دانلود تحقیق مهندسی و علم مواد

مهندسی و علم مواد دکتر مهران صولتی هشجین عضو هیأت علمی پژوهشگاه مواد و انرژی در دو دهه ‌ گذشته، جهان شاهد پیدایش تقریباً همزمان سه فنآوری عمده بوده است.

این سه فنآوری از جهت تقسیم بین‌المللی کار، سرمایه‌گذاری خارجی، امکانات تحقیق و توسعه، اتحاد راهبردی بین‌شرکتها، الگوهای داد و ستد منطقه‌ای و فرامنطقه‌ای و اشغال پیامدهای گسترده‌ای دارند.

در حال حاضر درباره ‌ فنآوری اطلاعات و فنآوری زیستی بسیار گفت و گو می‌شود، اما انقلابی که به طور همزمان در رشته ‌ مواد صورت گرفته، کمتر شناخته شده است.

با ورود به قرن بیست‌و یکم، مواد جدید و پیشرفته خواه ناخواه به عناصر قطعی و تعیین کننده‌ای در رقابت بین‌شرکتها و صنایع کشورها در بازار جهانی تبدیل شده‌اند.

از این مواد، اکنون برای حل مسائل حاد در زمینه‌های انرژی، حمل و نقل، محیط زیست و پزشکی کمک گرفته می‌شود.

اکنون تقریباً همگان پذیرفته اند که ادامه ‌ توسعه ‌ صنایع پیشرو، نظیر کامپیوتر و ارتباطات، هوا- فضا، حمل و نقل زمینی، تحقیقات در ژرفای اقانوسها، بسته‌بندی و ساختمان تقریباً به طور کامل در گرو راه‌حلهایی است که ضمن ارائه ‌ عملکردهای فنی مورد نظر، از نظر محیط زیست نیز مطلوب باشد.

به نظر می‌رسد که این راه حلها فقط از طریق پیشرفتهای مهندسی و علم مواد امکان‌پذیر باشد.

در این مقاله، به طور خلاصه به مهم ترین تحولات مهندسی وعلم مواد و تأثیر حضور مواد پیشرفته بر فنآوری‌های جدید اشاره شده است.

واژگان کلیدی: علم مواد، مهندسی، فنآوری، مواد پیشرفته مقدمه: در حال حاضر، دانشمندان، پژوهشگران و مهندسان علم مواد به آن پایه از شناخت مبانی مواد پیشرفته دست یافته اند که قادرند زیر ساختارهای اتمی و مولکولی ماده، روشهای فرآوری و ساخت مواد جدید و خواص و کاربردهای نهایی آنها را به دلخواه خود کنترل کنند.

این بدان معنی است که به جز اصلاح ویژگیهای مواد سنتی موجود و بهبود عملکرد‌های آنها، می‌توان مواد جدیدی خلق کرد که با ارائه ‌ خواص متفاوت و نوظهور بتوانند پاسخگوی شرایط کاری جدید و دشوار باشند.برای نیل به این هدف، پژوهشگران می‌توانند کار را از مجموعه ‌ ویژگیهای مورد نظر شروع کنند و مسیر معکوسی را تا طراحی و ساخت ماده مناسب دنبال کنند.

در عین‌حال این امکان نیز وجود دارد که براساس شناخت بنیادین ویژگیهای ماده در مقیاس اتمی و بلوری، مواد کاملاً جدید باخصوصیات و کاربردهای بالفوه نامحدود ساخته شود.این شناخت روز افزون، حوزه‌های جدیدی از تحقیق و نوآوری را ایجاد کرده است که به نوبه خود موجب پیشرفتهای حیرت‌آور در زمینه‌های پزشکی، داروسازی، کشاورزی، معدن، مهندسی ژنتیک، انرژی و محیط زیست شده است.

منشأ تاریخی انقلاب علم مواد آگاهی و دانشی که در نتیجه ‌فیزیک کوانتوم در سالهای اولیه ‌ قرن بیستم به دست آ‚د، تا حد زیادی شناخت دانشمندان را از ارتباط بین ساختار وخواص مواد افزایش داد.

در دهه های بعد، از تلفیق آگاهیهای علمی و تکنیکهای جدید، روشهای مؤثرتری برای تجزیه، سنتز و فرآوری مواد فراهم آمد و بدین‌ترتیب مواد، پیشرفته وارد رشته های مختلف علم و فنآوری از جمله انرژی هسته‌ای، الکترونیک و هوا- فضا شد.

در حال حاضر، دانشمندان، پژوهشگران و مهندسان علم مواد به آن پایه از شناخت مبانی مواد پیشرفته دست یافته اند که قادرند زیر ساختارهای اتمی و مولکووووولی ماده، روشهای فرآوری و ساخت مواد جدید و خواص و کاربرد‌های نهایی آنها را به دلخواه خود کنترل کنند.

در دهه‌های پایانی قرن بیستم، امکان بهره‌گیری کامل‌تر ازدانش‌کوانتوم حاصل شد.

از آغاز دهه ‌1980 ساخت ابزارهای قدرتمند جدید مانند میکروسکوپ الکترونی روبشی تونلری ( Scanning Tunneling Electron Microscope ) به پژوهشگران این امکان را داده است که دید عمیق‌تری نسبت به ساختار الکترونی و اتمی و مولکولی ماده پیدا کنند.

بعلاوه، افزایش ظرفیت و قدرت رایانه‌ها و استفاده از ابر رایانه‌های ( Super Computers ) دارای سرعتهای پردازش فوق‌العاده‌ زیاد، این امکان را فراهم آورده است که برای رفتارهای فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی مواد ساده و کامپیوزیت، الگوها و مدلهای ریاضی طراحی کنند.

پژوهشگران رشته مواد با تلفیق ابزارهای رایانه‌ای پیشرفته، الگوهای ریاضی و روشهای تجربی توانسته‌اند ویژگی‌های کمی ریز‌ساختار مواد را تعیین، ساختار آن را پس از فرآوری تعریف و رابطه آن را با خواص نهایی به دست آمده بیان کنند.

برای بسط توصیف رفتار مواد در سطح الکترونها و اتمها، از ادغام قوانین کوانتوم و روشهای آماری استفاده می‌شود و از نتایج حاصل، برای طراحی و ساخت مواد بهره‌برداری می گردد.

اما همه ‌ اینها هنوز در مراحل ابتدایی هستند و به نظر می‌رسد که تا بلوغ کامل این علم راهی طولانی در پیش باشد.

علم مواد و مهندسی نوین علم مواد، رشته‌ای است که سعی دارد به کمک تحقیقات آزمایشگاهی، مهندسی عملی و تجربه تولید صنعتی، نگرشی جامع از ماده به دست دهد.

ریشه‌های این علم در فیزیک ماده ‌گال، شیمی حالت جامد و شیمی ترکیبات است.

مسئله اصلی، درک برهم کنشها و روابط بین ساختار، خواص و کاربرد مواد مودر نظر و نیز تعیین مناسب ترین روشهای سنتز و فرآوری آنهاست.

این نگرش، درمورد همه یابخشی از مواد، هم مفید است و هم اجتناب ناپذیر، بنابراین، نگرش جدید، روشهای تجربی، صنعتی قدیمی را روز به روز بیشتر منسوخ می‌سازد و جایگزین آنها می‌شود.

اصلاح مواد موجود و ایجاد مواد جدید باتکیه بر روشها و ابزارهای مهندسی و علم مواد انجام می شود که خود بر علوم محض و شالوده جامعی از روابط تجربی و نیمه‌تجربی تکیه دارد.

باتوجه به تأثیر و نفوذ مهندسی و علم مواد، می توان گفت که مواد موجود روز به روز بیشتر به ً مواد جدید ً تبدیل می‌شوند.

در چند دهه گذشته تتحقیقات بنیادی و کاربردی در علم مواد، تواناییهای بسیاری برای شناسایی و ساخت مواد ایجاد کرد که تا قبل ازآن غیر قابل تصور بود.

این توانایی رشد یابنده و روز افزون برای شناخت و کنترل ساختار و خواص ماده، درکانون انقلاب مواد جا دارد.

بهبودهای چشمگیری که در خواص و فنآوری ساخت سرامیکهای پیشرفته، پلیمرهای سنتزی، فلزات بهبود یافته و کامپیوزیت این مواد حاصل آمده از نتایج این انقلاب است.

گرچه دهه‌های 1960 و 1970 شاهد معرفی مواد جدید و مهمی بود که به نوعی می شد آنها را ً پیشرفته ً تلقی کرد، اما از دهه ‌ 1980 به بعد بودکه در شیوه توسعه ‌ مواد و بهره گیری از آنها تغییرات گسترده و تعیین کننده رخ داد.

گرچه دهه‌های 1960 و 1970 شاهد معرفی مواد جدید و مهمی بود که به نوعی می شد آنها را ً پیشرفته ً تلقی کرد، اما از دهه‌ 1980 به بعد بودکه در شیوه توسعه‌ مواد و بهره گیری از آنها تغییرات گسترده و تعیین کننده رخ داد.

علم میان رشته‌ای ضرورت بررسی جنبه‌های گوناگون ساختار و روشهای فرآوری مواد، باعث ادغام رشته‌ها و شاخه‌های تخصصی مختلف و برهم کنش آنها شده است.

اکنون علم مواد بک علم میان رشته‌ای است که زمینه‌هایی چون فیزیک حالت جامد، شیمی، متالوژی، سرامیک، کامپیوزیت، ریاضی، کامپیوتر و … را در بر می‌گیرد.

در واقع دیگر کشیدن مرزهای غیر‌قابل انعطاف بین این رشته‌ها نه ممکن است نه صحیح.

گرایش علم‌نوین مواد به بررسی اجزای اصلی تشکیل دهنده همه‌ مواد- صرف‌نظر از منشأ آنها- باعث شده است که به همه‌ رشته‌ها به طور همزمان توجه شود .

نیروی محرکه عظمی به علم شمی داده است.

کشفهای جدید در فیزیک و بیولوژی، رشته‌های مربوط به شیمی را گسترش داده‌اند.

درحال حاضر، کامپیوترها به کمک بیوتکنولوژی آمده‌اندتا با ایجاد ً بیوانفورماتیک ً چهره‌ پژوهش در عرصه های داروسازی و فناوری زیستی را دگرگون کنند.

اکنون کاملاً روشن است که ماهیت و پیچیدگی مسائل مربوط به سنتز وفرآوری مواد، کار گروهی و مشترک با افراد متخصص رشته‌های مختلف را ایجاب می‌کند.

بنابراین، طراحی و ساخت مواد در سطح شرکت، صنعت، دانشگاه و آزمایشگاه- و در نتیجه در سطح اقتصادی – نقشی پراهمیت و ضرورتاً ماهیتی بین‌المللی پیدا می‌کند.

اهمیت فرآوری و سنتز مواد دانشمندان و محققان رشته مواد، در همه‌گرایشها و تتخصصها، درگیر مرحله توسعه‌ فرآوری و ساخت مواد پیشرفته شده‌اند.

بعلاوه، مهندسان مواد باید، آشنایی کاملی با جنبه‌های علمی و نظری طراحی و مدلسازی مواد داشته باشند.

این امر، موجب نزدیکی و یکپارچگی دو موضوع علم مواد و مهندسی مواد، از جهت جنبه‌های کاربردی و محض شده است و ضرورتاً باید این رشته را اکنون به عنوان یک کل منسجم درنظر گرفت.

درعین‌حال، یکپارچگی سبب ایجاد باز خوردهای مفید و علم مواد، رشته‌ای است که سعی دارد به کمک تحقیقات آزمایشگاهی، مهندسی عملی و تجربه‌ تولید صنعتی، نگرشی جامع از ماده به دست دهد.

غنی سازی متقابل دانش علمی و مسئله‌مهندسی فرآوری مواد شده است، به شکلی که کنترل ساختار را افزایش داده و عملکرد، قابلیت اطمینان و قابلیت باز تولید با هزینه پایین را بهبود بخشیده است.

تزریق علم به فرآینده‌های ساخت، فنآوریهای تولید جدید و متعددی را به وجود آورده است که بدون آنها ساخت مواد جدید به صورت معما باقی می‌ماند و مواد موجود نمی‌توانستند پذیرای اطلاحات جدیدی باشدکه اخیراً صورت گرفته است.

اصلاح خواص مواد موجود یا ساخت مواد کاملاً جدید بدون پیدا کردن فناوریهای لازم برای فرآوری و تجهیزات و ماشین‌آلات ضروری برای ساخت اجزاء و شکلها در نظامهای مهندسی پیچیده، تقریباً بی‌فایده است.

در ماد فلزی، شناخت ودانش مهندسی وعلم مواد، منجر به بهبود چشمگیر خواص مواد، افزایش کارایی، منجر به بهبود چشمگیر خواص مواد، افزایش کارایی، کاهش هزینه‌ها و فرآوری نسل جدیدی از فلزات دارای عملکرد بالا و کامپیوزیتهای زمینه فلزی، شده است.

روشهای جدید فرآوری ، نظیر انجماد سریع و قالب گیری تزریقی فلزی، منجر به اصلاحات عظیمی درکارایی فلزها شده‌اند.

در عین حال، آلیاژهای مختلف فولاد دارای استحکام بالا، کامپیوزیتهای زمینه فلزی و مواد لایه‌ای موجب اصلاحات قابل توجهی درکارایی ، هزینه‌ و قابلیت ساخت شده‌اند.

تحولاتی که در سالهای اخیر در عرصه فولاد به وقوع پیوسته است، نتیجه پیشرفت دانش در زمینه مهندسی و علم مواد بوده است.

اکنون می‌توان، بنابه سفارش، طیف گسترده‌ای از فولادهای پیشرفته دارای استحکام زیاد، مقاوم در برابر خوردگی با ریز ساختار و وضعیت شیمیایی کاملاً قابل کنترل، برای کاربرد در اتومبیل.

سازه‌های مبتنی بر فناوری برتر و تحقیقات درعمق دریاها ساخت.

موقعیتهای به دست آمده درزمینه‌ روشهخای طراحی و فرآوری فولاد که به ساخت فولاد دارای استحکام بیشتر، فولادهای کم‌آلیاژ، فولادهای سخت شده، فولاد فوق تمیز و فولاد روکش دار پیشرفته منجرشده است، مهندسان را قادر می‌سازد تا کارایی، سبکی، راحتی، هزینه عملکرد، خودکارسازی تولید و انعطاف پذیری و قابلیت بازیافت در طراحی و تولید اتومبیل را بهبود بخشند.

تقریباً نیمی از قولادهای جدیدی که اکنون در ساخت اتومبیل مورد استقاده قرار می‌گیرد، پانزده سال پیش وجود نداشت.

نسل جدید فنآوریهای پوشش دادن چند‌لایه‌ای، به محققان و مهنندسیان امکان داده است برای حفاظت از سطح بدنه اتومبیلها از فولاد مقاوم به خوردگی و روکش‌ فلزی بود، اما در اواسط دهه‌1990 بین 60 تا 100 درصد اتومبیلهای جدید ساخت اروپا، امریکا و ژاپن از این ماده استفاده کردند.

سنتز مواد کاملاً جدید و اصلاح مواد سنتی مثل پلاستیک، رزین مصنوعی، فیبر، غشاء، شیشه‌ خالص، سرامیکهای الکترونیکی و سازه ای ، کامپیوزینهای زمینه فلزی و پلیمری، آلیاژهای پیشرفته‌ آلومینیوم و فولاد، ساخت فرآورده‌های مورد نیاز فناوریهای پیشرفته را برای نسل جدید موتورهای جت و ساختارهای هواپیما، اتومبیل، رباتها، تلویزیونهای رنگی، دستگاههای ویدیو و غیره ممکن ساخته‌اند، گرایش صنایع جدید به فناوری برتر و پیچیدگی بیشتر، شرایط و مقتضیات تکنیکی و عملکرد بیشتری را بر مواد تحمیل می‌کند و بدین‌وسیله توسعه مواد پیشرفته‌ جدید ودارای خصوصیات و خواص ترکیبی و اصلاح مواد سنتی را ، در سطحی که حتی یک دهه قبل قابل تصور نبود، تسریع می کند.

سنتز امروزه، مفهوم سنتز در مهندسی و علم مواد دارای یک زیر بنای علمی قوی است و با فرآوری و تولید مواد مرتبط می‌باشد.

نه تنها انتخاب واکنشهای سنتزی ( ترکیبی یا مصنوعی ) بر راههای فرآوری بعدی تأثیر می گذارد، بلکه فناوری‌های جدید تولید نیز مستلزم یکی کردن مراحل سنتز وفرآوری و تبدیل آن به یک فرآیند همزمان است.

بنابراین، مفاهیم، سنتز مواد، فرآوری، ساخت وتولید در پاسخ به نیازهای فزاینده مهندسی و علم مواد به تکامل فنآؤری‌های جدید تولید، وتهیه‌ مواد تحقیقاتی خالص برای مقاصد نظامی و صنعتی ، منجر می شود.

این امر در هیچ حوزه‌ای بیشتر از سرامیکهای سازه‌ای پیشرفته، کامپیوزیتتها و ابر رساناهای درجه حرارت بالا مشهود نیست.

مسئله مهم‌تر اینکه معلوم شده توانایی تکنولوژیک فرآوری ساخت مواد مهم‌ترین عنصر در رقابت بین‌المللی ساختارهای صنعتی ملی و شاخه‌های صنعتی درگیر در فعالیتهای سنتی و فنآوریهای برتر است.

تعریف مواد پیشرفته اداره‌ معادن ایالات متحده‌ آمریکا در کتاب سال 1992 خودبر چهار فناوری اصلی که بخش اعظم صنایع مواد پیشرفته این کشور را تشکیل می‌دهد، یعنی سرامیکهای اکنون علم مواد یک علم میان رشته‌ای است که زمینه‌هلایی چون فیزیک حالت جامد، شیمی، متالوژی، سرامیک، کامپیوزیت، ریاضی، کامپیوتر و … را در بر می‌گیرد.

در واقع دیگر کشیدن مرزهای غیر قابل انعطاف بین این رشته‌ها نه ممکن است نه صحیح پیشرفته‌، کامپیوزیتهای پلیمری پیشرفته، کامپیوزیتهای زمینه فلزی و کامپیوزیتهای کربن- کربن تأکید می‌کند.

مواد پیشرفته چنین تعریف می‌شوند: پلیمرها، فلزات و سرامیکهایی که به صورت ترکیب بین ماده‌ای، آلیاژ یا کامپیوزیت ساخته می‌شوند.

سازه‌هایی که بدین‌ترتیب تولید می‌شوند در مقایسه با مواد قدیمی از نسبتهای استحکام به چگالی بالاتر، مقاومت بیشتر در برابر گرما و همچنین ویژگیهای حرارتی، الکتریکی، نوری برتر برخوردارند.

مواد پیشرفته که مبنای بسیاری از فناوریهای نوظهتور امروزی را تشکیل می دهند، از جهت صرفه‌جویی در مصرف انرژی، کارایی بهتر با هزینه قابل قبول، وابستگی کمتر به وارد کردن مواد معدنی مهم و راهبردی بر مواد سنتی برتری دارند.

فلزات پیشرفته در پژوهشهای مربوط به مواد پیشرفته، فلزات و آلیاژهای پیشرفته دارای کارایی بالا، از اولویت بالایی برخوردارند.

این مواد در بسیاری از کاربردهای حساس هوا- فضا، مثل هواپیماهای نظامی، هواپیماهای مسافربری و باربری زیر صوتی و فراصوتی، سیستمهای فضایی و ساختارهای استراتژیک دفاع فضایی، جایگاه ویژه‌ای دارند.

فلزات و آلیاژهای پیشرفته، به دلیل قیمت بالا، به جز بازارهای مربوط به صنایع هوا- فضا هنوز چندان وارد تجارت بین‌المللی نشده‌اند، اما بسیاری از شرکتهای ژاپنی هم اکنون از مواد جدید و متنوع‌تر، از جمله آلیاژها و فلزات جدید استفاه می کنند.

بعضی از شرکتهای ژاپنی درگیر ساخت کامپیوزیتهای زمینه فلزی برای کاربردهای تجاری، غیر از صنایع هوا- فضا، هستندکه به مصارف ورزشی و تجهیزات و قطعات موتوری مربوط می شوند.

اکنون ژاپن و اروپا موقعیت مستحکم ایالات متحده امریکا درعرصه‌ فلزات پیشرفته، به ویژه آلیاژهای آلومینیونم – لیتیوم کامپیوزیتهای زمینه فلزی ومواد بین فلزی را به مبارزه می‌طلبند، چالش اروپا متوجه تخصص در عرصه صنایع هوا- فضاست؛ در حالی که ژاپنی‌ها تواناییهای عظیم آمریکا در تولید فولاد را به مبارزه می‌طلبند.

فعالیت شرکتهای آمریکایی در این زمینه، تحت کنترل بازار صنایع دفاعی و هوا- فضا است.

با توجه به اهمیت فلزات و آلیاژهای پیشرفته به عنوان عامل مهمی در تقویت فناوری، هر کشور یاهر منطقه‌ای که می‌خواهد در صنایع هوا- فضا حضور چشمگیر داشته باشد و چنین موقعیتی را حفظ کند( مثلاً جمهوری کره، ژاپن، اروپا و برزیل) باید تواناییهای قابل توجهی در طیفی از فناوریهای فلزات پیشرفته داشته باشد.

برعکس، اگر ایالات متحده می‌خواهد رهبری خود را در صنایع هوا- فضا حفظ کند، باید تواناییهای خود را در زمینه فلزات پیشرفته تقویت نماید.

سرامیکهای پیشرفته سرامیکهای پیشرفته موادی هستند که از اکسیدها، نیتریدها، کاربیدها، سیلسیدها، بوریدها و … به دست می‌آیند وعموماً در دمای بالا فرآوری شده و استحکام پیدا می‌کنند.

این نوع مواد پیشرفته غیر آلی و غیر فلزی در ده پانزده سال گذشته در پاسخ به نیازهای صنایع دارای فناوری برتر ساخته شده‌اند.

مواد سرامیکی پیشرفته به نحو فزاینده‌ای در الیاف نوری، ماده اصلی لایه‌های الکترونیکی و مداری کامپیوترها، مواد الکترونیکی فعال و غیر فعال جدید، بعضی قطعات خودرو مثل غلاف داخل پیستون، ابزار برش، توربینهای گازی پیشرفته، موتور هواپیمای جت و بدن انسان مورد استفاده قرار می‌گیرند.

درحال حاضر، مواد پیشرفته که مبنای بسیاری از فناوریهای نوظهور امروزی را تشکیل می‌دهند از جهت صرفه‌جویی در مصرف انرژی، کارایی بهتر با هزینه‌قابل قبول، وابستگی کمتر به وارد کردن مواد معدنی مهم و راهبردی بر مواد سنتی برتری دارند.

فعالیتهای پژوهشی گسترده‌ای برای شناخت بهتر مبانی سنتز و فرآوری سرامیکها در جریان است و چشم انداز آینده‌ بسیار نوید بخش است.

رواج مواد سرامیکی پیشرفته در آینده مستلزم کاهش هزینه تهیه مواد اولیه، خود‌کار سازی بیشتر فرآیندهای ساخت، کاهش میزان محصول برگشتی و کاهش هزینه های صیقل کاری و پرداخت وتوسعه‌ فناوری‌های جدید تولید است.

در حال حاضر، بازارهای اصلی سرامیکهای پیشرفته به کالاهای الکترونیکی مربوط می‌شود، درحالی که کاربردهای سازه‌ای هنوز انتظارات قبلی را برآورد نکرده است.

تولید جهانی سرامیکهای الکترونیکی در سال 1992 ، 428 میلیون کیلوگرم بود، در حالی که میزان تولید پوشش سرامیکی 125 میلیون و سرامیک سازه‌ای 29 میلیون کیلوگرم بود.

بنا به اعلام اداره‌ معادن آمریکا، میانگین رشد سالانه بازده‌ جهانی سرامیک الکترونیکی برای سال 2002 معادل 6/4 درصد، برای پوشش سرامیکی 7/1 درصد و برای سرامیکهای ساختمانی 8/3 درصد بوده است.

پلیمرهای پیشرفته طراحی ساختارهای مولکولی پلیمرها و ریز ساختار‌های دقیقاً کنترل شده و رسیدن به خواص مورد نظر، مستلزم توسعه‌ فناوری‌های جدید تولید است.

روشهای شیمیایی نه تنتها موجب توسعه‌ بیشتر پیلیمرهای مصنوعی، پلاستیک‌های پیشرفته، رزینهای مصنوعوی، غشاء و الیاف می‌شوند، بلکه در توسعه آلیاژهای پلیمری که مواد کاملاً جدیدی باخواص جدید به دست می دهند، موثر است.

از آنجا که ترکیب پلیمرهای مختلف خواص جدیدی ایجاد می‌کند، امکانات کاملاً جدیدی نیز فراهم می شود، از جمله آلیاژ سازی با پلیمرها که قبلاً خاص متالوژی بود.

یکی دیگر از حوزه‌های اصلی تحقیق در زمینه پلیمرهای دارای کارایی بالا، تحقیق برای پاسخگویی به نیازهای صنایع خودروسازی، صنایع هوا- فضا و صنایع الکتریکی و الکترونیکی است.

مخلوط کردن یک ماده‌ زمینه با یک ماده تقویت کننده معین خواصی را برای کامپیوزیت به دست آمده می بخشد که هیچ کدام از اجزای تشکیل دهنده آن به تنهایی از آن ویژگیها برخوردار نیستند.

کامپیوزیتهای پیشرفته در مورد مواد کامپوزیتی ( ترکیبی) پیشرفته دو نکته اصلی وجود دارد: نکته اول اینکه وقتی مواد بسیط نمی‌توانند پاسخگوی شرایط عملکردی حاد و خاص باشند، طبیعی ترین گزینه، روی آوردن به مواد به شکلی است که پاسخگوی نیازهای خاص، توزیع فشار، حرارت و سایر شرایط استفاده باشد.

این مواد در آینده به اصلی‌ترین مواد سازه‌ای تبدیل شده و در بسیاری از کاربردها جای مواد بسیط فعلی را خواهند گرفت.

فناوریهای جدید، برای دستیابی به موادی با مجموعه ای از خواص که هیچ ماده ای به تنهایی ندارد، شرایط سخت‌تر و بیشتری را تحمیل می‌کنند.

مخلوط کردن یک ماده‌ زمینه با یک ماده‌ تقویت کننده‌ معین، خواصی را به کامپیوزیت به دست آمده می‌بخشد که هیچ کدام از اجزای تشکیل دهنده آن به تنهایی از آن ویژگیها برخوردار نیستند.

عامل تعیین کننده در انتخاب مواد زمینه، حرارتی است که ماده مورد نظر در معرض آن قرار می‌گیرد.

زمینه‌های پلیمری از پلاستیکهای ترموست غیر قابل ذوب یا اندودهای پلاستیکی ساخته شده ازیک ماده ترموست تشکیل می‌شود.

بدیهی است زمینه‌ای که انتخاب می‌شود چگونگی فرایند ساخت ماده را تعیین می‌کند.این فرایند برای کامپیوزیتهای دارای زمینه پلیمری بیش از حد طولانی است.

الیاف درشکل رشته یا دسته با رزین مصنوعی آغشته و سپس به‌وسیله دست یا باروی هم قرار در سالهای اخیر دراین باره که درعصر اطلاعات زندگی می‌کنیم مطالب زیادی گفته و شنیده شده است، اما انقلاب اطلاعات که شامل رایانه و فناوریهای کامپیوتر و ارتباطات و نظامهای چندرسانه‌ای است از انقلاب مواد جدا نیست.

دادن اتوماتیک چندین لایه، به صورت یک ساختار لایه‌ای در می‌آید.

اگر رزین مورد استفاده از نوع ترموست باشد، باید طی فرآیند پرهزینه‌ اتوکلاو پخته شود، که معمولاً در جریان این فرایند، ماده چندین ساعت در درجه حرارت بالا قرار می‌گیرد.

کامپیوزیتهای زمینه پلیمری وزن کمی دارند و در مقابل فشار مقاوم اند.

به همین دلیل، در صنایع هواپیماسازی، اتو مبیل‌سازی و سایر سازه‌های متحرک زیاد استفاده می شوند، اما در درجه حرارتهای بالا می‌سوزند.

همچنین، قبل از اینکه8 بتوان آنها را به صورت تجربی و انبوه تولیدکرد، باید هزینه‌ تولید را پایین آورد و روشهای ساخت را اصلااح کرد.

بنا به گزارش انجمن صنایع هوا- فضا در ایالات متحده امریکا، درسال 1989 فروش جهانی کامپیوزیتهای زمینه پلیمری به 4 میلیارد دلار امریکا، فروش سالانه‌ صنایع کامپیوزیتهای پیشرفته را برای سال 2000 حدود 20 میلیارد دلار برآورد کرده است.

چنین موادی برای کاربردهای هوا- فضا اهمیت زیادی دارند، اما به تدریج در بخش صنایع هواپیمایی کشوری و احتمالاً صنایع اتومبیل سازی هم حائز اهمیت بیشتری خواهند شد.

اداره معادن امریکا، میانگین آهنگ رشد سالانه کامپیوزیتهای زمینه پلیمری در سال 2002 را در سطح جهانی بیش از 1/6 درصد اعلام کرده است.

وقتی درجه حرارت کار آن‌قدر بالا باشد که کامپیوزیتهای زمینه پلیمری را تجربیه کند، کامپیوزیتهای زمینه‌ فلزی مورد توجه قرار می‌گیرند، اما فلزات در مقایسه با پلیمرها، چگالی بالاتری دارند( و بنابراین آلومینیوم، منیزیم و تیتانیم، یعنی ً فلزات سبک ً بیشتر به عنوان ماتریس مورد استفاده قرار می‌گیرند) وتولید آنها دشوارتر است.

زمینه‌ آلومینیومی تقویت شده با ذرات، الیاف یا پلاکتهای کاربید سیلیسیم و زمینه آلومینومی تقویت شده با الیاف نیمه پیوسته آلومینایی، از جمله کامپیوزیتهای زمینه فلزی هستند که بسیار نوید بخش ظاهر شده‌اند.

کامپیوزیتهای زمینه فلزی با مشکلات متعددی روبه رو هستند.

استفاده از مواد اولیه پرهزینه و فناوری پیچیده فرآوری، در مقایسه با مواد کلاسیک.

منجربه هزینه‌های بالاتر می‌شود.

بعلاوه، احتمال دارد اتصال تقویت شده‌ زمینه بعد از تکرار چرخه‌های حرارتی از بین برود و سطح اتصال در نتیجه‌ فعل و انفعال بین ماتریس فلزی و ماده تقویت کننده‌ آن تجزیه و خراب شود.

در اینجا هم اصلاح فناوریهای فرآوری برای اشاعه‌ بیشتر کامپیوزیتهای زمینه‌ فلزی در آینده نقش مهمی دارد.

پیش بینی می‌شود داد وستد جهانی کامپیوزیتهای زمینه فلزی که عمدتاً در صنایع اتومبیل سازی کاربرد دارد، رشد متوسط سالانه‌ای معادل 3/9 درصد داشته باشد.

درمواردی که لازم است زمینه، به عنوان یک تقویت کننده، ضد‌گرما، سبک وزن و سخت و مستحکم باشد، از سرامیک استفاده می‌شود.

برخلاف کامپوزیتهای دارای زمینه فلزی یا پلیمری که الیاف آنها برای تأمین استحکام مورد استفاده قرار می‌‌‌گیرند.

کامپیوزیتهای دارای زمینه فلزی یا پلیمری که الیاف آنها برای تأمین استحکام مورد استفاده قرار می‌گیرند، کامپوزیتهای زمینه‌ سرامیکی، الیافی دارند که مانع از بروز ترک شده و بدین‌ وسیله، کامپوزیت را مستحکم می سازد؛ چون خود زمینه سرامیکی نیز سخت و قوی است.

در دو دهه‌ گذشته، جهان شاهد پیدایش تقریباً همزمان سه فنآوری عمده بوده است.

در حال حاضر درباره‌ فنآوری اطلاعات و فنآوری زیستی بسیار گفت و گو می‌شود، اما انقلابی که به طور همزمان در رشته‌ مواد صورت گرفته، کمتر شناخته شده است.

اکنون تقریباً همگان پذیرفته اند که ادامه‌ توسعه‌ صنایع پیشرو، نظیر کامپیوتر و ارتباطات، هوا- فضا، حمل و نقل زمینی، تحقیقات در ژرفای اقانوسها، بسته‌بندی و ساختمان تقریباً به طور کامل در گرو راه‌حلهایی است که ضمن ارائه‌ عملکردهای فنی مورد نظر، از نظر محیط زیست نیز مطلوب باشد.