Materiaali

Materiaali on ainetta, josta voidaan valmistaa jotain. Useimmat nykyajan teollisuudessa eniten käytetyt materiaalit voidaan jaotella seuraaviin perusryhmiin:

• Metallit
• Keraamit
• Polymeerit
• Komposiitit

Materiaali voi olla orgaanista tai epäorgaanista.

Ensimmäiset ihmisen käyttämät materiaalit olivat komposiitteja: puuta, nahkaa ja erilaisia kasvikuituja, joilla voitiin vahvistaa toisiaan. Keraamit (keramiikka) ilmestyivät viimeistään 25000 eaa. ja metalleista ensimmäisiä oli pronssi, jonka käyttäminen aloitti pronssikauden kolmannella vuosituhannella eaa. Mahdollisesti ennen pronssia on käytetty kultaa, jota löytyy luonnosta puhtaana. Kulta on kuitenkin liian pehmeää työkaluihin, mutta koruihin hyvinkin sopivaa.

Materiaalin käyttökelpoisuuteen eri tarkoituksiin vaikuttavat sen lujuus, kovuus, sitkeys, iskunkestävyys, tiheys, korroosionkestävyys, lämmön- ja sähkönjohtavuus, monet muut ominaisuudet ja tietenkin hinta.

Materiaalitiede, materiaalien ja niiden ominaisuuksien tutkimus ja se miten ne määräytyvät materiaalin rakenteesta, syntyi kiinteän olomuodon fysiikan, metallurgian ja kemian pohjalta Yhdysvalloissa vasta 1950-luvulla.

Tukittavia alueita ovat materiaalien koostumus, mikrorakenne, prosessointi, ominaisuudet ja suorituskyky. Tärkeitä apuvälineitä tähän ovat muun muassa mikroskopia ja aineenkoetus.

Materiaaleja

• Metallit
  • teräs
  • alumiini
  • kupari
  • titaani
  • magnesium
  • valurauta

• polymeerit
  • muovit
  • kumi
  • elastomeeri

• Keraamit
  • teknilliset keraamit
  • lasi
  • kivi

• tekstiilit
  • puuvilla
  • nailon
  • villa

• Komposiittimateriaalit
  • lujitemuovi, Muovi - lujitekuitukomposiitit (hiilikuitu, lasikuitu)
  • jauhemetallurgisesti valmistetut metalli-metalli tai metalli - keraami komposiitit

• Orgaaniset aineet
  • paperi
  • puu
  • luu
  • nahka
  • biomateriaalit

Ikääntyminen

Iän myötä materiaalin ominaisuudet voivat muuttua, yleensä heikompaan suuntaan. Merkittäviä ikääntymisilmiöitä ovat

• korroosio, joka ilmenee erityisesti nesteiden kanssa kosketuksissa olevilla pinnoilla,
• väsyminen vaihtelevan kuormituksen alaisuudessa olevissa osissa, erityisesti kun rasituksenalaisessa osassa tapahtuu edestakaisia muodonmuutoksia sekä
• vanheneminen, eli rakenneaineiden mekaanisten ominaisuuksien heikkeneminen iän myötä.

Kirjallisuutta

• Ball, Philip: Mittojen mukaan: 2000-luvun materiaalit. (Made to Measure: New Materials for the 21st Century, 1997.) Suomentanut Kimmo Pietiläinen. Helsinki: Terra cognita, 1998. ISBN 952-5202-13-5.