Samenvatting Materiaalkunde 1

Hoofdstuk 1 – De structuur van materialen
Atoom = bouwstenen van een element
Molecuul = atomen die chemisch verbonden zijn tot een samengesteld deeltje.

Element
 Kan niet ontleed worden in andere stoffen
 Staan in periodiek systeem

Verbinding = chemische verbinding tussen twee of meer elementen

Bindingen tussen atomen
 Covalente-binding
Atomen gebonden door gemeenschappelijke elektronenparen
 Ion-binding
Binding tussen verschillende atomen door overdracht van elektronen
 Metaalbinding
Metaalionen in een oceaan van vrije elektronen

Kristalstructuren = atomen gerangschikt in repeterende structuren, de eenheidscellen
Onderscheid in
 Kristallijn (geordend)
Metalen, keramische materialen, sommige polymeren
 Amorf (niet geordend)
Glas, meeste polymeren

De eenheidscellen




a) 52% vulling
b) 68% vulling
c) 74% vulling
d) 74% vulling

1

,Metalen
Opbouw van metalen = kristallen opgebouwd uit atomen in roosters
Korrelgrenzen = ruimte tussen atoomroosters




Echte wereld in 3D (zie afbeelding) 




Kenmerken metaal
 Praktische sterkte slecht enkele procenten van theoretische sterkte
o Reden: roosterfouten (geen perfecte kristalstructuur)
 Minder fouten: sterker materiaal
 Meer fouten: sterker materiaal

Onderscheid in spanning
 Trekspanning
 schuifspanning




Roosterfouten
a) Interstitiële vreemde atomen
b) Randdislocaties
c) Interstitiële eigen atomen
d) Vacatures
e) Precipitaten
f) Behoort niet tot kennis
g) Behoort niet tot kennis
h) Substitutionele atomen




2

,Dislocatiebeweging
 Bij het vervormen van een kristalrooster zonder dislocaties moeten alle bindingen gelijktijdig
worden gebroken en weer hersteld, wat veel energie kost.
 Bij het vervormen van een kristalrooster met dislocaties wordt slecht een enkele rij bindingen
gelijktijdig gebroken en weer hersteld, wat minder energie kost.
o Dislocatie “beweegt” het rooster uit

Eigenschappen dislocaties
 Gemak van dislocatieverplaatsing afhankelijk van
roostertype (kubisch, hexagonaal, etc.)
 Gemak van dislocatieverplaatsing afhankelijk van type
dislocatie (vreemd atoom, etc.)

Dislocaties ontstaan door
 Fouten bij kristallisatie
 Vervorming

Mogelijkheden
 Verplaatsing atomen en dislocaties zonder bezwijken
materiaal (vervormbaarheid)
 Versterken materiaal door inbrengen roosterverstoringen
(legeren, warmtebehandeling etc.)



Keramiek
Kenmerken
 Hard en slijtvast
 Zeer stijve ionbinding
 Verbinding van metaal met niet-metaal
 Eigenschappen
o Elektrische isolator
o Hard en bros
o Chemisch bestendig
o Hittebestendig
o Enige porositeit
o Geen/nauwelijks vervorming mogelijk
o Relatief duur




3

,Polymeren
 Thermoharders
o Niet meer om te smelten
 Thermoplasten
o Hersmeltbaar
 Rubbers
o Elastisch (vulkaniseren)
 Elastomeren
o Productiegemak en kleurbaarheid van polymeren
o Gripeigenschappen en elasticiteit van rubbers
 Gewapende kunststoffen (composieten)

Kenmerken
 Lange ketens van herhalende monomeren
o Binnen keten: covalente binding (sterk)
o Tussen ketens: secundaire binding (zwak)
 Ruggengraat meestal koolstof (C)
 Amorfe structuur (als regel)
 Versterking mogelijk door
o Vulstoffen
o Vertakte ketens
o Cross-links (verbinding tussen ketens)

Composieten
Polymeermatrixcomposieten
Eigenschappen
 Eigenschappen aanpassen daar waar nodig
 Hoge specifieke sterkte
 Hoge specifieke stijfheid


Hoofdstuk 2 – Materiaaleigenschappen
Eigenschappen getest a.d.h.v. genormeerde proeven (ASTM, ISO, ANSI, CEN, DIN, BSI, etc.)
 Genormeerd (b.v. tijd, temperatuur, afmetingen, proefstuk, etc.)
 Resultaten zijn basis voor materiaalkeuze

Eigenschapssoorten
 Fysisch
Smeltpunt, dichtheid, geleiding, uitzetting, uiterlijk
 Chemisch
Samenstelling, microstructuur, kristalstructuur, corrosieweerstand
 Mechanisch
Stijfheid, sterkte, hardheid, vermoeiing, kruip
 Productietechnisch
Vervormbaarheid, verspaanbaarheid, lasbaarheid

4

, Microstructuuronderzoek Staal met 0,35% C (ferriet + perliet)
Doelen b.v.
 Walstextuur bepalen
 Holtes opsporen
 Onbekende materiaalsoort bepalen
 Productiewijze achterhalen
 Schadeonderzoek

Methode
 Lichtmicroscopie
 Scanning Electron Microscope (SEM)
 Transmission Electron Microscope (TEM)



Mechanische eigenschappen




Meest gebruikt: trekproef, slagproef, hardheidmeting




Spanningen  vormveranderingen
Vormveranderingen  elastisch of plastisch




5 basistypen test (zie afbeeldingen)




5