Materialen 1
Indeling van de materiaalfamilies
1. INDELING VAN DE MATERIALEN IN MATERIAALKLASSEN OF MATERIAALFAMILIES
Vier materiaalfamilies:
- De metalen
- De macromoleculaire materialen of polymeren
- De keramische materialen
- De composieten
2. BESPREKING VAN DE MATERIAALKLASSEN
2.1. De metalen
2.1.1. Indeling van de metalen
De toepassing van ijzer gebaseerde metalen is dusdanig dominant dat de metalen kunnen
worden onderverdeeld in ferro metalen en de non-ferro metalen.
Ferro metalen is de algemene benaming voor metaallegeringen waarvan het basismateriaal
ijzer is.
Belangrijke ferro metalen zijn staal en gietijzer. Het zijn legeringen van ijzer en een klein (maar
zeer belangrijk) procent koolstof (symbool C).
Non-ferro metalen zijn alle metalen en hun legeringen die niet gebaseerd zijn op ijzer.
De non-ferro metalen worden onderverdeeld in de lichte en de zware metalen.
Onder de lichte metalen verstaat men alle metalen en hun legeringen met een dichtheid lager
dan 4500kg/m³.
Bijvoorbeeld: aluminium (Al) en zijn legeringen
magnesium (Mg) en zijn legeringen
titaan (Ti) en zijn legeringen
Onder de zware metalen verstaat men alle metalen en hun legeringen met een dichtheid hoger
dan 4500kg/m³.
Bijvoorbeeld: koper (Cu) en zijn legeringen
zink (Zn) en zijn legeringen
nikkel (Ni) en zijn legeringen
wolfram (W) en zijn legeringen
Page 1 of 43
, De edele metalen behoren tot de zware non-ferro metalen.
Onder edele metalen verstaat men metalen die in zuivere toestand niet worden aangetast door
zuivere lucht of door zuren.
Worden tot de edele metalen gerekend o.a. de elementen palladium, platina, goud en zilver…
Wat verstaat men onder legeringen?
Een legering is een samensmelting van een basismetaal met 1 of meer legering elementen die
al dan niet metalen zijn.
Die atoomsoort in de legering, waarvan de concentratie het hoogst is, heet het basismetaal. De
overige atoom soorten of molecuul soorten heten legering elementen.
De meeste metalen toegepast in de praktijk zijn legeringen.
Bijvoorbeeld: - staal is een legering van ijzer en koolstof met een laag C-gehalte
(lager dan 1,7%)
- gietijzer is een legering van ijzer en koolstof met een hoog C-gehalte
(tussen 1,7% en 6,7%)
- brons is een legering van koper en tin (Sn)
- messing is een legering van koper en zink (Zn)
2.1.2. Kenmerken en eigenschappen van de metalen
- Chemisch gezien worden metalen gekenmerkt doordat ze meestal 1-, 2- of 3- waardig zijn
- Metalen zijn goede geleiders voor warmte en elektriciteit
- Metalen zijn plastisch vervormbaar
- Metalen zijn ondoorzichtig (geen enkel metaal is lichtdoorlatend)
- Metalen worden harder (verstevigen) bij koude vervorming
- Metalen bezitten een glans, vooral na polijsten, maar vele metalen bedekken zich in
aanraking met lucht met een oxidelaag waardoor ze dof schijnen.
De edele metalen behouden hun glans
- Metalen zijn meestal onbrandbaar
- Metalen voelen meestal koud aan
- Metalen hebben een hoge smelttemperatuur
Page 2 of 43
,- Metalen zijn corrosiegevoelig. Over het algemeen is de corrosievastheid van de non-ferro
metalen beter dan die van de ferro metalen
- Metalen bezitten een hoge stijfheid en een hoge sterkte
Stijfheid is niet hetzelfde als sterkte.
Een materiaal is stijf indien een grote kracht nodig is om het te vervormen (bijvoorbeeld om
het uit te rekken, of om het te buigen).
Een materiaal is sterk indien er een grote kracht nodig is om het te breken.
Niet alle stijve materialen zijn daarom sterk. Zo zijn er ook slappe materialen die zeer ster
zijn.
- Metalen zijn zwaar, daardoor hebben ze een relatief lage specifieke sterkte en lage
specifieke stijfheid.
Onder de specifieke stijfheid verstaat men de stijfheid (de elasticiteitsmodulus) gedeeld
door de dichtheid. De specifieke stijfheid is een goede maat voor de gewichtsefficiëntie van
een constructiemateriaal.
Onder de specifieke sterkte verstaat men de sterkte (de treksterkte) gedeeld door de
dichtheid.
Hoe hoger de specifieke stijfheid en de specifieke sterkte, hoe lichter men het product of een
constructie kan maken, terwijl het toch nog aan bepaalde sterkte en stijfheid vereisten
voldoet.
2.2. De macromoleculaire materialen of polymeren
De grote groep macromoleculaire materialen is in te delen in:
- De natuurlijke macromoleculaire materialen of natuurlijke polymeren
- De synthetische polymeren of kunststoffen
Wat verstaat men onder een polymeer?
Polymeer: ‘poly’ betekent ‘veel’, en ‘meros’ dat ‘deel’ betekent
Polymeren zijn stoffen opgebouwd uit macromoleculen. Deze macromoleculen ontstaan
door een aaneenrijging van een groot aantal kleinere eenheden, monomeren genoemd, tot
lange ketens of tot een ruimtelijk netwerk.
Page 3 of 43
, 2.2.1. De natuurlijke macromoleculaire materialen
De natuurlijke macromoleculaire materialen zijn afkomstig uit de levende natuur.
Voorbeelden van natuurlijke macromoleculaire materialen zijn: hout (cellulose),
bamboe, riet, vlas, hennep, leer, hoorn, stro, linnen, sisal, jute, katoen, wol, zijde,
kapok, veren, kurk, rubber …
De natuurlijke polymeren zijn hernieuwbare materialen, en dus in principe
onuitputtelijk. Men noemen deze natuurlijke materialen daarom ook CO²-neutrale
materialen.
2.2.2. De synthetische macromoleculaire materialen of kunststoffen
De synthetische macromoleculaire materialen zijn synthetische materialen
opgebouwd met behulp van chemische processen. Het zijn dus geen
natuurproducten, maar industriële producten afkomstig uit de chemische industrie
vandaar de naam kunst(matige)stof.
De synthetische macromoleculaire materialen zijn in te delen in de halfsynthetische
en vol synthetische kunststoffen.
De meeste vol synthetische kunststoffen worden van petroleum afgeleid. Alhoewel
ze slechts enkele percenten van het totale petroleumverbruik vertegenwoordigen
zijn ze geen onuitputtelijke grondstof.
2.3. De keramische materialen inclusief de glasachtige materialen
2.3.1. Algemeenheden
De keramische materialen vormen in de hier gebruikte indeling een soort
testcategorie.
Keramische materialen zijn samengesteld uit metalen en niet metalen. Ze zijn van
anorganische oorsprong.
De klassieke keramische materialen hebben meestal een duidelijk herkenbare
geologische afkomst. Het zijn de aan de aardkorst onttrokken anorganische
verbindingen zoals zand, klei, allerlei gesteenten, kalk enz. ze worden verwerkt tot
bouwsteen, porselein, beton, glas, pleisterwerk, cement, keramiek….
2.3.2. Kenmerken en eigenschappen van de keramische materialen
- Druksterkte en stabiele verbindingen
- Bestand tegen hoge temperaturen
- Corrosiebestendig
- Slecht geleidend, zowel voor warmte als voor elektriciteit
Page 4 of 43
Indeling van de materiaalfamilies
1. INDELING VAN DE MATERIALEN IN MATERIAALKLASSEN OF MATERIAALFAMILIES
Vier materiaalfamilies:
- De metalen
- De macromoleculaire materialen of polymeren
- De keramische materialen
- De composieten
2. BESPREKING VAN DE MATERIAALKLASSEN
2.1. De metalen
2.1.1. Indeling van de metalen
De toepassing van ijzer gebaseerde metalen is dusdanig dominant dat de metalen kunnen
worden onderverdeeld in ferro metalen en de non-ferro metalen.
Ferro metalen is de algemene benaming voor metaallegeringen waarvan het basismateriaal
ijzer is.
Belangrijke ferro metalen zijn staal en gietijzer. Het zijn legeringen van ijzer en een klein (maar
zeer belangrijk) procent koolstof (symbool C).
Non-ferro metalen zijn alle metalen en hun legeringen die niet gebaseerd zijn op ijzer.
De non-ferro metalen worden onderverdeeld in de lichte en de zware metalen.
Onder de lichte metalen verstaat men alle metalen en hun legeringen met een dichtheid lager
dan 4500kg/m³.
Bijvoorbeeld: aluminium (Al) en zijn legeringen
magnesium (Mg) en zijn legeringen
titaan (Ti) en zijn legeringen
Onder de zware metalen verstaat men alle metalen en hun legeringen met een dichtheid hoger
dan 4500kg/m³.
Bijvoorbeeld: koper (Cu) en zijn legeringen
zink (Zn) en zijn legeringen
nikkel (Ni) en zijn legeringen
wolfram (W) en zijn legeringen
Page 1 of 43
, De edele metalen behoren tot de zware non-ferro metalen.
Onder edele metalen verstaat men metalen die in zuivere toestand niet worden aangetast door
zuivere lucht of door zuren.
Worden tot de edele metalen gerekend o.a. de elementen palladium, platina, goud en zilver…
Wat verstaat men onder legeringen?
Een legering is een samensmelting van een basismetaal met 1 of meer legering elementen die
al dan niet metalen zijn.
Die atoomsoort in de legering, waarvan de concentratie het hoogst is, heet het basismetaal. De
overige atoom soorten of molecuul soorten heten legering elementen.
De meeste metalen toegepast in de praktijk zijn legeringen.
Bijvoorbeeld: - staal is een legering van ijzer en koolstof met een laag C-gehalte
(lager dan 1,7%)
- gietijzer is een legering van ijzer en koolstof met een hoog C-gehalte
(tussen 1,7% en 6,7%)
- brons is een legering van koper en tin (Sn)
- messing is een legering van koper en zink (Zn)
2.1.2. Kenmerken en eigenschappen van de metalen
- Chemisch gezien worden metalen gekenmerkt doordat ze meestal 1-, 2- of 3- waardig zijn
- Metalen zijn goede geleiders voor warmte en elektriciteit
- Metalen zijn plastisch vervormbaar
- Metalen zijn ondoorzichtig (geen enkel metaal is lichtdoorlatend)
- Metalen worden harder (verstevigen) bij koude vervorming
- Metalen bezitten een glans, vooral na polijsten, maar vele metalen bedekken zich in
aanraking met lucht met een oxidelaag waardoor ze dof schijnen.
De edele metalen behouden hun glans
- Metalen zijn meestal onbrandbaar
- Metalen voelen meestal koud aan
- Metalen hebben een hoge smelttemperatuur
Page 2 of 43
,- Metalen zijn corrosiegevoelig. Over het algemeen is de corrosievastheid van de non-ferro
metalen beter dan die van de ferro metalen
- Metalen bezitten een hoge stijfheid en een hoge sterkte
Stijfheid is niet hetzelfde als sterkte.
Een materiaal is stijf indien een grote kracht nodig is om het te vervormen (bijvoorbeeld om
het uit te rekken, of om het te buigen).
Een materiaal is sterk indien er een grote kracht nodig is om het te breken.
Niet alle stijve materialen zijn daarom sterk. Zo zijn er ook slappe materialen die zeer ster
zijn.
- Metalen zijn zwaar, daardoor hebben ze een relatief lage specifieke sterkte en lage
specifieke stijfheid.
Onder de specifieke stijfheid verstaat men de stijfheid (de elasticiteitsmodulus) gedeeld
door de dichtheid. De specifieke stijfheid is een goede maat voor de gewichtsefficiëntie van
een constructiemateriaal.
Onder de specifieke sterkte verstaat men de sterkte (de treksterkte) gedeeld door de
dichtheid.
Hoe hoger de specifieke stijfheid en de specifieke sterkte, hoe lichter men het product of een
constructie kan maken, terwijl het toch nog aan bepaalde sterkte en stijfheid vereisten
voldoet.
2.2. De macromoleculaire materialen of polymeren
De grote groep macromoleculaire materialen is in te delen in:
- De natuurlijke macromoleculaire materialen of natuurlijke polymeren
- De synthetische polymeren of kunststoffen
Wat verstaat men onder een polymeer?
Polymeer: ‘poly’ betekent ‘veel’, en ‘meros’ dat ‘deel’ betekent
Polymeren zijn stoffen opgebouwd uit macromoleculen. Deze macromoleculen ontstaan
door een aaneenrijging van een groot aantal kleinere eenheden, monomeren genoemd, tot
lange ketens of tot een ruimtelijk netwerk.
Page 3 of 43
, 2.2.1. De natuurlijke macromoleculaire materialen
De natuurlijke macromoleculaire materialen zijn afkomstig uit de levende natuur.
Voorbeelden van natuurlijke macromoleculaire materialen zijn: hout (cellulose),
bamboe, riet, vlas, hennep, leer, hoorn, stro, linnen, sisal, jute, katoen, wol, zijde,
kapok, veren, kurk, rubber …
De natuurlijke polymeren zijn hernieuwbare materialen, en dus in principe
onuitputtelijk. Men noemen deze natuurlijke materialen daarom ook CO²-neutrale
materialen.
2.2.2. De synthetische macromoleculaire materialen of kunststoffen
De synthetische macromoleculaire materialen zijn synthetische materialen
opgebouwd met behulp van chemische processen. Het zijn dus geen
natuurproducten, maar industriële producten afkomstig uit de chemische industrie
vandaar de naam kunst(matige)stof.
De synthetische macromoleculaire materialen zijn in te delen in de halfsynthetische
en vol synthetische kunststoffen.
De meeste vol synthetische kunststoffen worden van petroleum afgeleid. Alhoewel
ze slechts enkele percenten van het totale petroleumverbruik vertegenwoordigen
zijn ze geen onuitputtelijke grondstof.
2.3. De keramische materialen inclusief de glasachtige materialen
2.3.1. Algemeenheden
De keramische materialen vormen in de hier gebruikte indeling een soort
testcategorie.
Keramische materialen zijn samengesteld uit metalen en niet metalen. Ze zijn van
anorganische oorsprong.
De klassieke keramische materialen hebben meestal een duidelijk herkenbare
geologische afkomst. Het zijn de aan de aardkorst onttrokken anorganische
verbindingen zoals zand, klei, allerlei gesteenten, kalk enz. ze worden verwerkt tot
bouwsteen, porselein, beton, glas, pleisterwerk, cement, keramiek….
2.3.2. Kenmerken en eigenschappen van de keramische materialen
- Druksterkte en stabiele verbindingen
- Bestand tegen hoge temperaturen
- Corrosiebestendig
- Slecht geleidend, zowel voor warmte als voor elektriciteit
Page 4 of 43
