История развития материаловедения
Материаловедение – это наука, которая изучает связь между свойствами и структурой материалов, а также их изменения при внешние воздействиях.
Стремление делать материалы более совершенными неразрывно связано с желанием человека лучше жить. Первыми материалами, которые использовал человек были кость и камень. В бронзовом веке было освоено литье металлов с использованием модифицирующих добавок, так появилась металлургия. С расширением и дифференцированием переработки и добычи руды, а также методы плавления металлов, деятельность которая была связана с данными процессами стала функцией специалистов. В развитие русской металлурги существенный вклад внесли Петр Первый (увеличение добычи и расширение производства), Ломоносов (первый учебник горнозаводского дела).
В 1861 году химиком Бутлеровым была создана и обоснована теория химического строения веществ, немного позже, он же разработал принципы получения полимеров из неорганических низкомолекулярных соединений. В начале двадцатого века у Лебедева получилось синтезировать схожий с каучуком полимер и диена. Приблизительно в то же время Бакеланд после изучения реакции между формальдегидом и фенолом, получил материал бакелит, который стал первым продуктом промышленности пластмасс. В 40-x годах прошлого века произошел быстрый рост научных знаний, в том числе и в области материаловедения. Были изобретены принципиально новые материалы такие, как:
- Сверхпроводники, электрическое сопротивление которых в случае охлаждения ниже критической температуры становится равным нулю.
- Полупроводниковые материалы, у которых электропроводность в условия комнатной температуры имеет промежуточное значение между электропроводностью диэлектриков и металлов.
- Синтетические алмазы, которые были получены из углеродосодержащих веществ и графита.
Направления, задачи, цели и проблемы современного материаловедения
Основными направлениями исследований в области современного материаловедения являются:
- Биологические материалы - материалы, которые используются в качестве имплантатов в человеческое тело.
- Структурная керамика - изучение композитных материалов и их трансформации.
- Кристаллография - изучение физики кристаллов, которая состоит из технологий дифракции и дефектов кристаллов.
Материаловедение основывается на нескольких смежных с ним областях науки: физика твердого тела (изучение квантовых эффектов в твердых материалах), термодинамика (построение фазовых диаграмм и изучение стабильности фаз), термический анализ (изучение закономерностей изменения свойств материалов при воздействии температуры), химия твердого тела (изучение химических процессов, которые происходят в твердой фазе), кинетика (изучение фазового состояния вещества).
Цель материаловедения заключается в познании свойств материалов в зависимости от способов их обработки и химического состава, методов упрочнения и создания материалов с заранее заданными характеристиками: высокая прочность, высокая электропроводность, высокое сопротивление, сочетание специальных свойств (композиционные материалы), а также специальные магнитные свойства. К основным задачам материаловедения относятся:
- Изучение основных групп современных материалов, широко распространенных в разнообразных областях науки и промышленности и их свойств.
- Раскрытие физической сущности явлений, которые происходят в материалах в случае воздействия различных факторов в условиях использования и производства.
- Установление зависимости между строением, химическим составом и свойствами материала.
Изучение теории и применения на практике методов упрочнения материалов с целью повышения долговечности и надежности готовых изделий и инструментов.
Актуальная проблема материаловедения является защита материалов от химического взаимодействия их с окружающей средой, агрессивность которой существенно возросла из-за усиления производственной и хозяйственной деятельности человека. Затраты, связанные с ликвидацией последствий изнашивания материалов, в последнее время значительно возросли.
Современное материаловедения условно делится на прикладное и теоретическое. Теоретическим материаловедением рассматриваются общие закономерности процессов, которые происходят в материалах, а также их строение. Основная задача прикладного материаловедения заключается в изыскании оптимальной структуры, а также технологии переработки материалов при изготовлении деталей машин, составляющих механизмов, конструкций и других предметов.
