Материаловедение

Материаловедение (от рус. материал и ведать) — междисциплинарный раздел науки, изучающий изменения свойств материалов как в твёрдом, так и в жидком состоянии в зависимости от некоторых факторов. К изучаемым свойствам относятся: структура веществ, электронные, термические, химические, магнитные, оптические свойства этих веществ. Материаловедение можно отнести к тем разделам физики и химии, которые занимаются изучением свойств материалов. Кроме того, эта наука использует целый ряд методов, позволяющих исследовать структуру материалов. При изготовлении наукоёмких изделий в промышленности, особенно при работе с объектами микро- и наноразмеров необходимо детально знать характеристику, свойства и строение материалов. Решить эти задачи и призвана наука — материаловедение.

Знание структуры и свойств материалов приводит к созданию принципиально новых продуктов и даже отраслей индустрии. Однако и классические отрасли также широко используют знания, полученные учёными-материаловедами для нововведений, устранения проблем, расширения ассортимента продукции, повышения безопасности и понижения стоимости производства. Эти нововведения были сделаны для процессов литья, проката стали, сварки, роста кристаллов, приготовления тонких плёнок, обжига, дутья стекла и др.

Методы, используемые материаловедением: металлографический анализ, электронная микроскопия, сканирующая зондовая микроскопия, рентгеноструктурный анализ, механические свойства, калориметрия, ядерный магнитный резонанс, ширография, термография.

Направления исследований материаловедения

Кафедра материаловедения и технологии машиностроенияв СПбГТУРП

• Космическое материаловедение — создание и изучение материалов, которые пригодны для использования в космическом пространстве.
• Реакторное материаловедение — создание и исследование материалов, используемых и предполагаемых к использованию в ядерных энергетических установках, а также выявление закономерностей деградации структуры и свойств материалов под влиянием раздельного и совместного воздействия высоких температур и облучения (например, нейтронами, ионами и т.п.).
• Нанотехнология — создание и изучение материалов и конструкций размерами порядка нескольких нанометров.
• Кристаллография — изучение физики кристаллов, включает:
  • дефекты кристаллов — изучение нарушений структуры кристаллов, включения посторонних частиц и их влияние на свойства основного материала кристалла;
  • технологии дифракции, такие как рентгеноструктурный анализ, используемые для изучения фазового состояния вещества.
• Металлургия (металловедение) — изучение свойств различных металлов.
• Керамика, включает:
  • создание и изучение материалов для электроники, например, полупроводники;
  • структурная керамика, занимающаяся композитными материалами, напряжёнными веществами и их трансформациями.
• Биоматериалы — исследование материалов, которые можно использовать в качестве имплантатов в человеческое тело.

Разделы физики, на которых базируется материаловедение

• Термодинамика — для изучения стабильности, изменений фаз, для построения фазовых диаграмм.
• Термический анализ, термогравиметрия — для изучения изменения свойств материалов при воздействии температуры и при взаимодействии с различными газами.
• Кинетика — при изучении изменений фазового состояния вещества, термического разложения структуры и диффузии.
• Химия твёрдого тела — для изучения химических процессов, проходящих в твёрдой фазе.
• Физика твёрдого тела — для изучений квантовых эффектов в твёрдых материалах, например, исследование полупроводников и сверхпроводников.

Ссылки

• Сичкаренко К.А. Новые материалы и вещества в мире в инновационном аспекте

Литература

• Горелик С. С., Дашевский В. Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. - М., Металлургия, 1988. - 574 с.