Samenvatting materialen 1 KASK

Materialen:
Om producten te ontwerpen en te produceren heeft men de volgende vier materiaalfamilies ter beschikking:

1. de metalen
2. de macromoleculaire materialen of polymeren
3. de keramische materialen
4. de composieten

Tussen de kenmerken van deze groepen zijn er overlappingen en zijn er materialen die nog niet bruikbaar zijn

Metalen:

Toepassing op ijzer gebaseerde metalen is dominant

 De metalen kunnen worden onderverdeeld in
o Ferro metalen
o Non-ferro metalen
o Ze bestaan meestal uit een legering om ze sterker te maken

Ferro metalen

 basismateriaal is ijzer
 belangrijkste zijn:
o staal
o gietijzer

Non-ferro metalen

 alle metalen en hun legeringen die niet gebaseerd zijn op ijzer
 worden onderverdeeld in:
o lichte metalen
o zware metalen

Lichte metalen:

 alle metalen en hun legeringen met dichtheid lager dan 4500kg/m 3
 bijvoorbeeld:
o aluminium
o magnesium
o titaan

Zware metalen:

 zuivere materialen = edele materialen
o goud, zilver
 onzuivere materialen = legering
o staal, gietijzer, brons
 dichtheid hoger dan 4500kg/m 3
 bijvoorbeeld:
o koper
o zink
o nikkel
o wolfram



P a g e 1 | 38

,Edele materialen:

 behoren tot zware non-ferro metalen
 in zuivere toestand niet worden aangetast door zuivere lucht of door zuren

legeringen:

 combinatie van twee of meer metalen
 combinatie van een of meer metalen met een niet metaal
o bedoeling om eigenschappen van basismetaal te verbeteren

Basismetaal:

 atoomsoort in de legering waarvan de concentratie het hoogst is

Legering elementen:

 overige atoomsoorten of molecuul soorten

meeste metalen toegepast in de praktijk zijn legeringen:

 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)

kenmerken en eigenschappen van de metalen:

 glans
 ondoorzichtig
 goede geleider voor warmte en elektriciteit
 onbrandbaar, wel smeltbaar
 plastisch vervormbaar
 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 de 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

Voorbeeld: de gloeidraad van een gloeilamp en van een halogeengloeilamp is een gespiraliseerde draad in Wolfram
(W). Men opteert voor Wolfram omwille van het hoge smeltpunt van Wolfram namelijk 3410°C

 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.
 Een materiaal is sterk indien er een grote kracht nodig is om het te breken.


P a g e 2 | 38

,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.
 goede maat voor de gewichtsefficiëntie van een constructiemateriaal.
 de sterkte (de treksterkte) gedeeld door de dichtheid.
 Hoe hoger de specifieke stijfheid en de specifieke sterkte, hoe lichter men een product of een constructie
kan maken

De macromoleculaire materialen of polymeren:

 de natuurlijke macromoleculaire materialen of natuurlijke polymeren
 de synthetische polymeren of de kunststoffen

polymeer:

 stoffen opgebouwd uit macromoleculen
 ontstaan door een aaneenrijging van een groot aantal kleinere eenheden
o Monomeren

De natuurlijke macromoleculaire materialen:

 Afkomstig uit de levende natuur
 Voorbeelden:
o hout (cellulose), bamboe, riet, vlas, hennep, leer, hoorn, stro, linnen, sisal, jute, katoen, wol, zijde,
kapok, veren, kurk, rubber ....

natuurlijke polymeren:

 hernieuwbare materialen
o zijn onuitputtelijk
 invloed op onze leefomgeving en ecologische evenwicht is groot

De synthetische macromoleculaire materialen of kunststoffen:

 synthetische macromoleculaire materialen zijn opgebouwd met behulp van chemische processen
o zijn geen natuurproducten
o zijn industriële producten
 afkomstig uit chemische industrie
 = kunst(matige)stof
 In te delen in:
o Halfsynthetische kunststoffen
o vol synthetische kunststoffen

Vol synthetische kunststoffen:

 worden van petroleum afgeleid
 zijn geen onuitputtelijke grondstof
 indeling:
o thermoplasten
o thermoharders
o elastomeren

De keramische materialen inclusief de glasachtige materialen

 keramische materialen vormen in de hier gebruikte indeling een soort restcategorie
 Keramische materialen zijn samengesteld uit metalen en niet metalen
 zijn van anorganische oorsprong

P a g e 3 | 38

, Klassieke keramische materialen

 zijn de aan de aardkorst onttrokken anorganische verbindingen
o zand, klei, allerlei gesteenten, kalk, enz. Ze worden verwerkt tot bouwstenen, baksteen, porselein,
beton, glas, pleisterwerk, cement, keramiek en glas.....

Kenmerken en eigenschappen van de keramische materialen

 druksterke en stabiele verbindingen
 bestand tegen hoge temperaturen
 corrosiebestendig
 slecht geleidend, zowel voor warmte als voor
 elektriciteit
 breekbaar en broos
 niet bestand tegen schokken
 helemaal niet bruikbaar onder trek- of buigspanning.

Nieuwe ontwikkelingen en onderzoeken leveren keramieken en minerale polymeren op die taaier zijn en minder
breekbaar

Glas:

een anorganisch materiaal dat vanuit de gesmolten toestand door afkoelen in vaste toestand overgaat zonder te
kristalliseren.

Glas:

 Niet-kristallijn of amorf materiaal
 Is een ondergekoelde vloeistof
 heeft geen smeltpunt zoals bij enkelvoudige stoffen
o maar bezit een smelttraject

gaat bij afkoeling van een dun vloeibare smelt langzaam over tot een vaste massa, door het geleidelijk verhogen van
de viscositeit

viscositeit neemt toe omdat er, naarmate de temperatuur daalt, steeds meer sterke chemische bindingen tussen de
moleculaire eenheden in de glassmelt worden gevormd.

Door deze sterke binding kunnen, bij de temperatuur waarbij het gesmolten glas zou moeten kristalliseren, de
moleculen hun vaste plaats die ze in een regelmatig opgebouwde kristallijnen vaste stof innemen niet meer vinden.

glas kristalliseert daarom niet en de viscositeit neemt bij het afkoelen steeds verder toe tot alle moleculen
vastvriezen en zich niet meer kunnen verplaatsen

Glas:

 een vloeistof, waarvan de viscositeit zo hoog is dat het bij gewone temperatuur de stijfheid en de
mechanische weerstand bezit van een vaste stof.
o Men noemt glas daarom een ondergekoelde vloeistof.

Composieten:

 bestaat uit een matrix en een wapeningsmateriaal.

Composietmateriaal:

 is een combinatie van een matrix met versterkende vezels of andere materialen

matrix: (polymeren, metalen, keramieken)

P a g e 4 | 38