Introduction to materials science mats 201
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 40

Introduction to Materials Science (MATS 201) PowerPoint PPT Presentation


  • 80 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Introduction to Materials Science (MATS 201). อ. ดร. วันดี ธรรมจารี อ. ดร. ชัยกานต์ เลียวหิรัญ. เนื้อหากระบวนวิชา. 1 . บทนำเกี่ยวกับวัสดุศาสตร์ 2. วัตถุดิบและทรัพยากรพลังงาน 3. ชนิดของวัสดุ 4. โครงสร้างของวัสดุ 4.1 โครงสร้างอะตอมและการสร้างพันธะของอะตอมในของแข็ง

Download Presentation

Introduction to Materials Science (MATS 201)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Introduction to Materials Science (MATS 201)

อ. ดร. วันดี ธรรมจารี

อ. ดร. ชัยกานต์ เลียวหิรัญ


เนื้อหากระบวนวิชา

1.บทนำเกี่ยวกับวัสดุศาสตร์

2.วัตถุดิบและทรัพยากรพลังงาน

3.ชนิดของวัสดุ

4.โครงสร้างของวัสดุ

4.1โครงสร้างอะตอมและการสร้างพันธะของอะตอมในของแข็ง

4.2โครงสร้างผลึกและความบกพร่อง

4.3การเคลื่อนไหวของอะตอมในวัสดุ

4.4โครงสร้างจุลภาคและการควบคุมโครงสร้างจุลภาคของวัสดุ

5.สมบัติของวัสดุ

5.1 สมบัติเชิงกล


ครึ่งหลัง

5.2สมบัติเชิงความร้อน

5.3สมบัติเชิงไฟฟ้า

5.4สมบัติเชิงแสง

  • ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคและสมบัติของวัสดุ

  • การประดิษฐ์วัสดุ

    7.1การประดิษฐ์โลหะ เซรามิก พอลิเมอร์ และวัสดุผสม

    7.2ความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติของแต่ละชนิดของกระบวนการประดิษฐ์วัสดุและสมรรถนะ

    8.การเลือกและออกแบบวัสดุ


คะแนนทั้งหมด 50 คะแนน

  • จิตพิสัย

  • เข้าห้องเรียน

  • ตั้งใจเรียน

  • รายงาน/การบ้าน

  • สอบมิดเทอม


บทที่ 1

วัสดุศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุ


บทนำ : ความเกี่ยวข้องกันระหว่างวัสดุกับมนุษย์


Stone Ages

  • ยุคหินเก่า เครื่องมือที่ใช้จะเป็นเครื่องมือกะเทาะหินอย่างหยาบๆ หลักฐานที่พบคือ เครื่องมือหินกรวดแม่น้ำ พบที่ อ. เชียงแสน จ. เชียงราย อ.แม่ทะ จ. ลำปาง มนุษย์ในยุคนี้ดำรงชีพด้วยการล่าสัตว์ ยังไม่รู้จักการเพาะปลูกหรือทำเครื่องปั้นดินเผา

  • ยุคหินกลาง ใช้เครื่องมือใช้เครื่องมือขวานหินกะเทาะทรงโดมแบบสับตัดเครื่องมือแบบขูด คนสมัยหินกลางอาศัยอยู่ในถ้ำ ในประเทศไทยพบที่ถ้ำผี ถ้ำปุงฮุง จ.แม่ฮ่องสอน และถ้ำในภาคใต้ บางแหล่งรู้จักการเพาะปลูกและทำเครื่องปั้นดินเผา

  • ยุคหินใหม่ ใช้เครื่องมือหินขัด และมีการทำเครื่องปั้นดินเผาขึ้นมาใช้ ทำขวานหินขัดใช้ พบตามแนวแม่น้ำแควใหญ่ แควน้อย จ. กาญจนบุรี และแหล่งโบราณคดีบ้านเชียง จ. อุดรธานี แหล่งโบราณคดีบ้านปราสาท อ. โนนสูง จ. นครราชสีมา


Metal Ages

  • ยุคสำริด เป็นยุคที่ใช้โลหะผสมระหว่างทองแดงและดีบุกเรียกว่าสำริดมาทำเป็นเครื่องมือเครื่องใช้

  •  ยุคเหล็ก เป็นยุคที่รู้จักการถลุงเหล็ก นำมาทำเป็นเครื่องมือเครื่องใช้แบ่งเป็นแหล่งโบราณคดีซึ่งพบเครื่องมือเครื่องใช้ทำด้วยโลหะสำริดฝังร่วมกับโครงกระดูกในหลุมศพ พบที่บ้านเชียง อุดรธานี หรือแหล่งโบราณคดีบ้านปราสาท อ.โนนสูง จ.นครราชสีมา ฯลฯ ส่วนแหล่งโบราณคดีซึ่งพบเครื่องมือเหล็กฝังร่วมกับโครงกระดูกนั้น พบบริเวณริมฝั่งแม่น้ำป่าสัก อ.ศรีเทพ จ.เพชรบูรณ์


Stone Ages

http://media-cdn.tripadvisor.com/media/photo-s/01/17/91/af/stone-age-times.jpg8/6/11

http://www.art.com/asp/View_HighZoomResPop.asp?apn=14197456&imgloc=29-2936-Z00DRAQN.jpg&imgwidth=894&imgheight=671 8/6/12

http://dir.coolclips.com/History/British_History/Medieval_Times/Weapons/stone_age_weapon_CoolClips_wb042562.jpg 8/6/12


Stone Ages

http://visual.merriam-webster.com/images/society/weapons/weapons-in-stone-age.jpg 6/6/09

http://www.any.biz/wp-content/uploads/2010/09/Stone_Age1.jpg access 8/6/11


Copper Ages

Chalcolithic Age

www.oknation.net/blog/print.php?id=277833


Bronze Ages

http://www.dot-domesday.me.uk/bronze_axes.jpg

http://www.huntingdonshire.info/history/images/Plate_II.png

http://webprojects.prm.ox.ac.uk/arms-and-armour/600/1884.119.309.jpg


Iron Ages

knowledgerush.com/kr/encyclopedia/Iron/

http://s3.amazonaws.com/readers/2008/08/26/goujianssword_2.jpg

http://www.fas.harvard.edu/~semitic/hsm/PrepJpegs/CypIronCase.jpg


วัสดุคืออะไร

“วัสดุ” หมายถึง สสารที่ทำขึ้นหรือประกอบขึ้นจากบางสิ่งบางอย่างและอยู่รอบๆ ตัวเรา เช่น ไม้ คอนกรีต พลาสติก ยาง ทองแดง อิฐ เหล็กกล้า แก้ว อลูมิเนียม กระดาษ ฯลฯ


วัสดุศาสตร์

“วัสดุศาสตร์” (Materials Science) เป็นการศึกษาเพื่อวัตถุประสงค์ดังต่อไปนี้

  • มีความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างวัสดุ (structure) ซึ่งเป็นเหตุผลสำคัญที่ทำให้วัสดุนั้นมีสมบัติที่แตกต่างกัน

  • สามารถแบ่งวัสดุออกเป็นชนิด ประเภท ตามลักษณะการเกิด สมบัติและกรรมวิธีในการผลิตได้

  • สามารถมีข้อพิจารณาในการเลือกใช้วัสดุให้มีความเหมาะสมกับลักษณะของงาน โดยคำนึงถึงปัจจัยด้านความสะดวก ปลอดภัย ประหยัดและมีความคงทนเป็นสำคัญ

  • สามาถวินิจฉัยหรือพิสูจน์ทราบได้ว่า ชิ้นงานนั้นๆ ทำมาจากวัสดุอะไร เพื่อประโยชน์ในการซ่อมบำรุงหรือพัฒนางานต่อไป


วัสดุวิศวกรรม (Materials Engineering)

เป็นศาสตร์ที่เกี่ยวข้องอย่างเป็นด้านหลักของการใช้หลักการพื้นฐานและการประยุกต์ความรู้ของวัสดุ เพื่อปรับปรุงสมบัติแล้วนำมาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการได้ หรือให้เป็นไปตามความต้องการของตลาดหรือสังคม

เป็นการศึกษาเรื่องของวัสดุในลักษณะการสำรวจ การวิจัย การปรับปรุง พัฒนาเพื่อให้ได้มาซึ่งวัสดุที่มีสมบัติดียิ่งขึ้น และเป็นการแก้ไขข้อด้อยของวัสดุชนิดต่างๆ เช่น

  • ทำอย่างไรชิ้นงานจึงจะมีน้ำหนักน้อยลง

  • ทำอย่างไรวัสดุที่ใช้จึงจะทนต่อการกัดกร่อน เสียดสี ทนความร้อนได้ดีกว่าเดิม

  • ทำอย่างไร วัสดุที่ใช้จึงจะมีลักษณะเป็นตัวนำ / ตัวต้านทานไฟฟ้า (ความร้อน) ได้ดี ฯลฯ


  •  materials science and engineering นี้จึงได้มาจากการรวมกันของทั้ง materials science และ materials engineering วัสดุศาสตร์เป็นความรู้พื้นฐานทั้งหมดของวัสดุ และวัสดุวิศวกรรมเป็นการประยุกต์ความรู้ทั้งหมดให้เป็นประโยชน์ดั้งนั้นวิชาทั้งสองนี้จึงไม่มีเส้นแบ่งขอบเขตอย่างชัดเจน


สรุป

  • วัสดุศาสตร์ เป็นการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้าง และสมบัติของวัสดุ รวมถึงกระบวนการผลิต

  • วัสดุวิศวกรรม เป็นการศึกษาการออกแบบและคำนวณทางวิศวกรรมเกี่ยวกับโครงสร้างของวัสดุหนึ่งๆ เพื่อให้ได้มาซึ่งสมบัติที่ได้กำหนดไว้ก่อนแล้ว โดยมีพื้นฐานอยู่บนความรู้เกี่ยวกับความสัมพันธ์ของโครงสร้างและสมบัติของวัสดุ


www.answers.com/topic/materials-science


http://product-image.tradeindia.com/00295352/b/Processing.jpg http://www.secomak.com/image003.jpg


โครงสร้าง ของวัสดุเกี่ยวกับการจัดเรียงองค์ประกอบภายในวัสดุ ซึ่งโครงสร้างในระดับที่เล็กกว่าอะตอมจะประกอบด้วยอิเล็กตรอนกับนิวเคลียส ที่อยู่ในแต่ละอะตอมนั้น ซึ่งถ้ากล่าวถึงในระดับอะตอม

โครงสร้าง คือ การจัดกลุ่มของอะตอม หรือ โมเลกุลเข้าด้วยกัน เมื่ออะตอมมารวมตัวกันในระดับที่โตขึ้น โครงสร้างนั้นจะอยู่ในระดับจุลภาค (micro scale) และถ้าโตขึ้นจนกระทั่งสามารถมองได้ด้วยตาเปล่าเรียกว่า ระดับมหภาค (macro scale)


วัสดุได้ถูกแบ่งออกได้เป็น

โลหะ (Metal)

http://www.thaisecondhand.com/view/productpic/p6090685n1.jpg

http://www.annefriday.com/images/uploads/design/070812plat0101.jpg


โลหะ (Metal)

เป็นอนินทรียสารที่มีธาตุโลหะประกอบอยู่อย่างน้อยหนึ่งธาตุ และบางครั้งอาจมีธาตุที่ไม่ใช่โลหะบางชนิดเจือปนด้วย ตัวอย่างธาตุโลหะ เช่น เหล็ก ทองแดง อลูมิเนียม นิกเกิลและไทเทเนียม เป็นต้น โครงสร้างของโลหะมีการจัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบ โดยโลหะนี้มีอิเล็กตรอนที่ไม่จำกัดเฉพาะที่อยู่มากมาย นั่นคือ อิเล็กตรอนนี้ไม่ได้เป็นของอะตอมใดโดยเฉพาะ ทำให้โลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีมาก และไม่โปร่งใส ผิวของโลหะที่ขัดเรียบดีแล้วจะมีความเป็นมันวาว มีความแข็งแรงพอสมควร


เซรามิก (Ceramics)

http://www.thaitravelhealth.com/blog/wp-content/uploads/2009/03/lampang-ceramics2.jpg

http://img118.imageshack.us/img118/173/img0006r.jpg


เซรามิก (Ceramics)

เป็นอนินทรียสารที่มีเป็นสารประกอบระหว่างธาตุโลหะกับอโลหะยึดกันด้วยพันธะเคมี โดยมากอยู่ในรูปของออกไซด์ (oxide) ไนไตรด์ (nitride) และ คาร์ไบด์ (carbide) วัสดุประเภทนี้จะรวมถึงเซรามิกที่ประกอบด้วยดินเหนียว ซีเมนต์ และแก้ว

เซรามิกส่วนใหญ่มีความแข็งแรงสูงและคงความแข็งแรงแม้ที่อุณหภูมิสูงได้ดี แต่มักจะเปราะ นอกจากนี้ยังเป็นฉนวนต่อการส่งผ่านไฟฟ้าและความร้อน ทนต่ออุณหภูมิสูงและการขัดสีได้ดี ทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้ดีกว่าโลหะและพอลิเมอร์


พอลิเมอร์ (Polymer)

www.geocities.com/eeeve.sari/p6plastic.html

www.sema.go.th/.../k4/0043/web/page/page7.htm


พอลิเมอร์ (Polymer)

เป็นอินทรียสาร ซึ่งมีพื้นฐานทางเคมีมาจากคาร์บอน ไฮโดรเจน และธาตุอโลหะอื่นๆ มีโครงสร้างโมเลกุลที่ใหญ่มาก โมเลกุลจะเป็นลูกโซ่ยาวหรือร่างแห โดยส่วนใหญ่จะไม่มีรูปผลึก (อสัณฐาน) สามารถรับแรงได้มาก มีความหนาแน่นต่ำ อ่อนตัวได้มาก นำไฟฟ้าได้ไม่ดี จึงนิยมนำมาใช้ทำฉนวนไฟฟ้าและใช้ประโยชน์ทางการปิดรั่วของไฟฟ้า เช่น พลาสติก ยาง ฟองน้ำ โฟม อีพ็อกซี พีวีซี เป็นต้น


วัสดุผสม (Composites)

http://www.hvtechnologies.com/images/products/emc%20products/plane.gif

http://img339.imageshack.us/img339/3416/ccxtechchassiszw7.jpg


วัสดุผสม (Composites)

เป็นวัสดุที่มีวัสดุ 2 ชนิดขึ้นไปเป็นองค์ประกอบ วัสดุผสมส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารเติมที่เหมาะสมหรือวัสดุเสริมแรงกับสารเชื่อมประสานพวกเรซิน ซึ่งวัสดุผสมจะได้ลักษณะเฉพาะที่เป็นสมบัติตามต้องการ ซึ่งโดยส่วนใหญ่ วัสดุผสมจะถูกออกแบบให้รวมลักษณะเฉพาะที่ดีที่สุดของวัสดุที่เป็นองค์ประกอบเข้าด้วยกัน เช่น เส้นใยแก้ว-อีพ็อกซี กราไฟต์-อีพ็อกซี เป็นต้น


สมบัติและการเลือกใช้วัสดุ

1. สมบัติทางเคมี (Chemical properties)เป็นสมบัติที่สำคัญของวัสดุซึ่งจะบอกลักษณะเฉพาะตัวที่เกี่ยวกับโครงสร้างและองค์ประกอบของธาตุต่างๆ ที่เป็นวัสดุนั้น โดยสมบัตินี้สามารถหาได้จากการใช้วิธีการวิเคราะห์แบบทำลายหรือไม่ทำลายตัวอย่าง2. สมบัติทางกายภาพ (Physical properties)เป็นสมบัติเฉพาะของวัสดุที่เกี่ยวกับการเกิดอันตรกิริยาของวัสดุนั้นกับพลังงานในรูปต่างๆกัน เช่น ลักษณะของสี ความหนาแน่น การหลอมเหลว ปรากฏการที่เกิดเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า เป็นต้น การทดสอบสมบัตินี้จะไม่มีการทำให้วัสดุนั้นเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหรือถูกทำลาย


3. สมบัติเชิงกล (Mechanical properties)เป็นสมบัติเฉพาะตัวของวัสดุที่ถูกกระทำด้วยแรง โดยทั่วไปจะเกี่ยวกับการยืดและหดตัวของวัสดุ ความแข็ง ความสามารถในการรับน้ำหนัก ความสึกหรอ และการดูดกลืนพลังงาน เป็นต้น      4.สมบัติเชิงมิติ (Dimensional properties)เป็นสมบัติที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งที่จะต้องพิจารณาในการเลือกใช้วัสดุ เช่น ขนาด รูปร่าง ความคงทน ตลอดจนลักษณะของผิวว่าหยาบ ละเอียด หรือเรียบ เป็นต้น


วัสดุสำหรับอนาคต

วัสดุฉลาด (Smart materials)

http://nanotech.sc.mahidol.ac.th/clip/walle.jpg

http://www.trf.or.th/RE/image/best_re_50/best_50_pic11.jpg

http://nana24.tarad.com/shop/n/nana24/img-lib/spd_2008042001133_b.jpg


วัสดุฉลาด (Smart materials)

วัสดุเหล่านี้สามารถ “รับรู้” การเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมได้และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้นตามรูปแบบที่ได้มีการกำหนดเอาไว้ล่วงหน้าได้ (เป็นพฤติกรรมที่พบในสิ่งมีชีวิต) ตัวอย่างเช่น Sensors,

Actuators


www.fiat.co.uk/showroom/?id=9665

: www.societyofrobots.com/sensors.shtml

ai.jpl.nasa.gov/public/projects/sensorweb/


การบ้าน

ค้นคว้าเพิ่มเติม

Nanomaterials

Biomaterials

Ultracapacitor


  • Login