MATERIALEN
H1 - INLEIDING
1.1 PROBLEEMSTELLING
- Materiaalkeuze architect: ervaring/gewoonte/voorraad
Onverstandig: verantwoordelijke keuze door kennis/eigenschappen/criteria
o Materiaalkeuze: technisch en economisch verantwoord
o Meer en strengere criteria: milieu, productaansprakelijkheid, veiligheid …
Enorm materiaalaanbod: 1000’en uitvoeringen
Werkelijk: veel minder = dezelfde kunststofsoort onder ≠ namen ingeschreven (merknamen)
1.2 MATERIAALGROEPEN
Gebaseerd op chemische samenstelling en atoomstructuur van materialen (= mechanische eigenschappen in
deze cursus)
METALEN
- Metaalatomen
o Metaalrooster
• Kubisch ruimtelijk gecenterd, kubische vlakken
gecenterd, hexagonaal
• Sterke metaalbinding
• Hoog # vrije elektronen
o Korrelstructuur: opgebouwd vanuit stollingskernen overgang
smelt/vaste stof
- Eigenschappen
o Goede geleidbaarheid: warmte en elektriciteit door vrije elektronen
o Sterk door metaalbinding
o Permanent/plastisch vervormbaar zonder verlies sterkte door vorming
roosterglijvlakken
o Corrosiegevoelig door onbezette buitenste schil atomen
o Onbeperkt recycleerbaar
- Toepassingen
o Koper: daken (dichte bescherminglaag tegen corrosie)
o Zink: gevelbekleding en daken (dichte bescherminglaag tegen corrosie)
o Aluminium: grotere constructies, gevelbekleding en daken (vaak met extra
platteer/beschermingslaag (zink en aluminium))
o Weervast constructiestaal (naam: Cor-ten, Patinax)
- Productieproces en uitstoot
o Staalproductie: grote uitstoot (1,9 ton CO2/1 ton staal
(ijzererts))
Ijzererts = eindig, schroot = grondstof van de toekomst
(produceert ook minder CO2)
o Staalproductie vraagt veel energie: nu cokes
In toekomst: aardgas, waterstof
,POLYMEREN (RUBBERS, KUNSTSTOFFEN)
Organische verbindingen samengesteld uit koolstof, waterstof en andere niet-metallische elementen
- Koolstofruggegraat
o Lange moleculaire structuren
o Primaire covalente bindingen in ketens, secundaire bindingen
tussen ketens
Mogelijk crosslinks (= 2 polymeerketens aan elkaar binden)
- Eigenschappen
o ↓ dichtheid (zeer vervormbaar)
o ↓ stijfheid en sterkte
o ↓ thermische en elektrische geleidbaarheid
Weerstaan aan hoge temperaturen en agressieve milieus
o Mechanisch gedrag sterk beïnvloed door temperatuur
▪ Thermoplasten: week bij bepaalde temperatuur
▪ Thermoharders: behouden vorm
o Beperkt tot niet recycleerbaar
- Toepassingen
o Ethyleen-tetrafluorethyleen (ETFE)
▪ ↑ transparantie, treksterkte, impactweerstand, isolerend vermogen
▪ ↓ soortelijk gewicht
▪ Membraanalternatief voor glas
- Recyclage (beperkt)
o Storten, verbranden, chemisch/mechanisch recycleren
Zal moeten verbeteren met ‘The EU’s circular Economy Action Plan’
KERAMIEKEN
- Opbouw: metallische en niet-metallische elementen
o Moleculair opgebouwd
o Ionische bindingen tss elementen met covalent karakter
o Geordende opbouw (soms uitzonderingen)
- Eigenschappen
o Bestand tegen hoge T en agressieve milieus
o Dichtheid tussen kunststoffen en metalen
o Relatief stijf en sterk in druk (tussen metalen en polymeren)
o ↓ geleidbaarheid
o hard en bros (↓ treksterkte)
- Bewerkingen: oppervlaktelaag nodig
o Anti-graffiti
o Corrosiebestendig
o Bedrukking met zeefdruktechniek
COMPOSIETEN
Combinatie van eigenschappen van samengestelde materialen (gewenste eigenschappen te verkrijgen)
- Vezelversterkte kunststoffen
o Eigenschappen op maat
o Niet tot uiterst beperkt recycleerbaar
- Biomaterialen
o Niet-toxisch en compatibel met menselijke lichaam
o Implantaten in menselijke lichaam: vervangen zieke/beschadigde delen
, - Eigenschappen
o ↑ licht, sterk, stijf
o Reduceert arbeidskosten
o ↓ recycleerbaar (bv. oude windturbines = niet afbreken en stapelen zich op)
Maar ook vooruitgang (bv. bandenfabrikant)
1.3 MATERIAALKEUZE
Keuze gebaseerd op eisen waaraan materiaal dient te voldoen:
- Primaire eisen: sterkte- en vervormingseigenschappen
- Secundaire eisen: moeite van productie en verwerkingg (economische aspecten)
o Omgeving, veiligheid, verbindingstechnieken, energiebesparing, kwaliteit,...
o Uiterlijk + veranderende fysische en mechanische eigenschappen bij ≠ milieucondities
Er is hier veel literatuur beschikbaar
, H2 - KERAMISCHE MATERIALEN
2.1 INLEIDING
Speciale eigenschappen: toegepast onder extreme omstandigheden waar metalen en kunststoffen het
laten afweten
- Anorganische en niet-metallische materialen
o Vormgeving bij ↓ T
o Eigenschappen door behandeling bij ↑ T
- 2 groepen: traditionele en hoogwaardige technische keramiek
TRADITIONELE KERAMIEK (BAKSTENEN, GLAS, CEMENT, TAFELSERVIEZEN …)
- Silicaatbasis: natuurlijke grondstof (zand, klei …)
HOOGWAARDIGE TECHNISCH KERAMIEK
- Complementair aan technische kunststoffen en metalen
↑ hardheid, slijtvastheid, behoud stijfheid en sterkte bij ↑ T, corrosiebestendigheid …
- Synthetische basis
o Nieuwe, uiterst zuivere grondstoffen (silicaten, oxiden, carbiden, sulfiden, boriden …)
Nauwkeurig bepalen: zuiverheid, korrelgrootte en verdeling
o Meestal poeders: aanbrengen als deklaag, gesinterd tot massief onderdeel
- Eigenschappen
o Hardheid, slijtvastheid
o Behoud sterkte bij ↑ T
o Corrosiebestendigheid + weerstand tegen chemische aantasting
o Speciale elektrische en magnetische eigenschappen
- 2 gemeenschappelijke eigenschappen met klassieke keramieken: hoge smeltpunt en brosheid
Belangrijke invloed op fabricageomstandigheden en gebruikscondities
o Hoge smeltpunt: sinteren (niet mogelijk om te gieten in vorm)
▪ Eerst koud voorvervormen
▪ Sinteren: samengeperst poeder omzetten door onder smeltpunt te verhitten
Poeder onder druk zetten (=pressure-sintering) + toevoegen bindmiddelen
▪ Na sinterproces: nabewerking voor eindvorm
▪ Poeder in juist vorm na sinteren: groene vorm
o Brosheid: goede en slechte eigenschappen
▪ Mechanische energie -> vergroten van scheuren !dit tegengaan is moeilijk!
• Breuk na geringe plastische vervormingen
• Afhankelijk van micro-structurele fouten en vermijden
spanningsconcentraties
▪ Materiaal toepassen onder extreme omstandigheden
- Gebruik: veeleisende technische toepassingen
o Speciale elektrische en magnetische eigenschappen
(isolatoren, magneten, sensoren …)
o Slijtvastheid, hardheid en weerstand tegen chemische aantasting
(metaalbewerkingsapparaten)
o Behoud van sterkte bij ↑ T (gasturbines, dieselmotoren …)
H1 - INLEIDING
1.1 PROBLEEMSTELLING
- Materiaalkeuze architect: ervaring/gewoonte/voorraad
Onverstandig: verantwoordelijke keuze door kennis/eigenschappen/criteria
o Materiaalkeuze: technisch en economisch verantwoord
o Meer en strengere criteria: milieu, productaansprakelijkheid, veiligheid …
Enorm materiaalaanbod: 1000’en uitvoeringen
Werkelijk: veel minder = dezelfde kunststofsoort onder ≠ namen ingeschreven (merknamen)
1.2 MATERIAALGROEPEN
Gebaseerd op chemische samenstelling en atoomstructuur van materialen (= mechanische eigenschappen in
deze cursus)
METALEN
- Metaalatomen
o Metaalrooster
• Kubisch ruimtelijk gecenterd, kubische vlakken
gecenterd, hexagonaal
• Sterke metaalbinding
• Hoog # vrije elektronen
o Korrelstructuur: opgebouwd vanuit stollingskernen overgang
smelt/vaste stof
- Eigenschappen
o Goede geleidbaarheid: warmte en elektriciteit door vrije elektronen
o Sterk door metaalbinding
o Permanent/plastisch vervormbaar zonder verlies sterkte door vorming
roosterglijvlakken
o Corrosiegevoelig door onbezette buitenste schil atomen
o Onbeperkt recycleerbaar
- Toepassingen
o Koper: daken (dichte bescherminglaag tegen corrosie)
o Zink: gevelbekleding en daken (dichte bescherminglaag tegen corrosie)
o Aluminium: grotere constructies, gevelbekleding en daken (vaak met extra
platteer/beschermingslaag (zink en aluminium))
o Weervast constructiestaal (naam: Cor-ten, Patinax)
- Productieproces en uitstoot
o Staalproductie: grote uitstoot (1,9 ton CO2/1 ton staal
(ijzererts))
Ijzererts = eindig, schroot = grondstof van de toekomst
(produceert ook minder CO2)
o Staalproductie vraagt veel energie: nu cokes
In toekomst: aardgas, waterstof
,POLYMEREN (RUBBERS, KUNSTSTOFFEN)
Organische verbindingen samengesteld uit koolstof, waterstof en andere niet-metallische elementen
- Koolstofruggegraat
o Lange moleculaire structuren
o Primaire covalente bindingen in ketens, secundaire bindingen
tussen ketens
Mogelijk crosslinks (= 2 polymeerketens aan elkaar binden)
- Eigenschappen
o ↓ dichtheid (zeer vervormbaar)
o ↓ stijfheid en sterkte
o ↓ thermische en elektrische geleidbaarheid
Weerstaan aan hoge temperaturen en agressieve milieus
o Mechanisch gedrag sterk beïnvloed door temperatuur
▪ Thermoplasten: week bij bepaalde temperatuur
▪ Thermoharders: behouden vorm
o Beperkt tot niet recycleerbaar
- Toepassingen
o Ethyleen-tetrafluorethyleen (ETFE)
▪ ↑ transparantie, treksterkte, impactweerstand, isolerend vermogen
▪ ↓ soortelijk gewicht
▪ Membraanalternatief voor glas
- Recyclage (beperkt)
o Storten, verbranden, chemisch/mechanisch recycleren
Zal moeten verbeteren met ‘The EU’s circular Economy Action Plan’
KERAMIEKEN
- Opbouw: metallische en niet-metallische elementen
o Moleculair opgebouwd
o Ionische bindingen tss elementen met covalent karakter
o Geordende opbouw (soms uitzonderingen)
- Eigenschappen
o Bestand tegen hoge T en agressieve milieus
o Dichtheid tussen kunststoffen en metalen
o Relatief stijf en sterk in druk (tussen metalen en polymeren)
o ↓ geleidbaarheid
o hard en bros (↓ treksterkte)
- Bewerkingen: oppervlaktelaag nodig
o Anti-graffiti
o Corrosiebestendig
o Bedrukking met zeefdruktechniek
COMPOSIETEN
Combinatie van eigenschappen van samengestelde materialen (gewenste eigenschappen te verkrijgen)
- Vezelversterkte kunststoffen
o Eigenschappen op maat
o Niet tot uiterst beperkt recycleerbaar
- Biomaterialen
o Niet-toxisch en compatibel met menselijke lichaam
o Implantaten in menselijke lichaam: vervangen zieke/beschadigde delen
, - Eigenschappen
o ↑ licht, sterk, stijf
o Reduceert arbeidskosten
o ↓ recycleerbaar (bv. oude windturbines = niet afbreken en stapelen zich op)
Maar ook vooruitgang (bv. bandenfabrikant)
1.3 MATERIAALKEUZE
Keuze gebaseerd op eisen waaraan materiaal dient te voldoen:
- Primaire eisen: sterkte- en vervormingseigenschappen
- Secundaire eisen: moeite van productie en verwerkingg (economische aspecten)
o Omgeving, veiligheid, verbindingstechnieken, energiebesparing, kwaliteit,...
o Uiterlijk + veranderende fysische en mechanische eigenschappen bij ≠ milieucondities
Er is hier veel literatuur beschikbaar
, H2 - KERAMISCHE MATERIALEN
2.1 INLEIDING
Speciale eigenschappen: toegepast onder extreme omstandigheden waar metalen en kunststoffen het
laten afweten
- Anorganische en niet-metallische materialen
o Vormgeving bij ↓ T
o Eigenschappen door behandeling bij ↑ T
- 2 groepen: traditionele en hoogwaardige technische keramiek
TRADITIONELE KERAMIEK (BAKSTENEN, GLAS, CEMENT, TAFELSERVIEZEN …)
- Silicaatbasis: natuurlijke grondstof (zand, klei …)
HOOGWAARDIGE TECHNISCH KERAMIEK
- Complementair aan technische kunststoffen en metalen
↑ hardheid, slijtvastheid, behoud stijfheid en sterkte bij ↑ T, corrosiebestendigheid …
- Synthetische basis
o Nieuwe, uiterst zuivere grondstoffen (silicaten, oxiden, carbiden, sulfiden, boriden …)
Nauwkeurig bepalen: zuiverheid, korrelgrootte en verdeling
o Meestal poeders: aanbrengen als deklaag, gesinterd tot massief onderdeel
- Eigenschappen
o Hardheid, slijtvastheid
o Behoud sterkte bij ↑ T
o Corrosiebestendigheid + weerstand tegen chemische aantasting
o Speciale elektrische en magnetische eigenschappen
- 2 gemeenschappelijke eigenschappen met klassieke keramieken: hoge smeltpunt en brosheid
Belangrijke invloed op fabricageomstandigheden en gebruikscondities
o Hoge smeltpunt: sinteren (niet mogelijk om te gieten in vorm)
▪ Eerst koud voorvervormen
▪ Sinteren: samengeperst poeder omzetten door onder smeltpunt te verhitten
Poeder onder druk zetten (=pressure-sintering) + toevoegen bindmiddelen
▪ Na sinterproces: nabewerking voor eindvorm
▪ Poeder in juist vorm na sinteren: groene vorm
o Brosheid: goede en slechte eigenschappen
▪ Mechanische energie -> vergroten van scheuren !dit tegengaan is moeilijk!
• Breuk na geringe plastische vervormingen
• Afhankelijk van micro-structurele fouten en vermijden
spanningsconcentraties
▪ Materiaal toepassen onder extreme omstandigheden
- Gebruik: veeleisende technische toepassingen
o Speciale elektrische en magnetische eigenschappen
(isolatoren, magneten, sensoren …)
o Slijtvastheid, hardheid en weerstand tegen chemische aantasting
(metaalbewerkingsapparaten)
o Behoud van sterkte bij ↑ T (gasturbines, dieselmotoren …)
