inżynieria materiałowa.pdf

(838 KB) Pobierz
Maciej W³adys³aw Grabski
1
Maciej Władysław Grabski
ISTOTA INŻYNIERII
MATERIAŁOWEJ
wykład dla studentów I roku
kierunku studiów Inżynieria Materiałowa
na Politechnice Warszawskiej
© wszystkie prawa autorskie zastrzeżone
Grabkowo, 30 października 2000
242888602.004.png 242888602.005.png 242888602.006.png 242888602.007.png 242888602.001.png 242888602.002.png 242888602.003.png
Książeczka ta przeznaczona jest dla studentów pierwszego roku studiów, na kierunku
Inżynieria Materiałowa i opiera się na notatkach do wykładu ze Wstępu do Inżynierii
Materiałowej , które Autor prowadzi na Politechnice Warszawskiej od 1977 roku.
Głównym jej zadaniem jest nie tyle wprowadzenie w podstawy dyscypliny, ale raczej
wzbudzenie do niej zaciekawienia i pokazanie jej istoty. Z tego powodu zasadniczy
wpływ na kształt wykładu wywarły pytania i uwagi kolejnych roczników studentów, oraz
w równej mierze zarówno okazywane przez nich zainteresowanie jak i jego brak.
Szczególne podziękowanie należy się tym spośród nich, którzy słuchali wykładu w 1978
r. oraz uczestnikom długich dyskusji jesienią 1981 w czasie nie zakończonego
seminarium dyplomowego. Dlatego dedykuję tę książeczkę ówczesnym studentom, a
dzisiaj doktorom: dwóm Małgorzatom: Lewandowskiej i Skibskiej, Krzysztofowi
Karpierzowi, Tadeuszowi Nowickiemu, Jerzemu Kwiecińskiemu oraz Wiesławowi
Świątnickiemu. Dziękuję również pani dr Wierze Oliferuk oraz panu profesorowi
Henrykowi Samsonowiczowi za przeczytanie rękopisu i cenne uwagi.
3
SPIS TREŚCI
4
WPROWADZENIE
W tradycji kultury europejskiej, charakteryzującej się przewagą ducha nad materią, ci,
którzy zajmowali się materiałami traktowani byli zwykle z podejrzliwością, a nawet i
pewnym niesmakiem. Być może ma to swoje źródło w mitologii greckiej, gdzie pośród
doskonałych i pięknych bogów tylko jeden, Hefajstos, bóg ognia i patron kowali oraz
metalurgów, był kaleki i brzydki (rys.1). Należy tu jednak wspomnieć, że jego żonami
były najpiękniejsze niebianki (Charis bogini wiosny i Afrodyta bogini miłości) i że
zbudował ze złota panny-roboty, które następnie ożywił, czyniąc je pierwszymi
ziemiankami. Przyjęcie Hefajstosa za patrona ludzi zajmujących się materiałami ma więc
swoje pozytywne uzasadnienie: znajdujemy je w tym, że nauka o materiałach spośród
wszystkich innych nauk przyrodniczych, jest chyba najbardziej zdolna do łączenia piękna
z użytecznością, intuicji z logiką, teorii z praktyką, i mikroświata atomu z makroświatem
konstrukcji.
Wraz z powstaniem cywilizacji przemysłowych rola materiałów została jednak stopniowo
dostrzeżona i doceniona, a w czasie ostatniego półwiecza okazało się, że to właśnie
nowe, zaawansowane materiały stanowią podstawowy czynnik kształtujący rozwój
gospodarczy i techniczny społeczeństw.
Wbrew pozorom pojęcie „materiał” nie jest oczywiste. Dzieje się tak dlatego, że materiały
otaczają nas ze wszystkich stron i jesteśmy z ich obecnością na tyle głęboko zżyci, iż w
potocznym myśleniu uznajemy ich istnienie za rzecz naturalną. Być może dlatego
właśnie symptomatyczną osobliwością języka polskiego, uformowanego w wiejsko-
szlacheckiej tradycji naszego społeczeństwa jest to, że łaciński termin „materiał”
funkcjonuje u nas tylko jako pospolity rzeczownik zmysłowy, dzięki czemu występuje
wyłącznie w słownikach, natomiast nie można go znaleźć w encyklopediach!
Mówiąc najogólniej, materiałem nazywamy te wszystkie skondensowane, czyli stałe
substancje, których właściwości czynią je użytecznymi dla ludzi gdyż wykonujemy z nich
złożone produkty pracy1 . Wartość materiałów ujawnia się więc dzięki temu, iż służą one
bezpośrednio do tworzenia rzeczy większych i bardziej złożonych od siebie. Ich rolę
znacznie lepiej oddaje rodzimy termin „tworzywo” a więc substancja, z której tworzy się
przedmioty. Podana definicja wyklucza spośród materiałów ciała nie stałe (czyli ciecze i
gazy) oraz te substancje stałe, których użyteczność związana jest z ich niestabilnością
chemiczną, czyli paliwa, środki wybuchowe, żywność, lekarstwa itp. Nie obejmuje
również surowców, które stają się materiałami dopiero w wyniku poddania ich złożonym
procesom przetwarzania lub syntezy. Odbiega ona tym samym od potocznego
słownictwa, w którym zakres pojęcia „materiał” jest znacznie szerszy, obejmując np
materiały tekstylne, wybuchowe, piśmienne, kosmetyczne, paliwowe itd.
Dysponujemy obecnie wieloma różnorodnymi materiałami, o ciągle rosnącym stopniu
wyspecjalizowania właściwości, mającymi swoje źródło w praktycznie nieograniczonej
liczbie możliwych kombinacji ich składu chemicznego, które można utworzyć z istniejącej
wielości pierwiastków, oraz w wielości sposobów według których atomy tych
pierwiastków mogą zostać ugrupowane w przestrzeni.
1 Przez produkty rozumiemy tu przedmioty lub konstrukcje, niezależnie od tego, czy będą to narzędzia, urządzenia, maszyny,
pojazdy, mikroukłady elektroniczne lub też budowle a nawet dzieła sztuki.
5
Ze względu na szczególną rolę spełnianą w społeczeństwie materiały stanowią przedmiot
zainteresowania bar 2 dzo wielu gałęzi nauki. Tym obszarem badań, który odnosi się do
wzajemnych związków występujących między syntezą, strukturą, właściwościami i
zastosowaniami materiałów zajmuje się wielodyscyplinowa dziedzina, która powstała na
początku drugiej połowy tego stulecia przez połączenie elementów wielu bardziej
szczegółowych dyscyplin i która dla podkreślenia istniejącej w obszarze materiałów
symbiozy nauki oraz technologii i techniki nazywa się w języku angielskim Materials
Science and Engineering. Termin ten, niestety nie daje się elegancko przełożyć na
język polski. Dlatego też stosujemy zwykle niezależnie nazwy Nauka o Materiałach i
Inżynieria Materiałowa , pamiętając jednak o tym, że są to dyscypliny wzajemnie
nierozdzielne, stanowiące jak gdyby dwie części tego samego obszernego pola wiedzy o
stałym stanie materii, rozciągającego się od jej naukowych podstaw do praktycznych,
technicznych zastosowań. Dla uproszczenia w niniejszym wykładzie termin Inżynieria
Materiałowa będzie stosowany w znaczeniu Nauka o Materiałach i Inżynieria
Materiałowa.
Podejmując studia w naszej dziedzinie musimy więc zrozumieć istotę takich
podstawowych pojęć jak nauka i inżynieria , oraz rozpatrzyć ich wzajemne powiązania.
Musimy też uzmysłowić sobie relacje występujące między materiałem i społeczeństwem
poprzez ogólną refleksję nad problemami cywilizacyjnymi, ekonomicznymi i wreszcie
technicznymi. Dopiero na tym szerokim tle będziemy mogli wejść w nieco bardziej
szczegółowe rozważania nad naturą materiałów oraz nad metodą, którą posługuje się
Inżynieria Materiałowa. Ich celem będzie próba znalezienia odpowiedzi na pytanie czy
warto poświęcić się studiom w zakresie Inżynierii Materiałowej.
Wykład niniejszy nie odgrywa samodzielnej roli w programie studiów: o większości
zagadnień w nim poruszanych będzie jeszcze mowa na wyższych semestrach, gdzie
zostaną one potraktowane bardziej wyczerpująco i szczegółowo. Ma on raczej charakter
przewodnika po nieznanym jeszcze kraju, zaopatrzonego w słownik niezbędnych
wyrazów obcych. Wiemy jednak, że wiedzy o innym kraju nie można posiąść wyłącznie
na podstawie przewodnika i znajomości kilku podstawowych słów. W tym celu potrzebna
jest dobra umiejętność posługiwania się językiem tubylców oraz szczegółowe studia w
wielu dziedzinach dotyczących tego kraju, niezbędnych dla poznania jego struktury i
zrozumienia odrębności. W trakcie wykładu pokazane zostanie więc w jaki sposób
poszczególne przedmioty, składające się na program studiów wiążą się ze sobą, tworząc
podstawy dyscypliny, którą w niedalekiej przyszłości absolwenci kierunku studiów
Inżynieria Materiałowa będą samodzielnie posługiwać się w praktyce i rozwijać.
2

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin