11/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

PTE 351PTE 351Engineering MetallurgyEngineering MetallurgyAsst.Prof.SantiratAsst.Prof.Santirat NansaarngNansaarngDepartment of Production Technology Education, KMUTTDepartment of Production Technology Education, KMUTT

Session 1 : Introduction to Engineering Metallurgy(Overview Engineering Materials)

22/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

PTE 351 Engineering MetallurgyPTE 351 Engineering Metallurgy

เวลาเรียนเวลาเรียน วนัอังคารวนัอังคาร เวลาเวลา 99..3030--1122..2020 นน..Office Hours : Office Hours : วันศุกรวันศุกร 9.309.30--16.2016.20 นน..หนังสือเรียนหนังสือเรียน :: Introduction to Physical Metallurgy, Sidney H. Introduction to Physical Metallurgy, Sidney H. AvnerAvner..

หนังสืออางอิงหนังสืออางอิงMaterial Science and Engineering An Introduction, William D. Material Science and Engineering An Introduction, William D. CallisterCallister, , JrJr. . Phase Transformation in Metals and Alloys,Phase Transformation in Metals and Alloys, David A. Porter., David A. Porter., Physical Metallurgy Principles, Robert E. ReedPhysical Metallurgy Principles, Robert E. Reed--HillHillCorrosion Engineering, Fontana.Corrosion Engineering, Fontana.

33/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Introduction to Engineering MaterialsIntroduction to Engineering MaterialsHistorical PerspectiveHistorical PerspectiveStone Stone →→ Bronze Bronze →→ Iron Iron →→ Advanced materialsAdvanced materials

What is Materials Science and Engineering ?What is Materials Science and Engineering ?Processing Processing →→ Structure Structure →→ Properties Properties →→ PerformancePerformance

Classification of MaterialsClassification of MaterialsMetallic, Ceramics & glasses, Polymers & Metallic, Ceramics & glasses, Polymers & ElastomersElastomers, Electronic , Electronic (semiconductors), Natural Material(semiconductors), Natural MaterialAdvanced MaterialsAdvanced MaterialsElectronic materials, superconductors, etc.Electronic materials, superconductors, etc.Modern Material's Needs, Material of FutureModern Material's Needs, Material of FutureBiodegradable materials, Biodegradable materials, NanomaterialsNanomaterials, , ““SmartSmart”” materialsmaterials

44/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วิวัฒนาการทางวัสดุวิวัฒนาการทางวัสดุ

การเริม่ตนพัฒนาวัสดุการเริม่ตนพัฒนาวัสดุ :: มนุษยไดเริ่มการสรางเครื่องมือมนุษยไดเริ่มการสรางเครื่องมือ เครื่องใชจากหินกอนเพื่อการลาสัตวเครื่องใชจากหินกอนเพื่อการลาสัตว และการปอนกันตัวเองและการปอนกันตัวเอง ซึ่งเรียกวายคุหินซึ่งเรียกวายคุหิน ( (Stone Age) Stone Age) ประมาณประมาณ 2 2 ลานปท่ีผานมาลานปท่ีผานมา :: วัสดธุรรมชาติวัสดธุรรมชาติ((Natural materials)Natural materials): stone, wood, clay, skins, : stone, wood, clay, skins, etc.etc.

55/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วิวัฒนาการทางวัสดุวิวัฒนาการทางวัสดุ -- ตอตอ

เมื่อยุคหินดําเนินมาเรื่อยเมื่อยุคหินดําเนินมาเรื่อย ๆๆ แตเมื่อประมาณแตเมื่อประมาณ 5000 5000 ปท่ีผานมาปท่ีผานมา ก็ก็ไดเกิดยุคใหมท่ีเรียกวาไดเกิดยุคใหมท่ีเรียกวา ยุคทองสํายุคทองสําริคริค(Bronze Age) (Bronze Age) ข้ึนในเอเชียข้ึนในเอเชียตะวันออกและเอเชียอาคเนยตะวันออกและเอเชียอาคเนย โดยที่บรอนซโดยที่บรอนซ((Bronze) Bronze) คือโลหะคือโลหะผสมระหวางทองแดงและผสมระหวางทองแดงและ << 25% 25% ของดีบุกและธาตุอ่ืนของดีบุกและธาตุอ่ืน ๆๆ: : BronzeBronze: : สามารถนํามาทําคอนสามารถนํามาทําคอน หรือการหลอเปนรูปรางอ่ืนหรือการหลอเปนรูปรางอ่ืน ๆๆ ไดงายและยังทําใหแข็งไดโดยการเติมธาตุผสมไดงายและยังทําใหแข็งไดโดยการเติมธาตุผสม และท่ีสําคัญทนและท่ีสําคัญทนการกดักรอนการกดักรอน

66/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วิวัฒนาการทางวัสดุวิวัฒนาการทางวัสดุ ((ตอตอ))ในยุคเหล็กในยุคเหล็ก((Iron Age) Iron Age) ไดเกิดขึ้นเมือ่ประมาณไดเกิดขึ้นเมือ่ประมาณ 3000 3000 ปที่ผานมาปที่ผานมา และและดําเนินมาถึงปจจบุันดําเนินมาถึงปจจบุัน การที่มนุษยนําเหล็กมาใชก็คือการที่มนุษยนําเหล็กมาใชก็คือ เหล็กมีความเหล็กมีความแข็งแรงแข็งแรง ราคาถูกราคาถูก และสามารถใชงานไดอยางกวางขวางและสามารถใชงานไดอยางกวางขวาง

ในยุควัสดุพิเศษในยุควัสดุพิเศษ ( (Age of Advanced materials)Age of Advanced materials) เปนยุคที่ตอมาจากยุคเปนยุคที่ตอมาจากยุคเหล็กเหล็ก โดยเปนยุคของการพฒันาวัสดุชนิดใหมโดยเปนยุคของการพฒันาวัสดุชนิดใหม เชนเชน :: ceramic, ceramic, semiconductors, polymers, composites semiconductors, polymers, composites โดยเปนการพัฒนาเพื่อใหไดโดยเปนการพัฒนาเพื่อใหไดวัสดุที่มีคณุภาพดีกวาเหล็กวัสดุที่มีคณุภาพดีกวาเหล็ก และใชงานไดกวางมากขึ้นและใชงานไดกวางมากขึ้น ซ่ึงอาศัยซ่ึงอาศัยความสมัพันธจากความสมัพันธจาก…… structure, properties, processing, andstructure, properties, processing, andperformance of materials.performance of materials. ในการออกแบบวัสดุชนิดใหมน้ีในการออกแบบวัสดุชนิดใหมน้ี

77/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วิวัฒนาการทางวัสดุวิวัฒนาการทางวัสดุ ((ตอตอ))

88/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

History of MaterialsHistory of Materials

99/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

1010/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วิวัฒนาการทางวัสดุวิวัฒนาการทางวัสดุ ((ตอตอ))A better understanding of A better understanding of structurestructure--compositioncomposition--properties relations has lead to properties relations has lead to a remarkable progress in a remarkable progress in properties of materials. properties of materials. Example is the dramatic Example is the dramatic progress in the strength to progress in the strength to density ratio of materials, that density ratio of materials, that resulted in a wide variety of resulted in a wide variety of new products, from dental new products, from dental materials to tennis racquets.materials to tennis racquets.

1111/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

What is Materials Science and Engineering ?What is Materials Science and Engineering ?

Processing

PropertiesStructureObservational

MaterialsOptimization Loop

1212/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Materials Science and EngineeringMaterials Science and EngineeringDefinition:Definition: Materials may be defined as substance of Materials may be defined as substance of which something is composed or madewhich something is composed or made

Material scienceMaterial science is primarily concerned with the search is primarily concerned with the search for basic knowledge about the internal structure, properties, for basic knowledge about the internal structure, properties, and processing of materialsand processing of materials

Material engineeringMaterial engineering is mainly concerned with the use is mainly concerned with the use of fundamental and applied knowledge of materials so that of fundamental and applied knowledge of materials so that the materials can be converted into products needed or the materials can be converted into products needed or desired by societydesired by society

1313/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Materials Knowledge SpectrumMaterials Knowledge Spectrum

1414/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Concept of Materials ScienceConcept of Materials Science

This diagram illustrates how materials science and engineering fThis diagram illustrates how materials science and engineering form a bridge of orm a bridge of knowledge from the basic sciences to the engineering disciplinesknowledge from the basic sciences to the engineering disciplines

1515/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Casting, Casting, moldingmolding

PROCESSESPROCESSESPowder method,Powder method,

machining machining ……

Metals, Metals, ceramics, glassesceramics, glassesMATERIALSMATERIALS

polymers,polymers,composites composites ……

Flat and dished, Flat and dished, sheetsheet

SHAPESSHAPESprismatic,prismatic,

33--DD

At each stage, decisions need toAt each stage, decisions need tomade about what to make it outmade about what to make it out(materials)(materials) and how to make itand how to make it(processing and shapes)(processing and shapes)

Concept of Materials ScienceConcept of Materials Science

1616/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Engineering MaterialsEngineering Materials

GFRPGFRPCFRPCFRP

CompositeCompositeKFRPKFRP

PlywoodPlywood

PE, PP, PCPE, PP, PCPA (Nylon)PA (Nylon)

Polymers,Polymers,elastomerselastomers

Butyl rubberButyl rubberNeopreneNeoprene

WoodsWoods

NaturalNaturalmaterialmaterial

Natural fibers :Natural fibers :Hemp, Flax, Hemp, Flax,

CottonCotton

Polymer foamsPolymer foamsMetal foamsMetal foams

FoamsFoamsCeramics foamsCeramics foams

Glass foamsGlass foams

AluminaAluminaSiSi--CarbideCarbide

Ceramics,Ceramics,glassesglassesSodaSoda--glassglass

PyrexPyrex

steels steels Cast ironCast ironAlAl--alloysalloys

MetalsMetalsCuCu--alloysalloysNiNi--alloysalloysTiTi--alloysalloys

1717/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

The metallurgical fieldThe metallurgical fieldProcess or extractive metallurgy : the science of obtaining metaProcess or extractive metallurgy : the science of obtaining metals ls from their ores, including mining, concentration, extraction, anfrom their ores, including mining, concentration, extraction, and d refining metals and alloys.refining metals and alloys.Physical metallurgy : the science concerned with the physical anPhysical metallurgy : the science concerned with the physical and d mechanical characteristics of metals and alloys. This field studmechanical characteristics of metals and alloys. This field studies the ies the properties of metals and alloys as affected by three variables ;properties of metals and alloys as affected by three variables ;

Chemical composition : the chemical constituents of alloyChemical composition : the chemical constituents of alloyMechanical treatment : any operation that causes a change in shaMechanical treatment : any operation that causes a change in shape such as pe such as rolling, drawing, stamping, forming, or machiningrolling, drawing, stamping, forming, or machiningThermal or heat treatment : the effect of temperature and rate Thermal or heat treatment : the effect of temperature and rate of heating and of heating and coolingcooling

1818/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Structures of MaterialsStructures of MaterialsSubatomic levelSubatomic level

Electronic structure of individual atoms that Electronic structure of individual atoms that defines interaction among atoms (defines interaction among atoms (interatomicinteratomicbonding).bonding).Atomic levelAtomic levelArrangement of atoms in materials (for the same Arrangement of atoms in materials (for the same atoms can have different properties, e.g. two atoms can have different properties, e.g. two forms of carbon: graphite and diamond)forms of carbon: graphite and diamond)

1919/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Structures of MaterialsStructures of MaterialsMicroscopic structureMicroscopic structureArrangement of small grains of Arrangement of small grains of material that can be identified by material that can be identified by microscopy.microscopy.Macroscopic structureMacroscopic structureStructural elements that may be Structural elements that may be viewed with the naked eye.viewed with the naked eye.

2020/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

LengthLength--scalesscalesAngstromAngstrom = 1= 1ÅÅ = 1/10,000,000,000 meter = 10= 1/10,000,000,000 meter = 10--10 m10 mNanometerNanometer = 10 nm = 1/1,000,000,000 meter = 10= 10 nm = 1/1,000,000,000 meter = 10--9 m9 mMicrometerMicrometer = 1= 1μμm = 1/1,000,000 meter = 10m = 1/1,000,000 meter = 10--6 m6 mMillimeterMillimeter = 1mm = 1/1,000 meter = 10= 1mm = 1/1,000 meter = 10--3 m3 mInteratomicInteratomic distance ~ a few distance ~ a few ÅÅA human hair is ~ 50 A human hair is ~ 50 μμmmElongated bumps that make up the data track on CD are Elongated bumps that make up the data track on CD are

~ 0.5 ~ 0.5 μμm wide, minimum 0.83 m wide, minimum 0.83 μμm long, and 125 nm highm long, and 125 nm high

คลิกเพือ่ดูลักษณะของขนาดคลิกเพือ่ดูลักษณะของขนาดคลิกเพือ่ดูลักษณะของขนาด

2121/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

สมบัตขิองวัสดุสมบัตขิองวัสดุ (Materials Properties)(Materials Properties)Mechanical propertiesMechanical properties –– response to mechanical forces, response to mechanical forces, strength, etc.strength, etc.Electrical and magnetic propertiesElectrical and magnetic properties -- response electrical and response electrical and magnetic fields, conductivity, etc.magnetic fields, conductivity, etc.Thermal propertiesThermal properties are related to transmission of heat and are related to transmission of heat and heat capacity.heat capacity.Optical propertiesOptical properties include to absorption, transmission and include to absorption, transmission and scattering of light.scattering of light.Chemical stabilityChemical stability in contact with the environment in contact with the environment --corrosion resistancecorrosion resistance

2222/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

ประเภทวัสดุประเภทวัสดุ ( (Types of MaterialsTypes of Materials))

Metals:Metals: valence electrons are detached from atoms, and valence electrons are detached from atoms, and spread in an 'electron sea' that "glues" the ions together. spread in an 'electron sea' that "glues" the ions together. Strong, ductile, conduct electricity and heat well, are shiny ifStrong, ductile, conduct electricity and heat well, are shiny ifpolished.polished.Semiconductors:Semiconductors: the bonding is the bonding is covalentcovalent (electrons are (electrons are shared between atoms). Their electrical properties depend shared between atoms). Their electrical properties depend strongly on minute proportions of contaminants. Examples: strongly on minute proportions of contaminants. Examples: Si, Si, GeGe, , GaAsGaAs..

2323/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

ประเภทวัสดุประเภทวัสดุ ( (Types of MaterialsTypes of Materials))Ceramics & glasses:Ceramics & glasses: atoms behave like either positive or negative atoms behave like either positive or negative ions, and are bound by Coulomb forces. They are usually ions, and are bound by Coulomb forces. They are usually combinations of metals or semiconductors with oxygen, nitrogen ocombinations of metals or semiconductors with oxygen, nitrogen or r carbon (oxides, nitrides, and carbides). Hard, brittle, insulatocarbon (oxides, nitrides, and carbides). Hard, brittle, insulators. rs. Examples: glass, porcelain.Examples: glass, porcelain.Polymers & Polymers & ElastomersElastomers:: are bound by covalent forces and also by are bound by covalent forces and also by weak van weak van derder Waals forces, and usually based on C and H. They Waals forces, and usually based on C and H. They decompose at moderate temperatures (100 decompose at moderate temperatures (100 –– 400 C), and are 400 C), and are lightweight. Examples: plastics rubber.lightweight. Examples: plastics rubber.

2424/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วัสดุโลหะวัสดุโลหะ ( (Metallic MaterialsMetallic Materials))Materials are inorganic substances that are composed of Materials are inorganic substances that are composed of one or more metallic elements and may also contain some one or more metallic elements and may also contain some nonmetallic elements.nonmetallic elements.

Examples of metallic materials : Fe, Cu ,Al, Ni and TiExamples of metallic materials : Fe, Cu ,Al, Ni and TiExamples of nonmetallic elements : C, N,OExamples of nonmetallic elements : C, N,O

MetalsMetals : good thermal and electrical conductors: good thermal and electrical conductorsrelative strong and ductile at room temprelative strong and ductile at room tempgood strengthgood strength

2525/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วัสดุโลหะวัสดุโลหะ ( (Metallic MaterialsMetallic Materials))

Metals and alloys are commonly divided into 2 Metals and alloys are commonly divided into 2 classesclasses

1.fer1.ferrous metals and alloys : contain a large percentage of Fe rous metals and alloys : contain a large percentage of Fe such as steels and cast ironssuch as steels and cast irons

2. 2. nonfernonferrous metals and alloys : do not contain Fe or contain rous metals and alloys : do not contain Fe or contain only a small amount Feonly a small amount Fe

Examples of nonferrous metals : Al, Cu, Zn, Ti, NiExamples of nonferrous metals : Al, Cu, Zn, Ti, Ni

2626/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วัสดุโลหะวัสดุโลหะ (Metallic Materials)(Metallic Materials)

2727/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วัสดุโลหะวัสดุโลหะ (Metallic Materials)(Metallic Materials)

Cutaway of PW 4000 112Cutaway of PW 4000 112--in gas turbine engine, shoeing fan in gas turbine engine, shoeing fan bypass sectionbypass section

2828/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วัสดุเซราวัสดุเซรามิกซมิกซ (Ceramic) Materials(Ceramic) MaterialsCeramic MaterialsCeramic Materials: materials consisting of : materials consisting of compounds of metals and nonmetals. Ceramic compounds of metals and nonmetals. Ceramic materials are usually hard and brittle. materials are usually hard and brittle.

ExamplesExamples are clay products, glass, pure aluminum are clay products, glass, pure aluminum oxide that has been compacted and oxide that has been compacted and densifieddensified

2929/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วัสดุเซราวัสดุเซรามิกซมิกซ (Ceramic) Materials(Ceramic) Materials

Examples of a newly developed generation of engineered ceramic mExamples of a newly developed generation of engineered ceramic materials for advanced engine applications. aterials for advanced engine applications. The black items include engine valves. Valve seat insert. The whThe black items include engine valves. Valve seat insert. The white item is a portite item is a port--manifold linermanifold liner

3030/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

เซราเซรามิกซมิกซและแกวและแกว (Ceramics& glasses)(Ceramics& glasses)

3131/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Polymeric (Plastic) MaterialsPolymeric (Plastic) MaterialsPolymeric (Plastic) Materials: Polymeric (Plastic) Materials: material consisting of material consisting of long molecular chains or networks of low weight long molecular chains or networks of low weight elements such as C, H, O, N. Most polymeric elements such as C, H, O, N. Most polymeric materials have low electrical conductive. materials have low electrical conductive.

ExamplesExamples are polyethylene and polyvinyl chloride are polyethylene and polyvinyl chloride (PVC)(PVC)

3232/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

โพลิโพลิเมอรเมอรและและอีลาสอีลาสโตโตเมอรเมอร (Polymers & (Polymers & ElastomersElastomers))

3333/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วัสดุผสมวัสดุผสม (Composite Materials)(Composite Materials)Composite MaterialsComposite Materials:: materials that are mixtures materials that are mixtures two or more materials. two or more materials.

Examples Examples are fiberglassare fiberglass--reinforcing material in reinforcing material in polyester or epoxy matrix.polyester or epoxy matrix.

3434/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วัสดุผสมวัสดุผสม (Composites Materials)(Composites Materials)Composite MaterialsComposite Materials: materials : materials that are mixtures two or more that are mixtures two or more materials. materials.

Examples are fiberglassExamples are fiberglass--reinforcing material reinforcing material in polyester or epoxy matrix.in polyester or epoxy matrix...

3535/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วัสดุอเิล็กทรอนิคสวัสดุอเิล็กทรอนิคส ((Electronics MaterialsElectronics Materials))

SemiconductorsSemiconductors

Electronic MaterialsElectronic Materials: materials used in electronics, especially : materials used in electronics, especially microelectronics.microelectronics.

Examples Examples are silicon and gallium arsenide.are silicon and gallium arsenide.

3636/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Examples of Computer CPUExamples of Computer CPU

Pentium 4 0.13umAlpha 21364 (EV7) 0.18um

AMD Opteron 0.13um

VIA Cyrix M1 0.65umHP PA-8000 0.5um

PowerPC7400 (G4)

3737/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Semiconductor of AMD CPUSemiconductor of AMD CPU

3838/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

วัสดุธรรมชาติวัสดุธรรมชาติ (Natural Materials)(Natural Materials)

3939/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Materials DevelopmentMaterials Development

4040/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

การเลือกใชวัสดุการเลือกใชวัสดุ ( (Materials Selection)Materials Selection)

(a) (b)force

4141/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

การเลือกใชวัสดุการเลือกใชวัสดุ ( (Materials Selection)Materials Selection)

4242/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

การเลือกใชวัสดุการเลือกใชวัสดุ ( (Materials Selection)Materials Selection)

4343/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Composition, Bonding, Crystal Structure Composition, Bonding, Crystal Structure and Microstructure DEFINE Materials Propertiesand Microstructure DEFINE Materials Properties

CompositionComposition

BondingBonding Crystal StructureCrystal Structure

ThermomechanicalThermomechanicalProcessingProcessing

MicrostructureMicrostructure

4444/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Application of materialsApplication of materials

4545/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Application of materialsApplication of materials

Overview of the wide variety of composite parts used in Air Force C-17 transport

Breakdown of weight percentages of major materials used in the average 1997 US. automobile

4646/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Materials CycleMaterials Cycle

4747/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Future Materials CharacteristicsFuture Materials CharacteristicsMiniaturization:Miniaturization: ““Nanostructures" materials, with Nanostructures" materials, with

microstructure that has length scales between 1 and microstructure that has length scales between 1 and 100 nanometers with unusual properties. Electronic 100 nanometers with unusual properties. Electronic components, materials for quantum computing.components, materials for quantum computing.Smart materials:Smart materials: airplane wings that deice airplane wings that deice

themselves, buildings that stabilize themselves in themselves, buildings that stabilize themselves in earthquakesearthquakes……

4848/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Future Materials CharacteristicsFuture Materials CharacteristicsEnvironmentEnvironment--friendly materials:friendly materials: biodegradable or biodegradable or

photodegradable plastics, advances in nuclear waste photodegradable plastics, advances in nuclear waste processing, etc.processing, etc.Learning from Nature:Learning from Nature: shells and biological hard shells and biological hard

tissue can be as strong as the most advanced tissue can be as strong as the most advanced laboratorylaboratory--produced ceramics, produced ceramics, molluscesmollusces produce produce biocompatible adhesives that we do not know how to biocompatible adhesives that we do not know how to reproducereproduce……

4949/49/49Copyright© 2006 by Asst.Prof.Santirat Nansaarng PTE351_SEM_1/2006

Future Materials CharacteristicsFuture Materials CharacteristicsMaterials for lightweight batteries with high storage Materials for lightweight batteries with high storage

densities, for turbine blades that can operate at densities, for turbine blades that can operate at 25002500°°C, roomC, room--temperature superconductors? temperature superconductors? chemical sensors (artificial nose) of extremely high chemical sensors (artificial nose) of extremely high sensitivity, cotton shirts that never require ironingsensitivity, cotton shirts that never require ironing……

Length and Time Scales from the point of view of Materials Modeling .

Mes

osco

pic

10-9

10-8

10-7

Leng

th S

cale

, met

ers

0.

1

103

106

109

Leng

th S

cale

, num

ber o

f ato

ms

1

027

10-1

210

-910

-7Ti

me

Scal

e, se

cond

s

1

Mic

rosc

opic

Mo Li, JHU, Atomistic model of a nanocrystalline

Dislocation Dynamics Nature, 12 February, 1998

Farid Abraham, IBMMD of crack propagation

Nan

osco

pic

Leonid Zhigilei, UVAPhase transformation on

diamond surfaces

Elizabeth Holm, Sandia

Intergranular fracture

Monte Carlo Potts model

Prog

ress

in a

tom

ic-le

vel u

nder

stan

ding

DNA~2 nm wide

Things Natural Things ManmadeTHE SCALE OF THINGS

10 nm

Cell membrane

ATP synthaseSchematic, central core

Cat~ 0.3 m

Dust mite300 μm

Monarch butterfly~ 0.1 m

MEMS (MicroElectroMechanical Systems) Devices10 -100 μm wide

Red blood cellsPollen grain

Fly ash~ 10-20 μm

Bee~ 15 mm

Atoms of siliconspacing ~tenths of nm

Head of a pin1-2 mm

Magnetic domains garnet film

11 μm wide stripes

Quantum corral of 48 iron atoms on copper surfacepositioned one at a time with an STM tip

Corral diameter 14 nm

Prog

ress

in m

inia

turiz

atio

n

Indium arsenidequantum dot

Quantum dot array --germanium dots on silicon

Microelectronics

Objects fashioned frommetals, ceramics, glasses, polymers ...

Human hair~ 50 μm wide

Biomotor using ATP

The

Mic

row

orld

0.1 nm

1 nanometer (nm)

0.01 μm10 nm

0.1 μm100 nm

1 micrometer (μm)

0.01 mm10 μm

0.1 mm100 μm

1 millimeter (mm)

0.01 m1 cm10 mm

0.1 m100 mm

1 meter (m)100 m

10-1 m

10-2 m

10-3 m

10-4 m

10-5 m

10-6 m

10-7 m

10-8 m

10-9 m

10-10 m

Visib

lesp

ectru

m

The

Nan

owor

ld

Self-assembled “mushroom”

The 2

1st c

entu

ry ch

allen

ge --

Fash

ion

mat

erial

s at t

he n

anos

cale

with

des

ired

prop

ertie

s and

func

tiona

lity

Red blood cellswith white cell

~ 2-5 μm

meter m 100 1 mcentimeter cm 10-2 0.01 mmillimeter mm 10-3 0.001 mmicrometer μm 10-6 0.000001 mnanometer nm 10-9 0.000000001 m

Chart from http://www.sc.doe.gov/production/bes/scale_of_things.html

หนังสืออิเล็กทรอนิกส

ฟสิกส 1(ภาคกลศาสตร( ฟสิกส 1 (ความรอน)

ฟสิกส 2 กลศาสตรเวกเตอร

โลหะวิทยาฟสิกส เอกสารคําสอนฟสิกส 1ฟสิกส 2 (บรรยาย( แกปญหาฟสิกสดวยภาษา c ฟสิกสพิศวง สอนฟสิกสผานทางอินเตอรเน็ต

ทดสอบออนไลน วีดีโอการเรียนการสอน หนาแรกในอดีต แผนใสการเรียนการสอน

เอกสารการสอน PDF กิจกรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร

แบบฝกหัดออนไลน สุดยอดสิ่งประดิษฐ

การทดลองเสมือน

บทความพิเศษ ตารางธาตุ)ไทย1) 2 (Eng)

พจนานุกรมฟสิกส ลับสมองกับปญหาฟสิกส

ธรรมชาติมหัศจรรย สูตรพื้นฐานฟสิกส

การทดลองมหัศจรรย ดาราศาสตรราชมงคล

แบบฝกหัดกลาง

แบบฝกหัดโลหะวิทยา แบบทดสอบ

ความรูรอบตัวท่ัวไป อะไรเอย ?

ทดสอบ)เกมเศรษฐี( คดีปริศนา

ขอสอบเอนทรานซ เฉลยกลศาสตรเวกเตอร

คําศัพทประจําสัปดาห ความรูรอบตัว

การประดิษฐแของโลก ผูไดรับโนเบลสาขาฟสิกส

นักวิทยาศาสตรเทศ นักวิทยาศาสตรไทย

ดาราศาสตรพิศวง การทํางานของอุปกรณทางฟสิกส

การทํางานของอุปกรณตางๆ

การเรียนการสอนฟสิกส 1 ผานทางอินเตอรเน็ต

1. การวัด 2. เวกเตอร3. การเคลื่อนท่ีแบบหนึ่งมิต ิ 4. การเคลื่อนท่ีบนระนาบ5. กฎการเคลื่อนท่ีของนิวตัน 6. การประยุกตกฎการเคลื่อนท่ีของนิวตัน7. งานและพลังงาน 8. การดลและโมเมนตัม9. การหมุน 10. สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง11. การเคลื่อนท่ีแบบคาบ 12. ความยืดหยุน13. กลศาสตรของไหล 14. ปริมาณความรอน และ กลไกการถายโอนความรอน15. กฎขอท่ีหน่ึงและสองของเทอรโมไดนามิก 16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร

17. คลื่น 18.การสั่น และคลื่นเสียง การเรียนการสอนฟสิกส 2 ผานทางอินเตอรเน็ต

1. ไฟฟาสถิต 2. สนามไฟฟา3. ความกวางของสายฟา 4. ตัวเก็บประจุและการตอตัวตานทาน 5. ศักยไฟฟา 6. กระแสไฟฟา 7. สนามแมเหล็ก 8.การเหนี่ยวนํา9. ไฟฟากระแสสลับ 10. ทรานซิสเตอร 11. สนามแมเหล็กไฟฟาและเสาอากาศ 12. แสงและการมองเห็น13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตรควอนตัม 15. โครงสรางของอะตอม 16. นิวเคลียร

การเรียนการสอนฟสิกสท่ัวไป ผานทางอินเตอรเน็ต

1. จลศาสตร )kinematic) 2. จลพลศาสตร (kinetics) 3. งานและโมเมนตัม 4. ซิมเปลฮารโมนิก คลื่น และเสียง

5. ของไหลกับความรอน 6.ไฟฟาสถิตกับกระแสไฟฟา 7. แมเหล็กไฟฟา 8. คลื่นแมเหล็กไฟฟากับแสง9. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะตอม และนิวเคลียร

ฟสิกสราชมงคล