علم المواد الهندسية - الجزء الأول

تصنف المواد الهندسية في ثلاث أصناف رئيسية مضافاً إليها صنفين آخــــرين مستحدثين ، يعتــمد هذا التقـــسيم على التركيب الكيــميائي ونــوع الروابط السائدة في كل صنف .. والأقسام الرئيسية هي :

- الفلزات .

- البلمرات .

- الخزفيات .

أما الصنفان المستحدثان هما :

- المواد المؤلفة .

- أشباه الموصلات .

الفلزات يقوم تركيبها الكيميائي على العناصر الفلزية وتحتوي أحـياناً نسبة قليلة من اللافلزات مثل ( الكربون – السيلكون ) والــروابط الـسائدة في هذه المواد هي الروابط الفلزية ، ومن خصائص هذه المواد :

- التوصيل الجيد للحرارة

- التوصيل الجيد للكهرباء

- القابلية للطرق والسحب

- تتمتع بعامل عال للانعكاس الضوئي (البريق)

البليمرات يقـــوم تركيبها الكيميائي على الـــعناصر اللافلزية خــاصة الكـــربون والهـــيدروجين والنيـــتروجين والأوكسجين والــــهالوجينات والــروابط السائدة في هذه المواد هي الروابط التساهمية ، إلكترونات التكافؤ في هذه المواد لا تتمتع بحرية الحركة ، أهم الخصائص المميزة لها :

- غير موصلة للحرارة .

- غير موصلة للكهرباء .

- عاكسات سيئة للضوء .

- مطاوعة وسهلة التشكيل .

الخزفــيات لا تعني الطين والسراميك فـــقط فهذه أنواع منها لكنها تشمل أنواع عديدة، تركيبها من العناصر الفلزية واللافلزية، الخـزفيات تشبه الفلــــزات في أن الروابــط في كليهما غير متــمركزة بين ذرتين وإنما تعمل في جميع الإتجاهات وذلك لأن الخزفيات تتكون اساسا مـن الأيونات وغالبا ما تنتظم في تراكيب بلورية مثل التي في الفلزات.

الخزفــيات تشبه البوليمرات في أنها في حــالة الصلابة تكـــون عوازل ممتازة للحرارة والكهرباء وتتفوق في ذلك على البوليمرات .

تشمل الخزفيات مواد عديد من أمثلتها :

الأســمنت، الحـــصى، الــــرخام وكثيرا مــن أكاسيد الفلـــزات مثل أكــسيد الألمونيوم، أكسيد المغنسيوم، أكسيد السيليكون، أكسيد الزركون .

ويميز الخزفيات أنها :

- شديدة الصلادة وعالية القصافة .

- عوازل للحرارة والكهرباء .

- عالية المقاومة للحرارة والعوامل البيئية .

* نجد أن أهم العوامل التي تميز هذه الأصناف عن بعضها :

- العناصر التي تدخل في التركيب الكيميائي .

- أنواع الروابط الكيميائية وقابلية إلكترونات التكافؤ للحركة

أشباه لا تحتوي على إلكترونات حرة الحـــركة لكن إرتباط إلكترونات التكافـؤ بالنـــواة يقل كثيرا عن نظــيره في المواد العازلة ، تتكون في الغالب من عناصر لافلزية .

تنقسم أشباه الموصلات إلى :

أ) أشباه موصلات ذاتية

وهي مـــواد لها خـــواص شبه التـــوصيل في حــــالتها النقية مــــثل السيليكون – الجرمانيوم – القصدير .

ب) أشباه موصلات غير ذاتية

وهي التي يتم الحصــول عليها بإضافة كمية بسيطة مـن عنصر ثلاثي أو خماسي التكافؤ مثل ( البورون – الألمونيوم – الفسفور – الزرنيخ ) إلى عنــــصر رباعي التــــكافؤ مثل مثل ( السيليكون – الجرمانيوم – الجالـــيوم ) وتسمى عــــملية الإضافة هـــذه بالإشابه . تحتوى أشـباه الموصلات على روابط تساهمية وروابط أيونية