انواع المواد الهندسية واستخداماتها

المواد الهندسية الجديدة دائمًا هي التي تفتح الباب أمام التقنيات الجديدة ، سواء كانت في الهندسة المدنية أو الكيميائية أو الإنشاءات أو النووية أو الجوية أو الزراعية أو الميكانيكية أو الطبية الحيوية أو الهندسة الكهربائية.فهي من بين أعظم الإنجازات في كل عصر وكانت أساسية للنمو والازدهار والأمن وجودة حياة البشر منذ بداية التاريخ.

ظهر في ربع القرن الماضي قسم هندسي عام يهتم بالمواد وهو علم المواد الهندسية (بالانكليزية Material Science and Engineering) والذي هو في الحقيقة مزيج من الدراسات العلمية الأساسية والهندسية العلمية. تطور هذا العلم ليشمل مساهمات في مجالات تقليدية مثل علم المعادن وهندسة السيراميك وكيمياء البوليميرات وفيزياء الجسم الصلب والكيمياء الفيزيائية.تابع القراءة لتعرف المزيد عن بعض انواع المواد الهندسية واستخداماتها.

ما هي المواد الهندسية

المواد الهندسية هي كل مادة وجدت في الحياة طبيعية كانت ام صناعية ،تم استخدامها في الحياة العامة كمواد داخلة في التصنيع والاستثمار الهندسي.يسمى التخصص المسئول عن دراسة تلك المواد بإسم علم المواد او عُلُومُ وَهَنْدَسَةُ اَلْمَوَادِ،وهو تخصص متداخل يتضمن تصنيف المواد المعدنية والغير معدنية ودراسة خواصها وتطبيقاتها ،بالربط بين العلوم بفروعها الكيمياء والفيزياء والهندسة.

لا يزال علم المواد يتضمن عناصر الفيزياء والكيمياء والهندسة. على هذا النحو ، اعتبرت المؤسسات الأكاديمية هذا المجال منذ فترة طويلة مجالًا فرعيًا للهندسة العامة.و ابتداءً من الأربعينيات من القرن الماضي ، بدأ الاعتراف بعلوم المواد على نطاق واسع كمجال محدد ومتميز للعلوم والهندسة ، وأنشأت الجامعات التقنية الكبرى حول العالم مدارس مخصصة لدراستها.

جهود العلماء في تصنيف المواد الهندسية

أكد العلماء على مر التاريخ بضرورة فهم كيفية تأثير تاريخ المادة على هيكلها ، وبالتالي على خصائص المواد وأدائها.كما برع العديد من العلماء المسلمون قديماً في دراسة وتصنيف المواد الهندسية،منهم ابن سينا والذي يعتبر أول من درس وصنّف المعادن، والبيروني مؤلف كتاب “الجاهر في معرفة الجواهر” الذي يتناول علم المعادن، والتيفاشي صاحب كتاب “أزهار الأفكار في جواهر الأحجار” الذي يصف فيه المعادن والأحجار الكريمة.

كان لدراسة المواد الهندسية عاملا دافعا لتطوير العديد من التقنيات والصناعات ،خاصة خلال القرن التاسع عشر.يستمر علماء ومهندسو المواد حتى الأن في بذل كل جهودها لدراسة تلك المواد وربطها بكافة العلوم الأخرى ،لتأثيرها بشدة على الصناعات وعلى حياتنا اليومية عامة.

انواع المواد الهندسية

لسهولة عرض المواد الهندسية التي نتعامل معها في الصناعة ،تم تقسيمها الى خمس مجموعات اساسية ،لكل منها بعض المجموعات الفرعية،كما يلي:

1- مواد فلزية (المعدنية)

هي المواد التي تشمل المعادن الحديدية وغير الحديدية.فالحديدية على اسمه يشمل الحديد المطاوع،والزهر.وهو ذات اهمية صناعية كبيرة ،ويبلغ انتاج المعادن الحديدية في العالم حوالي 800 مليون طن سنوياً وتستخرج هذه المعادن عادة من باطن الارض او من خلال النيازك.بينما المعادن الغير حديدية تشمل جميع المعادن الاخرى المستخدمة في الصناعة بخلاف الحديد،ويمكن تقسيمها حسب خواصها الى معادن:

• ثقيلة مثل النحاس والنيكل.
• خفيفة مثل الالمونيوم والمغنسيوم.
• طرية مثل الرصاص والقصدير.

2- مواد غير معدنية

هي مواد صناعية وطبيعية على حد سواء لا تحتوي على معدن. هذه المواد قادرة على الاحتفاظ بخصائصها الكيميائية الفريدة أثناء عملية التصنيع . هناك مجموعة متنوعة من المواد غير المعدنية ، بما في ذلك:

• مواد طبيعية الأحجار،الرمل،الزلط،الرخام،الخشب،جلد،ماس.
• المواد الاصطناعية مثل الزجاج،الاسمنت،الجبس،الطوب،السيراميك،الفلين.

3- المواد المركبة

هي مادة يتم إنتاجها من مادتين أو أكثر من المواد المكونة. هذه المواد المكونة لها خصائص كيميائية أو فيزيائية متباينة بشكل ملحوظ ويتم دمجها لإنشاء مادة ذات خصائص مختلفة عن العناصر الفردية. شمل المواد المركبة،مواد مقواه بالحبيبات،واخرى مقواه بالألياف،ومن امثلة المواد المركبة:

• الاسمنت المسلح.
• الخشب المركب مثل الخشب الرقائقي ،وألواح الكونتر.
• البلاستيك المقوى ، مثل البوليمر المقوى أو الألياف الزجاجية .
• ألياف الكربون التي تستخدم على نطاق واسع في الألواح الشمسية ومولدات الطاقة الهوائية.

4- المواد المساعدة للتصنيع

كما يشير الاسم ،هي المواد التى تساعد في عملية التصنيع بإستثناء المواد المنشطة(الحافز)،وتشمل مواد اللحام واللصق،التنظيف،التجليخ والتلميع،العزل.على عكس المواد الخام ، فإنها لا تشكل المادة المادية للمنتج النهائي.لكن لا يمكن الاستغناء عنها في عملية التصنيع.

5- مواد اخرى

وتشمل باقي المواد الاساسية الاخرى المستخدمة في العملية الصناعية ،وغير متدرجة في اي من الانواع الاخرى .غالباً ما يكون الغرض من استخدامها الرئيسي لعملية الانتاج هو الطاقة أو التبريد والتلدين ،ومنها المياه والوقود والمفرقعات،ومواد الطاقة النووية.

خصائص المادة الهندسية

خصائص المادة هي التي تعطي قيمة لها ،والتي يمكن اختيارها في المنتج الصناعي المناسب حسب التوافق في الخصائص المطلوبة ، كاختيار مادة لقوتها ، أو خصائصها الكهربائية ، أو مقاومتها للحرارة أو التآكل ، أو لمجموعة من الأسباب الأخرى ؛ لكنها كلها تتعلق بالخصائص. كما تعتمد دراسة علوم المادة بشكل أساسي على معرفة خصائص كل منها تبعا للمعلومات النظرية أو المخبرية.

اختيار المواد الهندسية المناسبة

عند اختيار مواد هندسية لانتاج جزء معين على سبيل المثال ،فأنه يجب تحديد متطلبات وظيفة هذا الجزء ،بالإضافة الى الاعتبارات الاقتصادية.كما ان هناك كثير من خصائص المواد تتأثر بصورة مباشرة باسلوب التصنيع المستخدم.وبالتالي فأنه يجب ان تعرف بعض الاساسيات التالية ،لإختيار المادة المناسبة:

• نوع المادة والخواص المطلوبة في التصنيع او الانتاج،والتوافق بين خواص المادة المتاحة والمتطلبات الوظيفية للمنتج.
• طرق واساليب التصنيع الممكنة لتلك المواد،أي ملائمة خصائص المواد لأساليب التصنيع المختلفة ومدى تأثرها بتلك الاساليب.
• التوافر النسبي للمواد ،مع الأخذ في الإعتبار تكاليف المنتج،من حيث قيمة المواد واسلوب التصنيع.