علم المواد

من ويكي الجامعة, مركز التعليم الحر
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث

علم المواد يعتبر علم المواد من العلوم المهمة لدى الدول الصناعية المتقدمة وهو علم متجدد تكثر فيه الأبحاث والدراسات للحصول على مواد جديدة بخواص مميزة, وعلم المواد هو العلم الذي يقود إلى معرفة وفهم المواد المختلفة، حيث يدرس العلاقة بين بنية المادة الهندسية كالفيزياء تقريبا .وخواصها

الاستخدام[عدل]

توجد معظم المواد على صورة خام يستخرج من القشرة الأرضية أو سبائك (خليط من مادتين أو أكثر) أو مواد أخرى مصنعة. يعتبر علم المواد تخصص علمي يُعنى بفصل الفلزات واستخلاصها من خاماتها، وإعدادها في صورة مناسبة لاستخدام الإنسان. ومعظم المواد الفلزية التي نستخدمها في حياتنا تم الوصول إلى صورتها التي بين أيدينا، بجهود العاملين في مجال الفلزات. وتُعد المواد الفلزية من أهم المواد في حياة البشرية؛ فهي التي توصل الكهرباء إلى المنازل، وإلى المصانع، كما ينشأ منها الهيكل العام لناطحات السحاب. وتصنع أيضًا من الفلزات معظم الأجزاء في السيارات، والقطارات، والطائرات. كما يصنع منها أيضًا الكثير من المعدات. وبوجه عام يمكن القول: إنه بدون الفلزات لن تكون هناك صناعات أو تصنيع أو إنشاءات. وينقسم علم الفلزات إلى قسمين أساسيين: هندسة استخلاص الفلزات، أو علم العمليات الفلزية، وعلم فيزياء الفلزات، أو السبائك الفلزية.

أقسام علم المواد[عدل]

ويمكن تقسيم المواد إلى ثلاثة أقسام هي: المعادن, اللدائن, الخزفيات والسيراميك. وكل قسم له خواصه الفيزيائية والكيميائية المميزة, وتجدر الإشارة هنا إلى أنه لابد من فهم جميع هذه الخواص والعوامل المؤثرة عليها وطرق تغييرها باستخدام المعالجات الحرارية ومخططات الاتزان الحراري. وفي هذا الموقع المتواضع نحاول إيصال ولو جزء يسير من المعلومات عن هذه المواد وخاصة الحديد والفولاذ وحديد الزهر والألمونيوم والنحاس بالإضافة إلى بعض السبائك .

التاريخ[عدل]

يُعد علم المواد بقسميه أحد أقدم العلوم التي عرفتها البشرية. فقد عرف إنسان ما قبل التاريخ بعض مفاهيم علم الفلزات الفيزيائي؛ حيث تمكن الصينيون والمصريون القدماء من الحصول على الذهب والفضة واسترجاعهما من خاماتهما في حالة نقية في صورة حبيبات أو كتل صلبة، كما قاموا بصب هذه الفلزات في صورة تُحف وتماثيل مختلفة الأشكال. كما عثر الهنود الحمر في أمريكا على كميات ضخمة من النحاس النقي في المناطق القريبة من منطقة البحيرات العظمى، وقاموا بقولبة ذلك الفلز إلى أسلحة ومعدات.

وفي وقت ما قبل بداية تدوين التاريخ، اكتشف القدماء وعرفوا الأساسيات البسيطة لعمليات صهر واختزال الفلزات من خاماتها. ويحتمل أن يكون الرصاص أول فلز على الإطلاق تم فصله من خاماته بعملية الصهر نظرًا لسهولة اختزاله. وعرف قدماء المصريين منذ 4000عام كيفية فصل الحديد من خاماته واسترجاعه، وذلك على الرغم من أن هذا العنصر، يُعد من أصعب العناصر في عملية الاختزال. وبظهور الحضارة الآشورية أصبح صهر الحديد واختزاله من المهارات المتطورة جدًا، كما عرف الآشوريون القدماء أساليب تحويل الحديد إلى فولاذ. وفي فترة العصور الوسطى عندما كان جميع الكيميائيين مشغولين بدراسة أساليب وطرق إنتاج الذهب من عناصر أخرى أقل قيمة، صاحب ذلك تقدم كبير في علم المواد. ويرجع الفضل في وضع أساسيات علم الفلزات الحديث إلى علماء الكيمياء المسلمين في العصور الوسطى هذه. انظر: العلوم عند العرب والمسلمين (الكيمياء؛ والفيزياء).

ضاعف علماء الفلزات، والمهتمون بإنتاج المواد، من جهودهم في شرح السلوك الفلزي المعقد بقوانين بسيطة من علمي الفيزياء والكيمياء. كما امتدت جهود علماء الفلزات أيضًا إلى استخدام أساليب البحوث في علوم الفلزات والمهارات المكتسبة في مختلف مجالات الفلزات، ومحاولة تطبيقها على المواد اللافلزية مثل الخزف، وأشباه الموصلات، والبلاستيك، والأجسام العضوية الصلبة، والزجاج. وأطلق على العلوم الناتجة عن هذه المواد العديدة واسعة الانتشار اسم علم المواد، وهو العلم الذي يهتم بكل من المواد الفلزية والمواد اللافلزية.