1.1
sejarah
perspektif
bahan mungkin
lebih mendalam dalam budaya kita daripada yang kita sadari.transportasi,
perumahan, pakaian, komunikasi, rekreasi, dan produksi pangan. hampir setiap
segmen kehidupan kita sehari-hari dipengaruhi untuk satu derajat atau lain oleh
materials.Historically, perkembangan dan kemajuan masyarakat telah erat dengan
kemampuan anggota untuk memproduksi dan memanipulasi materilas untuk mengisi
fakta need.in mereka, peradaban awal telah ditunjuk oleh tingkat perkembangan
bahan mereka.
manusia paling
awal memiliki akses ke hanya jumlah yang sangat terbatas bahan, mereka yang
terjadi secara alami: batu, kayu, tanah liat, kulit, dan sebagainya.
dengan waktu mereka
menemukan teknik untuk memproduksi bahan-bahan yang memiliki sifat-sifat unggul
daripada yang alami;
bahan-bahan baru
termasuk tembikar dan berbagai metals.furthermore, ditemukan bahwa sifat dari
bahan dapat diubah oleh perlakuan panas dan dengan penambahan bahan lainnya.
pada titik ini,
bahan pemanfaatan benar-benar proses seleksi, yaitu, memutuskan dari satu set,
yang diberikan agak terbatas dari bahan salah satu yang paling cocok untuk
aplikasi berdasarkan characteristics.it yang tidak sampai waktu yang relatif
baru bahwa para ilmuwan datang untuk memahami relatoinships antara elemen
struktur bahan dan sifat mereka. pengetahuan ini, diperoleh dalam 50 tahun
terakhir atau lebih, telah memberdayakan mereka untuk fashion, untuk tingkat
besar, karakteristik bahan.
dengan demikian,
puluhan ribu bahan yang berbeda telah berkembang dengan karakteristik yang agak
khusus, yang memenuhi kebutuhan society.these kita yang modern dan kompleks
termasuk logam, plastik, gelas, dan serat.
perkembangan
teknologi yang membuat keberadaan kita begitu nyaman telah berkaitan erat
dengan aksesibilitas bahan yang cocok. sebuah kemajuan dalam pemahaman tentang
jenis bahan sering cikal bakal perkembangan bertahap dari teknologi. Misalnya,
mobil tidak akan mungkin terjadi tanpa ketersediaan baja murah atau pengganti
lain yang sebanding. atau, di era kontemporer kita, perangkat elektronik
canggih bergantung pada komponen yang terbuat dari apa yang disebut
semikonduktor bahan.
1.2
ilmu material
dan teknik
disiplin ilmu
material melibatkan menyelidiki hubungan yang ada antara struktur dan sifat
bahan. Sebaliknya, bahan rekayasa adalah, atas dasar ini korelasi struktur
properti, merancang atau rekayasa struktur material untuk memproduksi satu set
yang telah ditentukan sifat. seluruh teks ini kita menarik perhatian pada
hubungan antara sifat material dan elemen struktur.
"struktur"
adalah pada saat ini istilah samar-samar yang membutuhkan penjelasan. secara
singkat, struktur material biasanya berhubungan dengan arrengement komponen
internal. struktur subatomik melibatkan elektron dalam atom individu dan
interaksi dengan inti mereka. pada tingkat atom, struktur meliputi organisasi
atom atau molekul relatif terhadap yang lain. bidang struktural berikutnya yang
lebih besar, yang berisi kelompok besar atom yang biasanya diaglomerasi
bersama-sama, disebut "mikroskopis", yang berarti bahwa yang tunduk
pada pengamatan langsung menggunakan beberapa jenis mikroskop. Akhirnya, elemen
struktur yang dapat dilihat dengan mata telanjang yang disebut "makroskopik".
gagasan properti
layak elaborasi. saat digunakan layanan, semua bahan yang terkena rangsangan
eksternal yang membangkitkan beberapa jenis respon. misalnya, spesimen
mengalami gaya akan mengalami deformasi. atau, permukaan logam mengkilap akan memantulkan
cahaya. Properti adalah sifat materi dalam hal jenis dan besarnya.
hampir semua
sifat penting dari bahan padat dapat dikelompokkan ke dalam enam kategori yang
berbeda: mekanik, listrik, termal, magnetik, optik, dan tahan korosi. Untuk
setiap ada jenis karakteristik stimulus mampu memprovokasi respon yang berbeda.
sifat mekanik berhubungan deformasi ke beban yang diterapkan atau kekuatan.
contoh termasuk modulus elastisitas dan kekuatan. untuk sifat listrik, seperti
konduktivitas listrik dan konstan dielektrik, stimulus adalah medan listrik.
perilaku termal padatan dapat direpresentasikan dalam hal kapasitas panas dan
konduktivitas termal. sifat magnetik menunjukkan respon bahan terhadap
penerapan medan magnet. untuk sifat optik, stimulus adalah radiasi
elektromagnetik atau cahaya. indeks bias dan reflektifitas adalah sifat optik
perwakilan. Akhirnya, karakteristik korosif menunjukkan reaktivitas kimia
bahan. bab-bab berikutnya membahas sifat yang termasuk dalam masing-masing
klasifikasi enam. kriteria utama untuk aplikasi banyak bahan adalah integritas
mekanik, karena stimulus eksternal yang paling sering ditemui adalah kekuatan
mekanik. akibatnya, dalam diskusi ini, penekanan khusus diberikan kepada sifat
mekanik.
mengapa kita
mempelajari materi? banyak ilmuwan atau insinyur diaplikasikan, baik mekanik,
sipil, kimia, atau listrik, akan pada satu waktu atau yang lain akan terkena
masalah desain yang melibatkan bahan. Contoh mungkin termasuk gigi transmisi,
suprastruktur suatu bangunan, kilang minyak komponen, atau mikroprosesor
"chip". Tentu saja, bahan ilmuwan dan insinyur spesialis yang
benar-benar terlibat dalam investigasi dan desain material.
berkali-kali,
masalah bahan adalah salah satu dari memilih bahan yang tepat dari ribuan yang
tersedia. ada beberapa kriteria yang menjadi dasar keputusan akhir biasanya
didasarkan. pertama-tama, kondisi pelayanan di harus ditandai, untuk ini akan
menentukan sifat material yang dibutuhkan. hanya pada kesempatan langka
melakukan proses bahan kombinasi maksimum atau ideal properti. Oleh karena itu
mungkin perlu untuk trade off satu karakteristik yang lain. contoh klasik
melibatkan kekuatan dan daktilitas. normal, bahan yang memiliki kekuatan tinggi
akan hanya memiliki daktilitas terbatas. dalam kasus seperti kompromi yang
masuk akal antara dua atau lebih sifat mungkin diperlukan.
pertimbangan
seleksi kedua adalah setiap kerusakan sifat material yang mungkin terjadi
selama operasi pelayanan. Misalnya, penurunan yang signifikan dalam kekuatan
mekanik dapat mengakibatkan dari paparan suhu tinggi atau lingkungan korosif.
Akhirnya,
mungkin Pertimbangan utama adalah bahwa ekonomi: apa yang akan biaya produk
jadi? Sebuah materi dapat ditemukan yang memiliki set yang ideal sifat tapi
mahal. sini lagi, beberapa kompromi tidak bisa dihindari. biaya sepotong
selesai juga mencakup setiap biaya yang dikeluarkan selama fabrikasi untuk
menghasilkan bentuk yang diinginkan.
yang lebih akrab
seorang insinyur atau ilmuwan yang dengan berbagai karakteristik dan hubungan
struktur properti, serta teknik pengolahan semakin mahir dia akan membuat pilihan bijaksana bahan yang didasarkan pada
kriteria
1.3
Klasifikasi
bahan
Bahan padat telah nyaman dikelompokkan menjadi tiga klasifikasi dasar:
logam, keramik, dan polimer. Skema ini didasarkan terutama pada susunan kimiawi
dan structur atom, dan bahan yang paling jatuh ke salah satu kelompok yang
berbeda atau yang lain, meskipun ada beberapa intermediet. Apa yang mungkin
dianggap sebagai kelompok-keempat compositers-terdiri dari kombinasi dari dua
atau lebih bahan yang berbeda. penjelasan singkat tentang jenis bahan dan
karakteristik perwakilan ditawarkan selanjutnya. Bab-bab selanjutnya
mengeksplorasi dalam beberapa elemen detai berbagai struktural dan properti
untuk masing-masing.
Logam
Bahan logam biasanya kombinasi dari logam unsur yang. Mereka memiliki sejumlah
besar elektron nonlocallized, yaitu, elektron ini tidak terikat pada atom
tertentu. Banyak sifat logam dapat diatribusikan secara langsung terhadap
elektron. Logam adalah konduktor yang sangat baik listrik dan panas dan tidak
transparan terhadap cahaya tampak: permukaan logam dipoles memiliki penampilan
berkilau. Selain itu, logam yang tenang yang kuat, namun mampudeformasi, yang
menyumbang untuk penggunaan yang luas dalam aplikasi struktural
Keramik
Keramik merupakan senyawa antara unsur-unsur logam dan non logam, mereka adalah
yang paling sering oksida, nitrida, dan karbida. Berbagai bahan yang termasuk
dalam klasifikasi ini termasuk keramik yang terdiri dari mineral tanah liat,
semen, dan kaca. Bahan-bahan ini biasanya insulative terhadap bagian dari
listrik dan panas, dan lebih tahan terhadap suhu tinggi dan lingkungan yang
keras dari logam dan polimer. Berkenaan dengan perilaku mekanik, keramik, sulit
tapi sangat rapuh
Polimer
Polimer termasuk plastik akrab dan bahan karet. Banyak dari mereka adalah
senyawa organik yang didasarkan pada kimia karbon, hidrogen, dan unsur-unsur
non logam lainnya, lebih jauh lagi, mereka memiliki struktur molekul yang
sangat besar. bahan-bahan biasanya memiliki kepadatan rendah, merupakan
insulator baik termal dan listrik, tidak memiliki kekuatan yang tinggi, dan
mungkin sangat fleksibel.
Komposit
Sejumlah bahan komposit telah direkayasa yang terdiri dari lebih dari satu
jenis materi. Fiber glass adalah contoh akrab, di mana serat kaca yang tertanam
dalam bahan polimer. Sebuah komposit dirancang untuk menampilkan kombinasi dari
karakteristik terbaik dari masing-masing bahan komponen. Fiber glass memperoleh
kekuatan dari kaca. Dan fleksibilitas dari polimer. Banyak dari pengembangan
bahan baru-baru ini telah melibatkan material komposit.
1,4 material modern membutuhkan Imspite dari
kemajuan luar biasa yang telah dibuat dalam pemahaman dan pengembangan materi
dalam beberapa tahun terakhir, masih ada tantangan teknologi yang membutuhkan
bahan yang lebih canggih dan khusus. Beberapa coment tepat dalam hal ini untuk
melengkapi perspektif bahan. Energi merupakan
keprihatinan saat ini. Ada kebutuhan untuk menemukan diakui baru, sumber
ekonomi energi, dan di samping itu, untuk menggunakan sumber daya ini lebih
efisien. bahan tidak diragukan lagi akan memainkan peran penting dalam
perkembangan ini. Misalnya, konversi langsung dari matahari menjadi listrik HAC
Inergy dibuktikan. Sel surya menggunakan beberapa bahan yang agak rumit dan
mahal.
Untuk memastikan teknologi yang layak, bahan yang sangat efisien dalam
proses konversi namun kurang mahal harus dikembangkan. Energi nuklir menjanjikan, tapi solusi untuk banyak
masalah yang tetap tentu akan melibatkan bahan, dari bahan bakar untuk struktur
penahanan ke fasilitas untuk pembuangan limbah radioaktif.
Selanjutnya, kualitas lingkungan tergantung pada kemampuan kita untuk mengendalikan
polusi udara dan air.Polusi Techniquest kontrol menggunakan berbagai bahan.
Selain itu, pengolahan bahan dan perbaikan metode perlu ditingkatkan sehingga
menghasilkan degradasi lingkungan kurang, yaitu, polusi kurang dan despoilage
kurang lanskap dari penambangan bahan baku
Jumlah yang signifikan dari energi yang terlibat dalam transportasi. Redicing
berat kendaraan transportasi (mobil, pesawat, kereta api, dll), serta
temperatur mesin meningkatkan operasi, akan enhancefuel efficientcy. Stength
tinggi baru, bahan kepadatan rendah struktural tetap harus dikembangkan, serta
bahan-bahan yang memiliki kemampuan temperatur yang lebih tinggi, untuk
digunakan dalam komponen mesin.
Banyak bahan yang kami gunakan berasal dari sumber daya yang tak
terbarukan, yaitu, tidak mampu menjadi regenerasi. Ini termasuk polimer, yang
bahan baku utamanya adalah minyak, dan beberapa logam. Sumber daya tak
terbarukan secara bertahap menjadi habis, yang memerlukan baik penemuan
cadangan tambahan, atau pengembangan material baru yang memiliki sifat
sebanding dan dampak lingkungan yang kurang merugikan. Alternatif terakhir
adalah tantangan besar bagi ilmuwan material dan insinyur
