معدن ها ،خاك ها و … از دسته سراميك ها هستند . متاسفانه بسياري از افراد مهندسي سراميك را تنها در صنايع چيي و سراميك مي شناسند . در صورتيكه چيني و سراميك مورد استفاده در ساختمان سازي ها تنها بخشي از علم عظيم سراميك هستند.

تقسيم بندي سراميك ها

Ashnaei-25-11-94-4

پليمر ها :

بشر با تلاش براي دستيابي به مواد جديد, با استفاده از مواد ألي (عمدتا هيدروكربن ها) موجود در طبيعت به توليد مواد مصنوعي نايل شد. اين مواد عمدتا شامل عنصر كربن ، هيدروژن ، اكسيژن ، نيتروژن و گوگرد بوده و به ناممواد پليمريمعروف هستند. مواد پليمري يا مصنوعي كاربردهاي وسيعي ، از جمله در ساخت وسايل خانگي ، اسباب بازي ها ، بسته بندي ها ، كيف و چمدان ، كفش ، ميز و صندلي ، شلنگ ها و لوله های انتقال آب ، مواد پوششي به عنوان رنگ ها براي حفاظت از خوردگي و زينتي ، لاستيك هاي اتومبيل و بالاخره به عنوان پليمرهاي مهندسي با استحكام بالا حتي در دماهاي نسبتا بالا درساخت اجزايي از ماشين ألات دارند ، ساختار اغلب پليمرها بر پايه اتم كربن است .

Ashnaei-25-11-94-5

كامپوزيت ها :

كامپوزيت ها سازه هاي مواد چند سازه اي هستند كه از تركيب دو يا چند ماده (فلز ، سراميك ، پليمر ) پديد مي آيند .

بعنوان مثال تاير اتومبيل يك كامپوزيت ساده از تركيب فلز (سيم هاي فلزي) و پليمر (لاستيگ) است . در اين دسته از مواد مهندسي اجزاي تشكيل دهنده ويژگي خود را حفظ كرده ، در يكديگر حل نشده و با هم ممزوج نمي شوند . هر چند كه كامپوزيت ها جزو مواد پيشرفته به حساب مي آيند اما سابقه استفاده ازين مواد به سالها قبل باز ميگردد . كاه گل و آجرهاي گلي از اولين چند سازه هاي ساخت بشر است كه در آن از تقويت كننده كاه استفاده مي شده است .

 

زيرشاخه هاي مهندسي مواد درمقطع كارشناسي

متالورژي استخراجي :

متالورژي استخراجي فن استخراج فلز از كاني ها و تصفيه و بازيافت آن است . طلا و مس از اولين فلزاتي بودند كه مورد استفاده بشر قرار گرفتند و دليل آن اين بود كه در طبيعت بصورت خالص موجود بودند . اما ساير فلزات چون آهن ، آلومينيم و اكثر فلزات در طبيعت به شكل اكسيد ، سولفيد ، كلريد و كربنات هستند . استخراج فلز خارج كردن سنگ آهن آن از معدن نبوده بلكه به معناي جداكردن فلز از كاني محتوي آن فلز است . استخراج فلز را با توجه به فرايندهاي آن به دو گروه كلي متالورژي حرارتي و متالورژي آبي تقسيم مي كنند . اصول متالورژي حرارتي بر اساس ذوب و متالورژي آبي بر اساس حل سازي كاني مي باشد . بيشتر فلزات موجود در طبيعت به صورتهاي اكسيد ، سولفيد ، كلريد و كربنات مي باشند . مهم ترين مرحله جداسازي اين فلزات از سنگ معدن احيا شيميايي آنها است .

متالورژي صنعتي :

همانطوركه از نام اين گرايش پيداست ، متالورژي صنعتي از شناخت فلزات گرفته تا توليد و رساندن تا مرحله مصرف فلزات را شامل مي شود . اين گرايش بسيار گسترده بوده و صنايع فولادسازي ، ريخته گري ، مس ، آلومينيم ، ماشين سازي ، آهنگري ، لوله سازي و .. را تحت الشعاع قرار مي دهد . متالورژيست ها فلزات را با روش هاي مختلف فراوري كرده و از طريق آلياژ سازي ، خواص آنها را با كاربرد مورد نظر مطابق نموده و آماده مصرف مي سازند . قطعات توليدي در صنايع مختلف بخصوص صنايع خودرو سازي ، هوا فضا ، هواپيما سازي ، پتروشيمي ، صنايع نفت و گاز ، ساختمان سازي ، حمل و نقل ، صنايع نظامي ، لوازم خانگي بكار مي روند .

سراميك

در ابتدا با شنيدن نام سراميك هر انساني به ياد ظروف سفالين مي افتد و بسياري فكر مي كنند كه رشته مهندسي سراميك يك رشته هنري است و گروهي ديگر اين تصور را دارند كه اين رشته محدود به ساخت محصولاتي چون ظروف سفالين، كاشي يا چيني مي باشد. اما نكته قابل توجه در رابطه با اين شاخه از علم مواد اين است كه باشناخت و ورود دست آوردهاي آن به دنياي صنعت يك مرحله جديد و يك تحول بزرگ پديد آمد. اين شاخه كه بسيار هم جوان است سبب شد تا تحول بزرگي درصنايع فضا، الكترونيك، اپتيك، پزشكي و بسياري از علوم ديگر پديد آيد.

بطور كلي اگر تعريفي از سراميك به شكل ساده و ابتدايي بدهيم بايد بگوييم كه مواد سراميك عبارتند از مواد

معدني غيرفلزي. كافي است كه به اطراف خود نگاه كنيد، هر آنچه كه جزء مواد آلی(مانند پلاستيك، چوب و لاستیک)و فلزي نباشد سراميك است. پس مي بينيم كه در دنياي كنوني سراميك ها ما را محاصره نموده ند. شيشه ها از جمله شيشه هاي ساختماني، اپتيك، فيلترهاي بسيار دقيق اپتيكي، مصالح ساختماني از جمله سيمان، كاشي،

چيني بهداشتي، نسوزها و كلاهك ها و پوشش بيروني موشك هاي فضاپيما و قطعات اصلي كامپيوتر ها، اجزاي ها دروني قطعات الكترونيك از جمله ICها ، خازن ها، مقاومت ها، ايمپلانت ها و بسياري از قطعاتي كه جايگزين اعضاي بدن انسان مي شود، فروالكتريك ها، فري مغناطيس ها و فوق هادي ها و بسياري كاربردها و مواد ديگر كه همه و همه مديون شناخت و بوجود آمدن رشته سراميك است. در سال هاي اخير رشته هايي مانند مواد زيستي و نانوتكنولوژي مورد توجه بسياري از محافل علمي، تحقيقاتي و صنعتي جهان قرار گرفته است كه رشته سراميك با دوشاخه بايو سراميك ها و نانو سراميك ها در اين رشته ها مطرح مي باشد.

 

زيرشاخه هاي مهندسي مواد درمقطع كارشناسي ارشد

شناسايي ، انتخاب مواد مهندسي

عمومي ترين گرايش مهندسي مواد در مقطع ارشد " شناسايي و انتخاب مواد مهندسي " مي باشد . اين گرايش در حقيقت گرايش اصلي مهندسي مواد در مقطع ارشد مي باشد . وظيفه اصلي يك مهندس مواد ، انتخاب و توليد يك ماده مناسب براي كاربري خاص است ، به عنوان مثال براي ساخت موتور جت موشك ها ، يك مهندس مواد تشخيص ميدهد كه چه ماده اي با چه شرايطي ميتواند بهترين گزينه ممكن باشد . اين انتخاب بر اساس خواص مكانيكي و مقاومت ماده ، جنبه اقتصادي ، وزن قطعه ، سيكل توليد ، دماي كاري ، شرايط شيميايي كاري قطعه و …مي باشد .

 

خوردگي و حفاظت مواد

فلزات دائماً در معرض واكنش شيميايي با محيط و برگشتن به حالت اوليه خود يعني اكسيد و سولفيد هستند .خوردگي فلزات سالانه صدها ميليارد دلار به اقتصاد جهان ضربه وارد مي كند . در اين گرايش دانشجويان راه هاي حفاظت در مقابل خوردگي را فرا مي گيرند .

 

شكل دادن فلزات

فلزات به روش هاي مختلفي شكل داده مي شوند از انواع اين روش ها مي توان به فورج ، نورد ، اكستروژن ، كشش اشاره كرد . اين گرايش يكي از كاربردي ترين گرايش هاي مهندسي مواد است كه مستقيماً با توليد سر و كار دارند. دانشجويان در اين گرايش محاسبات و ملزومات مورد نياز براي تغيير شكل هر فلز را در شرايط مختلف مي آموزند.

 

جوشكاري

سريعترين راه توليد قطعات جوشكاري مي باشد . برخلاف تصور اغلب مردم ، جوشكاري رشته اي تجربي و عملي است در حاليكه رشته جوشكاري تئوري هاي بسيار پيچيده و مهمي دارد . به عبارتي علم متالورژي و ذوب فلزات در منطقه جوش خلاصه مي شود ! سرعت سرد شدن سريع در جوشكاري سبب شده تا كنترل تركيب شيميايي مذاب مشكل شده و عيوب به فراواني ظهور پيدا كنند . دانشجويان در اين رشته انواع روش هاي جوش ، متالورژي جوش و تست هاي غير مخرب و بازرسي جوش را فرا مي گيرند .

 

ريخته گري

ريخته گري از صنايع پايه ي هر كشور است كه بخش عمده اي از توليدات را در بر مي گيرد . دانشجويان اين رشته شرايط مختلف ريخته گري را در روش هاي صنعتي ، سنتي و مكانيزه را مي آموزند و تبهر اصلي آنها آلياژ سازي مي باشد . در شرايط ذوب و ريخته گري عوامل مهمي چون دما ، زمان ، اتمسفر اهميت زيادي پيدا ميكنند ، كنترل تركيب شيميايي مذاب از مهم ترين وظايف ريخته گران است تا بتوانند قطعه اي سالم و بدون عيب با استحكام كافي و قيمت مناسب ارائه نمايند .

 

نانو مواد

خواص مواد در مقياس نانو تغييرات چشمگيري پيدا مي كند ، بعنوان مثال رنگ طلا در مقياس نانو ساخته شده به رنگ نارنجي است ! علم نانو از جديدترين علوم قرن بيست و يكم است كه در آينده اي نه چندان دور جهان را متحول مي كند ، علم نانو مي تواند مصرف مواد و فلزات را تاحد باور نكردني كاهش داده و خاصيت هاي مطلوب آن را بهبود دهد . اين علم در حال حاضر بيشتر بصورت پژوهشي دنبال مي شود .

 

مهندسي پزشكي و بيومواد

بدون شك پزشكي بدون علم و مهندسي مواد غير ممكن است . از آنجاييكه حساسيت مواد در كاربردهاي پزشكي بسيار بيشتر حائز اهميت است ، مهندسين مواد ، موادي را به نام "بيومواد" ارائه داده اند كه ضد حساسيت به بدن مي باشند . بيومواد ممكن از از فلزات يا سراميك ها و يا تلفيقي از هردو باشند . پلاتين مورد استفاده در ارتوپدي يك مثال از بيومواد است .

 

سراميك

اين گرايش مهندسي مواد كاملاً از ساير گرايش ها متمايز است . ديرگدازها ، سيمان ، كاشي ها ، سراميك ها ، خاك نسوز ، پرسلان ها از انواع سراميك ها هستند . دانشجويان در اين گرايش نحوه ساخت سراميك ها، بهبود آنها و ساخت نانو سراميك و كامپوزيت هاي زمينه سراميكي را فرا مي گيرند .

 

متالورژي استخراجي

با توجه به اينكه ايران از كشورهاي غني از معادن است اين گرايش مي تواند بسيار كاربردي باشد . متالورژهاي استخراجي مي توانند روش هاي تغليط و جداسازي فلزات از كاني را بهينه سازي كنند . آنها در وقت و انرژي صرفه جويي ايجاد كرده و فلزات با خلوص بيشتري تحويل متالورژ هاي صنعتي مي دهند .

 

نقش مهندسين مواد در صنعت :

مهندسان مواد نقشي كليدي در پيشرفت صنايع فوق مدرن و جديد مانند صنايع هسته اي، صنايع انرژي، تكنولوژي پزشكي و كاربرد هاي فضاي و نظامي داشته و تحقيقات كاربردي و پايه اي در متالورژي و مواد، پيوسته افق هاي جديدي را در پيشرفت تمدن بشري گشوده است. از آنجائيكه مواد ، واحدهاي سازنده تمامي توليدات مي باشند ، مهندسين مواد در طيف وسيعي از صنايع توليد كننده به كار مشغولند. درصد بالائي از اين مهندسين در صنايع مربوط به فلز ، قطعات الكترونيكي ، وسائل حمل و نقل تجهيزات صنعتي كارمي كنند . نياز به مهندسين مواد در كار توليد مواد جديد براي مواد الكترونيكي وپلاستيكي رو به افزايش است. براستي كه رشته مهندسي مواد دنياي بسيار گسترده و وسيع داشته و بالحق لقب مادر رشته هاي مهندسي را بخود اختصاص داده است . كشورهاي پيشرفته دريافته اند كه اساس و پايه اقتصاد و پيشرفت هر كشورمسقيماً به مهندسي مواد آن باز مي گردد و اكنون شاهد هستيم كه كشورهاي جهان سوم كه داراي صنعت و اقتصاد ضعيفي هستند توجه كمتري به اين رشته داشته اند . اميد است با پيشرفت علم مهندسي مواد شاهد شكوفايي بيشتر كشور عزيزمان ايران باشيم .

درباره انجمن علمی مهندسی مواد و متالورژی

شرح فعالیت های انجمن: 1. اطلاع رسانی در خصوص فعالیت های علمی ، پژوهشی محققین، متخصصین،دانشجویان و صنعتگران و گسترش این فعالیتها در راستای اهداف انجمن 2. برگزاری کارگاهها و دوره های آموزشی مرتبط با بازار کار رشته مهندسی مواد و متالورژی 3. مشاوره تحصیلی / روانشناسی / موفقیت و ... 4. برگزرای سمینارهای یک روزه مرتبط با رشته 5. برگزاری بازدیدهای علمی از مراکز مهم صنعتی 6. گردآوری و فروش سی دی های درسی و غیره و همچنین e book و نیز کتب و نشریات تخصصی، فیلم های آموزشی مرتبط و غیر مرتبط با رشته مواد و متالورژی 7. ترجمه پروژه و مقالات

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *