ΕΠΙΛΟΓΗ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ. Υλικά-ιστορία και χαρακτήρας

Transcript

1 ΕΠΙΛΟΓΗ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ Υλικά-ιστορία και χαρακτήρας

2 ΥΛΙΚΑ: Αντοχή σε φορτία. Μονωτές ή αγωγοί θερμότητας /ηλεκτρισμού. Διαπερατά ή μη από μαγνητική ροή. Να διαδίδουν ή να αντανακλούν το φώς. Αντοχή σε διάβρωση. Να μην προξενούν βλάβη στο περιβάλλον. Χαμηλό κόστος.

3 ΥΛΙΚΑ: Αρχές 19 ου αιώνα Λίγα υλικά διαθέσιμα στους μηχανικούς Ανυπαρξία: Συνθετικών πολυμερών (σήμερα πάνω από 45000). Ελαφρών κραμάτων (σήμερα χιλιάδες). Σύνθετα υψηλής απόδοσης ( σήμερα εκατοντάδες). 21 ος αιώνας Πάνω από υλικά διαθέσιμα στους μηχανικούς

4 ΥΛΙΚΑ: Η ανάπτυξη της θερμοχημείας και της χημείας των πολυμερών έδωσε τη δυνατότητα παραγωγής τεχνητών υλικών

5 Βέλτιστη επιλογή υλικού Καταγραφή υλικών σε βάσεις δεδομένων και τεχνικά εγχειρίδια (π.χ. ASM Materials Handbook) Ψηφιακή αποθήκευση και διαχείριση πληροφοριών (ύπαρξη κατάλληλων λογισμικών για μοντελοποίηση, ανάλυση, βελτιστοποίηση και επιλογή υλικών/διεργασιών) Αντλεί πληροφορίες με τα χαρακτηριστικά και τις διεργασίες των υλικών Τεκμηριώνει την αμοιβαία συμβατότητα τους Παρουσιάζει τα αποτελέσματα με τρόπο ώστε να δίνεται η δυνατότητα σωστής επιλογής

6 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ Μηχανικές Θερμικές Ηλεκτρικές Μαγνητικές Οπτικές Χημικές

7 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ Μέτρο ελαστικότητας Ε. ( Υλικό δύσκαμπτο) Όριο διαρροής σ ψ. ( Δύσκολα παραμορφώνονται) Αντοχή σε εφελκυσμό σ ts. (Ανώτατο όριο πέρα από το οποίο το υλικό αστοχεί) Αντοχή σε θραύση K 1c. (Δύσκολα θα έρθουν σε θραύση, χάλυβας/ γυαλί) Πυκνότητα ρ. (Μάζα ανά μονάδα όγκου) ΟΛΚΙΜΟΤΗΤΑ ΨΑΘΥΡΟΤΗΤΑ

8

9 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ:

10 ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ Μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας Τ max. (Όριο θερμοκρασίας πάνω από το οποίο η χρήση του υλικού είναι άσκοπη). Τ max χάλυβα = C Τ max πολυμερών = C Συντελεστής θερμικής διαστολής α. Διαστολή με θέρμανση αλλά σε διαφορετικό βαθμό ανάλογα με τον συντελεστή θερμικής διαστολής α.

11 ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ Θερμική αγωγιμότητα λ. (Ο ρυθμός με τον οποίο η θερμότητα ρέει μέσω ενός υλικού όταν η μία πλευρά του είναι ζεστή και η άλλη κρύα). λ όταν θέλουμε μεταφορά θερμότητας π.χ. μαγειρικά σκεύη, θερμαντικά σώματα. λ όταν θέλουμε μόνωση π.χ. σε κατοικίες ή ψυγεία.

12 ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ Θερμοχωρητικότητα C p. (H ποσότητα της θερμότητας που χρειάζεται για να ανυψωθεί η θερμοκρασία ενός υλικού κατά ορισμένη ποσότητα). C p σε υλικά που χρειάζονται μεγάλη ποσότητα θερμότητας για να μεταβάλουν την θερμοκρασία τους π.χ. χαλκός. C p σε υλικά που χρειάζονται πολύ λιγότερη θερμότητα για την ίδια μεταβολή π.χ. αφροί πολυμερών.

13

14 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ:

15 ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ Ηλεκτρική αγωγιμότητα. (Μέταλλα όπως π.χ. χαλκός, αλουμίνιο είναι καλοί αγωγοί ηλεκτρισμού. Πλαστικά, κεραμικά, γυαλί και ατμοσφαιρικός αέρας είναι κακοί αγωγοί ηλεκτρισμού). Ειδική αντίσταση ρ e Ειδική αγωγιμότητα Κ e

16 ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ Διηλεκτρική σταθερά ε D. (Το εάν ένα υλικό επιτρέπει την διέλευση μικροκυματικής ακτινοβολίας από την μάζα του). ε D αντιστέκεται στην διέλευση ακτινοβολίας. ε D επιτρέπει την διέλευση ακτινοβολίας.

17 ΜΑΓΝΗΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ Σκληρά μαγνητικά υλικά/μαλακά μαγνητικά υλικά. Σκληρά Εάν μαγνητιστούν απομαγνητίζονται δύσκολα Μαλακά Μαγνητίζονται και απομαγνητίζονται εύκολα

18 ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ Αδιαφανή υλικά Διαφανή υλικά Ανακλούν το φως Διαθλούν το φως Υλικά που επιτρέπουν την απορρόφηση ορισμένων μηκών κύματος (χρώματα) και επιτρέπουν σε άλλα να περάσουν ελεύθερα.

19

20 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ:

21 ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ Αντίσταση σε: Νερό Οξέα Βάσεις Οργανικούς διαλύτες Οξείδωση Ακτινοβολία

22 Σκουριά: Fe 2 O 3 xh 2 O Οξειδαναγωγική αντίδραση: 4Fe + 3O 2 + xh 2 O 2Fe 2 O 3 xh 2 O.

23 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ:

24 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΟΥ ΠΕΡΙΟΡΙΖΟΥΝ ΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ Οι ιδιότητες καθορίζουν το κατά πόσο είναι κατάλληλο ένα υλικό με βάση τις απαιτήσεις του σχεδιασμού Για το αεροπλάνο, η αντοχή (strength), η δυσκαμψία (stiffness), και η δυσθραυστότητα (toughness) θέτουν τα όρια στο σχεδιασμό αν κάποια από αυτές τις 3 είναι πολύ χαμηλή, το αεροπλάνο δε θα πετάξει