Guide complet de la classification des matériaux en ingénierie

Dans cet article, nous allons discuter de la Classification des matériaux en ingénierie. Tout ce que nous utilisons est fait de matériaux. Regroupés selon certaines propriétés. Comprenons clairement la classification.

Classification des matériaux

Les matériaux solides sont commodément regroupés en trois classifications de base : métaux, céramiques, et polymères. Ce classement repose principalement sur la composition chimique et la structure atomique, la plupart des matériaux relevant distinctement de l'un ou l'autre, bien qu'il existe des intermédiaires.

En outre, trois autres groupes importants de matériaux d'ingénierie : composites, semi-conducteurs, et biomatériaux.

Les composites combinent deux ou plusieurs matériaux différents ; les semi-conducteurs sont utilisés pour leurs caractéristiques électriques inhabituelles ; les biomatériaux sont implantés dans le corps humain. Une brève explication des types et caractéristiques représentatives suit.

Classification des matériaux avec description

1. Métaux

Les matériaux métalliques sont normalement des combinaisons d'éléments métalliques. Ils ont un grand nombre d'électrons non localisés : non liés à des atomes particuliers. Beaucoup de propriétés des métaux sont directement attribuables à ces électrons. Les métaux sont d'excellents conducteurs d'électricité et de chaleur, non transparents à la lumière visible ; une surface métallique polie a un aspect lustré. De plus, les métaux sont assez résistants, mais déformables, ce qui explique leur usage extensif en applications structurales.

2. Céramiques

Les céramiques sont des composés entre éléments métalliques et non métalliques ; le plus souvent oxydes, nitrures, carbures. La large gamme inclut argiles, ciment, verre. Typiquement isolants à l'électricité et la chaleur, plus résistants aux hautes températures et environnements sévères que métaux et polymères. Comportement mécanique : durs mais très fragiles.

3. Polymères

Autre classification : polymères. Incluent plastiques et caoutchoucs familiers. Beaucoup sont composés organiques basés chimiquement sur carbone, hydrogène, autres non-métaux ; structures moléculaires très grandes. Densités généralement faibles, peuvent être extrêmement flexibles.

4. Composites

Nombre de matériaux composites conçus combinant plus d'un type. Exemple familier : fibre de verre, fibres de verre dans une matrice polymère. Un composite affiche la combinaison des meilleures caractéristiques de chaque composant. La fibre de verre tire sa résistance du verre et sa flexibilité du polymère. Beaucoup de développements récents impliquent des composites.

5. Semi-conducteurs

Propriétés électriques intermédiaires entre conducteurs et isolants. De plus, leurs caractéristiques électriques sont extrêmement sensibles à la présence de concentrations infimes d'atomes d'impureté, contrôlables sur de très petites régions spatiales. Les semi-conducteurs ont permis l'avènement des circuits intégrés, révolutionnant l'électronique et l'informatique (et nos vies) ces deux dernières décennies.

6. Biomatériaux

Employés dans composants implantés dans le corps humain pour remplacer parties malades ou endommagées. Ne doivent pas produire de substances toxiques et être compatibles avec les tissus (pas de réactions biologiques adverses). Tous les matériaux ci-dessus — métaux, céramiques, polymères, composites, semi-conducteurs — peuvent servir de biomatériaux.

Matériaux du futur

Ajout à la classification, la science et technologie évoluant constamment.

Les matériaux intelligents (smart) sont une classe de pointe en création, avec impact majeur sur nos technologies. « Intelligent » suggère détection des changements d'environnement et réponse préétablie — caractéristiques aussi vues chez les êtres vivants. La notion « intelligente » s'étend à systèmes complexes combinant matériaux intelligents et traditionnels.

Composants d'un matériau (ou système) intelligent : capteur (détecte signal d'entrée) et actionneur (fonction réactive et adaptative).

En réaction à changements de température, champs électriques et/ou magnétiques, actionneurs peuvent modifier forme, position, fréquence propre, caractéristiques mécaniques. Matériaux d'actionneurs les plus courants : alliages à mémoire de forme, céramiques piézoélectriques, matériaux magnétostrictifs, fluides électrorhéologiques/magnéto-rhéologiques.

Alliages à mémoire de forme : métaux qui, quand la température change, reprennent leur forme originale après déformation. Céramiques piézoélectriques : se dilatent/contractent sous champ électrique (tension) ; en changeant de dimensions, génèrent aussi un champ électrique.

Conclusion

Voici les types de matériaux que nous trouvons et utilisons au quotidien. Basés sur cette classification des matériaux, les chercheurs cherchent à améliorer la qualité ou à les étudier plus commodément.