You are currently viewing علم المواد
علم المواد

علم المواد

علوم وهندسة المواد تخصص متداخل يشمل دراسة خواص المواد وتطبيقاتها للعلوم والهندسة. تتضمن علوم المواد حقول من الفيزياء التطبيقية والكيمياء إضافة للهندسة الكيميائية هندسة البترول والتعدين الهندسة الصناعية والهندسة الميكانيكية الهندسة المدنية والهندسة الكهربائية. يتركز الاهتمام حاليا على أحد تطورات علوم المواد وهو التقانة النانوية. ما زال تدريس هذه العلوم بشكل مستقل فى بعض الجامعات موضع بحث. وتنقسم المواد بحسب طبيعتها إلى (أ) الفلزات وسبائكها (ب) الخزفيات و(ج) البوليمرات.

تحدد المواد المستخدمة فى كل عصر اسمه، مثلا العصر الحجرى والعصر البرونزى. ويعتبر علم المواد واحد من أقدم أشكال الهندسة والعلوم التطبيقية.

تعتمد دراسة علوم المادة بشكل أساسى على معرفة خصائص كل منها تبعا للمعلومات النظرية أو المخبرية ويعد هذا المجال من أكثر المجالات الهندسية ارتباطا بالمختبرات العلمية ابتداء من مختبرات الفحص والتقييم إلى مختبرات التصنيع والأفران الحرارية والمجاهر الإلكترونية عاليه الدقة.

تاريخه وتطوره

برع علماء مسلمون قديما فى هذا العلم وخصوصا علم المعادن، ومنهم ابن سينا والذى يعتبر أول من درس وصنّف المعادن والبيرونى مؤلف كتاب «الجاهر فى معرفة الجواهر» الذي يتناول علم المعادن والتيفاشى صاحب كتاب «أزهار الأفكار فى جواهر الأحجار» الذى يصف فيه المعادن والأحجار الكريمة وكذلك ابن الاكفانى مؤلف كتاب «نخب الذخائر فى أحوال الجواهر».

وقد تطور علم المواد الحديث من علم الفلزات الذى تطور من مجال التعدين. قد حدثت طفرة كبيرة فى فهم علوم المواد أثناء القرن التاسع عشر عندما أثبت جوزيه ويلارد قيبس أن الخواص التحريك الحرارى للتركيب الذرى فى مختلف حالات المادة ترتبط بالخواص الفيزيائية للمادة. وقد جاءت الكثير من المواد الجديدة كنتيجة للسباق الفضائى ومن بينها السبائك المعدنية ومواد الكربون والسيليكون التي تستخدم فى بناء مركبات الفضاء. وقد كان علم المواد عاملا دافعا لتطوير تقنيات لمواد أحدثت تغيرات ثورية مثل اللدائن وأشباه الموصلات مثل (السيليكون والأنتيمون)

أساسياته

فى علم المواد بدل من البحث بشكل عشوائى عن مواد جديدة ومحاولة استكشاف خواصها. يكون الهدف فهم المواد حتى يمكن إنشاء مواد جديدة يكون لها الصفات المطلوبة عن طريق اليات تقوية المواد. ويتضمن أساس علم المواد ربط المواصفات والأداء النسبى لإحدى المواد فى حدود تطبيق معين ببنية الذرات وحالات المادة من خلال عملية التوصيف. أما أهم العوامل المحددة لبنية المادة وخواصها فهى العناصر الكيميائية المكونة لها والطريقة التى تم معالجتها والوصول من خلالها للصورة النهائية. وهذه العوامل إذا تم التعامل معها معا وربطها بقوانين الديناميكا الحرارية فهى تحكم الهيكل الدقيق للمادة وبالتالى خواصها.

عيوب المواد

وهناك مقولة قديمة فى علم المواد تقول: المواد مثل البشر عيوبها هى التى تجعلها مثيرة للاهتمام. وتعد صناعة بلورة بدون عيوب لإحدى المواد غير ممكن فيزيائيا. وبدلا من ذلك يقوم علماء المواد بالتحكم فى العيوب الموجودة فى المواد المتبلورة. وهذه العيوب مثل الرواسب وحدود الحبيبات والذرات الدخيلة والفجوات أو الذرات التعويضية وذلك من أجل تكوين مواد يكون لها الخواص المطلوبة. تلعب العيوب دور هام فى خصائص المادة ويمكن أن يكون تأثيرها على المادة إيجابى أو سلبى. فمثلا تضاف ذرات الكربون إلى الحديد للحصول على خاصيتى الصلابة ومقاومة الصدأ. ومن جهة أخرى تؤثر العيوب على سلوك المادة تحت الخدمة فقد تكون مسبب أساسى فى حدوث الفشل والانهيار للمادة.

هيكل وبنية المواد

وليس لجميع المواد هيكل بلورى منتظم فاللدائن يبدو عليها درجات مختلفة من التبلور. أما الزجاجيات وبعض أنواع الخزفيات والعديد من المواد الطبيعية فهى لابلورية وليس لديها أى تنظيم طويل المدى فى التشكيل الذرى وهذه المواد أصعب كثيرا فى معالجتها وتشكيلها أكثر من المواد المتبلورة.

تقسيم المواد

ويمكن تقسيم المواد إلى أقسام عدة هى: المعادن واللدائن والخزفيات وخزف والزجاج. وكل قسم له خواصه الفيزيائية والكيميائية المميزة.

علم المواد

 

اترك رد