Materiaalkunde 1
Periode 2, Les 1:
Zo’n 125 jaar geleden waren er slechts een paar honderd metalen. Nu zijn dat er meer dan 160.000!
Deze materialen hebben allemaal verschillende materiaaleigenschappen:
Mechanische eigenschappen:
- Stijfheid/stiffness → hoge E (Elasticiteit Modulus) betekent stijf materiaal / veel weerstand
tegen vervorming (zoals staal). Rubber heeft bijvoorbeeld een vele lagere E (0,0001) dan staal (E=210)
Stalen meetlat is elastisch
- Sterkte/strength → hoge σy (vloeisterkte) betekent dat het materiaal lastig permanent te
vervormen is (stug). Wanneer materialen vervormen worden ze over het algemeen sterker.
Maar er is wel een uiterste σts (treksterkte/tensile strenght) waarna het materiaal breekt.
Een goede stalen meetlat is moeilijk om permanent te buigen
- Breuktaaiheid/fracture toughness → de weerstand van materialen tegen barsten en breken.
Sommige materialen zijn niet permanent te buigen maar breken plotseling (bros). Materialen
die kunnen vervormen en bestand zijn tegen breuken noemen we taai. Een hoge K1c
betekent dat het materiaal taai is (staal heeft een hoge k1c). Glas heeft daarentegen een lage k1c.
Taaiheid (ductiliteit) is een maat voor de hoeveelheid plastische rek die een materiaal kan weerstaan
Een glazen meetlat is niet permanent te buigen maar breekt gelijk
- Dichtheid/density ρ → hoe hoger de dichtheid van het materiaal hoe zwaarder het object.
Aluminium heeft een lage dichtheid en lood een hoge. Als een vliegtuig van lood was
gemaakt zou hij niet kunnen opstijgen, omdat het vliegtuig dan veel te zwaar zou zijn.
Stijfheid en sterkte zijn GEEN materiaaleigenschappen, maar eigenschappen van een constructie.
Niet alleen het materiaal, maar ook de vorm en grootte dragen bij aan de stijfheid en sterkte van een
constructie. WEL materiaaleigenschappen: E , σy , σts , ρ
Thermische eigenschappen:
- Service temperatuur Tmax → geeft aan tot welke temperatuur het gebruik praktisch is. Zonder
dat het materiaal bijvoorbeeld langzaam doorzakt, oxideert of ontleed.
- Thermische uitzettingscoëfficiënt α → de meeste materialen zetten uit wanneer ze worden
verwarmd. De mate waarin ze uitzetten wordt hiermee aangeduid.
- Thermische geleidbaarheid/conductivity λ → geeft aan hoe warmte over het materiaal
wordt geleid wanneer het ene deel warm is en het andere deel koud. Materialen met een
hoge geleidbaarheid kunnen eenvoudig warme verplaatsen, denk aan kookpannen.
Materialen met een lage geleidbaarheid zijn bijvoorbeeld goed voor het isoleren van huizen.
- Thermische diffusie a → Een hoge diffusiteit betekend dat het gehele materiaal heel snel op
temperatuur komt. Koper (lage diffusiteit) vraagt veel hitte om zijn temperatuur aan te
passen. Eerst word hier de onderkant warm, daarna pas het middelstuk en uiteindelijk de
bovenkant. Dan pas wordt het object op het materiaal verwarmd.
, Chemische eigenschappen:
Het ene materiaal kan beter tegen een vijandige omgeving dan de ander. We meten de instinctieve
weerstand van een materiaal, tegenover onderstaande chemische eigenschappen, op een schaal van
1 (erg slecht) tot 5 (erg goed).
Elektrische, magnetisch en optische eigenschappen:
- Soortelijke weerstand/Resistivity ρe → de eigenschap van een materiaal om een elektrische
stroom te weerstaan
- Diëlektrische antwoorden/dielectric response εD → Hoge εD betekent dat het materiaal
reageert op het elektrisch veld en straling reflecteert.
- Magnetisch gedrag → zachte magnetische materialen zijn gemakkelijk te magnetiseren maar
blijven na magnetisatie niet magnetisch. Een hard magnetisch materiaal is moeilijker te
magnetiseren maar blijft wel een permanente magneet.
- Reflectie en absorptie → doorzichtige/transparante materialen breekt licht op en
ondoorzichtige materialen reflecteert licht (van specifieke golflengten).
Milieu eigenschappen:
Er zijn 3 hoeveelheden die het milieu karakter van een materiaal beschrijven:
- Omvattente energie → hoeveel energie is er nodig om 1kg van het materiaal te maken
- Ecologische voetafdruk → hoeveel CO2 komt er vrij bij het produceren van 1kg van het materiaal
- Water vraag → hoeveel water wordt er verbruikt bij het produceren van 1kg van het materiaal
Alle materialen hebben dus verschillende eigenschappen. De taxonomie van materialen:
Periode 2, Les 1:
Zo’n 125 jaar geleden waren er slechts een paar honderd metalen. Nu zijn dat er meer dan 160.000!
Deze materialen hebben allemaal verschillende materiaaleigenschappen:
Mechanische eigenschappen:
- Stijfheid/stiffness → hoge E (Elasticiteit Modulus) betekent stijf materiaal / veel weerstand
tegen vervorming (zoals staal). Rubber heeft bijvoorbeeld een vele lagere E (0,0001) dan staal (E=210)
Stalen meetlat is elastisch
- Sterkte/strength → hoge σy (vloeisterkte) betekent dat het materiaal lastig permanent te
vervormen is (stug). Wanneer materialen vervormen worden ze over het algemeen sterker.
Maar er is wel een uiterste σts (treksterkte/tensile strenght) waarna het materiaal breekt.
Een goede stalen meetlat is moeilijk om permanent te buigen
- Breuktaaiheid/fracture toughness → de weerstand van materialen tegen barsten en breken.
Sommige materialen zijn niet permanent te buigen maar breken plotseling (bros). Materialen
die kunnen vervormen en bestand zijn tegen breuken noemen we taai. Een hoge K1c
betekent dat het materiaal taai is (staal heeft een hoge k1c). Glas heeft daarentegen een lage k1c.
Taaiheid (ductiliteit) is een maat voor de hoeveelheid plastische rek die een materiaal kan weerstaan
Een glazen meetlat is niet permanent te buigen maar breekt gelijk
- Dichtheid/density ρ → hoe hoger de dichtheid van het materiaal hoe zwaarder het object.
Aluminium heeft een lage dichtheid en lood een hoge. Als een vliegtuig van lood was
gemaakt zou hij niet kunnen opstijgen, omdat het vliegtuig dan veel te zwaar zou zijn.
Stijfheid en sterkte zijn GEEN materiaaleigenschappen, maar eigenschappen van een constructie.
Niet alleen het materiaal, maar ook de vorm en grootte dragen bij aan de stijfheid en sterkte van een
constructie. WEL materiaaleigenschappen: E , σy , σts , ρ
Thermische eigenschappen:
- Service temperatuur Tmax → geeft aan tot welke temperatuur het gebruik praktisch is. Zonder
dat het materiaal bijvoorbeeld langzaam doorzakt, oxideert of ontleed.
- Thermische uitzettingscoëfficiënt α → de meeste materialen zetten uit wanneer ze worden
verwarmd. De mate waarin ze uitzetten wordt hiermee aangeduid.
- Thermische geleidbaarheid/conductivity λ → geeft aan hoe warmte over het materiaal
wordt geleid wanneer het ene deel warm is en het andere deel koud. Materialen met een
hoge geleidbaarheid kunnen eenvoudig warme verplaatsen, denk aan kookpannen.
Materialen met een lage geleidbaarheid zijn bijvoorbeeld goed voor het isoleren van huizen.
- Thermische diffusie a → Een hoge diffusiteit betekend dat het gehele materiaal heel snel op
temperatuur komt. Koper (lage diffusiteit) vraagt veel hitte om zijn temperatuur aan te
passen. Eerst word hier de onderkant warm, daarna pas het middelstuk en uiteindelijk de
bovenkant. Dan pas wordt het object op het materiaal verwarmd.
, Chemische eigenschappen:
Het ene materiaal kan beter tegen een vijandige omgeving dan de ander. We meten de instinctieve
weerstand van een materiaal, tegenover onderstaande chemische eigenschappen, op een schaal van
1 (erg slecht) tot 5 (erg goed).
Elektrische, magnetisch en optische eigenschappen:
- Soortelijke weerstand/Resistivity ρe → de eigenschap van een materiaal om een elektrische
stroom te weerstaan
- Diëlektrische antwoorden/dielectric response εD → Hoge εD betekent dat het materiaal
reageert op het elektrisch veld en straling reflecteert.
- Magnetisch gedrag → zachte magnetische materialen zijn gemakkelijk te magnetiseren maar
blijven na magnetisatie niet magnetisch. Een hard magnetisch materiaal is moeilijker te
magnetiseren maar blijft wel een permanente magneet.
- Reflectie en absorptie → doorzichtige/transparante materialen breekt licht op en
ondoorzichtige materialen reflecteert licht (van specifieke golflengten).
Milieu eigenschappen:
Er zijn 3 hoeveelheden die het milieu karakter van een materiaal beschrijven:
- Omvattente energie → hoeveel energie is er nodig om 1kg van het materiaal te maken
- Ecologische voetafdruk → hoeveel CO2 komt er vrij bij het produceren van 1kg van het materiaal
- Water vraag → hoeveel water wordt er verbruikt bij het produceren van 1kg van het materiaal
Alle materialen hebben dus verschillende eigenschappen. De taxonomie van materialen:
