Materjalid

Materjalid on ained ja ühendused, mida kasutatakse toodete ja seadmete valmistamisel. Materjaliteadus ja -inseneriteadus uurivad ainete omadusi, struktuuri, töötlemist ja käitumist erinevates tingimustes ning nende omavahelist vastastikust mõju.

Materjalid jagunevad peamisteks klassideks: metallid (nt teras ja alumiinium), keraamid, polümeerid, komposiidid (nt süsinikkiud tugevdatud materjalid), pooljuhid ja biomeditsiinimaterjalid. Uurimuses käsitletakse ka nanomaterjale ja funktsionaalseid materjale.

Omadused määravad materjalide sobivuse rakendusteks. Mehhaanilised omadused hõlmavad tugevust, jäikust, plastilisust ja kõvadust. Termilised omadused hõlmavad soojusjuhtivust ja termilist paisumist. Keemilised omadused hõlmavad korrosioonikindlust. Füüsikalised omadused hõlmavad tihedust, magnetilisi omadusi ja elektrilist juhtivust. Tähtsad on ka vastupidavus ja taaskasutatavus.

Töötlemisel ja tootmises kasutatakse erinevaid protsesse: sulatamine ja valamine, vormimine, valtsimine, lõikamine, kuumtöötlemus ning katmine. Kaasaegsed meetodid hõlmavad lisandtootmist ehk 3D printimist ja komposiitide tootmist.

Materjalide valik ja hindamine on inseneride igapäevane töö. Disain põhineb omaduste, töökindluse, kestlikkuse ja kulude tasakaalustamisel. Katsetused ja standardid (nt ISO, EN) tagavad turvalisuse ja kvaliteedi.

Ajalugu: inimkond kasutas esialgu kivi, savi ja puitu; metallurgia, keraamika ja polümeeride areng viis kaasaegse materjaliteaduse juurde. Täna arendatakse nanomaterjale, nutimaterjale ning biomeditsiinimaterjale.