Examen Januari 2022
PRODUCT EN MATRIALISATIE
1. INLEIDING
1.1 INDELING VD STOFFEN OP BASIS VD AGGREGATIETOESTAND BIJ KAMERTEMPERATUUR
Vast – Vloeibaar – Gas INDELING
Constructiematerialen vast op kamertemperatuur CONSTRUCTIEMATERIALEN
1.3 ALGEMENE EIGENSCHAPPEN VD DIVERSE GROEPEN
Metalen Polymeren Keramische materialen Composieten
stofsoort Anorg. Stoffen Org. Stoffen (±) Anorg. Moleculen Gebouwd componenten
(M; M+M; M+nM) lange molecuulketen of (M+nM)elementen (vezelversterkte
-netwerk (SiC, SiN, SiO2) kunststoffen)
Structuur Krisatlrooster + vrije e- Niet-semi-kristalijn Krisatlijn en/of amorf -
Geleider Thermische, Isolator (statische Elektrische &
elektrische geleidend oplading) thermische isolator
(warmteschil
spaceshuttle)
Recyclage Goed Beperte (als vulstof 100% moeilijk
recycl)
Chemische + Chemische + Chemische
eigenschappen bestendigheid bestendigheid
Vervormbaar “ onder hoge krachten - “ slecht (bros) Moeilijk vormen en
(smeden) verbinden
Temperatuur- Behouden sterkte bij Lage Tbestendigheid Hoge Tbestendigheid
bestendig +T (± 400)
(superlegering tot
1000°C)
+ Stijfheid - Stijfheid + Hardheid + Stijfheid
+ Sterkte - Sterkte + Druksterkte + Sterkte
+ Taaiheid - Dichtheid - Treksterkte + Taaiheid
+ Licht
Optische Niet transparant Transparant (opaak)
eigenschappen Glanzend
Extra Weinig lage verwerkings- Porositeit Anisotropie
corrosiebestendig => /ontbindingsT => Goedkoop Matrix
eigenschappen = mechanische (verwerkingstechniek Versterkingsmateriaal
keramisch gedrag eigenschappen traag + duur)
(°oxides) => verminderen bij +T
nabehandelen
Louiza Van Wynsberghe 1
,1.4 EVOLUTIE VD MATERIALEN
Alles in metaal → vanaf 1960 ontwikkeling nieuwe materialen; vervanging kunststoffen en composieten
2. CHEMISCHE ACHTERGROND
2.1 DE OPBOUW VAN ATOMEN
Atomen @= kleinste hoeveelheid materie met eigenschappen vh element (#@ in tabel van Mendeljev)
Opbouw v @: neutronen n0 , protonen p+, elektronen e- => elektrisch neutraal
Kern (positief geladen): bepaald massa vh @ (p+ + n0) omgeven door elektronen (- geladen): # e- bepaald volume
→@-nummer: bepaald # e- = # p+
Kwantumgetallen: geven waarschijnlijkheid dat e- op bepaalde plaats in @/energietoestand bevindt
Orbitaal: ruimte rond kern waar e- met pebaalde energie zich bevind => bepaalde energieniveau’s (energie v e- =
gekwantiseerd)
Elektronconfiguratie: 4 kwantumgetallen die plaats/ energietoestand van e- omschrijven
- N: hoofdkwantumgetal = plaats vd schil; energie vd e- (n= 1,2,3,…)
- L: nevenkwantumgetal = vorm vd schil; orbitalen (l = s,p,d,f)
- Ml: ruimtelijke oriëntatie vd schil (ml = -I tot +I)
- Spinkwantumgetal: draaizin in e- +1/2 en -1/2
Pauli-verbod = geen 2 e- met dezelfde combinatie kwantumgetallen
Valentie elektronen: e- op buitenste schil
- (bepalen elektrische, thermische, mechanische en chemische eigenschappen vh @)
- Rol in bindingsgedrag vd @ => edelconfiguratie is drijvende kracht v bindingen
(octetstructuur = stabiele toestand = 8 ve- (s2p6 )
2.2 BINDINGEN
Louiza Van Wynsberghe 2
, PRIMAIRE BINDINGEN (streven naar octetstructuur; verlagen energie vd bindings e- )
o Ionbinding: binding tussen positieve en negatieve ion door elektrostatische aantrekking
(Coulombkrachten) => vooral bij keramische materialen
o Covalent Binding: e- delen (vormen v e- paren; gemeenschappelijke e- )
▪ -binding: door overlapping v @-orbitalen ontstaat gemeenschappelijk molecuulorbitaal
▪ -binding: als orbitalen loodrecht op vlak vd -binding staan (minder sterke binding)
Dubbele bindingen (- en -binding); Drievoudige binding
(- en 2-bindingen)
Bij aanweezigheid van >1 orbitalen: onverzadigde bindng
▪ Hybridisatie: C-@ heeft 4 enkelvoudige bindingen door
(2s en de 3x2p-orbitalen worden tot 4 nieuwe orbitalen gecombineers)
= 4 sp3 -hybride-orbitalen
Orbitalen gericht volgens hoekpunten ve tetraëder
Centrale rol van C in organische processen veroorzaakt dooe sp3 -orbitalen die sterke
C—C binding vormen
Benzeenring C6H6: 6C-@ vormen hexagonale ring (afwisselend enkel/dubbel binding)
Ontstaaat tussen nM+@ met laag elektronegatieve waarde-verschil hebben
(kunststoffen en keramische materialen)
o Metallische Binding: @ v metalen komen zo dicht bij elkaar te liggen, ve- vd ene naar andere @kern
wordt getrokken => ontstaan vrije e- => elektronenwolk zorgt voor bindingen. (M+M)
Metaalkristal = stapeling v + geladen ionen waarin ve- vrij kunnen bewegen
Vrije e- verklaren:
Thermische en elektrische geleiding bij metalen
Oxidatiegedrag (nood aan nabehandeling om oxidatie buitenste laag te voorkomen)
Vervormingsmogelijkheden (kernen glijden over elkaar zonder binding te verbreken)
SECUNDAIRE BINDINGEN (Van der Waalskracht/ elektrostatische kracht (Coulomb krachten) tss dipolen/
door aantrekking tussen elektrische dipolen in @ of moleculen) => Vooral bij kunststoffen
- Elektrische dipool: 2 gelijke maar tegengestelde ladingen in @ of molecule
- Fluctuerende dipool: ontstaan v 2 ladingscentra door asymmetrische verdeling vd e- -lading
Louiza Van Wynsberghe 3
PRODUCT EN MATRIALISATIE
1. INLEIDING
1.1 INDELING VD STOFFEN OP BASIS VD AGGREGATIETOESTAND BIJ KAMERTEMPERATUUR
Vast – Vloeibaar – Gas INDELING
Constructiematerialen vast op kamertemperatuur CONSTRUCTIEMATERIALEN
1.3 ALGEMENE EIGENSCHAPPEN VD DIVERSE GROEPEN
Metalen Polymeren Keramische materialen Composieten
stofsoort Anorg. Stoffen Org. Stoffen (±) Anorg. Moleculen Gebouwd componenten
(M; M+M; M+nM) lange molecuulketen of (M+nM)elementen (vezelversterkte
-netwerk (SiC, SiN, SiO2) kunststoffen)
Structuur Krisatlrooster + vrije e- Niet-semi-kristalijn Krisatlijn en/of amorf -
Geleider Thermische, Isolator (statische Elektrische &
elektrische geleidend oplading) thermische isolator
(warmteschil
spaceshuttle)
Recyclage Goed Beperte (als vulstof 100% moeilijk
recycl)
Chemische + Chemische + Chemische
eigenschappen bestendigheid bestendigheid
Vervormbaar “ onder hoge krachten - “ slecht (bros) Moeilijk vormen en
(smeden) verbinden
Temperatuur- Behouden sterkte bij Lage Tbestendigheid Hoge Tbestendigheid
bestendig +T (± 400)
(superlegering tot
1000°C)
+ Stijfheid - Stijfheid + Hardheid + Stijfheid
+ Sterkte - Sterkte + Druksterkte + Sterkte
+ Taaiheid - Dichtheid - Treksterkte + Taaiheid
+ Licht
Optische Niet transparant Transparant (opaak)
eigenschappen Glanzend
Extra Weinig lage verwerkings- Porositeit Anisotropie
corrosiebestendig => /ontbindingsT => Goedkoop Matrix
eigenschappen = mechanische (verwerkingstechniek Versterkingsmateriaal
keramisch gedrag eigenschappen traag + duur)
(°oxides) => verminderen bij +T
nabehandelen
Louiza Van Wynsberghe 1
,1.4 EVOLUTIE VD MATERIALEN
Alles in metaal → vanaf 1960 ontwikkeling nieuwe materialen; vervanging kunststoffen en composieten
2. CHEMISCHE ACHTERGROND
2.1 DE OPBOUW VAN ATOMEN
Atomen @= kleinste hoeveelheid materie met eigenschappen vh element (#@ in tabel van Mendeljev)
Opbouw v @: neutronen n0 , protonen p+, elektronen e- => elektrisch neutraal
Kern (positief geladen): bepaald massa vh @ (p+ + n0) omgeven door elektronen (- geladen): # e- bepaald volume
→@-nummer: bepaald # e- = # p+
Kwantumgetallen: geven waarschijnlijkheid dat e- op bepaalde plaats in @/energietoestand bevindt
Orbitaal: ruimte rond kern waar e- met pebaalde energie zich bevind => bepaalde energieniveau’s (energie v e- =
gekwantiseerd)
Elektronconfiguratie: 4 kwantumgetallen die plaats/ energietoestand van e- omschrijven
- N: hoofdkwantumgetal = plaats vd schil; energie vd e- (n= 1,2,3,…)
- L: nevenkwantumgetal = vorm vd schil; orbitalen (l = s,p,d,f)
- Ml: ruimtelijke oriëntatie vd schil (ml = -I tot +I)
- Spinkwantumgetal: draaizin in e- +1/2 en -1/2
Pauli-verbod = geen 2 e- met dezelfde combinatie kwantumgetallen
Valentie elektronen: e- op buitenste schil
- (bepalen elektrische, thermische, mechanische en chemische eigenschappen vh @)
- Rol in bindingsgedrag vd @ => edelconfiguratie is drijvende kracht v bindingen
(octetstructuur = stabiele toestand = 8 ve- (s2p6 )
2.2 BINDINGEN
Louiza Van Wynsberghe 2
, PRIMAIRE BINDINGEN (streven naar octetstructuur; verlagen energie vd bindings e- )
o Ionbinding: binding tussen positieve en negatieve ion door elektrostatische aantrekking
(Coulombkrachten) => vooral bij keramische materialen
o Covalent Binding: e- delen (vormen v e- paren; gemeenschappelijke e- )
▪ -binding: door overlapping v @-orbitalen ontstaat gemeenschappelijk molecuulorbitaal
▪ -binding: als orbitalen loodrecht op vlak vd -binding staan (minder sterke binding)
Dubbele bindingen (- en -binding); Drievoudige binding
(- en 2-bindingen)
Bij aanweezigheid van >1 orbitalen: onverzadigde bindng
▪ Hybridisatie: C-@ heeft 4 enkelvoudige bindingen door
(2s en de 3x2p-orbitalen worden tot 4 nieuwe orbitalen gecombineers)
= 4 sp3 -hybride-orbitalen
Orbitalen gericht volgens hoekpunten ve tetraëder
Centrale rol van C in organische processen veroorzaakt dooe sp3 -orbitalen die sterke
C—C binding vormen
Benzeenring C6H6: 6C-@ vormen hexagonale ring (afwisselend enkel/dubbel binding)
Ontstaaat tussen nM+@ met laag elektronegatieve waarde-verschil hebben
(kunststoffen en keramische materialen)
o Metallische Binding: @ v metalen komen zo dicht bij elkaar te liggen, ve- vd ene naar andere @kern
wordt getrokken => ontstaan vrije e- => elektronenwolk zorgt voor bindingen. (M+M)
Metaalkristal = stapeling v + geladen ionen waarin ve- vrij kunnen bewegen
Vrije e- verklaren:
Thermische en elektrische geleiding bij metalen
Oxidatiegedrag (nood aan nabehandeling om oxidatie buitenste laag te voorkomen)
Vervormingsmogelijkheden (kernen glijden over elkaar zonder binding te verbreken)
SECUNDAIRE BINDINGEN (Van der Waalskracht/ elektrostatische kracht (Coulomb krachten) tss dipolen/
door aantrekking tussen elektrische dipolen in @ of moleculen) => Vooral bij kunststoffen
- Elektrische dipool: 2 gelijke maar tegengestelde ladingen in @ of molecule
- Fluctuerende dipool: ontstaan v 2 ladingscentra door asymmetrische verdeling vd e- -lading
Louiza Van Wynsberghe 3
