Samenvatting Materiaalkunde 4
Een keramisch materiaal kan worden gedefinieerd als een
combinatie of verbinding van een of meer metalen met een niet-
metaal element. Verbindingen die samengesteld zijn uit
metallische en niet-metallische elementen hebben een sterke
covalente of ionbinding tussen de atomen. Vaak is er sprake van
een ionbinding.
Keramiek heeft technische toepassingen in de optische
componenten. Dit omdat er een goede transmissie is over een breed golfbereik.
Onderscheid in:
- Kristallijn (geordend)
Metalen, keramische materialen, sommige polymeren
- Amorf (ongeordend)
Glas, meeste polymeren
Atomen gerangschikt in repeterende structuren, de
eenheidscellen.
Keramiek:
- Hard & slijtvast
- Zeer stijve ionbinding
- Verbinding metaal en niet-metaal
- Eigenschappen:
- Elektrische isolator
- Hard en bros
- Chemische bestendigheid
- Hittebestendig (smelttemp. > 5000˚C)
- Enige porositeit
- Geen/nauwelijks te vervormen
- Relatief duur
Keramiek kan gebruikt worden voor borden, kopjes, mokken
etc, dit zijn kleiproducten met VDW krachten die zijn zeer
zwak. Technische keramieken zijn heel wat anders.
Keramische materialen hebben een hoge sterkte, hoge elasticiteidsmoduli en de beste taaiheid.
Bevat een sterke covalente- of ionbinding.
- Zirkoniumoxide (lijkt op tanden, ondergaat structuurverandering. Redelijke krimp)
- Aluminiumoxide (de oudste, veelal toegepast als isolator. Kan redelijk poreus maken)
- Siliciumcarbide (schuurmiddelen, elektronische apparaten)
- Sliciumnitride (slijtvaste onderdelen)
,Productieprocessen keramiek:
Deze zijn afhankelijk van de materiaalsoort, het zijn meestal poedervormige uitgangsproducten en
wordt meestal gebakt bij hele hoge temperaturen.
Veelgebruikt: compacteren en sinteren
1. Gezuiverde keramische verbinding vermalen tot poeder.
2. De poeder mengen met bindmiddelen en in juiste vorm brengen (groene toestand).
3. Voorwarmen om de bindmiddelen uit te drijven.
4. Sinteren of “bakken” = het laten samensmelten van de poederdeeltjes bij hoge
temperaturen.
Grote krimp (tot wel 30%)! Mal nodig!
Verglazing:
Bijvoorbeeld slijpstenen of vuurstenen.
Glas is het bindmiddel. Mal met glas poeder en
keramisch poeder, glas smelt eerder dus je krijgt
keramische korrels met vloeibaar glas. Dit smelt je bij
elkaar en krijg je je onderdeel. Je hebt dus
keramische delen (witte delen) met daartussen het
vloeibare bindmiddel (glas in dit geval). Glas slijt iets
harder, glaslaagje op buitenkant slijt eraf dus je houd
altijd scherpe buitenkant omdat er steeds een laagje
wordt afgesleten komt er steeds een nieuw laagje tevoorschijn.
Cermets (ceramics + metals)
• Bijvoorbeeld: snijplaten (meestal WC met Co)
• Bijvoorbeeld: slijtvaste laag
• Keramische deeltjes in metaalmatrix (bindmiddel)
Je onderdeel is altijd zo sterk als je bindmiddel, dus hier wordt
een sterker materiaal gebruikt als bindmiddel om een sterker
onderdeel te krijgen. Metaal is hier bindmiddel, vaak
wolfraamcarbide met cobalt als bindmiddel. Relatief duur.
Je kan niet maar zo materialen op elkaar aanbrengen omdat ze
allebei verschillende uitzettingscoëfficiënten hebben. Staal
andere uitzettingscoëfficiënt als cermet dus dat gaat scheuren als je temperatuur op laat lopen.
Daarom diffusie laag er tussen om uitzetting op te vangen.
Diffusie
Bijvoorbeeld: siliciumcarbide.
Carboneren, nitreren etc. Dit wordt gedaan bij remschijven. Basis van silicium leggen ze in
koolstofrijke omgeving. Koolstof trekt door diffusie in onderdeel. Dus overvloed koolstof, dat
afbakken dan vormt de keramiek. Dat silicium is dus een metalloïde. Dus keramische eigenschappen.
Algemeen:
- De meeste keramische materialen zijn hard en bros, machinaal bewerken in “groene” toestand.
- Vormgeving in matrijs vereist vaak speciaal gereedschap: duur bij kleine serie.
- Bindmiddelen verminderen de sterkte.
- Sinteren: krimp tot wel 30%. Nauwkeurig is moeilijk zonder nabewerking.
, Microstructuur:
Keramiek zelfde kristalstructuren als in metalen. Hele sterke bindingen.
Open ruimtes afhankelijk van productiemethodes.
Kan je vullen met bindmiddelen, puur keramiek heeft altijd
poreuze holtes en die beïnvloeden de sterkte.
Verglaasde structuur, bindmiddel beïnvloed sterkte:
Algemene eigenschappen keramieken:
- Hittebestendig (smelttemp. > 5000˚C)
- Hoge druksterkte
- Hoge hardheid (HV tot wel 3000)
- Gelegeerde stalen: HV tot 220
- Gietijzer: HV tot 550
- Aluminium legeringen: HV tot 150
- Slijtvast
- Grote chemische inertheid (niet reactief)
- Brosheid (Let op kerfvorming)
- Slechte warmte en elektrische geleidbaarheid
Mechanische eigenschappen keramieken:
- Keramische materialen geen plastische vervorming. blijvende
verlenging = nul.
- Keramische materialen zijn de hardste van de technische materialen.
- Keramische materialen hoogste stijfheid (E-mod.) Gesinterde
carbiden → 3x zo hoog als staal.
- Uitstekende druksterkte
- Bij trekbelasting een geringe vermoeiingssterkte. (rekening mee houden
bij ontwerpen).
Fysische eigenschappen keramieken:
- Dichtheid:
- Keramische materialen kunnen licht zijn t.o.v. metalen.
- Lage dichtheid kan duiden op porositeit.
- Keramische materialen kunnen hoge T aan
- vuurvaste stenen
- Warmtegeleidingsvermogen is slecht
- slechte warmteschokbestendigheid
Vaak goede elektrische isolator → net als bij kunststoffen
Een keramisch materiaal kan worden gedefinieerd als een
combinatie of verbinding van een of meer metalen met een niet-
metaal element. Verbindingen die samengesteld zijn uit
metallische en niet-metallische elementen hebben een sterke
covalente of ionbinding tussen de atomen. Vaak is er sprake van
een ionbinding.
Keramiek heeft technische toepassingen in de optische
componenten. Dit omdat er een goede transmissie is over een breed golfbereik.
Onderscheid in:
- Kristallijn (geordend)
Metalen, keramische materialen, sommige polymeren
- Amorf (ongeordend)
Glas, meeste polymeren
Atomen gerangschikt in repeterende structuren, de
eenheidscellen.
Keramiek:
- Hard & slijtvast
- Zeer stijve ionbinding
- Verbinding metaal en niet-metaal
- Eigenschappen:
- Elektrische isolator
- Hard en bros
- Chemische bestendigheid
- Hittebestendig (smelttemp. > 5000˚C)
- Enige porositeit
- Geen/nauwelijks te vervormen
- Relatief duur
Keramiek kan gebruikt worden voor borden, kopjes, mokken
etc, dit zijn kleiproducten met VDW krachten die zijn zeer
zwak. Technische keramieken zijn heel wat anders.
Keramische materialen hebben een hoge sterkte, hoge elasticiteidsmoduli en de beste taaiheid.
Bevat een sterke covalente- of ionbinding.
- Zirkoniumoxide (lijkt op tanden, ondergaat structuurverandering. Redelijke krimp)
- Aluminiumoxide (de oudste, veelal toegepast als isolator. Kan redelijk poreus maken)
- Siliciumcarbide (schuurmiddelen, elektronische apparaten)
- Sliciumnitride (slijtvaste onderdelen)
,Productieprocessen keramiek:
Deze zijn afhankelijk van de materiaalsoort, het zijn meestal poedervormige uitgangsproducten en
wordt meestal gebakt bij hele hoge temperaturen.
Veelgebruikt: compacteren en sinteren
1. Gezuiverde keramische verbinding vermalen tot poeder.
2. De poeder mengen met bindmiddelen en in juiste vorm brengen (groene toestand).
3. Voorwarmen om de bindmiddelen uit te drijven.
4. Sinteren of “bakken” = het laten samensmelten van de poederdeeltjes bij hoge
temperaturen.
Grote krimp (tot wel 30%)! Mal nodig!
Verglazing:
Bijvoorbeeld slijpstenen of vuurstenen.
Glas is het bindmiddel. Mal met glas poeder en
keramisch poeder, glas smelt eerder dus je krijgt
keramische korrels met vloeibaar glas. Dit smelt je bij
elkaar en krijg je je onderdeel. Je hebt dus
keramische delen (witte delen) met daartussen het
vloeibare bindmiddel (glas in dit geval). Glas slijt iets
harder, glaslaagje op buitenkant slijt eraf dus je houd
altijd scherpe buitenkant omdat er steeds een laagje
wordt afgesleten komt er steeds een nieuw laagje tevoorschijn.
Cermets (ceramics + metals)
• Bijvoorbeeld: snijplaten (meestal WC met Co)
• Bijvoorbeeld: slijtvaste laag
• Keramische deeltjes in metaalmatrix (bindmiddel)
Je onderdeel is altijd zo sterk als je bindmiddel, dus hier wordt
een sterker materiaal gebruikt als bindmiddel om een sterker
onderdeel te krijgen. Metaal is hier bindmiddel, vaak
wolfraamcarbide met cobalt als bindmiddel. Relatief duur.
Je kan niet maar zo materialen op elkaar aanbrengen omdat ze
allebei verschillende uitzettingscoëfficiënten hebben. Staal
andere uitzettingscoëfficiënt als cermet dus dat gaat scheuren als je temperatuur op laat lopen.
Daarom diffusie laag er tussen om uitzetting op te vangen.
Diffusie
Bijvoorbeeld: siliciumcarbide.
Carboneren, nitreren etc. Dit wordt gedaan bij remschijven. Basis van silicium leggen ze in
koolstofrijke omgeving. Koolstof trekt door diffusie in onderdeel. Dus overvloed koolstof, dat
afbakken dan vormt de keramiek. Dat silicium is dus een metalloïde. Dus keramische eigenschappen.
Algemeen:
- De meeste keramische materialen zijn hard en bros, machinaal bewerken in “groene” toestand.
- Vormgeving in matrijs vereist vaak speciaal gereedschap: duur bij kleine serie.
- Bindmiddelen verminderen de sterkte.
- Sinteren: krimp tot wel 30%. Nauwkeurig is moeilijk zonder nabewerking.
, Microstructuur:
Keramiek zelfde kristalstructuren als in metalen. Hele sterke bindingen.
Open ruimtes afhankelijk van productiemethodes.
Kan je vullen met bindmiddelen, puur keramiek heeft altijd
poreuze holtes en die beïnvloeden de sterkte.
Verglaasde structuur, bindmiddel beïnvloed sterkte:
Algemene eigenschappen keramieken:
- Hittebestendig (smelttemp. > 5000˚C)
- Hoge druksterkte
- Hoge hardheid (HV tot wel 3000)
- Gelegeerde stalen: HV tot 220
- Gietijzer: HV tot 550
- Aluminium legeringen: HV tot 150
- Slijtvast
- Grote chemische inertheid (niet reactief)
- Brosheid (Let op kerfvorming)
- Slechte warmte en elektrische geleidbaarheid
Mechanische eigenschappen keramieken:
- Keramische materialen geen plastische vervorming. blijvende
verlenging = nul.
- Keramische materialen zijn de hardste van de technische materialen.
- Keramische materialen hoogste stijfheid (E-mod.) Gesinterde
carbiden → 3x zo hoog als staal.
- Uitstekende druksterkte
- Bij trekbelasting een geringe vermoeiingssterkte. (rekening mee houden
bij ontwerpen).
Fysische eigenschappen keramieken:
- Dichtheid:
- Keramische materialen kunnen licht zijn t.o.v. metalen.
- Lage dichtheid kan duiden op porositeit.
- Keramische materialen kunnen hoge T aan
- vuurvaste stenen
- Warmtegeleidingsvermogen is slecht
- slechte warmteschokbestendigheid
Vaak goede elektrische isolator → net als bij kunststoffen
