Samenvatting Materiaalkunde Kristallijne structuur -Atomen vormen een regelmatig patroon dat zich herhaalt → structuureenheden definiëren vb meeste metalen en keramische materialen Amorfe structuur -Geen repeterend 3-dimensionaal patroon vb glas en aantal kunststoffen Bravais-rooster 7 kristalsystemen en 14 kristalstructuren of -roosters Kubisch (3) Rombisch (4) Tetragonaal (2) Monoclien (2) Romboedrisch (1) Triclien (1) Hexagonaal (1) KRG = Kubus Ruimtelijk Gecentreerd rooster BCC : Body-Centered Cubic crystal structure KVG = Kubus Vlakken Gecentreerd rooster FCC = Face-Centered Cubic crystal structure HDP = Hexagonaal dichtste pakking rooster HCP = Hexagonal Close-Packed crystal structure atomaire pakkingsfactor( APF )= Atomen per cel∗Volume v. 1 atoom Volume eenheidscel Dichtheid = ¿ atomen per cel∗atoommassa van 1 atoom 4 3 Vollume van 1 atoom( π R ) 3 Substitutionele vaste oplossing: één type atoom vervangt een ander soort atoom → volledige oplosbaarheid indien voldaan is aan de HumeRothery-regels: •Minder dan 15% verschillen in atoomdiameter •Dezelfde kristalstructuur •Vergelijkbare EN-waarde •Dezelfde chemische valentie Interstitiële vaste oplossing: een kleiner vreemd atoom zit op een plaats die normaal niet bezet is door atomen Voorwaarden: •Diameter legeringsatomen (vb H,C,N,..) moet kleiner zijn dan de grootte van lege plaatsen tussen roosteratomen •Atomen moeten vergelijkbare elektronegativiteit bezitten Puntfouten - Vacature: lege plaats in het rooster (ontbrekend deeltje) -Zelfinterstitieel: roosteratoom op een verkeerde plaats (waar normaal geen deeltje zit) -Aanwezigheid van een vreemd atoom: • Substitutioneel: op een normale roosterplaats (ter vervanging van een roosterdeeltje) – substitutionele legeringen • Interstitieel: op een plaats die normaal niet bezet is door deeltjes – interstitiële legeringen Lijnfouten (a) Randdislocatie (b) schroefdislocatie •Een dislocatie beweegt door het kristal o.i.v. een schuifspanning. •Bindingen tussen de atomen worden beurtelings verbroken. •Als schuifspanning blijft aangrijpen → randdislocatie beweegt verder tot uiteinde van kristal. •Kristal is blijvend vervormd. Oppervlakte fouten Oppervlaktefout of korrelgrens = grenszone tussen 2 korrels die een verschillende oriëntatie vertonen •Oppervlaktefouten ontstaan tijdens het stollen of vervormen van het materiaal Tweelinggrenzen Subgrenzen Korrelgrenzen •Bij grotere oriëntatieverschillen tussen kristallen (korrels) ontstaan gewone korrelgrenzen •De atoombezetting in deze tussenlaag is veel ijler dan in het rooster •Hogere diffusiesnelheid in de korrelgrenzen •Ontstaan bij het stollen Kiemvorming en kristalgroei Trage afkoeling Trage kiemvorming → weinig kiemen → grofkorrelige kristallijne structuur Snelle afkoeling Snelle kiemvorming → veel kiemen → fijnkorrelige structuur = meestal gewenst Amorfe materialen •Amorfe structuur -Geen repeterend 3-dimensionaal patroon -Orde enkel terug te vinden bij dichtste buren (SRO) bv glas en aantal kunststoffen •Kristallijne structuur -Atomen vormen een regelmatig patroon dat zich herhaalt (LRO) bv meeste metalen en aantal keramische materialen •Structuur bepaalt groot deel van eigenschappen Thermisch geleidingsvermogen Soortelijke weerstand ρ ρ = (A*R) / L ferromagnetisme Hystereselus vorm(a) → materiaal kan gemakkelijk gemagnetiseerd en gedemagnetiseerd worden Hystereselus vorm(b) → materiaal vertoont neiging om bij afname veldsterkte gemagnetiseerd te blijven → kan goede permanente magneet zijn B=magnetische inductie H=magnetische veldsterkte Mechanische eigenschappen Spanning Spanning = kracht / oppervlakte σ (sigma) = F / A Rek ε = delta / Wet van Hooke: σ = E* ε Trekproef σP= Proportionaliteitsgrens σE =Elasticiteitsgrens of werkelijke rekgrens σ0.2 =Technische rekgrens of vloeisterkte σT=Treksterke Grafieken p.62! Hardheidsproeven Brinel ( kogel, diameter van de indruk) Vickers ( piramidevormige, lengte diagonaal van de indrukking) Rockwel ( diepte indrukking wordt gemeten tijdens belasting) Kruip weerstand van materiaal tegen plastische vervorming onder langdurige belasting Termenlijst p.80-83!!! Polymerisatiereacties •Additiepolymerisatie •Alle atomen komen in polymeer terecht •Geeft een monomeer in een oplossing •Condensatiepolymerisatie •Bij reactie wordt klein molecule afgesplitst •Eenheden in polymeer andere structuur dan monomeren Copolymeren Terpolymeer Hetzelfde als een copolymeer maar dan met 3 verscheidene monomeren in plaats van 2. Polymeereigenschappen •Tg = glasovergangstemperatuur van een amorf polymeer •Tv = vloeitemperatuur van een amorf polymeer •Tm = smeltpunt van kristallijn polymeer •curve a = amorf polymeer -a1 = lagere molmassa -a2 = hogere molmassa •curve b = volledig kristallijn polymeer -Opmerking: een polymeer is nooit volledig kristallijn •curve c = semi-kristallijn polymeer -theoretische curve •curve d = semi-kristallijn polymeer -Deze curve komt voor in de realiteit Thermoplasten Polyethyleen (PE) n CH2=CH2 [- CH2-CH2-]n Polypropyleen (PP) n CH2=CH-CH3 [-CH2-CH(-CH3)-]n Polyvinylchloride (PVC) n CH2=CH-Cl [-CH2-CH(-Cl)-]n Polystyreen (PS) n CH2=CH-C6H5 [-CH2-CH(-C6H5)-]n Polytetrafluoroethyleen (PTFE) - teflon n CF2=CF2 [- FH2-CF2-]n Polyester vb Polyethyleentereftalaat (PET) n HO-(CH2)2-OH + n HOOC-C6H4-COOH ethyleenglycol tereftaalzuur H[-O-(CH2)2-O-C(=O)-C6H4-C(=O)-]nOH + (2n-1) H2O Polyamide vb: Nylon 6,6 n HOOC-(CH2)4-COOH + n H2N-(CH2)6-NH2 adipinezuur hexamethyleendiamine HO[-OC-(CH2)4-CO-HN-(CH2)6-NH -]nH + (2n-1) H2O Polymethylmethacrylaat (PMMA) plexiglas n CH2=C(CH3)-COOCH3 [-CH2-C(CH3)-COOCH3 -]n Thermoharders Fenol-formaldehyde (PF) Onverzadigd polyester (UP) Elastomeren Styreen-butadieenrubber (SBR) Copolymeer van butadieen en styreen met rubberkarakter n CH2=CH-CH=CH2 [-CH2-CH=CH-CH2-]n 1,3-butadieen polybutadieen n CH2=CH-C6H5 [-CH2-CH(-C6H5)-] styreen polystyreen Isopreenrubber (IR) •Synthetische copie van natuurrubber Thermoplastische Elastomeren Blok-copolymeren, waarvan één polymeer een Tg heeft ver boven KT en één polymeer een Tg onder 0°C Polymeercomposieten COMPOSIET = Materiaal uit een continue polymeermatrix waarin een wapeningsmateriaal is aangebracht Polymeermatrix → belangrijkste zijn epoxy, onverzadigd poyester, enkele andere thermoharders en enkele thermoplasten Wapening → glasvezel, grafietvezel, aramidevezel, thermoplastische vezel, metaal of keramische materiaal Soorten versterkingen •Discontinue wapening → verbeteren van korte termijn gedrag •Continue wapening → verbeteren van lange termijn gedrag → kunnen concurreren met metalen in constructietoepassingen •Gebruik van polymeercomposieten → materialen zijn licht, erg sterk en goed bestand tegen omgevingsinvloeden (roesten niet) Keramische materialen → vaste materialen samengesteld uit verbindingen die zowel metallische als niet-metallische elementen bevatten → atomen worden bijeen gehouden door ionbindingen of covalente bindingen Fijnkorrelige polykristallijne keramische materialen hebben een grotere mechanische sterkte dan grofkorrelige soorten Keramische materialen gemaakt door versintering → vaak open poriën waar korrels samenkomen → sterkte structuur door nabehandeling niet meer te wijzigen (a)Enkelfase gesinterd polykristallijn materiaal (b)Verglaasd materiaal (c)Eén fase met precipitatie van fijne deeltjes die tweede fase vormen (d)Twee fase gesinterd polykristallijn materiaal
