Materiał odnosi się do dowolnego materiału stosowanego do obiektu w szerokim tego słowa znaczeniu. Ten ostatni jest często częścią podzespołu. Jest to zatem materiał podstawowy, wybrany ze względu na swoje szczególne właściwości i realizowany z myślą o konkretnym zastosowaniu. Natura chemiczna , forma fizyczna (np. faza w obecności, wielkość i kształt cząstek ), stan powierzchni różnych surowców , które są materiałami bazowymi, nadają im szczególne właściwości. Istnieją zatem cztery główne rodziny materiałów.
W nauce materiałów , na przykład, „materiał” jest ogólnym terminem używanym w znaczeniu masy, substancji , produktu stałego, ciała struktury cieczy, płynnej , próbkę , probówki , i tak dalej. , z oznaczeniem w szczególności wody, powietrza i piasku (w tablicach charakterystyk); materiał lepkosprężysty jest często określany jako „płyn pamięci”.
Klasyfikacja materiałów na ciała stałe, ciecze, półstałe itp. , jest prymitywny i czasami nieważny. W rzeczywistości w reologii można zaobserwować zachowanie typu ciekłego w materiale stałym i zachowanie typu stałego w materiale ciekłym ( lepkosprężystość , granica plastyczności).
Materiał ( materiały ), który jest przedmiotem ukształtowanym lub wykonanym przez człowieka, nie powinien być mylony z materiałami ( materiałami ), które są używane do wykonania tego przedmiotu.
Przykładami materiałów mogą być: skóra , drewno , korek (do izolacji maszyn ...), papier , karton , wapno , piasek , szkło , ceramika , plastik , nylon , pleksi , polimer , elastomer , metal , stop , stal , beton , kamień , cegła , płytka gipsowa , barwnik , pigment , lek , minerał , wosk i materiał wybuchowy .
Materiały można klasyfikować według ich struktury atomowej. Możemy wyróżnić :
Technika jest techniką, która ma na celu przekształcenie surowego produktu w produkt o pożądanej funkcji przez użytkownika. Ta transformacja, w tym przypadku konstrukcja mechaniczna , podlega czterem podstawowym interakcjom: funkcja; materiał ; geometria ; proces.
„Funkcja serwisowa” jest modelowana jako „system techniczny”, który reprezentuje każdą małą część mechanizmu. Pochodzi ze specyfikacji . „ Analiza wartości ” każdej ze stron jest następnie wykorzystywana do oceny celów optymalizacji. Inżynieria materiałowa zajmuje się właściwościami mechanicznymi ( odpornością materiałów ), ich zachowaniem pod działaniem sił zewnętrznych i ograniczeń. W tym celu istnieje wiele praw fizyki, które nazywamy „ prawami zachowania ” (statyki, dynamiki itp .). W przypadku oporu materiałów geometria zawsze ingeruje w te konstytutywne prawa. Inżynieria materiałowa jest obecnie rutynowo zainteresowana innymi cechami: fizycznymi, termicznymi, elektrycznymi, środowiskowymi , bezpieczeństwa i ekonomicznymi.
Wreszcie, ponieważ materiał musi zostać przekształcony, konieczne jest uwzględnienie tego procesu. Trudność na tym etapie polega na tym, że istnieje wiele o bardzo różnych cechach: formowanie, wytłaczanie, rozdmuchiwanie; maszyna z frezem, drutem, wodą, laserem, kwasem; szlifowanie, polerowanie, erodowanie, elektroformowanie; kucie, odlewanie, spiekanie; cięcie, pieczątka itp. Na każdym z tych etapów materiał jest centralny, ponieważ jest on w końcu przedmiotem lub wsparciem usługi.
W różnych konstrukcjach wykorzystuje się około 80 000 materiałów, które dla lepszej identyfikacji są często pogrupowane w sześć do ośmiu rodzin (w zależności od referencji):
W celu wyróżnienia określonych właściwości i/lub gwarancji na te właściwości, w niektórych odniesieniach rozróżnia się ceramikę porowatą (beton, cegły), polimery techniczne ( PMMA itp.), a nawet przeznaczenie ich zastosowania (amerykańskie normy AISI , ASTM , międzynarodowe ISO , europejskie EN , itp. ) lub właściwości, które materiał wnosi do pożądanej funkcji.
Aby uniknąć umiarkowanie owocnego rozróżnienia na klasy i podklasy (ponieważ są one redundantne między systemami), opracowano narzędzia doboru materiałów (CES3 z Cambridge, FuzzyMat z Grenoble itp. ). Umożliwiają one łatwą integrację nowych osiągnięć w badaniach nanomateriałów oraz integrację ich bardzo specyficznych właściwości fizycznych (mikroskopowych) oraz warunków ich przetwarzania. Umożliwiają zintegrowanie ograniczenia środowiskowego (lub funkcji) w sposób dynamiczny, a nie regulacyjny.
Rozróżnia się materiały ciągliwe i kruche i ogólnie stosuje się wiele dobrze znanych praw mechaniki. Przypadek polimerów to przypadek osobny, ponieważ w temperaturze pokojowej możemy mieć różne stany skupienia, a zatem różne obowiązujące prawa w zależności od natury polimeru. Rzeczywiście, w temperaturze pokojowej lub w kilkudziesięciu stopniach Celsjusza można spotkać stan stopiony, gumowaty, zeszklenie , stan szklisty lub półkrystaliczny . Inaczej jest w przypadku metali, które są dość stabilne w zakresie kilkuset stopni. Aby z wystarczającą pewnością zbadać właściwe zastosowanie polimeru, najpierw rozważymy dwie szerokie kategorie, do których zalicza się elastomery:
Do użytku technicznego (obliczenia i właściwości fizyczne) polimery klasyfikuje się zgodnie z właściwościami ich monomerów (pierwotnych cząsteczek polimeru):
Ta klasyfikacja może wydawać się skomplikowana, ale różnice w skali mikroskopowej są następujące:
Materiał można scharakteryzować według wielu parametrów:
W trybie liniowym naprężenie jest proporcjonalne do odkształcenia, współczynnikiem proporcjonalności jest na przykład moduł Younga , oznaczony E.
Oto kilka cech fizycznych materiałów:
Poza tą charakterystyką właściwości materiału, wymagającą raczej ciężkich środków dostępnych tylko w laboratoriach badawczych, przemysłowiec jest często zmuszany do sprawdzenia zgodności materiału w odniesieniu do specyfikacji : jest to kontrola jakości po otrzymaniu produktu ( badania mechaniczne, badania strukturalne, badania nieniszczące ).
Ogólnie rzecz biorąc, dla danego zastosowania kilka materiałów lub kombinacji materiałów prawdopodobnie spełni wymagania. Projektant , inżynier , architekt krajobrazu i architekt są zatem wezwani do poszukiwania najlepszego koszt / funkcje pełnione stosunek.