آشنایی با مهندسی مواد(متالوژی)
امروزه دوره‌های رشد و پیشرفت دانش بشری را بر اساس نحوه به كارگیری فلزات و مواد تقسیم‌بندی میكنند. شناخت خواص، توزیع و نحوه استخراج و كاربرد مواد گوناگون در صنایع به همراه تولید مواد مركب و الكترو سرامیکها و حفاظت و شكل‌دهی آنها محدوده مهم، وسیع و پر كاربردی از دستاوردهای دانش بشری را شامل می‌گردد كه هم اكنون به عنوان دانش مهندسی مواد شناخته می‌شود.
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 می‌شود.
تعریفمهندسین 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) می‌گویند، 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 دانشگاه‌های ایران در مقطع کارشناسی در سه گرایش دانشجو می‌پذیرد 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 مجموعه‌های رشته مهندسی مواد است. در مهندسی مواد شناخت ساختار مواد و خواص آن و شناخت ارتباط بین این ساختار و خواص در جهت افزایش زمینه‌های کاربردی و طراحی مواد نو و ترکیبات جدید از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
با توجه به نام و محتوای این رشته ملاحظه می‌شود که در این رشته از علم شناخت فلزات و آلیاژها در جهت کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود. علم متالورژی که یکی از شاخه‌های علم مواد میباشد در زمینه طراحی و تولید آلیاژهای صنعتی کاربرد دارد. کلیه قطعات مکانیکی که در صنایع مختلف بکار می‌رود از فلزات و آلیاژهای گوناگونی ساخته شده اند. انواع فولادها و چدن‌های آلیاژی، آلومینیم و آلیاژهای آن، مس، منیزیم، روی و سایر فلزات به‌طور وسیع در ساخت انواع قطعات صنعتی مورد مصرف قرار می‌گیرند. این قطعات در صنایع مختلف به‌خصوص صنایع خودروسازی، هوا- فضا، هواپیماسازی، پتروشیمی، صنعت نفت و گاز، ساختمان، سازه‌های فضایی، حمل‌ونقل، صنایع نظامی به‌کار میروند.
زمینه‌های کاربردی جدید:
رشته متالورژی صنعتی علاوه بر کاربردهای متداول که در صنایع گوناگون دارد در جهت طراحی و تولید مواد پیشرفته به‌سرعت در جهان در حال توسعه میباشد. مواد مغناطیسی نو با خواص برتر، استفاده از مواد مرکب (کامپوزیت) پایه فلزی، ساخت مواد پیشرفته از طریق ترکیبات بین‌فلزی، استفاده از آلیاژهایی که می‌توانند جایگزین اعضای بدن انسان شوند، ایجاد آلیاژهای سبک جهت تولید قطعات حساس، طراحی و تولید آلیاژهایی که در دماهای بالا به‌کار میروند، طراحی آلیاژهایی که در شرایط ویژه و سخت کاربرد دارند مثال‌هایی از کاربرد رشته متالورژی صنعتی در تولید مواد پیشرفته میباشد. در سال‌های اخیر رشته‌هایی مانند مواد زیستی و نانوتکنولورژی مورد توجه بسیاری از محافل علمی، تحقیقاتی و صنعتی جهان قرار گرفته است که رشته متالورژی صنعتی می‌تواند نقش اساسی در جهت توسعه این‌گونه مواد پیشرفته ایفا نماید. دراین راستا در ایران و به‌خصوص دانشگاه علم و صنعت ایران در سال‌های اخیر تحقیقات علمی گسترده‌ای 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 می‌گیرد در قالب مقالات علمی در معتبرترین مجلات جهان به‌چاپ می‌‌رسد.
گرایش سرامیک
رشته سرامیک یکی از زیر مجموعه‌های 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 می‌افتد و بسیاری فکر می‌کنند 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 میباشد. اما نکته قابل توجه در رابطه با این شاخه از علم مواد این است که با شناخت و ورود دست‌آوردهای 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 می‌بینیم که در دنیای کنونی سرامیکها ما را محاصره نموده‌اند. شیشه‌ها از جمله شیشه‌های ساختمانی، اپتیک، فیلترهای بسیار دقیق اپتیکی، مصالح ساختمانی از جمله سیمان، کاشی، چینی بهداشتی، نسوزها و کلاهک‌ها و پوشش بیرونی موشک‌های فضاپیما و قطعات اصلی کامپیوتر‌ها، اجزای درونی قطعات الکترونیک از جمله Ic ها، خازن‌ها، مقاومت‌ها، ایمپلانت‌ها و بسیاری از قطعاتی که جایگزین اعضای بدن انسان می‌شود، فروالکتریک‌ها، فری مغناطیس‌ها و فوق‌هادی‌ها و بسیاری کاربردها و مواد دیگر که همه و همه مدیون شناخت و بوجود آمدن رشته سرامیک است. در سال‌های اخیر رشته‌هایی مانند مواد زیستی و نانوتکنولوژی مورد توجه بسیاری از محافل علمی، تحقیقاتی و صنعتی جهان قرار گرفته است که رشته سرامیک با دوشاخه بایو سرامیکها و نانو سرامیکها در این رشته‌ها مطرح میباشد.
به طورکلی سرامیکها به دو دسته سنتی و مدرن تقسیم می‌شوند. در ایران به شکل عمده صنعت سرامیک متمرکز بر تولید سرامیک‌های 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 دانشگاه‌های خارج از کشور نیز در این رشته بسیار مطلوب میباشد 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 میتوان برای آن متصور شد. هر چند با ظرفیت قابل ملاحظه‌ای که سالانه در این رشته جذب دانشگاه‌ها می‌شوند تا حدودی از قطعیت این سخن کاسته می‌شود. نزدیکی این شاخه از مهندسی با رشته‌های فیزیک و شیمی بیش از تمامی رشته‌هاست و بسته به شاخه‌های خاص به هر یک از دو رشته فیزیک و شیمی کاربردی نزدیک می‌شود. دانش‌آموزانی که علاقمند به درک عمیق‌تر علل پدیده‌های رفتاری مواد مختلف و یافتن کاربردهای نوین و طراحی مواد جدید متناسب با نیازهای روزافزون بشری می‌باشند و به طور کلی علاوه بر داشتن علایق مهندسی خود را به علوم نیز نزدیک حس می‌کنند، می‌توانند در این رشته موفق باشند.
درهرحال کشور ما دارای خلاء های بسیاری برای محصولات و شاخه‌های 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 می‌تواند 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.
