บทที่ 1 introduction - personel.eng.cmu.ac.thpersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/1...

ในประวตศาสตร การพฒนาเทคโนโลยและความ

เจรญรงเรองของสงคมตางๆนนถกแบงจากความสามารถ

ของประชากรในสงคมทจะผลต และเลอกใชวสดมาทาใน

กจกรรมประจาวน จะเหนไดจากการแบงประวตศาสตร

ของมนษยออกเปนยคตางๆ เชน ยคหน, ยค bronze

(ทองสมฤทธ : ทองแดงผสมดบก), ยคเหลก, ยคพลาสตก

ยคสารกงตวนา (semiconductor) และยคนาโน

เทคโนโลย ฯลฯ

วสด (Materials) เปนสสารทมคณสมบตตางๆซงจะ

สามารถนาไปใชประโยชนในดานตางๆ เชน ในงานโครงสราง

การผลตเครองมอ อปกรณ หรอผลตภณฑ

โดยคณสมบตของวสดนน จะแสดงลกษณะเฉพาะตวเมอม

แรงภายนอกมากระทา หรออยในสภาวะทตางๆกน เชน

ความแขงแรงดง (tensile strength) ของวสด จะสามารถวดได

จากความตานทานของวสดเมอมแรงดงมากระทา เปนตน

วสดศาสตร และวสดทางวศวกรรม (Materials science

and engineering : MSE) เปนสาขาวชาใหมทศกษาการ

เปรยบเทยบวสดตางๆ ในเชงของกายภาพ โดยเปนการ

เปรยบเทยบความสมพนธระหวางโครงสราง (Structure)

และคณสมบตตางๆ (Properties) ของวสด

โลหะวทยา (Metallurgy) เปนการศกษาเกยวกบโลหะเปน

หลก โดยเปนสวนหนงของการศกษาทางดานวสดศาสตร

แขนงหนง

โครงสรางของวสดโดยทวไป จะหมายถงรปแบบการจดเรยงตวของอะตอมภายในโครงสรางนนๆ

โครงสรางภายในอะตอม (subatom) นน จะรวมถงอเลคตรอน ทอยภายในแตละอะตอมและแรงกระทาภายในของนวเคลยส

วธการตรวจหาโครงสรางวสด เชน Spectroscopy, X-RayDiffraction , Optical Microscopy, Electron Microscopy

Microscopic

Macroscopic

Properties

Mechanical

Electrical

Magnetic

Optical

Thermal

Deteriorative

- Mechanical properties เชน การเปลยนรปเมอมแรงมากระทา

- Electrical properties เชน การเหนยวนาทางไฟฟา

-Thermal behavior เชน heat capacity หรอ การเหนยวนาทางความรอน

- Magnetic properties เชน การตอบสนองของสนามแมเหลกของวสด

- Optical properties เชน สนามแมเหลกไฟฟา หรอ การสะทอนของแสง

- Deteriorative characteristics เชน ตวชวดของปฏกรยาทางเคมของวสด

นอกจากคาวา โครงสราง (structure) และคณสมบต (properties) ทเปน

สวนสาคญทอยใน MSE แลว กยงมคาวา กระบวนการ (processing) และ

การนาไปใช (performance) ซงความสมพนธของทง 4 องคประกอบนน

สามารถแสดงไดดงรปท 1.1

รปท 1.2 แสดงความสมพนธระหวางโครงสรางกบคณสมบตของอะลมนา (Al2O3)

ความสมพนธของแตละตวในสมยใหม

• Space Shuttle Tiles:--Silica fiber insulation

offers low heat conduction.

100μm

โลหะ (Metal) เซรามก (Ceramic)

พอลเมอร (Polymer)วสดประสม

(Composite)

� โลหะ (Metals) ไดแกธาตทอยในหมโลหะซงม

อเลคตรอนอสระ (free electron)

� เซรามกส (Ceramics) ไดแก สารประกอบ อนนทรย

(inorganic) และอโลหะ (nonmetallic)

� โพลเมอร (Polymers) คอสสารโมเลกลขนาดใหญท

ประกอบดวยสารประกอบอนทรย (organic) เปนหลก

� วสดประสม (Composites) ประกอบดวยวสดมากกวา 1

ชนดขนไป

วสด (Materials) Vs. ชวตประจาวน (Everyday

Lives)

- การเดนทาง/ การคมนาคม

- บานเรอน/ ทอยอาศย

- เครองนงหม

- การพกผอนหยอนใจ

- อาหาร

วศวกรจาเปนตองเขาใจถงองคประกอบหรอสงทมอทธพล ตอสมบตของวสด

เพอใหวศวกรมความรในดานตางๆตอไปน

› 1. เลอกใชวสดใหเหมาะสมกบการใชงาน โดยพจารณาจากประสทธภาพ และ

ราคา

› 2. เขาใจพฤตกรรมของวสดระหวางการใชงาน และขอจากดของวสด

› 3. เพอสามารถทจะสรางวสดใหมๆ ทมคณสมบตตามตองการหรอ สามารถ

ปรบปรงสมบตของวสดใหดขน

การเลอกใชวสด (Materials Selection)

การเลอกใชวสด (Materials Selection) ในทางทฤษฎ วศวกร นกวชาการเทคโนโลย สถาปนก มความตองการทอยากจะไดวสด

ทตรงกบความตองการใชงาน หรอผลตภณฑทตองการผลตใหมากทสด ซงวสดท

ตองการนนอาจจะเปนวสดในอดมคต (ideal materials) ทไมมอยจรง ซงคณลกษณะ

ทสาคญของวสดในอดมคตนนสามารถจาแนกออกไดเปนดงน

1. มจานวนมาก ไมมทสนสด

2. กระบวนการทาใหบรสทธ หรอผลตมราคาทถก

3. มประสทธผลในดานพลงงาน

4. มความแขงแรง ไมเปลยนขนาดในทกๆอณหภม

5. มนาหนกเบา

6. ตานทานการผกรอนไดด

7. ไมเปนอนตรายตอมนษย และสงแวดลอม

แนวทางสาหรบการเลอกวสด 1. คณสมบตของวสด (Material’s Properties) ในการสรางแนวทางในการเลอกวสดนน ฐานขอมลวสด (materials database) มความจาเปนและจะตองสามารถตอบคาถามบนพนฐานการเลอกวสดทเหมาะสมได ฐานขอมลวสด จะประกอบไปดวยตารางทแสดงถงคณสมบตทสาคญของวสด เชน คาความแขงแรงดง (tensile strength) ความแขง (hardness) และคณสมบตทางความรอน ขอมลหรอฐานขอมลเหลานสามารถคนหาไดจากหนงสอคมอ (Handbook) เชน Machine Design และ Modern Plastics เปนหนงสอคมอประจาป ซงแสดงขอมลพนฐานของวสด นอกจากนนยงม Metals Handbook ซงเปนคมอทออกโดย ASM (American Society for Metals) International หรอสามารถหาไดตามเวบไซตตางๆ

2. เกณฑในการเลอกอนๆ (Additional selection criteria)

นอกจากใชเกณฑคณสมบตของวสด ซงมจานวนมากในการตดสนใจเลอกวสดทกลาวมาแลว

ขางตน ทางผออกแบบยงมเกณฑการเลอกอนๆ เชน ความยากงายในการจดหา งายตอการ

เปลยนรปหรอผลต ความนาเชอถอ คณภาพและสมรรถนะ การยอมรบจากลกคา แนวโนม

ของผลตภณฑ เปนตน