סוגי מתכות – מאפיינים ושימושים

מתכות הן מסוגי החומרים החשובים ביותר. למעשה, חומרים אלה בלטו מאוד גם לאורך כל ההיסטוריה האנושית, ומי יודע כיצד הייתה נראית האנושות היום בלעדיהם. אז אילו סוגי מתכות קיימים? מהם המאפיינים שלהן? מה היא תופעת החלודה וכיצד מונעים אותה? ובאילו סוגי מתכות אפשר להשתמש עבור עיבוד שבבי? הינה כל מה שצריך לדעת.

 

רשימת סוגי מתכות תיאורם ושימושם

יש סוגי מתכות רבים ואלה כמה מהבולטים שבהם ושימושיהם העיקריים:

אלומיניום

אלומיניום הוא סוג מתכת נפוץ יחסית וזול, הנמצא בשימוש רחב בתעשיות רבות, כולל תעשיית התעופה, תעשיית הבנייה, יצירת סירים ועוד.

נחושת

הנחושת מוליכה חשמל בצורה מצוינת, אשר הופכת אותה לחומר בולט מאוד בתעשיות החשמל והאלקטרוניקה. היא חומר גמיש יחסית מבחינה פיזית וגם חומר נפוץ ליצירת סגסוגות מתכת שונות.

נירוסטה

נהוג להשתמש במונח נירוסטה, לתיאור פלדת אל חלד, שהיא פלדה שלא מחלידה (פלב”מ. Stainless Steel). ההגדרה המדויקת יותר מבחינת המונחים היא שנירוסטה הוא למעשה שם מסחרי של מוצר של חברת טיסנקרופ נירוסטה. פלדת אל חלד מושגת באמצעות יצירת סגסוגת ברזל ו-10.5% (לפחות) כרום.

זהב

מתכת בעלת מוליכות חשמלית גבוהה, תכונה המנוצלת בתעשיית האלקטרוניקה. הזהב גם עמיד בעיקר בפני קורוזיה. יש לו תכונות מעניינות ומיוחדות נוספות, כולל הצבע והברק המיוחדים שבהם הוא ידוע.

כסף

לכסף יש מוליכות חשמלית ומוליכות חום גבוהות בצורה יוצאת דופן. זו היא מתכת בעלת צבע ייחודי, אפור כסוף מתכתי.

אירידיום

זו היא המתכת העמידה ביותר לחלודה, שהיא גם מתכת קשה מאוד. היבט הקשיות מנוצל כדי להקשיח סגסוגות מתכת. אירידיום הוא למעשה סוג מיוחד של פלטינה.

אבץ

אחד מסוגי המתכת הנפוצים ביותר היום לשימושים שונים, כמו גם לאורך ההיסטוריה. אבץ משמש בתהליכי גילוון, לשם מניעת קורוזיה ובסגסוגות מתכת רבות.

סגסוגת

אפשר לשלב מתכות שונות ולקבל חומר המכונה סגסוגת. במקרה כזה, התכונות של התוצר תהיינה מושפעות משילוב התכונות של המתכות השונות.

טיטניום

זו היא מתכת חזקה למדי וגם קלה – שילוב שימושי וחשוב. הטיטניום עמיד מאוד בפני קורוזיה ויש לו תכונות מיוחדות נוספות וגם שימושים מיוחדים, למשל ביצירת אבני חן מלאכותיות.

פלדה

סגסוגת מתכת חזקה מאוד ונפוצה מאוד לשימושים רבים. הפלדה מבוססת על שילוב של ברזל ופחמן.

ביסמוט

זו היא מתכת מיוחדת מבחינת רבות: היא כבדה אך גם שבירה יחסית, ובהקפאה הביסמוט דווקא מתפשט במקום להתכווץ. יש לו שימושים לא מעטים, כגון חומר גלם לייצור פלדות רכות ואף ברפואה כחומר המסוגל להקל על כיבי קיבה.

פלטינה

חומר יקר יחסית, בעל עמידות גבוהה לחלודה המשמש בתעשיות רבות – אלקטרוניקה, ייצור תכשיטים ועוד.

קובלט

מתכת חזקה ופרומגנטית, המשמשת בין השאר למטרת ייצור מגנטים, ייצור פיגמנטים וייצור סגסוגות שונות.

 

המאפיינים של המתכת

כפי שראיתם, מתכות הן קבוצת חומרים רחבה ובהתאם לכך גם המאפיינים שלהן. אך באופן כללי, קבוצת חומרים זו מתאפיינת בכמה תכונות בולטות. ראשית, אלה חומרים קשיחים למדי. זו היא תכונה חשובה מאוד מבחינה מעשית, לגבי היכולת לנצל את המתכות למטרות שונות. הן גם בעלות צפיפות גבוהה. המתכות מוצקות בטמפרטורת החדר (יוצאת דופן מבחינה זו הכספית) ובעלות טמפרטורות התכה גבוהות. כך שבשביל שימושים יום יומיים רגילים הן שומרות על חוזק ועל מוצקות. למתכות יש יכולת הולכת חום גבוהה יחסית וכך גם לגבי יכולת הולכה חשמלית. עוד תכונה מעניינת היא הנטייה של פני השטח שלהן להבריק. נוחות עיבוד הוא סוג תכונות נוסף במתכות, שעליו נרחיב בהמשך. רק נזכיר כעת, שכאשר מבצעים עיבוד של המתכת ליריעה דקה נהוג לכנות את התוצר בשם פח. נוחות העיבוד שימושית מבחינות רבות מאוד, כולל עבור בניית מכונות למעבדות ועבור פיתוח מכונות הרכבה לצורך הדוגמה.

 

איך למנוע חלודה מהמתכת?

כאשר מדברים על סוגי מתכות ועל תכונותיהם, אחת התופעות הבולטות ביותר שקשורה לכך היא תכונת היווצרות החלודה. זו מתרחשת במשך הזמן בהשפעת חמצן ורטיבות באוויר. במבט רחב יותר, חלודה היא אחד הסוגים של תופעת השיתוך (קורוזיה). חלודה מתרחשת בברזל והיא מתאפיינת בכך שהיא מפוררת אותו. כלומר, אותם חלקים שהחלידו בברזל הם חלקים חלשים מאוד והם מחלישים באופן זה את האובייקט כולו. יש כמה דרכים למנוע התפתחות חלודה והדבר כמובן חשוב מאוד, בהתאם לאופי השימוש במתכת ולמשך השימוש הצפוי (מאחר שחלודה מתפתחת בהדרגה). גישה אחת היא להשתמש מראש במתכות שלא מחלידות, זו היא למשל פלדת האל חלד. גישה נוספת למניעת חלודה היא לצפות את המתכת בחומר שיגן עליו מפני הסביבה. צביעה מספקת פתרון זול וקל ליישום מבחינה זו שיש לו כמובן גם השלכות אסתטיות. אך הצבע בעצמו נפגע עם הזמן והגנתו נחלשת ולבסוף נעלמת בהתאם לכך. יש גם פתרונות נוספים מסוג זה, כגון ציפוי של המתכת בשכבת שעווה. עוד גישה מיוחדת היא גישת אנודת ההקרבה, כאן מדובר בפיסת מתכת מיוחדת המסוגלת להחליד במקום חלקים שאליהם היא מחוברת. זהו הסבר פשטני מעט, אך הוא ממחיש את התופעה ומבהיר מדוע היא שימושית, אם כי גם זה פתרון זמני וחלקי המכונה “גילוון” (תהליך של ציפוי מתכת באבץ). כך מתקבל מעין שילוב של גישת ההגנה באמצעות חומר ציפוי בגישת ההגנה באמצעות אנודת הקרבה.

 

סוגי המתכות מתחלקים לעוד חלקים

מתכת קלה

מתכות בעלות משקל סגולי נמוך או מסה אטומית נמוכה יחסית. יש מגוון סוגי מתכות קלות, כאשר דוגמה בולטת לכך מספק האלומיניום.

מתכת כבדה

במונח מתכת כבדה מתכוונים למשקל סגולי גבוה או למסה אטומית גבוהה של מתכות מסוימות. נחושת היא דוגמה בולטת למתכת כזו.

מתכת אצילה

מתכת עמידה בפני קורוזיה וחמצון, כגון פלטינה, כסף וזהב.

מתכת יקרה

מתכת שהיא גם יקרה וגם נדירה במצבה הטבעי. דוגמאות בולטות לכך, הן זהב, כסף ופלטינה.

מתכת מעבר

transition metals זו קבוצה גדולה למדי של מתכות, אשר נמצאות במרכז הטבלה המחזורית – זה גם המקור לשמן המיוחד. כפי שתוכלו לדמיין יש למתכות אלה גם מאפיינים דומים, ובהם טמפרטורת התכה ורתיחה גבוהה, צפיפות גבוהה וכושר מתיחה נמוך.

 

באילו סוגי מתכות נשתמש בעיבוד שבבי?

מתכות נבחרות לייצור בהתאם לשיקולים רבים, שבראשם כמובן ההתאמה למוצר שבו הן אמורות להשתלב. למשל מהיבטים כמו עמידות בחשיפה לחומרים כימיים שונים. אך שיקול חשוב נוסף הוא התאמת המתכת לשיטות העיבוד שבהן יעשה שימוש. כעקרון, מתכת מתאימה מאוד לעיבוד בגישות של עיבוד שבבי, כגון כרסום וחריטה. שירות עיבוד שבבי יוכל לבצע בשבילכם עיבוד באופן כזה במגוון מתכות, עם זאת, יש כאלה שהן מתאימות יותר לעיבוד כזה – נחושת, פליז, נירוסטה ועוד ויש מתכות שמתאימות פחות. דוגמה בולטת מאוד למתכת נוחה מאוד לעיבוד שבבי מספק האלומיניום. חומר זה משלב קלות משקל וחוזק, הוא לא מחליד ויש לו יתרונות רבים נוספים.