Classification des matériaux d'ingénierie

Le matériau n'est rien d'autre qu'une substance utilisée pour créer une certaine chose. Les matériaux d'ingénierie sont les matériaux utilisés pour l'application des travaux d'ingénierie. Sur la base des propriétés mécaniques, physiques, chimiques et de fabrication, les matériaux sont sélectionnés en fonction de l'application.

Les propriétés mécaniques des matériaux sont la résistance (compression ou traction), la ténacité, la rigidité, l'élasticité, la plasticité, la ductilité, la fragilité et la dureté. Les propriétés physiques des matériaux sont la densité, la conductivité (thermique ou électrique), l'acoustique (transmission ou absorption du son), l'optique, la combustibilité. Les propriétés chimiques des matériaux sont la composition (oxyde ou composé), l'acidité ou l'alcalinité, la corrosion due aux intempéries.

Les propriétés de fabrication des matériaux sont la coulabilité, l'indice d'usinabilité, les vitesses et les avances d'usinage et la forme et la taille à des fins de dimensionnement.

La sélection du matériau pour l'application de fonctionnement requise est basée sur certains des facteurs suivants :

1. Contraintes auxquelles la pièce ou le composant sera soumis.
2. Résistance à la corrosion.
3. Résistance à la température, à l'usure et aux déchirures.
4. Flexibilité et rigidité.
5. Facilité du processus de fabrication.
6. Rendement des coûts pour le développement de produits.
7. Disponibilité du matériel.

Classification des matériaux d'ingénierie :

Selon la nature de la substance, les matériaux sont classés comme

1. Métaux et alliages
2. Métaux ferreux
3. Métaux non ferreux
4. Non-métaux
5. Céramique
6. Polymères
7. Composites
8. Semi-conducteurs
9. Biomatériaux

1.MÉTAUX ET ALLIAGES :

Les matériaux métalliques sont une combinaison d'éléments métalliques.

La propriété la plus importante des métaux est que les électrons ne sont pas localisés, c'est-à-dire que dans l'arrangement atomique, les électrons de valence externe n'appartiennent pas à un atome individuel, mais appartiennent à l'ensemble du matériau. L'électron non localisé est libre de porter une charge pour conduire l'électricité. Ce sont donc de bons conducteurs pour les charges électriques et thermiques.

Les métaux ont un aspect brillant. À température normale, la majorité des matériaux sont à l'état solide, mais certains métaux comme le mercure sont à l'état liquide.

Sur la base de la présence de teneur en fer, les métaux sont nommés

1. Métaux ferreux
2. Métaux non ferreux

Métaux ferreux :

Le contenu principal des métaux ferreux est le fer et le carbone. Les métaux ferreux sont magnétiques et sont vulnérables à la rouille lorsqu'ils sont exposés à l'humidité. Le fer forgé ne rouille pas en raison de sa pureté et l'acier inoxydable en raison de la présence de chrome.

Ex :fer, acier, etc.

En raison de leur propriété magnétique, les métaux ferreux sont utilisés dans les moteurs et les applications électriques.

Métaux non ferreux :

Le fer n'est pas un contenu primaire. En raison de la non présence de fer, ces métaux ont une haute résistance à la rouille et à la corrosion et ils ne sont pas magnétiques.

Ex :cuivre, laiton, aluminium, tungstène, plomb, zinc, or, etc.

Alliage :

L'alliage est une combinaison de deux métaux ou plus. Il est nommé en fonction du caractère de liaison métallique. Il s'agit d'un alliage de métaux ferreux de deux types et d'un alliage de métaux non ferreux. La fonte est un alliage composé de fer, de carbone et de silicium. Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc.

Candidature :

1. En raison de leur ténacité et de leur capacité à stériliser à des températures élevées, les métaux sont utilisés comme aiguilles, lames chirurgicales.
2. En raison de leur résistance et de leur capacité à supporter des poids lourds, des métaux comme le fer et l'acier sont utilisés dans la construction.
3. Les métaux comme l'or, l'argent, le platine, etc. sont utilisés dans les bijoux.
4. Les métaux sont utilisés dans les machines et les automobiles, car ils peuvent résister à des températures, des pressions et des charges de travail élevées.
5. L'aluminium et le titane jouent un rôle important dans la catégorie des poids légers pour les alliages aéronautiques.
6. Le tungstène est utilisé dans les applications à haute température.

2. CÉRAMIQUE :

Particule ou fibre utilisée dans la fabrication de produits céramiques. Les céramiques ont une structure atomique et une structure cristalline régulières. Les céramiques sont principalement des oxydes, des nitrures et des carbures. Ce sont des matériaux non conducteurs, en raison de sa propriété isolante, ils sont utilisés comme isolants. Ils sont de nature très dure et cassante.

Ex :alumine, silice, carbure de silicium, diamant, briques, etc.

Candidature :

1. En raison de la résistance à la compression, les briques sont utilisées dans la construction
2. En raison de leur bonne isolation thermique, les carreaux de céramique sont utilisés dans les fours.
3. Certaines céramiques sont transparentes au radar et d'autres ondes électromagnétiques sont utilisées dans les radômes et les émetteurs.
4. La vitrocéramique a des capacités à haute température, elle est donc utilisée dans les équipements optiques et l'isolation des fibres.
5. L'alumine, la silice et le carbure de silicium sont utilisés dans la fabrication d'outils.
6. Le diamant est utilisé dans les ornements et les applications d'outils de coupe.

3. POLYMÈRES :

Les polymères ont une structure moléculaire en chaîne de carbone en tant qu'atomes de squelette. Ils sont principalement constitués de matériaux organiques résistants. Ce sont des matériaux à faible densité et également flexibles. Dans certains cas, les polymères ne sont pas flexibles.

Les polymères ne sont pas seulement utilisés comme matériaux de structure, ils peuvent être utilisés comme fibres et résines dans la matrice des matériaux composites.

Ex :polyester sous forme de fibres, phénoliques et époxydes sous forme de résines.

Les élastomères sont également des polymères mais ils sont considérés séparément en raison de leur conception spécifique à certaines fins comme l'absorption des chocs et des vibrations.

Polymères naturels :

Ex :laine, soie, ADN, cellulose, protéines, etc.

Polymères synthétiques :

1. Thermoplastiques
2. Plastiques thermodurcissables

Par exemple :nylon, polyéthylène, polyester, téflon, époxy, bakélite, etc.

Candidature :

1. Le polyéthylène est utilisé pour fabriquer des sacs de transport.
2. Le polypropylène est utilisé pour fabriquer des produits résistants aux hautes températures, comme les biberons.
3. La polyéther éther cétone et la polyéthylène cétone sont utilisées dans le concept de bouteille d'eau minérale.
4. Le polycarbonate est utilisé pour fabriquer des polymères haute performance comme les polymères transparents
5. La polyaniline est un polymère conducteur.
6. Bakélite utilisée pour fabriquer des matériaux isolants.

4. COMPOSÉ :

Le matériau composite est la composition de deux ou plusieurs matériaux constitutifs ayant des propriétés physiques et chimiques différentes pour produire un matériau caractéristique différent.

Le matériau composite peut être à la fois des métaux ou du métal et de la céramique ou du métal et du polymère, selon les exigences de l'application, la combinaison est faite.

Ex :bois, béton, fibre de verre, CFRP (plastique renforcé de fibre de carbone), GFRP (plastique renforcé de fibre de verre), etc.

Candidature :

1. Le CFRP et le GFRP sont utilisés pour les pièces de carrosserie automobile.
2. Les composites CRPF et en nid d'abeille sont utilisés pour le châssis.
3. Certains réservoirs de carburant sont constitués de fibres renforcées de Kevlar.
4. Les thermodurcissables renforcés sont utilisés dans les ressorts et le système de pare-chocs.
5. Le plastique renforcé de fibre de verre a été utilisé pour les coques de bateaux, les cannes à pêche, les raquettes de tennis, les casques, les arcs et les flèches.

5. SEMI-CONDUCTEURS :

Le semi-conducteur est un matériau conducteur intermédiaire. Leur conductivité n'est pas élevée comme les métaux et faible comme les matériaux céramiques isolants. Dans ces matériaux, la résistance diminue à mesure que leur température augmente.

La structure atomique unique permet de contrôler la conductivité.

Ex :silicium, germanium, arséniure de gallium, sélénium,etc.

Candidature :

1. L'arséniure de gallium est largement utilisé dans les dispositifs d'amplification à faible bruit, à gain élevé et à faible signal.
2. Un dispositif à semi-conducteur peut remplir la fonction d'un tube à vide ayant des centaines de fois son volume.

6. MATÉRIAUX BIO :

Les bio matériaux sont des matériaux non viables. Ex :alumine, zircone, titane, tantale, niobium, carbone, etc.

Candidature :

1. Les métaux sont utilisés en médecine pour soigner toute maladie due à une carence en micronutriments métalliques chez les humains et les animaux, comme le fer qui fait partie de l'hémoglobine, une biomolécule qui peut être utilisée comme sulfate ferreux pour soigner certaines formes d'anémie.
2. Implants dans le corps pour réparer ou remplacer les tissus endommagés.

REMARQUE :

Dans les matériaux composites, le nom lui-même indique comme composite=> composition, c'est la composition de deux matériaux ou plus.

Dans les semi-conducteurs, le nom lui-même indique comme semi (moitié) et conducteur (conducteur)

La différence entre un alliage et un composite est que le composite est un renfort d'un autre matériau. Alors que l'alliage est une combinaison (mélange) des deux ou du nombre requis de matériaux dans la quantité requise selon le produit nécessaire.

Les semi-conducteurs et les biomatériaux sont des substituts des métaux, des céramiques et des polymères aux endroits requis.