Mitä materiaalitekniikka on?

Mitä materiaalitekniikka on ja mikä tekee kysymyksestä vaikean?

Ensimmäiseksi, materiaalitekniikka on erittäin laaja-alainen tekniikan osa-alue, joten määritelmiäkin on miljoona ja yksi vielä tähän kaupan päälle. Toiseksi, materiaaleja on vähintäänkin yhtä paljon, eikä asiaa auta, että materiaaleja voi yhdistellä ja saamme tulokseksi toisia materiaaleja tai materiaaliryhmän edustajia. Kolmanneksi ongelmaksi muodostuu materiaalitekniikan yhdisteltävyys käytännössä mihin vain mielenkiinnonkohteeseen luonnontieteiden parissa. Nyt ehkä kysymyksen vaikea olemus alkaa hieman valottua, eikö vain?

Katsotaanpa seuraavaksi miten materiaalitekniikka voisi määritellä tai vastata kysyttyyn kysymykseen. Oma vakiovastaukseni kuuluu kutakuinkin näin: ” Materiaaleja on joka paikassa, ja missä on materiaaleja, voi materiaalitekniikan lukija lähteä työskentelemään. Oikeastaan voin siis tehdä mitä vaan omien kiinnostuksenkohteideni mukaan.” Parempaa vastausta en ole vielä toisen vuoden materiaalitekniikan opiskelijana keksinyt, mutta määritelmäni tarkentuu koko ajan.

Toisaalta, saman voi sanoa paremmin ja ammattimaisemmin, kuten Tampereen korkeakouluyhteisön nettisivuilla kuvaillaankin materiaalitekniikan tutkinto-ohjelmaa seuraavasti: ”Tulevaisuuden yhteiskunta tarvitsee kestävämpiä, kevyempiä ja ympäristöystävällisempiä materiaaleja. Vahva luonnontieteiden ja materiaalitekniikan osaaminen yhdistettynä intoosi kehittää uusia materiaaliratkaisuja yhteiskunnan ja teollisuuden haasteisiin tekevät sinusta kysytyn asiantuntijan.”

(Lasivärjäystä Hervannan kampuksella. Jonne Renvall
Tampereen yliopisto / Tampere University)

Materiaalit kategorioidaan ainakin mekaanisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa mukaan neljään päämateriaaliryhmään, joita ovat metallit, keraamit, polymeerit ja komposiitit.

No nyt tiedämme jo vähän mitä materiaalitekniikka on, tai voisi olla, mutta jos sinulle tämä kyseinen kysymys esitettäisiin, et varmaankaan kovin paljoa luottaisi kykyihisi vastata tähän kysymykseen -en luottaisi minäkään itseeni vain näillä tiedoilla. Seuravaksi voitaisiin mietiskellä hieman mitä materiaalitekniikan ytimestä löytyy. Kuten arvata saattaa kyse on materiaaleista ja vielä tarkemmin sanottuna materiaaliopista, joka sisältää monenlaista erilaista teoriaa materiaalien ominaisuuksista ja kuinka käsitellä tai jäsentää materiaaleja erilaisiin katgeorioihin tai käytökohteisiin. Puolestaan materiaaliopin ytimestä löytyvät etenkin kemia ja fysiikka, mutta matematiikkaakin tarvitaan paljolti -onhan materiaalioppi kuitenkin sovellettu luonnontiede. Kuinka materiaaleja sitten kategorioidaan? Rehellisesti en tiedä kovin kattavaa vastausta tähän, joskin tämän tekstin puitteissa se ei kovin ongelmallista olekaan, mutta sen tiedän, että materiaalit kategorioidaan ainakin mekaanisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa mukaan neljään päämateriaaliryhmään, joita ovat metallit, keraamit, polymeerit ja komposiitit.

Metallit

Metallit ovat varmasti itsestäänselvyys monelle, mutta hieman alkuainemetalleista poiketen, materiaalitekniikan metallit sisältävät myös metalliseokset,  kuten messingin, pronssin ja erilaiset teräslaadut, joista viimeinen ei täyttä metallia aina olekaan, terästen sisältäessä aina jonkin verran hiiltä. Metalleille tyypillistä on hyvä kestävyys sekä sähkön- ja lämmönjohtavuus.

Keraamit

Keraamit puolestaan ovat epäorgaanisia materiaaleja ja yleensä koostuvat epämetalleista ja metalleista. Nämä materiaalit ovat erittäin kovia ja hauraita eli eivät kestä kovin isoja iskuja, mutta ovat erittäin hyvin korkeita lämpötiloja kestäviä materiaaleja. Jos keraameihin ei oikein ole tarttumapintaa, kannattaa miettiä esimerkiksi posliinia tai lieden keraamista pinnoitetta.

Polymeerit

Kolmantena ryhmänä polymeerit ovat hyvin laaja joukko erilaisia materiaaleja, jotka koostuvat yhdestä tai useammasta polymeeristä, jotka muodostavat tietynlaisen materiaalin riippuen erilaisista valmistuksen aikaisista käsittelyistä ja tottakai itse polymeerin rakenteesta. Polymeeri tosiaan koostuu useista pienemmistä perusyksiköistä, joita voi olla yksi, kaksi tai useampi toistumassa yleensä samalla tavalla peräkkäin. Niiden tyypillisiä ominaisuuksia ovat pehmeys ja helppo muokattavuus, mutta kyllähän kaikki tietävät ainakin jonkin muovin olemassaolosta.

Komposiitit

Vimeisenä olisi sitten komposiitit. Niistä on joku saattanut kuullakin esimerkiksi komposiitista tehdyn jääkiekkomailan muodossa -itse ainakin ensimmäiseksi olen kuullut niiden olevan komposiitista valmistettuja. Mitä komposiitit sitten oikein ovat? Yksinkertaisesti komposiitit ovat vähän kaikkea, toisin sanoen ne sisältävät vähintään kahta edellä mainituista materiaaliryhmistä, joten ne ova vielä polymeerejäkin monimuotoisempi ryhmä materiaaleja. Ja yhteisiä piirteitä on vain tuo yksi, joka jo määritelmässä mainitsin.

(Kuva materiaaliopin laboratoriolta, kuvaajana Mika Kanerva)

Materiaalipuolen ihmisillä on hyvinkin valoisa tulevaisuus ja työpaikkoja löytyy oikeastaan joka suunnalta. Se on varmaan materiaalitekniikan yksi parhaista puolista.

Näillä neljällä eri ryhmällä materiaalitekniikan puolella tehdään taikoja ja keksitään parhaat materiaalit erilaisiin käyttökohteisiin, jotka vaihtelevat kemianteollisuudesta, rakennusteollisuuteen ja sieltä vielä takaisin kuluttajatarvikkeiden pariin.

Voitaisiin siis sanoa, että materiaalitekniikka on hyvin laaja ala. Se voi olla kyllä hieman liian vähän korostettuna niin sanottuna. Parempi olisi sanoa, että materiaalitekniikan osaaja on ”joka paikan höylä” ja tekee mitä vain, jossa materiaaleja on olemassa ja itseään sattuu eniten kiinnostamaan, jossa oma erikoisosaaminenkin on omaa luokkaansa. Näin ollen materiaalipuolen ihmisillä on hyvinkin valoisa tulevaisuus ja työpaikkoja löytyy oikeastaan joka suunnalta. Se on varmaan materiaalitekniikan yksi parhaista puolista varsinkin, jos ei tiedä tarkalleen mitä haluaa tehdä, vaikka selvää on ehdottomasti kemian, fysiikan ja matematiikan oleellisuus alalla. Kuitenkin materialistien viininpunaisissa haalareissa olen itse viihynyt ja ei sitä tiedä, vaikka näkisin tekstin lukijankin siinä joukossa mukana.

 

Olen Aleksi, toisen vuoden materiaalitekniikan opiskelija. Pääaineekseni valikoituu todennäköisesti lääketieteelliset biomateriaalit, mutta vielä pohdin kemiaa toisena vaihtoehtona. Vapaa-ajalla vietän aikaa harrastukseni judon parissa sekä itse treenatessa että junioreita valmentaessa, mutta vastapainoksi rauhalliset illat kotisohvalla tekevät hyvää aina välillä.