Materiaalkunde
H1 en H2
Materialen kunnen ingedeeld worden:
• Synthetische materialen
o Metalen, keramieken, glas, composiet, etc.
• Natuurlijke materialen
o Biopolymeren, biokeramieken, biocomposieten
Biomateriaal: materiaal dat in de mens gezet kan worden
Monolytisch materiaal: hele structuur is gemaakt van 1 materiaal
Composiet: meerdere materialen in 1 structuur
Hiërarchisch: opbouw van verschillende niveaus
Cellulair: 3D opbouw → open ruimtes met dunne wanden
Typen chemische bindingen:
Sterk:
• Elektrostatische aantrekking → ionen
• Covalente bindingen
• Metallische bindingen → elektronenzee
Zwak
• Van der Waals bindingen (vaste en vloeibare stoffen)
• Dipool-dipool bindingen
• Waterstofbruggen (tussen O-H en N-H)
Aan het oppervlak van een stof vindt meer interactie plaats. Er zijn dus grote verschillen tussen
oppervlak en bulk van een materiaal.
3M-model
Micro Meso Macro
atomen object
Nanometer (10-9) Micrometer (10-6) Decimeter (10-1)
, Trekkracht + spanning/stress σ N m-2 of Pascal (Pa)
Compressiekracht - spanning/stress Σ N m-2 of Pascal (Pa)
Afschuiving shear/schuifspanning τ N m-2 of Pascal (Pa)
Lengteverandering rek/strain ε -
Afschuiven:
Deformatie hoek γ. Voor kleine deformatie en hoek in rad geldt: tan γ = γ
Wet van Hooke
− Geldt voor elastische materialen
Voor druk- en trekkracht: 𝜎 =𝐸 ∙𝜀
Voor afschuiving: 𝜏 =𝐺∙𝛾
-----
Isotroop: onafhankelijk van richting (= materiaaleigenschap)
Lengte/volumeverandering
1e orde benadering als volume constant is (∆V = 0)
∆V = 0 als v=0,5
Meestal is v niet precies 0,5. Mogen we dan wel aannemen dat ∆V = 0?
v=0 als de dwarsdoorsnede niet veranderd als het materiaal ingedrukt of uitgerekt wordt
---------
𝜎𝑌 Yieldpoint = vloeipunt overgang elastisch gebied naar plastisch gebied
𝜎𝑇 Tensile stress = hoogste spanning dat een materiaal aan kan. Vanaf hier begint insnoering.
𝜀𝑚𝑎𝑥 Maximale rek = hoogste rek, bij deze rek breekt het materiaal
Resilience: maximale energie dat opgeslagen kan worden in een materiaal (dus oppervlak onder
grafiek in elastisch gebied)
Taaiheid (= toughness): totale energie die nodig is om een materiaal te breken (het totale oppervlak
onder de grafiek)
Geef altijd aan of een materiaal zich in het plastisch of elastische gebied bevindt
Ductility: vervormbaarheid
, 𝜎𝑡 = true stress
σ = engineering stress
𝜀𝑡 = true strain van -∞ tot +∞
ε = engineering strain van -1 tot +∞
Bij kleine ε: ε = 𝜀𝑡 en σ = 𝜎𝑡
True stress en true strain gebruik je (bijna) alleen in het plastische gebied!
In plastisch gebied, als V constant is:
𝐴0
𝐴= en dan geldt 𝜎𝑡 = 𝜎(1 + 𝜀) = 𝜎 ∙ 𝑒 𝜀𝑡
1+𝜀
𝜎𝑡 = 𝐾𝑝𝑙 ∙ 𝜀𝑡 𝑁
Bij insnoering: 𝜀𝑡 = N
Bij 𝜎𝑇 kunnen 2 dingen gebeuren:
− Brosse breuk
− Taaie breuk → insnoering
Na 𝜎𝑇 kan het materiaal minder kracht dragen
Eerst 𝜎𝑡 uitrekenen dan σ uitrekenen
----
H3
U = energie van een binding
U is laagste bij een ideale binding
− Ionbinding/elektrostatische binding: m=1
− Van der Waals: m=6
Fa = aantrekkingskracht tussen atomen
Kracht nodig om van buiten een materiaal te vervormen: F = -Fa
𝑚(𝑛−𝑚)𝐴
𝐸 = Aanname: vervorming is klein!
𝑅0 𝑚+3
E controleren met E in tabel! Betrouwbaar of niet?
H1 en H2
Materialen kunnen ingedeeld worden:
• Synthetische materialen
o Metalen, keramieken, glas, composiet, etc.
• Natuurlijke materialen
o Biopolymeren, biokeramieken, biocomposieten
Biomateriaal: materiaal dat in de mens gezet kan worden
Monolytisch materiaal: hele structuur is gemaakt van 1 materiaal
Composiet: meerdere materialen in 1 structuur
Hiërarchisch: opbouw van verschillende niveaus
Cellulair: 3D opbouw → open ruimtes met dunne wanden
Typen chemische bindingen:
Sterk:
• Elektrostatische aantrekking → ionen
• Covalente bindingen
• Metallische bindingen → elektronenzee
Zwak
• Van der Waals bindingen (vaste en vloeibare stoffen)
• Dipool-dipool bindingen
• Waterstofbruggen (tussen O-H en N-H)
Aan het oppervlak van een stof vindt meer interactie plaats. Er zijn dus grote verschillen tussen
oppervlak en bulk van een materiaal.
3M-model
Micro Meso Macro
atomen object
Nanometer (10-9) Micrometer (10-6) Decimeter (10-1)
, Trekkracht + spanning/stress σ N m-2 of Pascal (Pa)
Compressiekracht - spanning/stress Σ N m-2 of Pascal (Pa)
Afschuiving shear/schuifspanning τ N m-2 of Pascal (Pa)
Lengteverandering rek/strain ε -
Afschuiven:
Deformatie hoek γ. Voor kleine deformatie en hoek in rad geldt: tan γ = γ
Wet van Hooke
− Geldt voor elastische materialen
Voor druk- en trekkracht: 𝜎 =𝐸 ∙𝜀
Voor afschuiving: 𝜏 =𝐺∙𝛾
-----
Isotroop: onafhankelijk van richting (= materiaaleigenschap)
Lengte/volumeverandering
1e orde benadering als volume constant is (∆V = 0)
∆V = 0 als v=0,5
Meestal is v niet precies 0,5. Mogen we dan wel aannemen dat ∆V = 0?
v=0 als de dwarsdoorsnede niet veranderd als het materiaal ingedrukt of uitgerekt wordt
---------
𝜎𝑌 Yieldpoint = vloeipunt overgang elastisch gebied naar plastisch gebied
𝜎𝑇 Tensile stress = hoogste spanning dat een materiaal aan kan. Vanaf hier begint insnoering.
𝜀𝑚𝑎𝑥 Maximale rek = hoogste rek, bij deze rek breekt het materiaal
Resilience: maximale energie dat opgeslagen kan worden in een materiaal (dus oppervlak onder
grafiek in elastisch gebied)
Taaiheid (= toughness): totale energie die nodig is om een materiaal te breken (het totale oppervlak
onder de grafiek)
Geef altijd aan of een materiaal zich in het plastisch of elastische gebied bevindt
Ductility: vervormbaarheid
, 𝜎𝑡 = true stress
σ = engineering stress
𝜀𝑡 = true strain van -∞ tot +∞
ε = engineering strain van -1 tot +∞
Bij kleine ε: ε = 𝜀𝑡 en σ = 𝜎𝑡
True stress en true strain gebruik je (bijna) alleen in het plastische gebied!
In plastisch gebied, als V constant is:
𝐴0
𝐴= en dan geldt 𝜎𝑡 = 𝜎(1 + 𝜀) = 𝜎 ∙ 𝑒 𝜀𝑡
1+𝜀
𝜎𝑡 = 𝐾𝑝𝑙 ∙ 𝜀𝑡 𝑁
Bij insnoering: 𝜀𝑡 = N
Bij 𝜎𝑇 kunnen 2 dingen gebeuren:
− Brosse breuk
− Taaie breuk → insnoering
Na 𝜎𝑇 kan het materiaal minder kracht dragen
Eerst 𝜎𝑡 uitrekenen dan σ uitrekenen
----
H3
U = energie van een binding
U is laagste bij een ideale binding
− Ionbinding/elektrostatische binding: m=1
− Van der Waals: m=6
Fa = aantrekkingskracht tussen atomen
Kracht nodig om van buiten een materiaal te vervormen: F = -Fa
𝑚(𝑛−𝑚)𝐴
𝐸 = Aanname: vervorming is klein!
𝑅0 𝑚+3
E controleren met E in tabel! Betrouwbaar of niet?
