الخصائص الفيزيائية والكيميائية وأداء معالجة المواد

1. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد

1.1 الخصائص الفيزيائية

• الخصائص الحرارية: الخصائص المتعلقة بتغيرات درجة الحرارة
  • نقطة الانصهار/نقطة التجمد: درجة الحرارة التي تنتقل عندها المادة من الحالة الصلبة إلى السائلة (أو العكس). على سبيل المثال، تبلغ نقطة انصهار الفولاذ حوالي 1538 درجة مئوية، مما يحدد نطاق درجة الحرارة للتشغيل الساخن.
  • التوصيل الحراري: قدرة المادة على نقل الحرارة. يتمتع النحاس بتوصيل حراري عالي (~401 واط/(متر·كلفن)) وهو مناسب لمكونات تبديد الحرارة؛ يتمتع القطن العازل للحرارة بتوصيل حراري منخفض ويستخدم للعزل الحراري.
  • معامل التمدد الحراري: معدل التغير في الأبعاد للمادة مع درجة الحرارة. على سبيل المثال، يجب أن تتطابق معاملات التمدد الحراري للزجاج والمعادن لتجنب التشقق أثناء التعبئة.
• الخصائص الكهربائية: استجابة المادة للتيار الكهربائي
  • المقاومة: تقيس توصيلية المادة (مقاومة منخفضة للموصلات مثل النحاس؛ مقاومة عالية للعوازل مثل المطاط؛ مقاومة متوسطة لأشباه الموصلات مثل السيليكون).
  • الثابت العازل: يصف قدرة المادة على تخزين الطاقة الكهربائية، ويستخدم لاختيار المكثفات والمواد العازلة (على سبيل المثال، تتمتع السيراميك بثابت عازل عالي وهي مناسبة للمكثفات عالية التردد).
• الخصائص البصرية: التفاعل بين المادة والضوء
  • نفاذية الضوء: نسبة الضوء المنقول عبر المادة (على سبيل المثال، يتمتع الزجاج بنفاذية >80% للنوافذ؛ تتمتع الأغشية البلاستيكية بنفاذية قابلة للتعديل للدفيئات الزراعية).
  • الانعكاس/الامتصاص: تتمتع المرايا بانعكاس عالي، بينما تتمتع الطلاءات الموجودة على الألواح الشمسية بامتصاص عالي لتحسين كفاءة التحويل الكهروضوئي.
• الخصائص المغناطيسية: استجابة المادة للمجالات المغناطيسية
  • الأنواع المغناطيسية: مصنفة على أنها حديدية (مثل الحديد والنيكل، قابلة للانجذاب بواسطة المغناطيسات)، بارامغناطيسية (مثل الألومنيوم، قابلة للانجذاب بشكل ضعيف)، ودايامغناطيسية (مثل النحاس، طاردة بشكل ضعيف)، وتستخدم في المحركات وأجهزة التخزين المغناطيسي.

1.2 الخصائص الكيميائية

• مقاومة التآكل: قدرة المادة على مقاومة التآكل بواسطة الوسائط الكيميائية مثل الأحماض والقلويات ومحاليل الأملاح (على سبيل المثال، الفولاذ المقاوم للصدأ يقاوم التآكل الجوي؛ سبائك التيتانيوم تقاوم تآكل مياه البحر وتستخدم في مكونات السفن).
• مقاومة الأكسدة: قدرة المادة على مقاومة التفاعل مع الأكسجين في درجات حرارة عالية أو درجة حرارة الغرفة (على سبيل المثال، تقاوم السبائك الفائقة الأكسدة في المحركات لمنع التقشر السطحي).
• الاستقرار الكيميائي: خاصية المادة بعدم التفاعل مع المواد الملامسة (على سبيل المثال، البولي تترافلوروإيثيلين، المعروف باسم "المقاوم لجميع المواد الكيميائية"، يستخدم كبطانة لأنابيب المواد الكيميائية).

2. أداء معالجة المواد

3. العلاقة الأساسية: الخصائص الفيزيائية والكيميائية مقابل أداء المعالجة

• الخصائص الفيزيائية والكيميائية تحدد الحد الأعلى لأداء المعالجة: على سبيل المثال، يصعب صب المواد ذات درجة الانصهار العالية (مثل التنغستن، نقطة الانصهار 3422 درجة مئوية) (تتطلب درجات حرارة عالية للغاية) ولا يمكن معالجتها إلا عن طريق تعدين المساحيق؛ المواد الهشة (مثل السيراميك) لديها أداء معالجة تشوه ضعيف ولا يمكن تشكيلها إلا عن طريق التلبيد.
• يؤثر أداء المعالجة على تحقيق الخصائص الفيزيائية والكيميائية: على سبيل المثال، يمكن للمعالجة الحرارية أن تغير الهيكل الداخلي للمادة، وبالتالي تعديل خصائصها الميكانيكية (على سبيل المثال، يظهر الفولاذ 45 زيادة في الصلابة والقوة، مع انخفاض طفيف في اللدونة، بعد التبريد والتلطيف)؛ يؤثر معدل التبريد أثناء الصب على حجم الحبيبات في المسبوكات، مما يؤدي بدوره إلى تغيير قوة الشد ومقاومة التآكل.