Introducere în știința materialelor

1. INTRODUCERE

1.1 Definiţia materialelor

Materialele se regăsesc în orice activitate umană, fiind un factor determinant pentru dezvoltarea societăţii de-a lungul istoriei omenirii în aşa măsură încât, anumite epoci istorice şi-au luat denumirea de la materialele utilizate preponderent (epoca pietrei, epoca bronzului, epoca fierului).

Fie că există ca atare în natură, fie că sunt concepute de om, materialele reprezintă suportul oricărei activităţi productive (de la agricultură şi industria alimentară, până la aeronautică şi industria de armament).

Dacă se încearcă o definire a materialelor, într-o primă etapă se poate considera că ele reprezintă acea parte a materiei universului alcătuită din substanţe ale căror proprietăţi le face utile în realizarea maşinilor, dispozitivelor şi a produselor. Aşadar, material este grafitul din care este realizată mina de creion, cuprul din care se realizează cablul electric, cauciucul din anvelope, lemnul din mobilă, etc.

Într-un sens mai larg, sunt cuprinse în categoria de materiale şi alte substanţe utilizate în anumite domenii (îngrăşămintele chimice în agricultură, medicamentele în medicină) şi chiar substanţe cu o utilizare mai largă cum sunt: apa (sub formă de blocuri de gheaţă utilizate la contrucţia iglu-urilor de către eschimoşi), aerul (în spume metalice care conţin bule de aer,

produse petroliere (folosite la drumuri), etc.

Atitudinea diferitelor comunităţi umane faţă de materiale s-a modificat de-a lungul istoriei iar în prezent diferă în funcţie de gradul de industrializare care influienţează accesul lor la diferitele tipuri de materiale. Este cunoscut numărul mare de utilizări pe care unele colectivităţi le dau puţinelor materiale naturale pe care le pot procura în cantităţile necesare (bambusul pentru colectivităţile rurale din sudul Asiei, palmierul pentru multe populaţii din Oceania sau blana si oasele de animale pentru populaţiile nomade din Nordul extrem). Comparativ cu acestea societatea de consum specifică statelor industrializate dispune de o gamă foarte diversificată de materiale, mai cu seamă materiale cu un grad mare de prelucrare, utilizate în aplicaţii foarte restrânse şi pe o durată relativ redusă.

Materialele sunt supuse unor transformări continue realizând un vast ciclu care începe cu obţinerea materiei prime (prin tăiere, extracţie, etc.), realizarea semifabricatelor (lingouri de metal, blocuri de piatră, cherestea ş.a.) din care se fabrică ulterior profile din oţel, cabluri electrice, beton, materiale plastice, placaje, utilizate pentru produsele finite.

După ce îşi îndeplinesc rolul în funcţionare, aceste materiale se reîntorc în natură sub formă de deşeuri, care într-un timp mai lung sau mai scurt vor ajunge la starea lor stabilă, de regulă identică cu cea pe care au avut-o iniţial (de exemplu metalele se transformă în oxizi, sulfuri, etc.) sau sunt reintroduse în procesul de obţinere a unor semifabricate noi.

Procesul de obţinere şi de prelucrare a materialelor este, în general, mare consumator de energie, iar cantitatea mare de deşeuri care rezultă în urma prelucrării sau după ieşirea din uz a produselor poate afecta mediul natural. Din aceste motive în planificarea circuitului materialelor (figura I) trebuie să se ţină cont şi de interacţiunea

material * energie * mediu,

care trebuie păstrată într-un echilibru prin acţiunea unor organisme de decizie şi prin găsirea celor mai potrivite soluţii tehnologice de exploatare, elaborare, prelucrare, utilizare şi recuperare a materialelor.

Figura 1.1 Circuitul materialelor în natură

Importanţa acestui aspect este cu atât mai mare în ultimii ani, când a crescut interesul pentru protecţia mediului, pentru utilizarea raţională a resurselor minerale şi economisirea energiei.

Conceptul de dezvoltare durabilă, obligatoriu în orice activitate industriala, impune nu numai reguli sticte în ceea ce privezte procesele tehnologice, ci si stabilirea unor procedee de recuperare a deşeurilor, cu impact minim asupra mediului.

Un factor important pentru utilizarea oricarui material îl constituie disponibilitatea sa, respectiv posibilitatea de a putea fi procurat. Majoritatea matrialelor inginereşti sunt prelucrate pornind de la zăcăminte minerale sau organice, care s-au format într-o perioadă mare de timp şi care, evident sunt limitate şi epuizabile.