ออกแบบและเทคโนโลยี ม.1
หน่วยการเรียนรู้ที่ 3 ผลงานออกแบบเทคโนโลยี
1.1 ประเภทของวัสดุ
วัสดุ แบ่งออกเป็น 4 ประเภท ดังนี้
1. วัสดุโลหะ (Metallic Materials) เป็นสารอนินทรีย์ (แกorganic Substances) ที่ประกอบด้วยธาตุที่เป็นโลหะเพียงชนิดเดียวหรือหลายชนิดก็ได้ โลหะมีโครงสร้างเป็นผลึกซึ่งอะตอมจะมีการจัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบและมีลักษณะเฉพาะ โดยทั่วไปโลหะเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี โลหะหลายชนิดมีสมบัติค่อนข้างแข็งแรงและอ่อนที่อุณหภูมิห้อง แต่มีโลหะอีกหลายชนิดที่คงสภาพแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง
โลหะ (Metals) แบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม ดังนี้
โลหะที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ (Ferrous Metals)
โลหะกลุ่มนี้จะประกอบด้วยเหล็กที่มีเปอร์เซ็นต์สูง ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้า เหล็กหล่อ
ถูกใช้ในตัวถังรถ สะพาน เครื่องหนีบ
โลหะที่ไม่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ (Non-Ferrous Metals)
โลหะพวกนี้จะไม่มีเหล็กประกอบอยู่ หรือมีอยู่น้อย ตัวอย่างเช่น อะลูมิเนียม ทองแดง สังกะสี ไทเทเนียม ถูกใช้ในตัวถังเครื่องบิน กระป๋องเครื่องดื่ม เครื่องประดับ หม้อน้ำ
นอกจากนี้ ยังมีโลหะผสมหรืออัลลอย (Alloy) หมายถึง ของผสมที่เกิดจากโลหะ 2 ชนิด หรือมากกว่า 2 ชนิด หรือเป็นโลหะผสมกับอโลหะ ตัวอย่างเช่น ทองเหลือง คือ ส่วนผสมของทองแดง กับสังกะสี สัมฤทธิ์ คือ ส่วนผสมของทองแดงกับดีบุก ซึ่งใช้ในการทำเหรียญกษาปณ์ กุญแจ เครื่องประดับ
2. วัสดุพอลิเมอร์ (Polymeric Materials) ส่วนมากประกอบด้วยสารอินทรีย์ที่มีองค์ประกอบคาร์บอนและมีโมเลกุลเป็นโซ่ยาว ๆ หรือเป็นโครงข่าย ซึ่งโครงสร้างของวัสดุพอลิเมอร์ส่วนใหญ่มีลักษณะเป็นผลึก ความแข็งแรง
และความเหนียวจะมีความหลากหลายอย่างมาก มีความหนาแน่นต่ำ และมีจุดอ่อนตัวหรือการสลายตัวค่อนข้างต่ำ เนื่องจากลักษณะของโครงสร้างภายในทำให้วัสดุพอลิเมอร์ส่วนมากเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี บางชนิดเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีมาก จึงมีการนำมาประยุกต์ใช้กับงานหลายด้าน
3. วัสดุเซรามิก (Ceramic Materials) เป็นสารอนินทรีย์ที่ประกอบด้วยธาตุที่เป็นโลหะและธาตุที่เป็นอโลหะ
รวมตัวกันด้วยพันธะเคมี โครงสร้างเป็นได้ทั้งแบบที่เป็นผลึก ไม่เป็นผลึก หรือเป็นของผสมของทั้งสองแบบมีความแข็งแรงสูงและคงความแข็งแรงได้ที่อุณหภูมิสูง แต่มักจะเปราะ ปัจจุบันมีการพัฒนาวัสดุเซรามิกเพื่อใช้สร้างเครื่องยนต์ซึ่งมีข้อดี ดังนี้
น้ำหนักเบา
มีความแข็งแรงสูง
ทนความร้อนและทนต่อการขัดสีได้ดี
ลดการเสียดทานและมีสมบัติเป็นฉนวน
เนื่องจากวัสดุเซรามิกมีสมบัติด้านการเป็นฉนวนทนความร้อนสูงและทนต่อการขัดสี ทำให้วัสดุเซรามิกหลายชนิดสามารถนำไปใช้บุผนังเตาที่มีอุณหภูมิสูงเพื่อหลอมโลหะ เช่น เตาหลอมเหล็กกล้า การนำวัสดุเซรามิกไปใช้งานทางอวกาศที่มีความสำคัญ คือ การใช้กระเบื้องเซรามิกบุผนังกระสวยอวกาศ (Space Shutte) ซึ่งวัสดุเซรามิกเหล่านี้จะช่วยกันความร้อนไม่ให้ผ่านเข้าไปถึงโครงสร้างอะลูมิเนียมภายในกระสวยอวกาศขณะบินออกและกลับเข้าสู่บรรยากาศของโลก
4. วัสดุผสม (Composite Materials) เป็นของผสมที่ได้จากวัสดุ 2 ชนิด หรือมากกว่า 2 ชนิด มาผสมกัน
วัสดุผสมส่วนมากประกอบด้วยสารเติม (Filer) หรือวัสดุเสริมแรงที่เหมาะสมกับตัวประสานจำพวกเรซิน ทำให้ได้วัสดุที่มีลักษณะเฉพาะและมีสมบัติตามที่ต้องการโดยปกติสารที่เป็นองค์ประกอบเหล่านั้นจะไม่ละลายเข้าด้วยกัน ซึ่งสามารถสังเกตได้ที่รอยต่อระหว่างสารที่เป็นองค์ประกอบ
วัสดุผสมสามารถจำแนกออกได้หลายประเภท บางประเภทมีเส้นใยเป็นองค์ประกอบหลัก โดยทำหน้าที่เสริมแรงภายในเนื้อของวัสดุกับอนุภาคบางชนิดที่กระจายอยู่ในเนื้อของวัสดุ การผลิตวัสดุผสมจึงมีหลากหลายขึ้นอยู่กับวิธีการเสริมแรงกับตัวประสาน วัสดุผสมที่วิศวกรนิยมใช้มี 2 ชนิด คือ เส้นใยแก้วเสริมแรงและเส้นใยดาร์บอนเสริมแรง ในพอลิเอสเทอร์หรืออิพ็อกซี
