Классификация материалов — полный обзор с определениями

В этой статье мы собираемся обсудить классификацию материалов. в инженерии. Все, что мы используем, сделано из определенных материалов. На основании определенных свойств они группируются вместе. Давайте четко разберемся с классификацией.

Классификация материалов

Твердые материалы удобно сгруппированы по трем основным категориям:металлы. , керамика и полимеры . Эта схема основана главным образом на химическом составе и атомной структуре, и большинство материалов попадают в ту или иную отдельную группу, хотя есть и промежуточные соединения.

Кроме того, есть еще три группы важных инженерных материалов — композиты. , полупроводники и биоматериалы .

Композиты состоят из комбинаций двух или более различных материалов, тогда как
полупроводники используются из-за их необычных электрических характеристик; биоматериалы имплантируются в организм человека. Далее предлагается краткое объяснение типов материалов и репрезентативных характеристик.

Классификация материалов с описанием

1. Металлы

Металлические материалы обычно представляют собой комбинации металлических элементов. У них большое количество нелокализованных электронов; то есть эти электроны не связаны с конкретными атомами. Многие свойства металлов напрямую связаны с этими электронами. Металлы являются чрезвычайно хорошими проводниками электричества и тепла и непрозрачны для видимого света; полированная металлическая поверхность имеет блестящий вид. Кроме того, металлы довольно прочны, но при этом деформируемы, что объясняет их широкое применение в строительстве.

2. Керамика

Керамика представляет собой соединения между металлическими и неметаллическими элементами; чаще всего это оксиды, нитриды и карбиды. Широкий спектр материалов, подпадающих под эту классификацию, включает керамику, состоящую из глинистых минералов, цемента и стекла. Эти материалы обычно являются изоляционными для прохождения электричества и тепла и более устойчивы к высоким температурам и агрессивным средам, чем металлы и полимеры. Что касается механических свойств, керамика твердая, но очень хрупкая.

3. полимеры

Другой классификацией материалов являются полимеры. Полимеры включают знакомые материалы из пластика и каучука. Многие из них представляют собой органические соединения, химически основанные на углероде, водороде и других неметаллических элементах; кроме того, они имеют очень большие молекулярные структуры. Эти материалы обычно имеют низкую плотность и могут быть очень гибкими.

4. Композиты

Был разработан ряд композиционных материалов, которые состоят из более чем одного типа материала. Известным примером является стекловолокно, в котором стеклянные волокна встроены в полимерный материал. Композит предназначен для отображения комбинации лучших характеристик каждого из материалов, входящих в его состав. Стекловолокно приобретает прочность от стекла и гибкость от полимера. Многие из недавних разработок материалов связаны с композитными материалами.

5. Полупроводники

Полупроводники обладают электрическими свойствами, которые занимают промежуточное положение между электрическими проводниками и изоляторами. Кроме того, электрические характеристики этих материалов чрезвычайно чувствительны к присутствию мельчайших концентраций примесных атомов, которые можно контролировать в очень малых областях пространства. Полупроводники сделали возможным появление интегральных схем, которые полностью изменили электронную и компьютерную промышленность (не говоря уже о нашей жизни) за последние два десятилетия.

6. Биоматериалы

Биоматериалы используются в компонентах, имплантируемых в организм человека для замены больных или поврежденных частей тела. Эти материалы не должны производить
токсичных веществ и должны быть совместимы с тканями организма (т.е. не должны вызывать
неблагоприятные биологические реакции). Все вышеперечисленные материалы — металлы, керамика, полимеры, композиты и полупроводники — могут быть использованы в качестве биоматериалов.

Материалы будущего

Это дополнение к классификации материалов в технике, поскольку наука и технология постоянно развиваются.

Умные (или интеллектуальные) материалы — это класс передовых материалов, которые в настоящее время создаются и окажут большое влияние на многие наши технологии. Слово «умный» предполагает, что эти материалы могут обнаруживать изменения в своем окружении и заранее реагировать на эти изменения — характеристики, которые также наблюдаются у живых существ. Кроме того, понятие «умный» используется для более сложных систем, сочетающих умные и традиционные материалы.

Датчик определенного типа (обнаруживающий входной сигнал) и исполнительный механизм являются компонентами интеллектуального материала (или системы) (выполняющего реагирующую и адаптивную функцию).

В ответ на изменения температуры, электрических и/или магнитных полей приводы могут изменить форму, местоположение, собственную частоту или механические характеристики. Сплавы с памятью формы, пьезоэлектрическая керамика, магнитострикционные материалы и электрореологические/магнитореологические жидкости являются наиболее распространенными материалами, используемыми в приводах.

Сплавы с памятью формы — это металлы, которые при изменении температуры возвращаются к своей первоначальной форме после деформации. Пьезоэлектрическая керамика расширяется и сжимается в ответ на приложенное электрическое поле (или напряжение); при изменении их размеров они также генерируют электрическое поле.

Заключение

Это были типы материалов, которые мы находим и используем в нашей повседневной жизни. На основании этой классификации материалов исследователи пытаются улучшить качество или это помогает более удобно их изучать.