Classificatie van materialen - Volledig overzicht met definities

In dit artikel gaan we het hebben over Classificatie van materialen in engineering. Wat we ook gebruiken, het is gemaakt van bepaalde materialen. Op basis van bepaalde eigenschappen worden ze gegroepeerd. Laten we de classificatie duidelijk begrijpen.

Classificatie van materialen

Vaste materialen zijn handig gegroepeerd in drie basisclassificaties:metalen , keramiek , en polymeren . Dit schema is voornamelijk gebaseerd op chemische samenstelling en atomaire structuur, en de meeste materialen vallen in een of andere afzonderlijke groep, hoewel er enkele tussenproducten zijn.

Daarnaast zijn er drie andere groepen belangrijke technische materialen:composieten , halfgeleiders , en biomaterialen .

Composieten bestaan ​​uit combinaties van twee of meer verschillende materialen, terwijl:
halfgeleiders worden gebruikt vanwege hun ongebruikelijke elektrische eigenschappen; biomaterialen worden in het menselijk lichaam geïmplanteerd. Hierna volgt een korte uitleg van de materiaalsoorten en representatieve kenmerken.

Classificatie van materialen met beschrijving

1. Metalen

Metalen materialen zijn normaal gesproken combinaties van metalen elementen. Ze hebben grote aantallen niet-gelokaliseerde elektronen; dat wil zeggen, deze elektronen zijn niet gebonden aan bepaalde atomen. Veel eigenschappen van metalen zijn direct toe te schrijven aan deze elektronen. Metalen zijn buitengewoon goede geleiders van elektriciteit en warmte en zijn niet transparant voor zichtbaar licht; een gepolijst metalen oppervlak heeft een glanzend uiterlijk. Bovendien zijn metalen vrij sterk, maar toch vervormbaar, wat de oorzaak is van hun veelvuldig gebruik in structurele toepassingen.

2. Keramiek

Keramiek zijn verbindingen tussen metalen en niet-metalen elementen; het zijn meestal oxiden, nitriden en carbiden. Het brede scala aan materialen dat binnen deze classificatie valt, omvat keramiek dat is samengesteld uit kleimineralen, cement en glas. Deze materialen zijn typisch isolerend voor de doorgang van elektriciteit en warmte, en zijn beter bestand tegen hoge temperaturen en ruwe omgevingen dan metalen en polymeren. Met betrekking tot mechanisch gedrag is keramiek hard maar erg bros.

3. Polymeren

Een andere classificatie van materialen zijn polymeren. Polymeren zijn onder meer de bekende kunststof- en rubbermaterialen. Velen van hen zijn organische verbindingen die chemisch zijn gebaseerd op koolstof, waterstof en andere niet-metalen elementen; bovendien hebben ze zeer grote moleculaire structuren. Deze materialen hebben doorgaans een lage dichtheid en kunnen extreem flexibel zijn.

4. Composieten

Er zijn een aantal composietmaterialen ontwikkeld die uit meer dan één materiaalsoort bestaan. Glasvezel is een bekend voorbeeld, waarbij glasvezels zijn ingebed in een polymeer materiaal. Een composiet is ontworpen om een ​​combinatie van de beste eigenschappen van elk van de samenstellende materialen weer te geven. Glasvezel krijgt kracht van het glas en flexibiliteit van het polymeer. Veel van de recente materiaalontwikkelingen hebben betrekking op composietmaterialen.

5. Halfgeleiders

Halfgeleiders hebben elektrische eigenschappen die tussen de elektrische geleiders en isolatoren liggen. Verder zijn de elektrische eigenschappen van deze materialen extreem gevoelig voor de aanwezigheid van minieme concentraties van onzuiverheidsatomen, welke concentraties kunnen worden gecontroleerd over zeer kleine ruimtelijke gebieden. De halfgeleiders hebben de komst van geïntegreerde schakelingen mogelijk gemaakt die de afgelopen twee decennia een totale revolutie teweeg hebben gebracht in de elektronica- en computerindustrie (om nog maar te zwijgen van ons leven).

6. Biomaterialen

Biomaterialen worden gebruikt in componenten die in het menselijk lichaam worden geïmplanteerd ter vervanging van zieke of beschadigde lichaamsdelen. Deze materialen mogen niet produceren:
giftige stoffen en moeten compatibel zijn met lichaamsweefsels (d.w.z. mogen geen
nadelige biologische reacties). Alle bovengenoemde materialen - metalen, keramiek, polymeren, composieten en halfgeleiders - kunnen als biomaterialen worden gebruikt.

Toekomstige materialen

Deze zijn een aanvulling op de classificatie van materialen in engineering, aangezien de wetenschap en technologie voortdurend in ontwikkeling zijn.

Slimme (of intelligente) materialen zijn een klasse van geavanceerde materialen die momenteel worden gemaakt en die een grote impact zullen hebben op veel van onze technologieën. Het woord 'slim' suggereert dat deze materialen veranderingen in hun omgeving kunnen detecteren en op vooraf ingestelde manieren kunnen reageren op deze veranderingen - eigenschappen die ook bij levende wezens worden waargenomen. Bovendien wordt het begrip "slim" gebruikt voor complexere systemen die slimme en traditionele materialen combineren.

Een soort sensor (die een ingangssignaal detecteert) en een actuator zijn componenten van een slim materiaal (of systeem) (dat een responsieve en adaptieve functie vervult).

Als reactie op veranderingen in temperatuur, elektrische velden en/of magnetische velden kan aan actuatoren worden gevraagd om vorm, locatie, natuurlijke frequentie of mechanische kenmerken te veranderen. Legeringen met vormgeheugen, piëzo-elektrische keramiek, magnetostrictieve materialen en elektrorheologische/magnetorheologische vloeistoffen zijn de meest voorkomende materialen die in actuatoren worden gebruikt.

Legeringen met vormgeheugen zijn metalen die, wanneer de temperatuur verandert, na vervorming terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm. Piëzo-elektrische keramiek zet uit en krimpt in reactie op een aangelegd elektrisch veld (of spanning); naarmate hun afmetingen veranderen, genereren ze ook een elektrisch veld.

Conclusie

Dit waren de soorten materialen die we vinden en gebruiken in ons dagelijks leven. Gebaseerd op deze classificatie van materialen onderzoekers proberen de kwaliteit te verbeteren of het helpt om ze gemakkelijker te bestuderen.