Klassifizierung von Materialien – Vollständige Übersicht mit Definitionen

In diesem Artikel werden wir über die Klassifizierung von Materialien sprechen im Ingenieurwesen. Alles, was wir verwenden, besteht aus bestimmten Materialien. Basierend auf bestimmten Eigenschaften werden sie gruppiert. Lassen Sie uns die Klassifizierung klar verstehen.

Klassifizierung von Materialien

Feste Materialien wurden praktischerweise in drei grundlegende Klassifikationen eingeteilt:Metalle , Keramik und Polymere . Dieses Schema basiert hauptsächlich auf dem chemischen Aufbau und der Atomstruktur, und die meisten Materialien fallen in die eine oder andere bestimmte Gruppe, obwohl es einige Zwischenprodukte gibt.

Darüber hinaus gibt es drei weitere Gruppen wichtiger Konstruktionsmaterialien – Verbundwerkstoffe , Halbleiter und Biomaterialien .

Verbundwerkstoffe bestehen hingegen aus Kombinationen von zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien
Halbleiter werden wegen ihrer ungewöhnlichen elektrischen Eigenschaften verwendet; Biomaterialien werden in den menschlichen Körper implantiert. Eine kurze Erklärung der Materialtypen und repräsentativen Eigenschaften wird als nächstes angeboten.

Klassifizierung von Materialien mit Beschreibung

1. Metalle

Metallische Werkstoffe sind normalerweise Kombinationen metallischer Elemente. Sie haben eine große Anzahl nicht lokalisierter Elektronen; das heißt, diese Elektronen sind nicht an bestimmte Atome gebunden. Viele Eigenschaften von Metallen sind diesen Elektronen direkt zuzuschreiben. Metalle sind extrem gute Strom- und Wärmeleiter und für sichtbares Licht nicht durchlässig; Eine polierte Metalloberfläche hat ein glänzendes Aussehen. Darüber hinaus sind Metalle ziemlich stark und dennoch verformbar, was für ihre umfangreiche Verwendung in strukturellen Anwendungen verantwortlich ist.

2. Keramik

Keramiken sind Verbindungen zwischen metallischen und nichtmetallischen Elementen; sie sind am häufigsten Oxide, Nitride und Karbide. Die breite Palette von Materialien, die in diese Klassifizierung fallen, umfasst Keramiken, die aus Tonmineralien, Zement und Glas bestehen. Diese Materialien sind typischerweise isolierend für den Durchgang von Elektrizität und Wärme und widerstandsfähiger gegen hohe Temperaturen und raue Umgebungen als Metalle und Polymere. Hinsichtlich des mechanischen Verhaltens sind Keramiken hart, aber sehr spröde.

3. Polymere

Eine andere Materialklassifikation sind Polymere. Zu den Polymeren gehören die bekannten Kunststoff- und Gummimaterialien. Viele von ihnen sind organische Verbindungen, die chemisch auf Kohlenstoff, Wasserstoff und anderen nichtmetallischen Elementen basieren; außerdem haben sie sehr große Molekülstrukturen. Diese Materialien haben normalerweise eine geringe Dichte und können extrem flexibel sein.

4. Verbundwerkstoffe

Es wurde eine Reihe von Verbundmaterialien entwickelt, die aus mehr als einem Materialtyp bestehen. Glasfaser ist ein bekanntes Beispiel, bei dem Glasfasern in ein Polymermaterial eingebettet sind. Ein Verbundwerkstoff ist so konzipiert, dass er eine Kombination der besten Eigenschaften jedes der Komponentenmaterialien aufweist. Fiberglas erhält Festigkeit durch das Glas und Flexibilität durch das Polymer. Viele der jüngsten Materialentwicklungen betreffen Verbundmaterialien.

5. Halbleiter

Halbleiter haben elektrische Eigenschaften, die zwischen den elektrischen Leitern und Isolatoren liegen. Außerdem sind die elektrischen Eigenschaften dieser Materialien äußerst empfindlich gegenüber dem Vorhandensein winziger Konzentrationen von Verunreinigungsatomen, wobei die Konzentrationen über sehr kleine räumliche Bereiche gesteuert werden können. Die Halbleiter haben das Aufkommen integrierter Schaltungen ermöglicht, die die Elektronik- und Computerindustrie (ganz zu schweigen von unserem Leben) in den letzten zwei Jahrzehnten völlig revolutioniert haben.

6. Biomaterialien

Biomaterialien werden in Komponenten eingesetzt, die in den menschlichen Körper implantiert werden, um erkrankte oder beschädigte Körperteile zu ersetzen. Diese Materialien dürfen nicht hergestellt werden
toxische Substanzen und müssen mit Körpergewebe verträglich sein (d. h. dürfen keine
unerwünschte biologische Reaktionen). Alle oben genannten Materialien – Metalle, Keramiken, Polymere, Verbundstoffe und Halbleiter – können als Biomaterialien verwendet werden.

Materialien der Zukunft

Diese sind eine Ergänzung zur Klassifizierung von Materialien im Ingenieurwesen, da sich Wissenschaft und Technologie ständig weiterentwickeln.

Intelligente (oder intelligente) Materialien sind eine Klasse von hochmodernen Materialien, die derzeit entwickelt werden und einen großen Einfluss auf viele unserer Technologien haben werden. Das Wort „intelligent“ deutet darauf hin, dass diese Materialien Veränderungen in ihrer Umgebung erkennen und in voreingestellter Weise auf diese Veränderungen reagieren können – Eigenschaften, die auch bei Lebewesen zu beobachten sind. Darüber hinaus wird der Begriff „intelligent“ für komplexere Systeme verwendet, die intelligente und traditionelle Materialien kombinieren.

Einige Arten von Sensoren (die ein Eingangssignal erkennen) und ein Aktuator sind Komponenten eines intelligenten Materials (oder Systems) (das eine ansprechende und adaptive Funktion ausführt).

Als Reaktion auf Temperaturänderungen, elektrische Felder und/oder magnetische Felder können Stellglieder aufgefordert werden, Form, Ort, Eigenfrequenz oder mechanische Merkmale zu ändern. Formgedächtnislegierungen, piezoelektrische Keramiken, magnetostriktive Materialien und elektrorheologische/magnetorheologische Flüssigkeiten sind die am weitesten verbreiteten Materialien, die in Aktuatoren verwendet werden.

Formgedächtnislegierungen sind Metalle, die bei Temperaturänderung nach Verformung wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Piezoelektrische Keramiken dehnen sich als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld (oder Spannung) aus und ziehen sich zusammen; Wenn ihre Abmessungen geändert werden, erzeugen sie auch ein elektrisches Feld.

Schlussfolgerung

Dies waren die Arten von Materialien, die wir in unserem täglichen Leben finden und verwenden. Basierend auf dieser Materialklassifizierung Forscher versuchen, die Qualität zu verbessern, oder es hilft, sie bequemer zu studieren.