חומר ורוח: טכנולוגיות העבר בראי מחקר החומרים המודרני

כללי
הקורס מיועד לתלמידים מתקדמים מן החוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום (הפקולטה למדה"ר) ומתכנית החומרים (מטעם הפקולטה להנדסה), והוא יתמקד בנושא הנדסת החומרים הארכיאולוגיים. מטרת הקורס להפגיש בין הנדסת החומרים לארכיאולוגיה ולעסוק בטכנולוגיות שרווחו בעולם העתיק, בדגש על קרמיקה ומתכות, תוך הקניית היכרות מעשית עם מגוון השיטות מתחום מדעי החומרים המשמשות ללימוד הטכנולוגיה הקדומה על היבטיה השונים. הקורס יועבר בצורה מודולארית שתותאם לרקע האישי של כל תלמיד. ישולבו בו מעבדות בביה"ס להנדסה מכאנית של הפקולטה להנדסה ובמעבדה למיקרוארכיאולוגיה השוואתית של המכון לארכיאולוגיה בפקולטה למדה"ר. התלמידים ילמדו סדרת מבואות תיאורטיים ומעשיים בתחום הטכנולוגיה הקדומה והנדסת החומרים ויתנסו, באמצעות סדרה של מעבדות ופרויקט גמר מסכם בנושא נבחר, בחקר תהליכי הייצור הקדומים ופרשנותם ברמה הטכנולוגית והחברתית-כלכלית.

תנאי הקבלה ומהלך הקורס
הקורס מיועד לתלמידים מתקדמים (הרשומים לתואר שני או שלישי) מן החוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום, או מתוכנית החומרים (מטעם הפקולטה להנדסה). הקורס מיועד לגשר בין תחומי המחקר ולפיכך אין לו דרישות קדם למעט תואר "בוגר" בארכיאולוגיה או באחד התחומים הנכללים בתכנית החומרים. עם זאת, הקבלה אליו תיעשה באישור המרצים בלבד, לאחר שיחה מקדימה עם המועמדים שתיערך בתקופת הייעוץ.
תלמידי החוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום יירשמו לקורס המלא (במתכונת שנתית המקנה 4 נ"ז). ההרשמה תתבצע במזכירות החוג לארכיאולוגיה. לתלמידי הפקולטה להנדסה יתאפשר ללמוד את הסמסטר הראשון של הקורס (2 נ"ז) או את כולו (4 נ"ז). לא יתאפשר להשתתף בקורס בסמסטר ב' בלבד.
עקב מגבלות ציוד מעבדה וזמן הנחיה לפרויקט הגמר, מוגבל הקורס לעשרה תלמידים מכל פקולטה (ובסה"כ עשרים משתתפים). במהלך הקורס יינתן רקע בתחום הנדסת החומרים והטכנולוגיות הארכיאולוגיות, שיאפשר לכל המשתתפים בו להתוודע לשתי הדיסציפלינות ברמה נאותה.
הקורס יועבר בצורה מודולארית ויותאם לרקע הקודם של כל תלמיד. תלמידי החוג לארכיאולוגיה שלמדו בקורס "מיקרוארכיאולוגיה למתקדמים" או בקורסים מקבילים, יוכלו להתמקד במעבדות המטלורגיה שייערכו במקביל בפקולטה להנדסה (קבוצה א'). תלמידים שהשתתפו בקורסים במסגרת תכנית החומרים המקנים יסודות בהתנהגות מכאנית של חומרים או מעבדות בחומרים הנדסיים בסיסיים, יוכלו להשתתף במעבדות בתחום המיקרומורפולוגיה והמינרלוגיה האופטית של חומרים קראמיים ומתקני ייצור (קבוצה ב'). לכל אורך הקורס ייערכו מפעם לפעם שיעורים משותפים. בסמסטר השני ייערכו מרבית השיעורים במתכונת של טיוטוריאל תוך הנחיה משותפת ואישית של המחקרים המונחים ושימוש תואם במעבדות. גם הפרויקטים המסכמים יוצגו במשותף לכל תלמידי הקורס.

פרויקט גמר
תלמידים מתכנית החומרים שייבחרו להשתתף בחלקו הראשון של הקורס בלבד (בהיקף של 2 נ"ז) יגישו בסיום הסמסטר עבודת רפרט בנושא שיסוכם עם המרצים במהלכו. עבודה זו יכולה לכלול מרכיב ניסויי מצומצם התואם את היקף הקורס במתכונת זו.
תלמידים מתכנית החומרים שיבחרו בלימוד הקורס המלא (סמסטרים א' ו-ב') ותלמידי החוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום, יבצעו במהלך הקורס מחקר מונחה בהיקף מוגבל ובדגש על חומרים ארכיאולוגיים. במהלך הקורס תוצע לתלמידים רשימה של נושאי מחקר נבחרים שתיקבע על פי זמינות החומרים הארכיאולוגיים, מידת העניין המחקרי והיקף התואם פרויקט גמר מוגבל. התלמידים יבצעו את פרויקט הגמר בהנחיית המרצים. בסיום הקורס יציג כל אחד מן המשתתפים את תוצאות מחקרו במתכונת של הרצאה מדעית קצרה, ובכתב במתכונת של מאמר מדעי תקני. הציון הסופי יהווה סיכום משוקלל של ההרצאה (30%) והמאמר (70%).

סילבוס
סמסטר א
1. שיעור (קבוצות א'-ב'): הצגת הקורס, מבוא כללי: תוכן הקורס, מעבדות ואופן ביצוען, פרויקט הגמר. מבואות: מהות הקשר שבין חומרים, טכנולוגיות וארכיאולוגיה, שימוש בחומרים במציאות פרהיסטורית, פריצות דרך טכנולוגיות בעולם העתיק ומניעיהן. פיתוח חומרים ותהליכים חדשים, טכנולוגיות של חומרים ארכיאולוגיים: שיטות ושאלות מחקריות.

2. שיעור (קבוצות א'-ב'): מקרי מבחן למחקר: הצגה של רשימת הנושאים המוצעים לפרויקט הגמר אותם יבחרו התלמידים המעוניינים בקורס המלא: רקע מקוצר לכל נושא, שאלות המחקר, החומר הנחקר והאפשרויות של עבודת המעבדה.

3א. שיעור (קבוצה א'): רקע כללי בנושא מתכות: תכונות ושימושים הנדסיים של חומרים מתכתיים, הקשר המשולש שבין המיקרו-מבנה של חומרים מתכתיים לבין תהליכי הייצור ותכונות החומר, התמצקות, נוקלאציה וגידול גבישים.
3ב. שיעור (קבוצה ב'): רקע כללי בנושא קרמיקה: מבוא למחקרי קרמיקה, חומרים ותהליכי ייצור של מוצרי קרמיקה וכלי חרס, מחקרי קרמיקה בהקשר הארכיאולוגי: שאלות מחקר ושיטות אנליטיות, שיטות מחקר פיסיקליות ומינרלוגיות, שיטות מחקר כימיות.

4א. שיעור (קבוצה א'): רקע כללי בנושא מתכות (המשך): טיפולים תרמיים במתכות, זיקוק אזורי, ניקוי החומר מאי-ניקיונות, תכונות, מבנה ושימושים הנדסיים של נחושת ונתכי הנחושת, מהי תמיסה מוצקה, עפרות הנחושת, נתכי נחושת בדגש על ברונזה (הרכב, תכונות ושימושים).
4ב. שיעור (קבוצה ב'): תעשיות של קרמיקה בעבר: טכנולוגיות, חומרים, תהליכים.

5א. שיעור (קבוצה א'): רקע כללי בנושא מתכות (המשך): ברזל ונתכיו: תכונות, מבנה ושימושים הנדסיים של ברזל, ברזלי יציקה, ופלדות, עפרות הברזל, הפקת ברזל (תנור רם), מטלורגיה ודיאגרמת פאזות ברזל-פחמן, סיכום נושא המתכות, דיון ושאלות.
5ב. שיעור (קבוצה ב'): מבוא למיקרוסקופיה אופטית: המיקרוסקופ האופטי וחלקיו, מיקרוסקופ אור חודר, מיקרוסקופ אור מוחזר, אור בלתי מקוטב ומקוטב, אור מקוטב מישורית, ובין מקטבים מצטלבים, תכונות אופטיות של גבישי מינרלים, איזוטרופיזם ואנאיזוטרופיזם, כיווני תנודה של אור בגבישים, ערכים של מקדמי שבירה של מינרלים, שקפים של סלעים ועקרונות המינרלוגיה האופטית

6א. מעבדה (קבוצה א'): מטלוגרפיה והכרת דיאגרמת הפאזות ברזל-פחמן: הכנת בתי דגם מבקליט ואפוקסי, התבוננות בנתכי ברזל ונתכי נחושת מבעד למיקרוסקופ: אפיון הפאזות השונות.
6ב. מעבדה (קבוצה ב'): מינרלוגיה אופטית בסיסית: תכונות אופטיות של מינרלים: פליאוכרואיזם, איזוטרופיזם, רליף, פצילות וסידוק גבישים, גבישים בין מקטבים מצטלבים, צבעי התאבכות ומהותם, היחשכות גבישים, מבנים משולבים, תאומי גביש.

7א. מעבדה (קבוצה א): מטלוגרפיה-המשך: השחזה ליטוש ואיכול דגמי המתכת הארכיאולוגיים ממעבדת מטלוגרפיה I, התבוננות בדגמים המטלוגרפיים מבעד למיקרוסקופ, מיקרו-מקרו: הקשר שבין המיקרו-מבנה, התהליכים שהחומר עבר ותכונות החומר מתוך דגמים מטלוגרפים, התמצקות ויציקה, חישוב גודל גרעינים (תקנים), הקשר שבין גודל הגרעין לתכונות המכאניות (דגמי פלדה ונתכי נחושת).
7ב. שיעור (קבוצה ב'): שיטות אנליטיות לאפיון חומרים קרמיים: מערכות ייצור, הבסיס התיאורטי למחקרי הרכב ומוצא של קרמיקה: ניתוח משאבים.

8. מעבדה (קבוצות א'-ב'): בדיקות קשיות למתכות וחומרים קרמיים: הכרת השיטות השונות לבדיקת קשיות ומיקרו קשיות: רוקוול, ויקרס, ברינל, קנופ, לאילו חומרים מתאימה כל אחת משיטות הבדיקה, בחינת השיטות השונות על דגמים ארכיאולוגים של: נתכי ברזל, נתכי נחושת וחומרים קראמיים.

9א. מעבדה (קבוצה א'): טיפולים תרמיים ובדיקת המבנה המטלוגרפי של נתכי נחושת: הכרת דיאגרמות פאזות ומבנים של נתכי נחושת שונים, התבוננות מבעד למיקרוסקופ בדגמים ארכיאולוגים שונים עשויים נתכי נחושת, השוואה בין נתכי נחושת קדומים לאילו המשמשים בתעשייה כיום.
9ב. מעבדה (קבוצה ב'): אפיון מינרלוגי של טכנולוגיה ומוצא של חומרים קרמיים: מטריקס ואינקלוזיות, מדידות גודל, כיווניות וגיאומטריה של אינקלוזיות, קבוצות פטרוגרפיות, "תרגיל חולות" ואפיון מאספי חסמים, הגדרות של מטריקס.

10א. מעבדה (קבוצה א'): טיפולים תרמיים ותרמו-כימיים של נתכי ברזל: חיסום פלדות, הרפיית פלדות, טיפולים תרמו-כימיים להקשיית פני שטח (פיחמון), דיפוזיה ותהליכים דיפוזיונים.
10ב. מעבדה (קבוצה ב'): אפיון מינרלוגי של קרמיקה (המשך): קבוצות פטרוגרפיות עיקריות: בדיקה של מקרי מבחן, פרשנות ההרכבים של קבוצות חומרים עיקריות.

11. שיעור (קבוצות א'-ב'): שיטות מתקדמות: SEM ו-ESEM, TEM, שיטות לאפיון קרמיקה: פטרוגרפיה, XRD, DTA, FTIR, NAA, ICP.

12. שיעור: ביקור מודרך במרכז וולפסון לאיפיון חומרים והכרת שיטות מתקדמות.
ביקור מודרך במעבדות הרלוונטיות של המרכז והדגמות על חומרים מתאימים לנושא הקורס.

13. שיעור (קבוצות א'-ב'): הצגת מחקרים מייצגים: הצגה שיטתית של מחקר נבחר בכל אחד מן התחומים: מתכות וקרמיקה, דיון במתודולוגיה ובמסקנות. סיכום הסמסטר.

סמסטר ב
1. שיעור (קבוצות א'-ב'): הצגת המשך הקורס: תוכן, עבודה על פרויקט הגמר, אופן הצגת רפרט מדעי, אופן כתיבת מאמר בתחום החומרים הארכיאולוגיים.

שיעורים 6-2: במהלך תקופה זו תועבר תכנית הקורס במתכונת מודולארית. תלמידי שתי הקבוצות ייפגשו במעבדות הרלוונטיות לעבודה מונחית על פרויקטי הגמר: הסרת דגימות, הכנת דגמים, בדיקתם והבנתם, תוך עבודה בצוותים והנחיה אישית של מרצי הקורס.

7. הצגת פרוייקטי גמר 3-1.

8. הצגת פרוייקטי גמר 6-4.

9. הצגת פרוייקטי גמר 9-7.

10. הצגת פרוייקטי גמר 12-10.

11. הצגת פרוייקטי גמר 15-13.

12. הצגת פרוייקטי גמר 18-16.

13. סיכום הקורס והשלמות.