تطور المعادن

تطور المعادن

يمكن أن ندعو القرن العشرين بعصر المواد الهندسية كما حدث في العصور السابقة كالعصر الحجري و الحديدي و النحاسي, لكن تسمية هذا العصر بمادة محددة يعد أمرا صعبا . أندعوه بعصر الفولاذ أم عصر ناطحات السحاب, عصر استخدام النحاس للنقل الكهربائي , السيليكون في السفن, البلاستيكيات و المواد الكيميائية , المواد التجميلية للزرع الطبي ..... بطريقة أو باخرى فأن كل تلك المواد كانت مهمة جدا للاختراعات و و الابداعات التي ساهمت في تغيير القرن .
في عام 1900 بدأت ثورة المواد مع المباني الثقيلة المشيدة من البلوك المصنوع من الحديد و الفولاذ و انتهت باستخدام الشرائح الحديدية الاكثر خفة و مواد غريبة و شديدة القوة.
على مدى القرن تعلم المهندسون انماط جديدة للتحليل و المعالجة و التنقية و الاضافة الى المواد بطريقة ساهمت في زيادة خصائصها و حسنت أداءها و ساعدت على مواجهة تحديات التصاميم المعقدة.لقد بدؤوا باعادة صياغة افاق الهندسة المعمارية بالفولاذ و الزجاج و قاموا بتصميم صفائح حديدية لأجنحة الطيارات و صنعوا القطع الزجاجية التي تستخدم كصمامات للقلب , كما اخترعوا الاقراص الكمبيوترية منها , و قاموا بانشاء المركبات الفضائية .
أن تحليل المواد و فحصها يعتبر من المشاريع الهندسية التي يتم تصميمها .
أن الوسائل التحليلية تزاوجت مع الادوات الحسابية القوية للسماح للتصوير التفصيلي و المحاكاة بانشاء ثورة في البحث في المواد.
لقد قاموا بتغيير علم المنهج التجريبي الى البحث المباشر و السريع على متطلبات المواد و بامكاننا رؤية النتائج في كل يوم.
أن قلب محرك طائرة هو واحد من اكثر البيئات شراسة على سطح الارض لان حرارته تصل الى 3600 فهرنهايت بينما الغازات الخارجة تندفع عبر شفرات التوربين لتجعلها تدورالاف المرات في الدقيقة الواحدة . أن المادة التي يجب تصنيع الشفرات منها يجب أن تكون قوية كفاية لتحمل ضغط الغازات و قوتها و حرارتها , كما انها يجب أن تكون خفيفة كفاية لزيادة كفاءتها و عليها ان تكون متينة في الاستخدام الشامل.
أن النحاس هو مادة ناقلة بقدرة كبيرة ولكنها ناعمة و مزجها بالفضة يجعلها قوية كفاية لنقل الكهرباء بدون ان تذوب و لكن اذا كان مقدارالنحاس في مزيجه مع الفضة خاطئا فان ذلك قد يؤدي الى كارثة في مناطق عديدة , متضمنة قطع قطع الاتصال الهاتفي و قطع الكهرباء .
إن المهندسين بشكل خاص معنيين في حل هذه المشاكل لأن هذه المواد لديها خصائص مختلفة بعضها أفضل من الاخر في بعض الاشياء .
ان الكمبيوترات باستخدامها الاقراص الفوتونية البلاستيكية تستطيع ان تستخدم النظام بسرعة اكبر أكثر من الوسائل الالكترونية لان الفوتونات اكثر سرعة و المكونات البلاستيكية اكثر خفة من الحديد و تستطيع تخزين المعلومات بضغط أكبر كما أنها ليست عرضة للتدخل المغناطيسي.
و المواد السيراميكية كمثال اخر تستطيع ان تجعل المحركات تخرج الحرارة بشكل أكبر و و تجعلها تحرق الوقود بكفاءة أعلى أكثر من أي محرك معدني .
إن استخدام الكربون و مواد اخرى في الفولاذ ينتج شرائح جديدة تسمح باستخدام الفولاذ في عدد لا يحصى من الصناعات من بناء السفن لصناعة الساعات .
وأضاف القصدير الى النحاس يشكل البرونز المثالي لصناعة التروس و الوصلات في الاماكن التي تحتاج القوة كما في صناعة المكائن.
ان الاضافات تستطيع أن تحول المواد الى أنماط جديدة . على سبيل المثال , ان مادة البوليفيلكورين "بي في سي" المستخدمة في صناعة البالوعات و الانابيب و الأجهزة التي يمكن استخدامها في صناعة الالبسة بأضافة المواد البلاستيكية اليها كما يمكن استخدامها كأنابيب في الاقراص المستخدمة في الالات التنفسية في عمليات الجراحة القلبية .
الكثير من المنتوجات العالمية المصممة من مركبات المعادن الغريبة اللاشكلية و شرائح الذاكرة.
المواد الذكية التي تستطيع أن تتفاعل مع التغيرات في بيئتها و القادرة على تذكر شكلها الاساسي يتم استخدامها في العديد من المنتجات مثل الحلقات الفاتحة المستخدمة في ابقاء الشرايين الانسانية سالكة.
القفزات النوعية في الابداع التقني حدثت لما اصبح تحسين المواد ممكنا .
لقد حدث ذلك خاصة في العمل شبه المتواصل حيث تكون هندسة السيليكون ليصبح العمل معالجات دقيقة مسألة حساسة لانه يجب لانه يجب تنقية السيليكون ليصبح كريستال و تقسيم قطع الكريستال الى شرائح دقيقة.
بالوصول الى التقنيات الحديثة و عصر الشرائح فأن القدرة على انشاء الالات الدقيقة و استخدامها ستنتقل من مرحلة الفضول الى مرحلة التطبيقات المتخصصة.
في بداية الاربعينيات من القرن العشرين حدثت واحدة من أعظم الامثلة على أن ردود المواد الهندسية قد يؤدي الى كارثة.
أن كيمياء بوليمر و الهندسة اخذت ابعادا جديدة عندما دخلت الولايات المتحدة الامريكية الحرب العالمية الثانية.
أن هجمة زراعة المطاط في شبه جزيرة مالاي و جزر الهند الشرقية قد قضت على حوالي 90% من مصادر المطاط الطبيعي في امريكا.
تم القياس بابحاث وطنية و جهود هندسية لانتاج المطاط الصناعي لتوفير احتياجات البلاد.
تم تفعيل نظاما تعاونيا لصناعة المطاط الصناعي لزراعة 4 نبتات كل واحدة منها قادرة على انتاج 10000 طن.
قبل الحرب لم يتم انتاج اكثر من 6000 طن في السنة الواحدة , و بالوصول الى عام 1945 كان الانتاج الامريكي وصل الى مايزيد عن 600000 طن , و في نهاية الحرب العالمية الثانية قام الجيش الامريكي باطلاق العديد من المواد الصناعية ذات التقنيات العالية و التي كانت ممنوعة و مفقودة مثل السيليكون و الداكرون و البوليثرين و النايلون و التيتانيوم و التفلون "الذي تم اكتشافه بمصادفة محضة".
وقام الاطباء بملاحظة واكتشاف امكانية استخدام هذه المواد في المجال الطبي.
قام المهندسين بترجمة رؤيتهم الى الى ادوات مفيدة , بداية بتحليل الخصائص و بعدها برؤية كيفية تصنيعها .
يتم تطوير المواد الحيوية لاستخدامها في صناعة الادوات المساعدة للقلب و الكلى الصناعية , العدسات اللاصقة , الطعوم الطبية , التحويلات, الخياطات, أطروحات المحترفين و العديد من المنتجات الاخرى.
ان عصر الفضاء ولد مواد جديدة و استخدامات غير مكتشفة للمواد القديمة.
البلاستيك المدعوم بالالياف الزجاجية ( الفيبرجلاس ) يمكن ان يتم صبه في اشكال صلبة لتحويل اجسام السيارات و قوالبها الى سفن صغيرة.
الالياف الكربونية بينت خصائص مذهلة جعلتها بديلا عن المعادن في صناعة شفرات التوربين القادرة على تحمل درجة حرارة عالية.
ان البحوث التي تمت على السيراميك انتجت مواد قادرة على مقاومة درجات الحرارة العالية , علاوة على انه ملائم جدا ليكون دروعاً ضد الحرارة في صناعة السفن الفضائية .
التقنيات التحليلية الجديدة و التصير الذري و الجزيئي و الحسابات الكمية و الانظمة الجزيئية أصبحت قادرة على التبشير بخيارات جديدة للمواد و البحوث الصناعية.
اليوم فإن تطور المواد أصبح اكثر قربا من العلم الهندسي مما كان عليه الوضع في الماضي , كما ان قدرة المهندسين على تحويل هذا العلم الى تطبيقات قد وصلت الى مستوى التصميم الذري و الجزيئي و هي حدود المستقبل.
إن توفر التقنيات الالحسابية التحليلية و التحليلية مكنت المهندسين من ايصال خصائص المواد الى مستويات جديدة مرتفعة و تحمل امكانيات ضخمة للمستقبل.