SGDMat_12_G.pdf

# Sterkteontwikkeling in metalen en keramische materialen Dit onderwerp onderzoekt de mechanismen die de sterkte van metalen en keramische materialen beïnvloeden, met de nadruk op obstructies voor dislocatiebeweging in metalen en de productie van technische keramische producten. ### 1.1 Sterkteontwikkeling in metalen De sterkte van metalen wordt in hoge mate beïnvloed door de obstructies voor dislocatiebeweging. Dislocaties zijn lineaire defecten in het kristalrooster van metalen, en hun beweging is essentieel voor plastische deformatie. Door de beweging van deze dislocaties te belemmeren, kan de sterkte van het metaal worden verhoogd. Verschillende methoden worden gebruikt om deze obstructies te creëren [20](#page=20) [3](#page=3). #### 1.1.1 Methoden voor het creëren van obstructies voor dislocatiebeweging Er zijn diverse technieken om de beweging van dislocaties in metalen te bemoeilijken en zo de sterkte te verhogen. Deze methoden omvatten [3](#page=3) [4](#page=4): * **Legering:** Het toevoegen van andere elementen aan het basismetaal kan leiden tot roostervervorming en de introductie van puntdefecten of interstitiële/substitutiële atomen die de dislocatieweeg blokkeren [3](#page=3). * **Korrelverfijning:** Het verkleinen van de korrelgrootte in een metaal leidt tot meer korrelgrenzen. Korrelgrenzen fungeren als effectieve barrières voor dislocatiebeweging, omdat dislocaties bij het passeren van een korrelgrens van oriëntatie moeten veranderen, wat energie vereist [3](#page=3). * **Precipitatieharden:** Dit proces, ook bekend als precipitatieversteviging, houdt in dat kleine, harde deeltjes (precipitaten) binnen het metaalrooster worden gevormd. Deze precipitaten dienen als fysieke obstakels die dislocaties niet gemakkelijk kunnen snijden of omzeilen. Dit wordt vaak bereikt door legeringen te ontwerpen die, bij een specifieke warmtebehandeling, precipitaten vormen [3](#page=3). * **Roosteromzetting (afschrikharden):** In sommige legeringen kan een warmtebehandeling gevolgd door snel afkoelen (afschrikken) resulteren in een faseovergang die een zeer fijne, sterkteverhogende microstructuur produceert. Dit kan bijvoorbeeld een martensietstructuur zijn in staalsoorten, die inherent hard en bros is vanwege de ingesloten koolstofatomen die de dislocatiebeweging enorm bemoeilijken [3](#page=3). #### 1.1.2 Vraagstelling met betrekking tot metaalsterkte De centrale vraag bij het begrijpen van metaalsterkte is hoe deze verschillende obstructies in het kristalrooster geïntroduceerd kunnen worden [4](#page=4). ### 1.2 Sterkteontwikkeling in keramische materialen Voor technische keramische materialen is het ontwikkelen van een sterke en stijve kristallijne structuur cruciaal voor hun prestaties. In tegenstelling tot metalen, waar dislocatiebeweging de primaire vorm van plastische deformatie is, zijn keramische materialen vaak bros. Hun sterkte wordt sterk bepaald door de aanwezigheid van defecten, met name porositeit en scheurvorming [6](#page=6) [7](#page=7). #### 1.2.1 Productie van technische keramische producten Het creëren van sterke en stijve kristallijne structuren is de kern van het productieproces voor technische keramische producten. Dit vereist controle over de kristallisatie en de minimalisatie van defecten zoals poriën, die als spanningsconcentratoren kunnen fungeren en falen kunnen induceren [7](#page=7). #### 1.2.2 Overeenkomst met metalen Een fundamentele gedeelde factor is de focus op kristallijne materialen, zowel in metalen als in keramiek, en de ontwikkeling van hun sterkte. Hoewel de specifieke mechanismen verschillen, is het doel om de weerstand tegen deformatie en breuk te verhogen [20](#page=20). --- # Diffusie in vaste stoffen Diffusie in vaste stoffen is het proces van materiaaltransport waarbij atomen, moleculen of ionen zich door een vast materiaal verplaatsen, gedreven door concentratieverschillen en het streven naar een lagere inwendige energie [22](#page=22). ### 2.1 Diffusiemechanismen in vaste stoffen In tegenstelling tot vloeistoffen, waar diffusie vlot verloopt door de hoge beweeglijkheid van moleculen, lage viscositeit en zwakke bindingen is diffusie in vaste stoffen een complexer proces. Dit komt doordat de atoomafstand klein is en er sterke bindingen tussen de atomen bestaan. Diffusie in perfecte roosters is moeilijk, maar wordt vergemakkelijkt via roosterfouten. Er zijn drie belangrijke diffusiemechanismen in vaste stoffen [23](#page=23) [24](#page=24): #### 2.1.1 Vacaturediffusie Bij vacaturediffusie verplaatst een atoom zich naar een naburige lege positie in het rooster (een vacature). Het aantal vacatures ($N_v$) in een rooster is sterk temperatuursafhankelijk en kan worden beschreven met de formule [24](#page=24): $$N_v = N_e^{-\frac{E_v}{k_B T}}$$ waarbij $N_e$ het totale aantal roosterplaatsen is, $E_v$ de bindingsenergie van een vacature, $k_B$ de Boltzmannconstante en $T$ de temperatuur. Autodiffusie treedt op wanneer eigen atomen zich via vacatures verplaatsen, terwijl interdiffusie plaatsvindt wanneer vreemde atomen zich via vacatures verplaatsen [25](#page=25). #### 2.1.2 Interstitiële diffusie Interstitiële diffusie vindt plaats wanneer kleinere atomen, zoals koolstof (C), stikstof (N), zuurstof (O) of waterstof (H), zich verplaatsen naar de interstitiale posities tussen de hoofd-roosteratomen. Deze atomen zijn typisch klein en kunnen zich relatief vlot bewegen door de trillingen van de omringende atomen [24](#page=24) [26](#page=26). #### 2.1.3 Korrelgrensdiffusie Korrelgrenzen, de interfaces tussen verschillende kristallen in een polykristallijn materiaal, bieden minder goede stapeling van atomen dan het kristalrooster zelf. Dit leidt tot een hogere atoommobiliteit en dus snellere diffusie langs de korrelgrenzen [24](#page=24) [27](#page=27). ### 2.2 Wetten van Fick De wetten van Fick beschrijven de kwantitatieve aspecten van diffusie. #### 2.2.1 Eerste wet van Fick De eerste wet van Fick relateert de diffusieflux ($J$) aan de concentratiegradiënt. De diffusieflux is gedefinieerd als de hoeveelheid materie ($M$) die zich verplaatst in een bepaalde tijd ($t$) door een oppervlakte ($A$). In een stationaire toestand, waarbij de flux constant is in de tijd, wordt de eerste wet van Fick als volgt uitgedrukt [29](#page=29): $$J = -\mathcal{D} \frac{dC}{dx}$$ Hierbij is $J$ de diffusieflux, $\mathcal{D}$ de diffusiecoëfficiënt, en $\frac{dC}{dx}$ de concentratiegradiënt (het verschil in concentratie $\Delta C$ over een afstand $\Delta x$). De negatieve tekens indiceert dat diffusie plaatsvindt van een hoge concentratie naar een lage concentratie [29](#page=29). #### 2.2.2 Tweede wet van Fick De tweede wet van Fick beschrijft diffusie in een niet-stationaire toestand, waarbij de lokale concentraties, concentratiegradiënten en dus de flux in zowel plaats als tijd variëren. Deze wet wordt wiskundig uitgedrukt als [30](#page=30): $$\frac{\partial C}{\partial t} = \frac{\partial}{\partial x} \left( -\mathcal{D} \frac{\partial C}{\partial x} \right)$$ Indien de diffusiecoëfficiënt $\mathcal{D}$ constant is, vereenvoudigt dit tot: $$\frac{\partial C}{\partial t} = \mathcal{D} \frac{\partial^2 C}{\partial x^2}$$ waarbij $\frac{\partial C}{\partial t}$ de tijdsafgeleide van de concentratie is en $\frac{\partial^2 C}{\partial x^2}$ de tweede ruimtelijke afgeleide van de concentratie [30](#page=30). ### 2.3 Invloedsfactoren op diffusie Verschillende factoren beïnvloeden de diffusiesnelheid in vaste stoffen. #### 2.3.1 Temperatuur Diffusie is sterk temperatuursafhankelijk. Hogere temperaturen verhogen de atoomvibraties en de energiereserves van atomen, waardoor het makkelijker wordt om roosterfouten te creëren en atomen zich te verplaatsen. De diffusiecoëfficiënt ($\mathcal{D}$) als functie van temperatuur kan worden beschreven met de Arrheniusvergelijking [31](#page=31): $$\mathcal{D} = \mathcal{D}_0 e^{-\frac{E_d}{RT}}$$ waarbij $\mathcal{D}_0$ de bovengrens voor de diffusieconstante is, $E_d$ de activatie-energie voor diffusie, $R$ de universele gasconstante en $T$ de absolute temperatuur is [31](#page=31). #### 2.3.2 Atoomgrootte De relatieve atoomgrootte speelt een cruciale rol in de diffusiesnelheid. Kleinere atomen, zoals koolstof (C), kunnen zich sneller verplaatsen via interstitiële diffusie door de relatief grote ruimtes tussen de roosteratomen van het gastheer-materiaal. Grotere atomen, zoals een ijzeratoom in ijzer, moeten zich verplaatsen via vacature- of korrelgrensdiffusie, wat langzamer is. Een voorbeeld hiervan is dat koolstofatomen veel sneller diffunderen in ferritisch ijzer ($\alpha$-Fe) dan ijzeratomen zelf [32](#page=32). #### 2.3.3 Roosterdichtheid De dichtheid van het kristalrooster beïnvloedt ook de diffusiesnelheid. Materialen met een minder dichte pakking, zoals ferritisch ijzer ($\alpha$-Fe), hebben grotere interstitiale ruimtes en meer defecten vergeleken met dichter gepakte structuren zoals austenitisch ijzer ($\gamma$-Fe). Dit resulteert in snellere diffusie in minder dichte structuren. Koolstof diffundeert bijvoorbeeld sneller in $\alpha$-Fe dan in $\gamma$-Fe [33](#page=33). > **Tip:** Begrip van deze mechanismen en invloedsfactoren is essentieel voor het ontwerpen van materialen met gewenste eigenschappen, zoals de sterkteontwikkeling tijdens sinteren of de duurzaamheid van componenten in diverse toepassingen [20](#page=20) [37](#page=37). > **Voorbeeld:** Het harden van staal, een veelgebruikte technische toepassing, is gebaseerd op diffusieprocessen waarbij koolstofatomen zich in het ijzerrooster verplaatsen en de mechanische eigenschappen van het materiaal beïnvloeden [37](#page=37). --- # Thermodynamische principes en hun invloed op materiaalgedrag Dit onderwerp verkent de rol van thermodynamica, zoals inwendige energie en Gibbs vrije energie, in het verklaren van materiaalgedrag en het bereiken van thermodynamisch evenwicht, inclusief diffusie en korrelgroei. ### 3.1 Inwendige energie De inwendige energie ($E$) van een systeem is een maat voor de totale energie die in het systeem aanwezig is. Diffusie wordt beschouwd als een fundamenteel mechanisme waarmee een systeem zijn inwendige energie verlaagt en zo evolueert naar thermodynamisch evenwicht [35](#page=35). > **Tip:** De activatie-energie ($\Delta E_d$) vertegenwoordigt de energie die nodig is om van een hogere, instabiele energietoestand naar een lagere, meer stabiele energietoestand te gaan [35](#page=35). ### 3.2 Gibbs vrije energie Thermodynamisch evenwicht wordt niet alleen gekarakteriseerd door een minimale energie, maar ook door een maximale wanorde. De Gibbs vrije energie ($G$) is de thermodynamische potentiaal die de drijvende kracht achter veel natuurlijke processen beschrijft, inclusief de overgang naar evenwicht [36](#page=36). De Gibbs vrije energie wordt gedefinieerd door de volgende vergelijking: $$G = H - TS$$ waarin: * $G$ de Gibbs vrije energie is [36](#page=36). * $H$ de enthalpie is, die bij vaste stoffen ongeveer gelijk is aan de inwendige energie [36](#page=36). * $T$ de absolute temperatuur in Kelvin is [36](#page=36). * $S$ de entropie is, die de mate van wanorde in het systeem aangeeft [36](#page=36). Het thermodynamisch evenwicht wordt bereikt wanneer de Gibbs vrije energie minimaal is (min(G)) [36](#page=36). ### 3.3 Diffusie en materialen Diffusie is een essentieel proces dat de overgang naar thermodynamisch evenwicht bewerkstelligt door energieverlaging. Dit principe is met name relevant voor materialen zoals metalen en technische keramische materialen. Het begrijpen van diffusie is cruciaal voor het voorspellen en beheersen van materiaalgedrag en eigenschappen [35](#page=35) [37](#page=37). --- # Rekristallisatie en korrelgroei in metalen Dit onderwerp behandelt de mechanismen achter korrelgroei en rekristallisatie in metalen, waarbij verschillende subtypes van rekristallisatie, de invloed van temperatuur, en de relatie met mechanische processen zoals koud- en warmvervorming worden verkend. ### 4.1 Korrelgroei Korrelgroei is een proces waarbij kristallen binnen dezelfde kristallijne structuur van grootte veranderen, voornamelijk gedreven door de reductie van totale energie. Dit proces kan worden gevisualiseerd met een analogie van zeepbellen. In een zeepbelmodel is de druk in een kleine bel groter dan in een grote bel vanwege de hogere kromming. Deze drukgradiënt zorgt ervoor dat lucht van kleinere naar grotere bellen diffundeert, waardoor de grotere bellen groeien ten koste van de kleinere, met als doel de totale oppervlakte-energie te minimaliseren [38](#page=38) [39](#page=39) [40](#page=40). De relatie tussen druk ($p$) en oppervlaktespanning ($\gamma$) in een zeepbel wordt beschreven door $p = \frac{4\gamma}{r}$, waarbij $r$ de straal van de bel is. Een hogere druk in kleinere bellen drijft de diffusie van lucht [40](#page=40) [41](#page=41). In metalen speelt de korrelgrens een vergelijkbare rol als de wand van een zeepbel. Een korrelgrens is een gebied met verhoogde energie, omdat atomen daar gemiddeld minder buren hebben en zich in een hogere energietoestand bevinden dan atomen binnen een korrel. Bij verhoogde temperaturen treedt er diffusie over de korrelgrens op, waarbij atomen "springen" naar aangrenzende korrels. Dit resulteert in de groei van grotere korrels ten koste van kleinere korrels, wat leidt tot een verlaging van de totale korrelgrensenergie [42](#page=42) [45](#page=45). Het proces van korrelgroei is sterk temperatuurafhankelijk. De temperatuur waarbij significante korrelgroei optreedt, is vaak een fractie van de absolute smelttemperatuur ($T_{smelt}$), bijvoorbeeld $T = 0.85 T_{smelt}$, $T = 0.75 T_{smelt}$, of $T = 0.65 T_{smelt}$. In tegenstelling tot het zeepbelmodel, vereist korrelgroei in metalen echter activatie-energie voor de diffusie van atomen [43](#page=43) [44](#page=44) [45](#page=45). #### 4.1.1 Factoren die korrelgroei beïnvloeden De snelheid van korrelgroei wordt beïnvloed door temperatuur en de aanwezigheid van onzuiverheden of andere fasen. Hogere temperaturen versnellen de diffusie en dus de korrelgroei. De aanwezigheid van een vreemde kristallijne fase, zoals cementiet ($Fe_3C$) in staal, kan de rekristallisatie en groei van de ferrietkorrels belemmeren [43](#page=43) [44](#page=44) [54](#page=54). ### 4.2 Rekristallisatie van een koudvervormd metaal Rekristallisatie is het proces waarbij nieuwe, dislocatievrije korrels ontstaan in een koudvervormd metaal wanneer dit wordt opgewarmd boven een specifieke temperatuur, de rekristallisatietemperatuur ($T_R$) [46](#page=46). **Processtappen van rekristallisatie:** 1. **Koudvervorming:** Dit leidt tot een hoge dislocatiedichtheid in het metaal, waardoor het materiaal een toestand van hoge energie bereikt [46](#page=46). 2. **Opwarming:** Wanneer het materiaal wordt verhit tot boven de rekristallisatietemperatuur ($T_R \approx 0.5 T_{smelt}$) beginnen nieuwe korrels te kiemen, vaak in regio's met een hoge dislocatiedichtheid, waar de dislocaties fungeren als kiemen [46](#page=46) [47](#page=47). 3. **Groei van nieuwe korrels:** Deze nieuwe korrels groeien ten koste van de oorspronkelijke, koudvervormde korrels. De nieuw gevormde korrels bevatten nagenoeg geen dislocaties [46](#page=46). **Belangrijke aandachtspunten bij rekristallisatie van koudvervormde metalen:** * **Snelheid van opwarmen:** Een snelle opwarming is cruciaal om herstel (het verdwijnen van dislocaties bij verhoogde temperatuur vóór rekristallisatie) te vermijden [47](#page=47). * **Korrelgroei:** Als de temperatuur significant hoger is dan $T_R$, zal er naast rekristallisatie ook korrelgroei optreden [47](#page=47). * **Korrelverfijning:** Rekristallisatie kan worden gebruikt voor korrelverfijning als er voldoende kiemen gevormd worden [47](#page=47). * **Mechanische eigenschappen:** De nieuw gevormde dislocatievrije korrels leiden tot een verlaagde vloeigrens en een verhoogde ductiliteit van het metaal [47](#page=47) [56](#page=56). * **Definitie van koud- en warmvervorming:** Vervorming bij temperaturen lager dan $T_R$ wordt beschouwd als koudvervorming, terwijl vervorming bij temperaturen hoger dan $T_R$ warmvervorming is. Bijvoorbeeld, het vervormen van staal bij 400°C is koudvervorming, terwijl het vervormen van lood bij 20°C warmvervorming is [47](#page=47). Koudvervorming verhoogt de interne energie van het materiaal significant, wat de drijvende kracht vormt voor rekristallisatie bij verhitting [51](#page=51) [52](#page=52). #### 4.2.1 Rekristallisatie in multicomponent systemen (bv. staal) In systemen met meerdere fasen, zoals staal (ferriet en cementiet), kan rekristallisatie complexer zijn. Cementietdeeltjes kunnen de beweging van korrelgrenzen belemmeren, wat rekristallisatie moeilijker maakt. De diffusie van koolstof door het ferriet kan ook een rol spelen [54](#page=54). ### 4.3 Rekristallisatie tijdens warmvervormen Warmvervorming vindt plaats bij temperaturen boven de rekristallisatietemperatuur ($T > T_R$). Onder deze omstandigheden treedt rekristallisatie onmiddellijk op tijdens het vervormingsproces. Dit leidt tot continue vorming van nieuwe korrels, waardoor het materiaal tijdens de vervorming ductiel blijft en er geen aanzienlijke opbouw van dislocaties plaatsvindt [57](#page=57). ### 4.4 Allotrope transformatie Allotrope transformatie in vaste stoffen is een proces waarbij een materiaal overgaat naar een andere kristalstructuur zonder chemische verandering. Dit gebeurt via diffusie en kan leiden tot korrelverfijning. Een voorbeeld is de transformatie van kubisch volume-gecentreerd (KVG) naar kubisch-rooster-gecentreerd (KRG) in ijzer-koolstofsystemen (FeC). Korrelgrens-diffusie speelt hierbij een belangrijke rol [58](#page=58). #### 4.4.1 Vloeigebied bij staal In staal is de diffusie van koolstof in ferriet (α-Fe) aanzienlijk, zelfs bij kamertemperatuur. Koolstofatomen kunnen zich accumuleren aan de voet van dislocaties, wat leidt tot een verminderde spanning in het rooster en een lagere energietoestand. Om vervorming te bewerkstelligen, moeten de dislocaties "losgetrokken" worden, wat de vloeigrens bepaalt [59](#page=59) [60](#page=60). > **Tip:** Begrijp het verschil tussen korrelgroei (verandering in grootte binnen dezelfde structuur) en rekristallisatie (vorming van nieuwe, dislocatievrije korrels na koudvervorming en verhitting). Beide processen streven naar het verlagen van de totale energie van het materiaal. > **Tip:** De rekristallisatietemperatuur ($T_R$) is een cruciale parameter die bepaalt of een proces als koud- of warmvervorming wordt geclassificeerd. Houd $T_R \approx 0.5 T_{smelt}$ als vuistregel aan. > **Tip:** Let op de invloed van andere fasen, zoals cementiet in staal, op het rekristallisatieproces. Deze kunnen de korrelgroei belemmeren. > **Tip:** De verbetering van ductiliteit na rekristallisatie is een belangrijk gevolg, wat het metaal beter verwerkbaar maakt. --- # Poedergebaseerde processen en sinteren Dit onderwerp behandelt diverse processen die starten met poeders om materialen te vormen, variërend van traditionele methoden zoals betonproductie en bakken tot geavanceerde technieken zoals Hot Isostatic Pressing (HIP) en Selective Laser Sintering (SLS). ### 5.1 Gietprocessen Gietprocessen omvatten het gebruik van gesmolten legeringen die in een gewenste vorm worden gegoten om vervolgens te stollen tot een vaste stof met een kristalstructuur. Na het gieten kunnen bijkomende productieprocessen nodig zijn om het gewenste eindproduct te realiseren [5](#page=5). ### 5.2 Betonproductie Beton is het meest gebruikte bouwmateriaal en is voor 95% recyclebaar. De basisingrediënten van beton zijn granulaat, zand, cement en water [13](#page=13) [15](#page=15). #### 5.2.1 Constructietechnieken met beton Constructietechnologieën met beton omvatten: * **Gewapend beton**: Hierbij wordt beton gecombineerd met betonijzer of wapeningsnetten [15](#page=15). * **Voorgespannen beton**: Bij deze techniek wordt de wapening op spanning gezet, hetzij via pre- of posttensioning [15](#page=15). #### 5.2.2 Voorbeeld: Mengregel voor gewapend beton Een voorbeeld betreft het schatten van de stijfheid van een gewapend betonnen balk belast met 100 MPa. Gegeven zijn de elasticiteitsmoduli van beton ($E_{\text{beton}} = 40$ GPa) en staal ($E_{\text{staal}} = 210$ GPa) [16](#page=16). De effectieve modulus van de balk wordt berekend met de formule: $$E_{\text{balk}} = V_{\text{beton}}E_{\text{beton}} + V_{\text{staal}}E_{\text{staal}}$$ waarbij $V_{\text{beton}}$ de volumefractie van beton is en $V_{\text{staal}}$ de volumefractie van staal. Het geldt dat $V_{\text{beton}} + V_{\text{staal}} = 1$ [16](#page=16). > **Voorbeeld:** Een gewapend betonnen balk met een dwarsdoorsnede (zie figuur op pagina 16) wordt belast met 100 MPa. Met de gegeven materiaaleigenschappen kan de effectieve stijfheid van de balk worden berekend. ### 5.3 Bakken van materialen Bakken is een proces dat toegepast wordt op materialen zoals baksteen, waarbij het startpunt een poeder is [61](#page=61). ### 5.4 Sinteren van keramische poeders Sinteren is een proces dat wordt toegepast op keramische poeders. Bij dit proces vermindert het oppervlak door diffusie, wat leidt tot een daling van de oppervlakte-energie. Druk speelt een cruciale rol door het contact tussen de deeltjes te verhogen en de porositeit te verminderen [61](#page=61) [62](#page=62). #### 5.4.1 Hot Isostatic Pressing (HIP) Hot Isostatic Pressing (HIP) is een geavanceerde poedergebaseerde techniek die wordt gebruikt voor het verdichten van materialen [63](#page=63). #### 5.4.2 Selective Laser Sintering (SLS) Selective Laser Sintering (SLS) is een additieve productietechniek waarbij selectief poedermateriaal wordt gesmolten en samengevoegd met behulp van een laser [64](#page=64). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Legering | Een materiaal dat bestaat uit twee of meer elementen, waarvan ten minste één een metaal is, en dat wordt gevormd door het smelten en mengen van de componenten. Legeringen worden vaak gemaakt om de materiaaleigenschappen te verbeteren. | | Korrelverfijning | Een proces dat de grootte van de kristalkorrels in een materiaal verkleint. Kleinere korrels leiden over het algemeen tot een hogere sterkte en taaiheid van het materiaal. | | Precipitatieharden | Een warmtebehandelingstechniek waarbij microscopisch kleine deeltjes van een tweede fase (precipitaten) worden gevormd binnen de matrix van een metaallegering, wat leidt tot een aanzienlijke toename van de sterkte. | | Roosteromzetting (Afschrikharden) | Een faseovergang in vaste stoffen waarbij de kristalstructuur verandert, vaak als gevolg van snelle afkoeling (afschrikken). Dit kan leiden tot de vorming van metastabiele structuren met verhoogde hardheid. | | Gietprocessen | Productietechnieken waarbij gesmolten materiaal in een mal wordt gegoten, die vervolgens stolt om het gewenste product te vormen. Dit wordt veel gebruikt voor metalen en bepaalde keramische materialen. | | Amorfe stof | Een vaste stof die geen langeafstand-ordening van atomen of moleculen vertoont, wat resulteert in een willekeurige structuur in plaats van een kristallijn rooster. Glas is een veelvoorkomend voorbeeld. | | Dislocatie | Een lineair defect in een kristalrooster. De beweging van dislocaties onder invloed van spanning is de belangrijkste mechanisme achter plastische vervorming in kristallijne materialen. | | Vacature | Een leeg roosterpunt in een kristalstructuur waar normaal gesproken een atoom aanwezig zou zijn. Vacatures zijn essentieel voor diffusieprocessen in vaste stoffen. | | Interstitiële diffusie | Een diffusiemechanisme waarbij kleinere atomen zich verplaatsen door de lege interstitiële ruimtes tussen de grotere atomen van het kristalrooster. Dit mechanisme is relatief snel voor kleine atomen zoals koolstof. | | Korrelgrens | Het grensvlak tussen twee aangrenzende kristalkorrels in een polykristallijn materiaal. Korrelgrenzen hebben een hogere energie en andere eigenschappen dan de bulk van de korrels, en zijn vaak belangrijke diffusiepaden. | | Eerste wet van Fick | Beschrijft de diffusieflux (hoeveelheid materiaal dat per tijdseenheid door een oppervlak stroomt) als evenredig met de negatieve gradiënt van de concentratie. Geldt voor stationaire diffusie. | | Tweede wet van Fick | Beschrijft hoe de concentratie van een diffusiesoort verandert in de tijd en in de ruimte. Deze wet is van toepassing op niet-stationaire diffusieprocessen waar concentraties variëren. | | Activatie-energie | De minimale hoeveelheid energie die nodig is om een reactie of proces te starten. In de context van diffusie is dit de energie die nodig is om een atoom van zijn plaats te verplaatsen. | | Gibbs vrije energie | Een thermodynamische potentiaal die de hoeveelheid arbeid aangeeft die door een systeem kan worden verricht bij constante temperatuur en druk. Systemen streven naar een minimale Gibbs vrije energie voor stabiliteit. | | Rekristallisatie | Een proces waarbij nieuwe, vervormingsvrije kristalkorrels ontstaan in een koudvervormd materiaal wanneer dit wordt verwarmd boven een bepaalde temperatuur. Dit leidt tot een herstel van ductiliteit. | | Korrelgroei | Het proces waarbij grotere kristalkorrels groeien ten koste van kleinere korrels door diffusie over korrelgrenzen. Dit gebeurt meestal om de totale korrelgrensenergie van het materiaal te minimaliseren. | | Sinteren | Een warmtebehandeling waarbij poedervormige materialen worden samengevoegd tot een compacte, vaste massa door middel van diffusie, zonder dat het materiaal volledig smelt. | | Hot Isostatic Pressing (HIP) | Een poederconsolidatietechniek waarbij een precursor in een drukvat wordt geplaatst en onder hoge temperatuur en isostatische druk wordt gebracht om defecten zoals poriën te elimineren en de dichtheid te verhogen. | | Selective Laser Sintering (SLS) | Een additieve fabricagetechniek die een laser gebruikt om poedermateriaal selectief te versmelten, laag voor laag, om een driedimensionaal object te creëren. |