آشنایی با مهندسی مواد(متالوژی)

واضح آرشیو وب فارسی:تکناز:
مقدمه
امروزه دوره های رشد و پیشرفت دانش بشری را بر اساس نحوه به كارگیری فلزات و مواد تقسیم بندی می كنند. شناخت خواص، توزیع و نحوه استخراج و كاربرد مواد گوناگون در صنایع به همراه تولید مواد مركب و الكترو سرامیکها و حفاظت و شكل دهی آنها محدوده مهم، وسیع و پر كاربردی از دستاوردهای دانش بشری را شامل می گردد كه هم اكنون به عنوان دانش مهندسی مواد شناخته می شود.

تحولات سریع و وسعت تحقیقات و بازدهی بالا، این دانش را در زمره مهمترین علوم استراتژیك قرار داده و یكی از ملاكهای توسعه یافتگی جوامع بر اساس رشد و پیشرفت تكنولوژیك در این علم محسوب می شود. تعریف
مهندسین مواد دست اندر كار استخراج، توسعه دادن، عمل آوردن، و امتحان كردن موادی هستند كه در تولیدفراورده های گوناگون، از چیپهای كامپیوتری و صفحات تلوزیون گرفته تا چوب گلف به كار میروند.آنها با فلزات، سرامیكها، مواد پلاستیكی، نیمه هادیها، و تركیباتی از موادی كه به آنها كامپوزیت (مواد مركب) می گویند، برای بوجود آوردن موادی كه دارای خصوصیات خاص مكانیكی، الكتریكی و شیمیائی باشند كار میكنند. از جمله كارهای آنها انتخاب مواد برای كاربردهای جدید نیز میباشد .
امروزه پیشرفتهای جدیدی در مهندسی مواد حاصل شده كه به مهندسین این امكان را میدهد تا مواد را به روشهای گوناگونی به كار برند. بعنوان مثال ، مهندسین مواد با استفاده از فرایندهای پیشرفته ، الكترونها و نوترونها به توانائی تولید مواد در سطح اتمی دست یافته اند و نیز قادر به شبیه سازی خصوصیات مواد و اجزای آنها توسط رایانه شده اند .
مهندسین مواد متخصص در فلزات را مهندسین فلزات و متخصص در سرامیك را مهندسین سرامیك گویند. اكثریت مهندسین فلزات (متالوژی) در یكی از سه شاخه اصلی یعنی استخراج یا شیمیائی ، فیزیكی و یا فرایند كار میكنند .
متالوژیستهای استخراج با جدا كردن فلزات از سنگهای معدنی و پالایش وآلیاژ سازی آنها برای بدست آوردن فلزات مفید سر و كار دارند. متالوژیستهای فیزیكی طبیعت ، ساختار و خصوصیات فیزیكی فلزات و آلیاژهای آنها را بررسی كرده و در روشهای تبدیل آنها به محصولات نهائی مورد استفاده قرارمیدهند. متالوژیستهای فرایند ، روشهای فلزكاری مانند ریخته گری ، كوبیدن ، گرد كردن و شكل دهی را بوجود آورده و توسعه میدهند. مهندسین سرامیك مواد سرامیكی را تولید كرده و روشهای تبدیل آنها را به فراورده های مفید ایجاد میكنند. سرامیك به تمامی مواد غیر آلی و غیر فلزی كه عموما در روند تبدیل نیاز به حرارتهای بالا دارند گفته می شود .مهندسین سرامیك بر روی موادی گوناگون از شیشه آلات گرفته تا قطعات اتومبیل و هواپیما ، خطوط ارتباطی فیبر نوری ، كف پوش و عایقهای الكتریكی كار می كنند.
گرایشها و کاربرد
در حال حاضر رشته مهندسی مواد در سطح دانشگاه های ایران در مقطع کارشناسی در سه گرایش دانشجو می پذیرد که عبارتند از: متالورژی استخراجی، متالورژی صنعتی و سرامیک که در زیر با آنها آشنا می شویم.
گرایش متالورژی استخراجی
گرایش متالورژی استخراجی یکی از زیرمجموعه های رشته مهندسی مواد است. کشور ایران جزء معدود کشورهای جهان بشمار می رود که دارای معادن متنوع و غنی از فلزات است. با وجود این مزیت نسبی، متأسفانه هنوز ما نتوانسته ایم به جایگاه واقعی خود در تولید فلزات در جهان برسیم. در ایران در حال حاضر فقط فلزاتی نظیر آهن، مس، سرب، روی و آلومینیوم بصورت انبوه تولید می شود. هنوز ما وارد کننده فلزاتی نظیر تیتانیم، منیزیم، کبالت و … هستیم. حتی باید اشاره کرد که بحث روز ایران در رابطه با غنی سازی اورانیم، با وجود معادن حاوی اورانیم اخیراً مورد توجه قرار گرفته، که یک بحث کاملاً متالورژیکی است. در حقیقت باید از متخصصین امر استخراج فلزات بعنوان متولیان تولید فلز اورانیم نام برد. بنابراین دیر یا زود ایران باید تولید دیگر فلزات مهم صنعتی و استراتژیک را آغاز کند. این مسئله جز با کمک نیروهای متخصص امکان پذیر نیست.
در این رشته به هیچ وجه در مورد معدن کاری و استخراج معادن بحث نمی شود. این جزء مواردی است که به فارغ التحصیلان رشته مهندسی معدن مربوط می شود. بلکه کار فارغ التحصیلان این رشته هنگامی آغاز شده که سنگ معدن حاوی فلز در محل کارخانه تحویل گرفته می شود.
در این گرایش دانشجویان، اصول و مبانی علمی استخراج فلزات را آموزش می بینند. در کنار آموزش فناوریهای متداول تولید فلزات، روشهای نوین تولید فلزات نیز تدریس می شود.
از دیگر زمینه هایی که در این گرایش آموزش داده می شود میتوان به خوردگی و از بین رفتن فلزات و روشهای جلوگیری از آن و روشهای پوشش دهی فلزات اشاره کرد. گفتنی است که در حال حاضر ??% از درآمد ناخالص ملی کشور آمریکا بواسطه مسئله خوردگی انواع سازه ها، اتومبیلها، صنایع و …. تلف می شود. این نشان دهنده اهمیت علم خوردگی فلزات است. همچنین با عملیات خاص میتوان در سطح فلزات، پوششهای خاصی ایجاد کرد که خصوصیات سطحی فلزات را بطور چشمگیری بهبود داد. بعنوان مثال میتوان با ایجاد پوششهای خاص سختی سطح فلزات را تا پانزده برابر افزایش داد. یا با ایجاد پوششهای مناسب در سطح فلزی مثل آهن، آنها را در محیطهای خورنده ای مثل اسید سولفوریک به راحتی بکار برد. دانشجویان جزء مواردی که در این رشته با آن آشنا می شوند خوردگی و روشهای جلوگیری از آن و علم پوشش دهی فلزات است.
گرایش متالورژی صنعتی
رشته متالورژی صنعتی یکی از زیر مجموعه های رشته مهندسی مواد است. در مهندسی مواد شناخت ساختار مواد و خواص آن و شناخت ارتباط بین این ساختار و خواص در جهت افزایش زمینه های کاربردی و طراحی مواد نو و ترکیبات جدید از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
مهندسی مواد

با توجه به نام و محتوای این رشته ملاحظه می شود که در این رشته از علم شناخت فلزات و آلیاژها در جهت کاربردهای صنعتی استفاده می شود. علم متالورژی که یکی از شاخه های علم مواد می باشد در زمینه طراحی و تولید آلیاژهای صنعتی کاربرد دارد. کلیه قطعات مکانیکی که در صنایع مختلف بکار می رود از فلزات و آلیاژهای گوناگونی ساخته شده اند. انواع فولادها و چدن های آلیاژی، آلومینیم و آلیاژهای آن، مس، منیزیم، روی و سایر فلزات به طور وسیع در ساخت انواع قطعات صنعتی مورد مصرف قرار می گیرند. این قطعات در صنایع مختلف به خصوص صنایع خودروسازی، هوا- فضا، هواپیماسازی، پتروشیمی، صنعت نفت و گاز، ساختمان، سازه های فضایی، حمل ونقل، صنایع نظامی به کار می روند.
زمینه های کاربردی جدید:
رشته متالورژی صنعتی علاوه بر کاربردهای متداول که در صنایع گوناگون دارد در جهت طراحی و تولید مواد پیشرفته به سرعت در جهان در حال توسعه می باشد. مواد مغناطیسی نو با خواص برتر، استفاده از مواد مرکب (کامپوزیت) پایه فلزی ، ساخت مواد پیشرفته از طریق ترکیبات بین فلزی، استفاده از آلیاژهایی که می توانند جایگزین اعضای بدن انسان شوند، ایجاد آلیاژهای سبک جهت تولید قطعات حساس، طراحی و تولید آلیاژهایی که در دماهای بالا به کار می روند، طراحی آلیاژهایی که در شرایط ویژه و سخت کاربرد دارند مثال هایی از کاربرد رشته متالورژی صنعتی در تولید مواد پیشرفته می باشد. در سال های اخیر رشته هایی مانند مواد زیستی و نانوتکنولورژی مورد توجه بسیاری از محافل علمی، تحقیقاتی و صنعتی جهان قرار گرفته است که رشته متالورژی صنعتی می تواند نقش اساسی در جهت توسعه این گونه مواد پیشرفته ایفا نماید. دراین راستا در ایران و به خصوص دانشگاه علم و صنعت ایران در سال های اخیر تحقیقات علمی گسترده ای صورت گرفته است و دانشکده مهندسی مواد و متالورژی به عنوان قطب علمی مواد پیشرفته کشور شناخته شده است. پژوهش و تحقیقاتی که در این رشته و با همکاری با سایر مراکز علمی جهان صورت می گیرد در قالب مقالات علمی در معتبرترین مجلات جهان به چاپ می رسد.
گرایش سرامیک
رشته سرامیک یکی از زیر مجموعه های رشته مهندسی مواد است. وظیفه اصلی یک مهندس مواد در ابتدا شناخت ساختمان مواد و خواص آن و شناخت ارتباط بین این ساختار و خواص است و در مواردی دیگر با توجه به نیاز کاربردی که وجود دارد مواد جدید و ترکیبات جدید را طراحی نماید.
اما رشته سرامیک به عنوان یک زیر شاخه رشته مواد چیست؟
در ابتدا با شنیدن نام سرامیک هر انسانی به یاد ظروف سفالین می افتد و بسیاری فکر می کنند که رشته مهندسی سرامیک یک رشته هنری است و گروهی دیگر این تصور را دارند که این رشته محدود به ساخت محصولاتی چون ظروف سفالین، کاشی یا چینی می باشد. اما نکته قابل توجه در رابطه با این شاخه از علم مواد این است که با شناخت و ورود دست آوردهای آن به دنیای صنعت یک مرحله جدید و یک تحول بزرگ پدید آمد. این شاخه که بسیار هم جوان است سبب شد تا تحول بزرگی درصنایع فضا، الکترونیک، اپتیک، پزشکی و بسیاری از علوم دیگر پدید آید.
بطور کلی اگر تعریفی از سرامیک به شکل ساده و ابتدایی بدهیم باید بگوییم که مواد سرامیک عبارتند از مواد معدنی غیرفلزی. کافی است که به اطراف خود نگاه کنید، هر آنچه که جزء مواد آلی (مانند پلاستیک، چوب و لاستیک)و فلزی نباشد سرامیک است. پس می بینیم که در دنیای کنونی سرامیک ها ما را محاصره نموده اند. شیشه ها از جمله شیشه های ساختمانی، اپتیک، فیلترهای بسیار دقیق اپتیکی، مصالح ساختمانی از جمله سیمان، کاشی، چینی بهداشتی، نسوزها و کلاهک ها و پوشش بیرونی موشک های فضاپیما و قطعات اصلی کامپیوتر ها، اجزای درونی قطعات الکترونیک از جمله Ic ها، خازن ها، مقاومت ها، ایمپلانت ها و بسیاری از قطعاتی که جایگزین اعضای بدن انسان می شود، فروالکتریک ها، فری مغناطیس ها و فوق هادی ها و بسیاری کاربردها و مواد دیگر که همه و همه مدیون شناخت و بوجود آمدن رشته سرامیک است. در سال های اخیر رشته هایی مانند مواد زیستی و نانوتکنولوژی مورد توجه بسیاری از محافل علمی، تحقیقاتی و صنعتی جهان قرار گرفته است که رشته سرامیک با دوشاخه بایو سرامیک ها و نانو سرامیک ها در این رشته ها مطرح می باشد.

به طورکلی سرامیک ها به دو دسته سنتی و مدرن تقسیم می شوند. در ایران به شکل عمده صنعت سرامیک متمرکز بر تولید سرامیک های سنتی است که شامل صنایع شیشه، چینی، کاشی، سیمان، نسوز و … بوده است. امکان ادامه تحصیل در این رشته تا مقطع دکترا درداخل کشور وجود دارد، وضعیت ادامه تحصیل در دانشگاه های خارج از کشور نیز در این رشته بسیار مطلوب می باشد و این رشته بسیار مورد توجه جوامع صنعتی و دانشگاهی جهان است.
از دیدگاه وضعیت بازار کار، با توجه به رشد قابل توجهی که این صنعت در ایران داشته و دارد، بازار کار مناسبی را می توان برای آن متصور شد. هر چند با ظرفیت قابل ملاحظه ای که سالانه در این رشته جذب دانشگاه ها می شوند تا حدودی از قطعیت این سخن کاسته می شود. نزدیکی این شاخه از مهندسی با رشته های فیزیک و شیمی بیش از تمامی رشته هاست و بسته به شاخه های خاص به هر یک از دو رشته فیزیک و شیمی کاربردی نزدیک می شود. دانش آموزانی که علاقمند به درک عمیق تر علل پدیده های رفتاری مواد مختلف و یافتن کاربردهای نوین و طراحی مواد جدید متناسب با نیازهای روزافزون بشری می باشند و به طور کلی علاوه بر داشتن علایق مهندسی خود را به علوم نیز نزدیک حس می کنند، می توانند در این رشته موفق باشند.
درهرحال کشور ما دارای خلاء های بسیاری برای محصولات و شاخه های جدید و نوین سرامیکی است.همگام با توسعه همه جانبه کشورنیاز فراوانی به مهندسان و دانشمندان تحصیل کرده در این رشته وجود خواهد داشت و هر فرد متخصص با دارا بودن جدیت، اعتماد به نفس و پشتکار می تواند بازار کاری مناسبی برای خود پدید آورد.
مهندسی مواد در ایران
بخش مهندسی مواد دانشكده مهندسی دانشگاه شیراز اولین دانشکده ای بود که در سال 1351 با پذیرش دانشجو در مقطع كارشناسی ارشد آغاز به فعالیت نمود پس از گسترش نسبی در سال 1353 اولین گروه از دانشجویان كارشناسی را پذیرفت. بعد از آن پس از انقلاب فرهنگی، با بازگشایی دانشگاه ها، چند دانشگاه دیگر نیز این گروه مهندسی را راه اندازی کرده و مقطع کارشناسی ارشد این رشته را پایه گذاری کردند.
مواد شیمیایی