معرفی

معرفی رشته مهندسی مواد و متالورژی :

رشته مهندسی مواد و متالوررژی شامل دو بخش علم مواد و مهندسی مواد بوده و رشته ای است که با رشته های مختلف علمی در ارتباط است. علم مواد به بررسی ارتباط بین ترکیب شیمیایی و ریزساختار ماده با خواص آن می پردازد تا با دانش بدست آمده یک دانشمند مواد قادر به ابداع مواد جدید با خواص برتر و یا ارتقاء خواص مواد قبلی باشد. در مقابل، مهندسی مواد به این موضوع می پردازد که چگونه و با چه روشی می توان یک قطعه صنعتی با طرح و شکل مشخص که می بایست از خواص مکانیکی، الکتریکی، حرارتی، مغناطیسی، نوری، و الکتروشیمیایی از پیش تعیین شده ای  برخوردار باشد را بصورت اقتصادی تولید نمود. بدیهی است در مهندسی مواد با تکیه بر دانش حاصل از علم مواد سعی بر آن است که با طراحی و اجرای یک فرآیند ساخت ، ریزساختار مورد نظری که خواص مورد نظر را برای قطعه به ارمغان می آورد در قطعه ایجاد گردد. علاوه بر این،  طراحی و اجرای فرآیندهایی که طی آنها  عناصر مختلف موجود در جدول تناوبی از سنگها و کانی های موجود در طبیعت استخراج می شوند وظیفه دیگری است که بر عهده مهندسین مواد و متالورژی است. در سالهای نه چندان دور سیستم آموزشی دوره ی کارشناس مهندسی مواد و متالورژی در مراکز دانشگاهی در سطح دنیا و از جمله کشورمان متمرکز بر مواد فلزی بوده است ولی با توجه به روند توسعه و پیشرفت این رشته در چند دهه گذشته گستره این رشته طیف وسیعی از مواد را در برگرفته است. از مواد فلزی گرفته تا مواد سرامیکی، پلیمریی، نیمه هادی و کامپوزیتی. برنامه درسی دانشجویان رشته مهندسی مواد و متالورژی بگونه ای طراحی شده است که هم شامل بخش علم مواد و هم شامل بخش مهندسی مواد می گردد. بر این اساس دانش اموختگان این رشته علاوه بر کسب دانش در زمینه ارتباط بین ریز ساختار و ترکیب شیمیایی با خواص ماده، شناخت لازم را نیز از فرآیندهای مختلف ساخت و تولید قطعات از جمله ریخته گری، شکل دهی، جوشکاری، متالورژی پودر، پوششکاری و ... کسب می نمایند. انتظار از دانش آموختگان رشته مهندسی مواد و متالورژی این است که بتوانند به حل مشکلات و نیز بهبود و ارتقاء صنایع مرتبط با حوزه مواد و متالورژی بپردازند.  بر این اساس هدف برنامه درسی دوره کارشناسی رشته مهندسی مواد و متالورژی تربیت مهندسانی است که تسلط گسترده بر مبانی مهندسی و علم مواد و متالورژی داشته و با اولویت مواد فلزی در تمام شاخه های مربوط به مواد امکان کارآفرینی، استخدام یا ادامه تحصیل داشته باشند.
 
تقسیم بندی مواد در رشته مهندسی مواد :
ﻣﻮﺍﺩ ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ ﺷﺎﻣﻞ پنج ﺩﺳﺘﻪ ﻫﺴﺘﻨﺪ :       ﻓﻠﺰﺍﺕ و آلیاژها  ، ﺳﺮﺍﻣﻴﻚ ها  ،  ﭘﻠﻴﻤﺮها  ، نیمه هادی ها، و  ﻛﺎﻣﭙﻮﺯﻳﺖ ﻫﺎ
فلزات :
ﺑﻄﻮﺭ ﻛﻠﻲ ﻓﻠﺰﺍﺕ ﺷﺎﻣﻞ ﺩﻭ ﺩﺳﺘﻪ ﺁﻫﻨﻲ ﻭ ﻏﻴﺮ ﺁﻫﻨﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ .  ﺁﻫﻨﻲ ﻫﺎ ﺷﺎﻣﻞ : ﭼﺪﻥ ﻭ ﻓﻮﻻﺩ  ، ﻏﻴﺮ ﺁﻫﻨﻲ ﻫﺎ  ﺷﺎﻣﻞ : آلومینیوم، منیزیم، روی، تیتانیوم، مس، نیکل و بطور کلی ﺳﺎﻳﺮ ﻓﻠﺰﺍﺕ ﻭ ﺁﻟﻴﺎژﻫﺎ ﻏﻴﺮ ﺍﺯ ﭼﺪﻥ ﻭ ﻓﻮﻻﺩ  . ﺗﻬﻴﻪ ﻓﻠﺰﺍﺕ ﺍﺯ ﻃﺮﻳﻖ ﺍﺣﻴﺎء ﺳﻨﮓ ﻣﻌﺪﻥ ﻭ ﻛﺎﻧﻲ ﻫﺎ ﺍﻣﻜﺎﻧﭙﺬﻳﺮ ﺍﺳﺖ . به طور کلی فلزات هدایت الکتریکی و گرمایی خوبی دارند. فلزات و آلیاژها دارای استحکام نسبتا بالا، سفتی زیاد، انعطاف  پذیری یا شکل  پذیری مناسب، و مقاومت به شوک بالایی می باشند. آنها به ویژه برای کاربردهای ساختمانی یا تحمل کننده بار مفید هستند. با این که فلزات خالص هم گاهی استفاده می شوند، ترکیبی از فلزات که آلیاژ نام دارد باعث بهبود برخی خواص شده یا ترکیب بهتری از خواص را ایجاد می کند.
ﺳﺮﺍﻣﻴﻚ ﻫﺎ :
ﺳﺮﺍﻣﻴﻚ ﻫﺎ ﺑﻄﻮﺭ ﻛﻠﻲ ﺷﺎﻣﻞ ﺩﻭ ﺩﺳﺘﻪ ﺍﺻﻠﻲ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ :  
 ﺍﻟﻒ : ﺳﺮﺍﻣﻴﻚ ﻫﺎﻱ ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ (ﺷﺎﻣﻞ ﺍﻛﺴﻴﺪﻱ ﻫﺎ ﻭ ﻏﻴﺮ ﺍﻛﺴﻴﺪﻱ ﻫﺎ )
 ﺏ :  ﺳﺮﺍﻣﻴﻚ ﻫﺎﻱ ﺳـﻨﺘﻲ ( ﺷﺎﻣﻞ ﺭﺳﻲ ﻫﺎ ﻭ ﻏﻴﺮ ﺭﺳﻲ ﻫﺎ )
سرامیک ها مواد بلوری معدنی هستند.  به طور کلی به دلیل حضور تخلخل (سوراخ های ریز) سرامیک ها گرما را به خوبی هدایت   نمی کنند و قبل ازذوب باید تا دماهای بسیار بالایی گرم شوند. سرامیک ها محکم و سخت اما بسیار ترد هستند. معمولا  پودرهای ریزی  از سرامیک ها تهیه شده و با فشردن درون قالب قطعه ای از جنس سرامیک با شکل مورد نظر حاصل می شود. با استفاده از فرایندهای جدید، سرامیک ها به مقدار قابل توجهی مقاوم به شکست می شوند به طوری که می توان در کاربردهایی که بار را تحمل می کنند مانند پره های توربین از آن ها استفاده کرد. سرامیک ها استحکام فوق العاده ای در برابر فشار دارند.تراشه های کامپیوتری، سنسورها و شمع های جرقه زن، القاگرها و عایق های الکتریکی،  رنگ ها، پلاستیک ها و تایرها نمونه هایی از محل کاربرد سرامیک ها هستند. برخی از سرامیک ها به عنوان پوشش ممانعت کننده برای حفظ زیرلایه های فلزی در موتور توربین ها استفاده می شوند. سرامیک های قدیمی و سنتی برای تولید آجر، ظروف غذاخوری، لوازم بهداشتی، سنسورها (مواد مقاوم به گرما) و ساینده ها استفاده می شوند.
پلیمرﻫﺎ : 
پلیمرها معمولاَ مواد آلی هستند. آن ها با فرایند پلیمریزاسیون تولید می شوند. مواد پلیمری شامل لاستیک ها (الاستومرها) و بسیاری از انواع چسب ها می باشد. بسیاری از پلیمرها مقاومت الکتریکی بسیار خوبی دارند. هم چنین آن ها می توانند عایق حرارتی خوبی را فراهم کنند. با این که استحکام پلیمرها پایین است اما نسبت استحکام به وزن بسیار خوبی دارند. عموما برای استفاده در دماهای بالا مناسب نیستند. بسیاری از پلیمرها مقاومت خوبی به مواد شیمیایی خورنده دارند. پلیمرها را می توان در کاربردهای بسیاری اعم از جلیقه های ضد گلوله، لوح های فشرده (CD)، طناب ها و صفحات کریستالی مایع (LCD) تا فنجان قهوه و لباس استفاده کرد.
نیمه هادی ها:
نیمه هادی ها بر پایه آرسنید گالیوم، ژرمانیوم و سیلیسیم، مانند آنهایی که در کامپیوترها و قطعات الکترونیکی استفاده می شوند، بخشی از دسته وسیعی از مواد الکترونیکی به شمار می آیند. هدایت الکتریکی مواد نیمه هادی بین هدایت الکتریکی عایق های سرامیکی و  هادی های فلزی می باشد. نیمه هادی ها عصر ارتباطات را توانمند کرده اند. در برخی از نیمه هادی ها میزان هدایت را می توان کنترل کرد تا تجهیزات الکتریکی مانند ترانزیستورها، دیودها و غیره که در ساخت مدارهای مجتمع به کار می روند توانمند عمل کنند. در بسیاری از کاربردها، تک بلور های بزرگی از نیمه هادی ها را نیاز داریم. این ها از مواد مذاب حاصل می شوند. اغلب پوشش های نازک مواد نیمه هادی  با استفاده از فرایندهای ویژه ای نیز تولید می شود.
 مواد کامپوزیتی:
هدف اصلی از توسعه کامپوزیت ها ترکیب خواص مواد مختلف است. کامپوزیت ها از دو یا چند ماده تشکیل می شود و دارای خواصی است که در هیچ یک از آن ها پیدا نمی شود. بتن، تخته چندلا، و فایبر گلاس  مثال هایی از مواد کامپوزیتی می باشند. فایبر گلاس   با پراکنده کردن رشته های شیشه ای در یک زمینه پلیمری ساخته می شود. رشته های شیشه ای پلیمرها را بدون افزایش چگالی  سفت تر می کند. با کامپوزیت ها می توانیم موادی سبک، محکم، انعطاف  پذیر، مقاوم به دمای بالا یا از طرف دیگر ابزارهای برشی سخت و مقاوم به شوک که خرد کننده هستند تولید کنیم. در هواپیماها و فضاپیماهای پیشرفته کامپوزیت هایی چون پلیمرهای تقویت شده با رشته های کربنی به وفور استفاده می شوند. در ساخت تجهیزات ورزشی مانند دوچرخه، چوب های گلف، راکت های تنیس و غیره از انواع مختلف مواد کامپوزیتی که سبک و محکم هستند استفاده می شود.