معرفی رشته مهندسی مواد
هدف و ماهيت
تصور كنيد در حال رانندگي در يكي از بزرگراه ها هستيد كه ناگهان كاميوني با خوردروي شما برخورد مي‌كند و خسارت سنگيني نيز بر آن وارد مي‌سازد. چنين برخوردي در حال حاضر علاوه بر صرف هزينه‌اي قابل توجه و نياز به زماني نسبتا طولاني براي تعمير، در نهايت از ارزش خودرو نيز خواهد كاست. اما اگر بدنه خودروي شما به طور كامل از جنس آلياژ Tini ساخته شده باشد، حداقل براي صافكاري مشكلي نخواهيد داشت چون كافي است بدنه خوردو را تا حد معيني حرارت بدهيد تا بدنه تصادفي به سرعت تغيير شكل يافته و شكل اوليه خود را پيدا كند.
البته در حال حاضر اين يك خيال‌پردازي علمي است. اما با پيشرفت روزافزون علم متالوژي بزودي موانع تكنولوژيكي، در راه توليد و كاربرد اين آلياژها برطرف شده و مقدار زيادي از اين مواد در شكل‌هاي گوناگون توليد خواهد شد.
آري علم متالوژي به عنوان يك صنعت مادر نه تنها در حال حاضر نقش مهمي را در پيشبرد تكنولوژي بر دوش دارد، بلكه در آينده نيز يكي از عوامل مهم پيشرفت تمدن بشري است.
حدود 6000 سال پيش زماني كه بشر فلز را شناخت، متالوژي به عنوان يك هنر، پا به عرصه وجود گذاشت. در آن زمان انسان با جداكردن ذرات طلا از شن و ماسه بستر رودخانه‌ها، ذوب فلزات مختلف و شكل دادن آنها، اولين گامها را به سوي عصر فلزات برداشت و سپس با توليد مفرغ (برنز) و ساختن ابزاري مثل خنجرها، سرنيزه‌ها و دهنه اسب از اين ماده وارد عصر مفرغ شد و بالاخره با استخراج آهن و ورود به عصر آهن، تمدن بشري به پيشرفت قابل ملاحظه‌اي دست يافت. آنچه گفته شد تاريخچه متالوژي به عنوان يك هنر يا فن بود اما متالوژي به عنوان يك علم، دانش نسبتا جواني است كه تنها صدسال از عمر آن مي‌گذرد و با كشف روشهاي جديد استخراج و تصفيه فلزات ، شناسايي مشخصات ساختاري و فيزيكي مواد، فنون جديد شكل دادن و توليد فلزات متولد شده است. علمي كه به دو بخش كلي متالوژي استخراجي و صنعتي تقسيم مي‌شود كه البته هر دو بخش مذكور در دانشگاههاي كشور ما نيز به عنوان دو گرايش از رشته مهندسي مواد تدريس مي‌گردد.
توانايي‌هاي مورد نياز و قابل توصيه
توانايي علمي : دانشجويان اين رشته بايد در فيزيك و شيمي و رياضي قوي باشند. نياز به آشنايي با زبان انگليسي در اين رشته بيش از ديگر رشته‌هاي مهندسي اهميت دارد.
توانايي جسمي: قدرت بدني و توان جسماني بالا و آمادگي كار در شرايط سخت.
علاقمنديها : ذهني خلاق و كنجكاو بايد داشته باشد و همچنين بايد به اين رشته علاقمند باشد.
توانايي مالي: ارزان بودن و فراواني مواد سراميكي از ويژگي‌هاي اين رشته است.
توانمندي‌هاي لازم براي موفقيت
متالوژي استخراجي و متالوژي صنعتي
بسياري از مردم تصور مي‌كنند كه يك مهندس متالوژي فقط در كنار كوره‌كار مي‌كند و به همين دليل براي موفقيت در اين رشته، اصل را بر قدرت?بدني و توان جسماني بالا مي‌گذارند اما اين يك تصور اشتباه است چون با وجود آن كه يك مهندس متالوژي نبايد به فكر پشت‌ميزنشيني بوده و بايد آمادگي كار در شرايط سخت را داشته باشد، اما بدون شك مهندس اين رشته بيش از توان جسماني خوب نياز به ذهني خلاق و كنجكاو دارد و همچنين بايد به اين رشته علاقه‌مند باشد تا بتواند به پيشبرد علم متالوژي كمك كرده و يا حداقل در بازار كار، مهندسي موفق گردد.
همچنين دانشجويان اين رشته بايد در فيزيك ، شيمي و رياضي قوي باشند. چون براي مثال فولاد خود به تنهايي بيش از 2000 نوع مختلف دارد و انتخاب نوع فولاد نيز براي ساخت يك قطعه بسيار مهم است. يعني مهندس متالوژي بايد با خواص فيزيكي و شيميايي هر يك از انواع فولاد آشنايي داشته باشد تا بتواند فولاد مناسب را براي ساخت قطعه مورد نظر خويش انتخاب كند.
مهندسي سراميك
وقتي صحبت از مهندسي مواد مي‌شود، دو علم شيمي و فيزيك اهميت ويژه‌اي پيدا مي‌كند. چرا كه بررسي خواص مواد بدون آشنايي با اين دو علم امكان‌پذير نمي‌باشد.
همچنين دانشجوي اين رشته علاوه بر فيزيك و شيمي بايد از دانش رياضي اطلاعات كافي داشته و قدرت تجزيه و تحليل خوبي داشته باشد.
آشنايي با زبان انگليسي در تمام رشته‌هاي مهندسي ضروري است. اما در مهندسي سراميك اين ضرورت بيشتر احساس مي‌شود چرا كه اين رشته نسبتا جديد مي‌باشد و در نتيجه كتابهاي علمي آن كمتر به زبان فارسي ترجمه شده است.
معرفي گرايشهاي مقطع کارشناسي
در مجموع مهندسي مواد داراي سه گرايش: متالوژي استخراجي ، متالوژي صنعتي و سراميك مي باشد.
متالوژي استخراجي و متالوژي صنعتي
دانشمندان، مواد صنعتي را به سه گروه عمده فلزات، پلاستيك‌ها و سراميك‌ها تقسيم‌بندي كرده و فلزات را به عنوان بزرگترين گروه مواد صنعتي معرفي مي‌كنند.
در اين ميان علم متالوژي در برگيرنده هر كاري است كه روي فلزات و سنگ معدن‌هاي آنها انجام مي‌شود يعني متالوژي استخراجي با تهيه فلزات از سنگ معدن اولين قدمها را برمي‌دارد و سپس متالوژي صنعتي محصول فلزي قابل مصرف را توليد مي‌كند.
متالوژي استخراجي حدفاصل بين مهندسي معدن و شاخه صنعتي متالوژي است. چرا كه تمامي موادي كه ما از آنها استفاده مي‌كنيم به صورت توده‌هاي سنگي كه داراي ناخالصي‌هاي زيادي هستند (عيارشان پايين است) در معادن قرار دارند و بايد بعد از كشف و استخراج به ياري تكنولوژي متالوژي استخراجي، مراحلي را طي كنند تا قابل مصرف گردند. يعني لازم است كه يك مهندس متالوژي با انجام يكسري فرآيندها مانند خردكردن سنگ معدن با دستگاههاي موسوم به سنگ‌شكن، تغليظ سنگ معدن با استفاده از روشهاي مغناطيسي و شناور سازي و عمليات ذوب و پالايش، عيار سنگ را بالا برده و سنگ را به صورت شمش كه تقريبا خالص است تحويل صنعت بدهد و سپس به ياري دانش نظري و علمي متالوژي صنعتي، محصول فلزي قابل مصرف به طور مستقيم يا غيرمستقيم توليد گردد.
به عنوان مثال آنچه در كارخانه ذوب آهن اصفهان تا مرحله تهيه شمش آهن خام (چدن) انجام مي‌شود، عمدتا مربوط به متالوژي استخراجي است و آنچه پس از اين انجام مي‌دهند و محصول فلزي قابل مصرف مستقيم يا غيرمستقيم توليد مي‌كنند، در حيطه دانش نظري و علمي متالوژي صنعتي قرار دارد مانند تهيه نورد كه براي ساخت ميله، ورق، تيرآهن و پروفيل‌هاي مختلف آهني و غيرآهني مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
متالوژي استخراجي شامل جدا كردن فلزات از سنگ معدن و تصفيه آنها (توليد فلزات) ، شناخت انواع كوره‌ها، سوخت‌ها و فعل و انفعالات شيميايي مي‌شود. اين گرايش انواع متعددي از روشها را در بر مي‌گيرد كه از جمله مي‌توان به كانه‌آرايي، پرعيار كردن مواد معدني، ذوب كردن، تصفيه فلز مذاب و توليد شمش فلز اشاره كرد. همچنين متالوژي صنعتي عبارت است از روشهاي مختلف توليد مصنوعات فلزي كه مهمترين اين روشها: متالوژي پودري (تهيه قطعات فلزي با استفاده از پودر آنها)، شكل دادن (نورد ، آهنگري، پرس‌كاري و كشيدن) ، جوشكاري و ماشين‌كاري (شكل دادن مواد توسط تراش و برش) است. همچنين در متالوژي صنعتي خواص و مشخصات فيزيكي ، ساختاري و مكانيكي مواد بررسي مي‌شود.
مهندسي سراميك
واژه سراميك كه از كلمه يوناني كراموس گرفته شده است به معناي سفالينه يا شي پخته شده است. چرا كه منشا پيدايش اين علم، سفالينه‌ها هستند كه بشر اوليه آنها را از گل رس مي‌ساخت و قدمت آنها به بيش از 6000 سال قبل، يعني پيش از كشف و استفاده از فلزات مي‌رسد و هنوز نيز استفاده از ساخته‌هاي سفالي در جوامع مختلف رونق دارد. و شايد به همين دليل هرگاه نام سراميك برده مي‌شود، بسياري از مردم تنها به ياد ظروف سفالي و ديگر سفالينه‌ها مي‌افتند. در حالي كه علم سراميك نوين محدود به ساخت ظروف گلي و سفالينه‌هاي سنتي ديگر نمي‌شود، بلكه اين علم اكنون به عنوان شاخه بسيار مهمي در علوم مختلف بويژه علوم فني و مهندسي مطرح است و در تمامي علوم و صنايع از جمله در كامپيوترها، راكتورهاي اتمي، صنايع پيچيده الكترونيكي، صنايع ذوب فلزات و … كاربرد پيدا كرده است.
امروزه سراميك را هنر ساخت ظروف سراميكي و سفالينه‌ها نمي‌دانيم؛ بلكه آن را به صورت علمي وسيعتر از ساخت اين‌گونه وسايل تعريف مي‌كنيم. بر اين اساس مي‌توان گفت كه سراميك به طور كلي هنر و علم ساختن و به كاربردن اشياء جامدي است كه اجزاء تشكيل‌دهنده اصلي و عمده آنها مواد غيرآلي و غيرفلزي است يعني علم سراميك علاوه بر سفالينه‌ها شامل انواع چيني‌ها، ديرگدازها، فرآورده‌هاي رسي ساختماني ، مواد ساينده، لعاب‌هاي چيني، سيمان، شيشه، مواد مغناطيس غيرفلزي، فروالكتريك‌ها، تك بلورهاي مصنوعي و محصولات پيچيده‌تر ديگر مي‌شود.
به عبارت ديگر فرآورده‌هاي سراميكي به دو دسته عمده تقسيم مي‌شوند كه عبارتند از :
الف ) سراميك‌هاي سنتي كه اساسا مواد اوليه آنها را سيليكاتها تشكيل مي‌دهند و شامل انواع محصولات رسي، سيمان، شيشه‌هاي سيليكاتي و چيني‌ها مي‌شود.
ب) سراميك‌هاي نوين كه براي جوابگويي به نيازهاي مخصوص مانند مقاومت حرارتي بيشتر، خواص مكانيكي بهتر، خواص الكتريكي ويژه و مقاومت شيميايي افزونتر بوجود آمده‌اند.
دانشجويان مهندسي سراميك كه يكي از گرايشهاي مهندسي مواد است، در طول دوره تحصيلي خود پس از كسب پايه‌هاي علمي و مهندسي لازم، كليه فرآيندهاي ساخت سراميك‌ها را از مواد اوليه و آماده‌سازي آن گرفته تا كنترل كيفي محصولات ساخته شده و ارتباط بين ساختمان و خواص اين مواد فرا مي‌گيرند.
به طور كلي مواد و مصالح صنعتي به سه گروه بزرگ فلزات، پلاستيك‌ها و سراميك‌ها تقسيم مي‌شوند. كه مشخصه اصلي سراميك‌ها، مقاومت بسيار زياد آنها در برابر تاثير مواد شيميايي و دماهاي بالا است. يعني بيشتر فرآورده‌هاي سراميكي مانند اجزاي متشكله خود، در برابر آب، اسيدها، گازها، نمك‌ها و دماهاي بالا مقاومت خوبي دارند و به همين سبب در ساختن قطعات مقاوم نسبت به خوردگي و يا در روشهاي حفاظت از خوردگي از سراميك‌ها استفاده زيادي مي‌شود.
يكي ديگر از ويژگي‌هاي مواد سراميكي نيز ارزاني و فراواني نسبي اين مواد است. كه از جمله مي‌توان به خاك رس، فلدسپات (به طور عمده شامل سيليكات آلومينيوم)، ماسه كوارتزي (به طور عمده اكسيد سيليسيوم)، اكسيدهاي مختلف آهن و آلومين (اكسيد آلومينيوم) اشاره كرد. حال مهندسان سراميك با كنترل نوع و نسبت تركيب مواد اوليه، فرآورده‌هاي گوناگوني مانند آجر و كاشي، آجر نسوز، ظروف چيني و سفالي، لعاب‌ها (به عنوان روكش فلزات و سراميك‌هاي ديگر)، آلومين و تيتانات باريوم (در الكترونيك)، دي اكسيد اورانيوم (به عنوان سوخت هسته‌اي) لعل يا نارسنگ (در ليزر)، شيشه و سيمان طراحي و توليد مي‌كنند.
آينده شغلي و بازار كار
متالوژي صنعتي و متالوژي استخراجي
هر كالايي را كه در زندگي روزمره خود به كار مي‌بريم يا حاوي فلز است و يا براي ساخت و توليد آن نياز به فلز مي‌باشد. براي مثال كليه وسايل حمل و نقل از خودرو گرفته تا كشتي، هواپيما و قطار براي حركت به فلزات يا اجزاي فلزي نياز دارند. همچنين در تمامي ساختمان‌ها از خانه‌هاي كوچك گرفته تا آسمان‌خراشها فلز به كار رفته است. به عبارت ديگر امروزه متالوژي در كليه صنايع نقش مهمي را ايفا مي‌كند و در نتيجه موقعيت شغلي فارغ‌التحصيلان اين رشته نيز بسيار گسترده است. چرا كه فارغ‌التحصيلان اين رشته در گرايش متالوژي استخراجي با شناخت روشهاي استخراج فلزات و بهره‌برداري از واحدهاي متالوژي استخراجي و بخشهاي وابسته مي‌توانند روشهاي مقرون به صرفه استخراج فلزات و تصفيه و بازاريابي عناصر فلزي را ارائه دهند و همچنين فارغ‌التحصيلان گرايش متالوژي صنعتي به دليل آشنايي با ساختمان، خواص فيزيكي و شيميايي، فرآيند ساخت فلزات و درك ارتباط بين ساختار فلزات و آلياژها با خواص آنها مي‌توانند امور مربوط به انتخاب، شناسايي و تهيه مواد فلزي را انجام دهند و به طراحي و ساخت قطعات فلزي نظارت داشته باشند و روشهاي توليد اين قطعات را گسترش داده و بهبود بخشند.
در كل مي‌توان گفت كه فارغ‌التحصيلان اين رشته در هر دو گرايش مي‌توانند مديريت كارخانه‌هاي استخراجي و توليد فلزات و سرپرستي بخشهاي مختلف اين كارخانه‌ها را برعهده داشته و يا به عنوان محقق و پژوهشگر به رفع مشكلات متالوژيكي اين بخشها بپردازند.
دكتر وقار استاد متالوژي دانشگاه تهران در همين زمينه مي‌گويد:
?فارغ‌التحصيلان متالوژي استخراجي مي‌توانند جذب مراكزي شوند كه به فرآيند استخراج و توليد مواد اوليه فلزي (آهني و غيرآهني) از كانه‌هاي مربوط مي‌پردازند و فارغ‌التحصيلان متالوژي صنعتي نيز مي‌توانند در مراكزي كه با توليد قطعات فلزي سروكار دارند مانند صنايع ريخته‌گري، صنايع متالوژي پودر، صنايع خودروسازي و ابزارسازي مشغول به كار شوند.
مهندس متالوژي استخراجي مي‌تواند در صنايع نفت و پالايش و همچنين صنايع آهني و غيرآهني مانند ذوب آهن اصفهان ، مجتمع مس سرچشمه و آلومينيم اراك فعاليت بكند. مهندس متالوژي صنعتي نيز مي‌تواند در صنايع فولادسازي، صنايع دفاع، هواپيماسازي، كشتي‌سازي، تراكتورسازي، خودروسازي و ساخت قطعات مختلف وسايل خانگي از جمله يخچال ، كولر، ماشين لباسشويي، تلويزيون و ضبط صوت فعاليت نمايد.
مهندسي سراميک
سراميك‌ها به سبب دوام در دماهاي زياد، ارزاني و فراواني مواد اوليه و سهولت تهيه آنها و همچنين به سبب خواص ويژه الكتريكي، مغناطيسي، نوري و هسته‌اي در رشته‌هاي گوناگون علم و تكنولوژي كاربردهاي فراوان دارند و هر روز نيز كاربردهاي جديدتري براي آنها پيدا مي‌شود. براي مثال امروزه قطعات سراميكي در قسمت‌هاي مختلف توربين‌گازي به كار مي‌روند و يا از ماده سراميكي آلومين به عنوان ساينده (براي سنگ‌زدن و پرداختكاري فلزات) و ماده اوليه ساخت بوته و آجرهاي ديرگداز استفاده مي‌شود. همچنين مي‌توان به تك بلورهاي سيلسيم اشاره كرد كه در صنايع الكترونيكي بخصوص ساخت آي سي‌ها به كار مي‌روند و تحول شگرفي در صنايع الكترونيك ايجادكرده‌اند كه نمونه ساده آن همين ماشين‌حسابها و ساعت‌هاي كوارتزي است.
با توجه به اين كه موادي مثل برنج و مس به مرور به علت خوردگي شيميايي به بدن آسيب مي‌رسانند، به تازگي علم پزشكي از سراميك‌ها به عنوان تقويت كننده و يا جايگزين شونده اعضاي بدن بويژه استخوان‌ها استفاده مي‌كند.
امروزه صنايع سراميك براي رشد اكثر صنايع اهميت بسياري دارند. براي مثال صنايع متالوژي و ساير صنايعي كه با درجه حرارت بالا سروكار دارند، مصرف‌كننده مواد ديرگداز هستند و يا صنايع الكترونيك احتياج به قطعات مختلف سراميكي با خواص الكترونيكي و مغناطيسي مطلوب دارند. همچنين صنايع اتومبيل سازي ، صنايع ساختماني، صنايع توليد نيرو ، مخابرات و بالاخره هر خانه و خط توليد هركارخانه‌اي نياز به فرآورده‌هاي سراميكي دارد و در نتيجه رشد و شكوفايي و خودكفايي اقتصادي كشورها بدون ايجاد و گسترش صنايع سراميك امكان‌پذير نخواهد بود .
كاوشهاي باستان‌شناسي نشان مي‌دهد كه ساخت اشياء سراميكي در ايران؛ از زمان‌هاي بسيار قديم متداول بوده است. اشياء و مجسمه‌هاي رسي ساخت ايران كه قدمت برخي از آنها به چندهزار سال مي‌رسد، در اكثر موزه‌هاي ايران و جهان نگاهداري مي‌شوند. در دوران تمدن اسلامي نيز ساخت ظروف چيني با لعاب‌هاي تزئيني گوناگون و همچنين صنعت كاشي‌كاري بسيار رونق داشته است. اين كاشي‌ها پس از گذشت صدها سال از نظر لعاب و رنگ و كيفيت كاشي در موقعيت بسيار مطلوبي هستند و در مقايسه با كاشي‌هاي امروزي مرغوبتر به نظر مي‌رسند. اما اين فن و هنر كه در دوران گذشته پيشرفت زيادي كرده بود به يكباره متوقف شد و ما به واردكنندگان فرآورده‌هاي سراميكي تبديل شديم و صنايع كوچك و سنتي كه در روند تكاملي خود مي‌توانستند به صنايع پيشرفته و مدرن تبديل شوند در نطفه خفه گرديده و ابتدا محصولات وارداتي و سپس كارخانجات وارداتي وابسته، جلوي رشد و گسترش صنايع داخلي را گرفتند. چرا كه اين كارخانجات از نظر مواد اوليه، ماشين‌آلات و اداره‌كنندگان و برنامه‌دهندگان وابسته بوده و به جاي حركت در جهت رشد و شكوفايي اقتصادي در جهت وابستگي سير مي‌كردند. البته پس از انقلاب، گام‌هايي در جهت قطع وابستگي اين كارخانجات برداشته شد و اميد است كه در آينده نيز با برنامه‌ريزي صحيح در اين زمينه، علاوه بر خودكفا كردن كارخانجات موجود، در جهت گسترش صنايع سراميك مستقل و احداث كارخانجات موجود، در جهت گسترش صنايع سراميك مستقل و احداث كارخانجات جديد گام‌هاي اساسي برداشته شود.
در حال حاضر ما كارخانه‌هاي عمده كاشي‌سازي، چيني‌سازي، توليدكننده مواد نسوز، توليد كننده سراميك‌هاي الكتريكي، شيشه‌سازي، آجرسازي و سيمان داريم كه فارغ‌التحصيلان رشته سراميك مي‌توانند در آنها مشغول به كار گشته و به افزايش كارايي و راندمان كارخانه و همچنين بهبود كيفيت محصول آن كمك نمايند.
وضعيت نياز کشور به اين رشته در حال حاضر
بعلت اينکه امروزه متالوژي در کليه صنايع نقش مهمي را ايفا مي کند نياز کشور به اين رشته و فارغ التحصيلان اين رشته نسبتاً زياد و فراوان است.
پيش بيني وضعيت آينده رشته در ايران
فارغ التحصيلان گرايش متالوژي استخراجي با شناخت روشهاي استخراج فلزات و بهره برداري از واحدهاي متالوژي استخراجي و بخشهاي وابسته مي توانند روشهاي مقرون به صرفه در اين زمينه را ارائه دهند و در گرايش متالوژي صنعتي مي توانند به دليل آشنايي با ساختمان . خواص فيزيکي و شيميائي ، فرآيند ساخت فلزات و درک ارتباط بين ساختار فلزات و آلياژها با خواص آنها، مي توانند امور مربوط به انتخاب، شناسايي و تهيه مواد فلزي را انجام دهند و به طراحي و ساخت قطعات فلزي نظارت داشته باشند و روشهاي توليد اين قطعات را گسترش داده و بهبود ببخشند . در مورد گرايش سراميک بعلت مشکلات اقتصادي و نيز بعلت گسترده شدن صنايع و کاربرد علوم اين رشته در آنها به نظر مي رسد در آينده نزديک سرمايه گذاري بيشتري در مورد فارغ التحصيلان و زمينه هاي کاري آن انجام گيرد .
| دروس پايه مشترك در همه گرايش ها | |
| رياضي 1و2 | معادلات ديفرانسيل |
| رياضي مهندسي | محاسبات عددي |
| مباني و برنامه سازي کامپيوتر | فيزيك 1و2 و آزمايشگاه |
| دروس اصلي مشترك در همه گرايش ها | |
| مباني مهندسي برق وآزمايشگاه | استاتيك |
| مقاومت مصالح | كريستالو گرافي و آزمايشگاه |
| پديده هاي انتقال | شيمي فيزيك مواد |
| ترموديناميك مواد 1 | خواص فيزيكي مواد 1و2 |
| آزمايشگاه متالوگرافي | خواص مكانيكي مواد 1 و آزمايشگاه |
بدون دیدگاه