Materiaal

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Een materiaal is een natuurlijke of kunstmatig geproduceerde stof die bestemd is om verwerkt te worden tot bruikbare producten. Een materiaal is dus een stoffelijke zaak, die geselecteerd wordt op basis van zijn eigenschappen met het oog op een bepaalde toepassing. De term materiaal wordt gewoonlijk alleen gebruikt, als de verwerkte stof nog aan te wijzen is in onderdelen van het eindproduct. Anders spreekt men eerder van grondstof of ingrediënt.

Materialen worden toegepast in de bouwwereld, als bouwmateriaal, in de industrie, bij de ambachtelijke en industriële productie van goederen, en in de kunst, als uitgangsmateriaal bij het creëren van kunstvoorwerpen.

De wetenschap die materialen onderzoekt en nieuwe materialen ontwikkelt, heet materiaalkunde.

De term "materiaal" wordt ook gebruikt voor zaken als bijvoorbeeld onbewerkte teksten en afbeeldingen te gebruiken voor het schrijven van een boek of artikel, onbewerkte beeld- of geluidsopnamen of studieboeken ("studiemateriaal"). Ook in overdrachtelijke zin wordt het woord gebruikt, bijvoorbeeld voor en persoon met talent om opgeleid te worden tot operazangeres, balletdanser, topvoetballer en dergelijke.

Geschiedenis[bewerken]

De oudste materialen zijn natuurlijke materialen, zoals boomstammen, takken, keien, dierenvellen, en zo voort. Een humoristisch beeld van dergelijke toepassingen wordt gepresenteerd in de tekenfilmserie "The Flintstones".

Geleidelijk leerde de mens materialen uit de natuur verder te bewerken tot kleding, wapens en gebruiksvoorwerpen.

Enkele belangrijke technologieën waren:

Diverse perioden uit de prehistorie worden genoemd naar de materiaaltechnologieën waarover men beschikte (Steentijd, kopertijd, bronstijd en ijzertijd).

In de twintigste eeuw werd het aantal mogelijkheden sterk uitgebreid door de ontwikkeling van kunststoffen.

Veel nieuwe materialen zijn ontwikkeld als nevenproduct van de ruimtevaarttechnologie, onder andere nieuwe soorten technisch keramiek en traagschuim (gebruikt in matrassen).

Zie ook: Tijdbalk van de materiaaltechnologie

Classificatie van materialen[bewerken]

Van oorsprong werden vaste stoffen ingedeeld in drie hoofdgroepen: metalen, keramiek en polymeren (zowel natuurlijke als kunstmatige polymeren). Sinds de ontwikkeling van het vakgebied materiaalkunde halverwege de 20e eeuw zijn daar twee technisch samengestelde materiaalgroepen bijgekomen, en wel de composieten en de halfgeleiders.

In de laatste decennia zijn er echter diverse materiaalgroepen bijgekomen, ieder met hun eigen toepassingsgebied en typische eigenschappen zoals biomaterialen, de vloeibare kristallen en de zogeheten slimme materialen (smart materials).

Metalen en legeringen[bewerken]

Een metaal is een materiaal dat doorgaans goed elektriciteit geleidt, taaie breuk vertoont en middels gieten vervormd kan worden na verwarming. Metalen zijn vaak zwaar, glimmen, en kunnen na enige tijd corrosieverschijnselen vertonen. Er zijn zeer goedkope metalen zoals ijzer, maar ook zeldzame, dure metalen zoals goud en platina. Metalen die bestaan uit twee of meer elementen, worden legeringen genoemd. Enkele voorbeelden van metalen zijn ijzer, koper, aluminium en tin. Enkele voorbeelden van legeringen zijn staal, brons en messing.

Zie ook metaal en legering

Keramiek[bewerken]

Hoewel veel mensen bij het woord "keramiek" waarschijnlijk vooral denken aan Delfts blauw aardewerk, is keramiek de verzamelnaam voor materialen die zijn samengesteld uit metallische en niet-metallische atomen. Keramische materialen zijn doorgaans bros en hard. In tegenstelling tot metalen zijn ze elektrisch isolerend en tevens zijn ze goed bestand tegen hoge temperaturen. Voorbeelden van keramische materialen zijn zand, klei, leem, natuursteen, basalt, graniet, diamant, aardewerk, porselein, glas, kristal, baksteen, kalkzandsteen, cement en perliet.

1rightarrow blue.svg Zie ook keramiek en gesteente.

Polymeren[bewerken]

Polymeren zijn organische structuren die uit lange moleculen bestaan. De chemische samenstelling bestaat met name uit koolstof en waterstof en andere niet-metallische elementen. Polymeren hebben een lage dichtheid en zijn zeer flexibel. Naast plastics en andere kunststoffen vallen ook natuurlijke stoffen als natuurrubber onder de polymeren. Voorbeelden van polymeren zijn bakeliet, polyetheen, nylon en teflon.

Zie ook polymeer

Composieten[bewerken]

Een composiet is een materiaal dat is opgebouwd uit verschillende componenten. Vaak worden hiermee vezelversterkte kunststoffen bedoeld. De vezels zorgen voor de krachtsdoorleiding en de matrix (vaak kunststoffen) houden de vezels samen en zorgen voor het overbrengen van schuifspanningen. Bekendste vezels zijn glas, aramide (kevlar) en koolstofvezel (carbon). Voorbeelden van composieten zijn glasvezel, glare en spaanplaat, maar ook beton wordt tot de composieten gerekend.

Zie ook composiet

Halfgeleiders[bewerken]

Een halfgeleider is een materiaal wat qua elektrische eigenschappen tussen een metaal (geleidend) en een keramiek (isolerend) in zit. De band gap tussen de valentieband en de geleidingsband is niet zo groot als bij keramische materialen, zodat de elektronen toch een beetje tussen de banden kunnen bewegen, en er daardoor een klein beetje stroom kan lopen. De eerste halfgeleiders werden halverwege de 20e eeuw ontwikkeld, waardoor de ontwikkeling van bijvoorbeeld elektronica, computers en zonnecellen mogelijk werd.

Zie ook halfgeleider

Biomaterialen[bewerken]

Biomaterialen zijn in zekere zin geen aparte klasse van materialen. Materialen uit ieder van de bovengenoemde vijf klassen kunnen als biomateriaal gebruikt worden. Een biomateriaal wordt gebruikt voor implantaten in het menselijk lichaam ter vervanging van zieke of beschadigde lichaamsdelen.

Zie ook biomateriaal

Zachte materialen: vloeibare kristallen , colloïden, gels[bewerken]

Een vloeibaar kristal verenigt een aantal typische eigenschappen van kristallijn vaste stoffen en van vloeistoffen in zich. Het materiaal vervormt en vloeit als een vloeistof maar het is anisotroop als een kristal. Bovendien zijn de optische eigenschappen gemakkelijke te beïnvloeden door het aanleggen van een elektrische spanning. Zij worden veel toegepast in beeldschermen. Deze materialen zijn een voorbeeld van zachte materialen, de studie waarvan recentelijk een grote vlucht genomen heeft.

Zie ook vloeibaar kristal

Smart materials[bewerken]

De naam "Smart materials" (letterlijk slimme materialen) wordt gebruikt als verzamelnaam voor de klasse van materialen die grote veranderingen in hun vorm kunnen ondergaan door externe invloeden.

Zie ook slimme materialen

Eigenschappen van materialen[bewerken]

De relatie tussen de eigenschappen van materialen en hun samenstelling en structuur wordt wetenschappelijk onderzocht in het vakgebied van de materiaalkunde. Door deze relatie in kaart te brengen, kunnen nieuwe materialen met gewenste eigenschappen ontwikkeld worden. De belangrijkste eigenschappen van vaste stoffen zijn te groeperen in zes verschillende categorieën: mechanische, elektrische, thermische, magnetische, optische en corrosieve eigenschappen. Mechanische eigenschappen omvatten onder meer de elasticiteit, treksterkte en hardheid van een materiaal, de diëlektrische constante behoort tot de elektrische eigenschappen.

Zie ook de lijst van materiaaleigenschappen

Materiaalkeuze[bewerken]

Een goede materiaalkeuze staat of valt met een goed begrip van de wijze waarop het eindproduct gebruikt zal worden. Dit is een onderdeel van de toegepaste (technische) wetenschappen als civiele techniek, werktuigbouwkunde en industrieel ontwerpen

Naast de materiaaleigenschappen, moet er ook rekening worden gehouden met aspecten als:

Daarbij moet de totale levenscyclus van het product in het oog gehouden worden:

  • De fabricage (aspect: bewerkbaarheid van het materiaal, snelheid van werken, bijvoorbeeld, de droogtijd van lijm)
  • Het gebruik zelf
  • Verwerkbaarheid na gebruik (afvalverwerking, hergebruik en recycling)

De eisen die aan een materiaal gesteld worden liggen vaak op verschillende vlakken en hangen sterk af van de toepassing die men in gedachte heeft. Een materiaal kan bijvoorbeeld hard zijn, zoals glas, maar ook bros en zwaar. Voor een toepassing als de vervaardiging van melkflessen is glas daarom goeddeels verdrongen door een kunststof, HDPE. Ook economische of ecologische overwegingen spelen hierbij een grote rol. Diamant is bijvoorbeeld zowel hard als licht, maar is bijzonder duur en moeilijk tot melkflessen te vormen.

Externe link[bewerken]