Structurele samenvatting
B-KUL-H01D0B • KU Leuven
Academiejaar 2025 – 2026
Samengevat op basis van het handboek, de slides en het formularium
Handboek: A. Braem, B. Blanpain, J. Everaerts, Y. Swolfs, K. Vanmeensel, B. Verlinden
,Inhoudsopgave
1 Materialen, materiaalkunde en duurzaamheid 1
1.1 Materialen en materialenfamilies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 De materiaalkundetetraëder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3 Materialen en technologische vooruitgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3.1 Materiaalselectie en selectiekaarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 Materialen en duurzame ontwikkeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4.1 Beschikbaarheid van grondstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4.2 De vraag naar materialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4.3 De levenscyclus van materialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4.4 CO2 -voetafdruk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4.5 Recyclage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Opbouw van materialen 7
2.1 Elektronenstructuur en bindingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.1 Elektronenstructuur van atomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.2 Atomaire bindingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.3 Bandentheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Structuur van materialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.1 Kristalroosters en eenheidscellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.2 Miller-indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.3 Amorfe materialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Klassen van materialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.1 Metalen: de vier kristalstructuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.2 Keramieken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.3 Polymeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.4 Composieten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Materiaaleigenschap: dichtheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 Elasticiteit, vervorming en sterkte 16
3.1 Algemene concepten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.1.1 Spanning, rek en elastische moduli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.1.2 Elastische energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1.3 Oorsprong van elasticiteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1.4 Spanning-rekdiagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 Metalen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.1 Kristaldefecten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.2 Plastische vervorming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.3 Verstevigingsmechanismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3 Polymeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3.1 Spanning-rekgedrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3.2 Plastisch vervormen en verstrekken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3.3 Visco-elasticiteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3.4 Factoren die de sterkte beïnvloeden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.4 Composieten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
i
,INHOUDSOPGAVE ii
3.4.1 Stijfheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.4.2 Sterkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4 Breuk en vermoeiing 25
4.1 Algemene concepten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1.1 Bros versus ductiele breuk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1.2 Breukmechanica: K en Kc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1.3 Breukstatistiek: Weibull . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.4 Vermoeiing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.2 Materiaalspecifiek breukgedrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2.1 Metalen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2.2 Keramieken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2.3 Polymeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2.4 Polymeercomposieten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5 Fasediagrammen 32
5.1 Unaire diagrammen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.2 Binaire diagrammen met volledige oplosbaarheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.3 Diagrammen met beperkte oplosbaarheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.3.1 Oplosbaarheidsgrens (suiker-water) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.3.2 Eutectisch diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.3.3 Congruent smeltpunt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.3.4 Peritectisch diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.4 Het Fe-Fe3 C-systeem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6 Warmtebehandelingen van metalen 38
6.1 Diffusie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
6.2 Fasetransformaties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.2.1 Kiemvorming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.2.2 Transformatiesnelheid, TTT en CCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
6.3 Harden en temperen van staal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.3.1 Martensiet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.4 Precipitatieharding van Al-legeringen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
6.5 Gloeien van koudvervormde metalen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6.5.1 Herstel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6.5.2 Rekristallisatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6.5.3 Korrelgroei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6.6 Casestudy: perlietische staaldraad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
7 Elektrische eigenschappen 46
7.1 Weerstand en geleidbaarheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
7.2 Geleiders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
7.2.1 Supergeleiders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
7.3 Halfgeleiders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
7.3.1 Casestudy: de PN-junctie diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
7.4 Geleidbaarheid van polymeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
7.5 Isolatoren en diëlectrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
7.5.1 Piëzo-, pyro- en ferro-elektrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
, INHOUDSOPGAVE iii
8 Thermische eigenschappen 52
8.1 Warmtecapaciteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
8.2 Thermische expansiecoëfficiënt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
8.3 Thermische geleidbaarheid en diffusiviteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
8.4 Thermische spanningen in multimaterialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
9 Materiaalselectie 58
9.1 Basismethodiek (4 stappen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
9.2 De materiaalindex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
9.3 Materiaalselectiekaarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
9.4 Casestudy: lichte, slanke tafelpoot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
9.5 Overzicht materiaalindices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
A Samenvattende schema’s per hoofdstuk 62
Schema H1 — Materialen & duurzaamheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Schema H2 — Opbouw van materialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Schema H3 — Elasticiteit, vervorming & sterkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Schema H4 — Breuk en vermoeiing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Schema H5 — Fasediagrammen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Schema H6 — Warmtebehandelingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Schema H7 — Elektrische eigenschappen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Schema H8 — Thermische eigenschappen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Schema H9 — Materiaalselectie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71