Chapter 13 - Diffusion and powder-based processes Flashcards
Waarom kan smelten niet echt gebruikt worden om kristallijne keramieken te vormen?
Hiervoor zouden economisch onhaalbaar TRAGE afkoelsnelheden nodig zijn.
Wat voor proces kunnen we gebruiken om bepaalde thermohardende kunststoffen te maken? (e.g. epoxy resin) Geef nog een voorbeeld
Chemische reacties: een vloeistof met relatief eenvoudige moleculen reageert chemisch tot een stabiele vaste stof. Bv. Mortel en beton.
Kan een chemische reactie gebruikt worden voor keramieken?
Nee
Wat is een wel een methode die gebruikt kan worden voor keramieken?
Sinteren: Men vertrekt van een fijngemalen poeder (voor bakstenen is dit klei). Dit poeder wordt dan samengeperst met water (en zand voor bakstenen) zonder chemische reactie. Dit wordt dan gedroogd en gebakken in een oven. De smelttemperatuur wordt niet bereikt.
Waarom zijn bakstenen zo hard?
Tijdens het sinteren gebeurt er een mechanisme dat verantwoordelijk is voor de sterkteontwikkeling. Dit noemt men diffusie.
Wat is diffusie?
Vorm van materiaaltransport door beweging op atomaire of moleculaire schaal.
Hoe kunnen atomen en moleculen door een vaste stof bewegen (diffunderen)?
Door thermische energie toe te voegen verandert de gemiddelde positie van atomen. Daarbij komt dat het bij hogere temperatuur ook makkelijker is om de verbinding tussen naburige atomen te verbreken. Als de plaats waar het naartoe wil gaan energetisch stabiel is kan een atoom of molecule zich doorheen de stof diffunderen.
Waarom gebeurt diffusie zelden in een perfect kristalrooster?
Omdat hier geen energetisch stabiele nieuwe posities zijn. Het mechanisme maakt dus gebruik van de roosterfouten.
Wat is autodiffusie?
Wanneer een atoom van het rooster zich verplaatst op de roosterposities.
Wat is interdiffusie?
Wanneer een vreemd atoom zich doorheen het rooster verplaatst.
Wat is vacaturediffusie?
Een mechanisme dat zowel kan bij autodiffusie als interdiffusie: er is een vacatureplaats vrij. Het atoom verplaatst zich naar daar en de vacaturepositie komt vrij.
Wat is de temperatuursafhankelijkheid van vacaturediffusie? (formule)
N_v = N * e^(-(E_v)/(k_B*T))
N_v = N * e^(-(E_v)/(k_B*T)) : Wat betekenen alle parameters? Hoe noemt men deze vergelijking?
N_v = aantal vacatures N = aantal atoomplaatsen e = eulergetal E_v = activatie energie k_B = Boltzmann constante T = temperatuur Arrheniusvergelijking.
Wat zijn interstitiële atomen?
Atomen die klein genoeg zijn om tussen de holtes in het rooster bewegen. Deze atomen zijn B,N,O,C,H. Hun kleine grootte maakt ze ook veel stabieler
Wat is de diffusieflux?
De diffusieflux J is de massa m aan atomen die zich verplaatst door een oppervlak a gedurende een tijd t:
J = m / (A*t)
Wanneer dit constant is kan men zeggen voor 1 richting dat:
J = -D * (dC / dx)
Met dC/dx = concentratiegradient (deze formule staat op formularium)
De eerste wet van Fick is?
J = - D * (dC / dx)
Of in veralgemeende 3D vorm: J = - D * ∇C
De tweede wet van Fick is?
Deze wordt vaker gebruikt omdat meestal de flux niet constant is (deze formule staat op het formularium) –>
(𝜕𝑐_𝑥/𝜕𝑡) = 𝐷 * (𝜕²𝑐_𝑥)/𝜕𝑥²
Geef de temperatuursafhankelijkheid van de diffusiecoëfficiënt D.
D = D_0 * e^(E_d/R*T) D_0 = diffusieconstante op T = oneindig E_d = activeringsenergie voor diffusie
Waarom hebben FCC een lagere coëfficiënt dan BCC?
Simpelweg omdat FCC dichter gepakt is en dus minder plaats heeft voor diffusie
Wat zijn alle beïnvloedende factoren van de diffusiesnelheid?
Soort rooster
Grootte van de diffunderende atomen dus het soort diffusie
Temperatuur
Aantal korrelgrenzen
Wet van Hall & Petch:
Dat de sterkte afhankelijk is van de korreldiameter:
σ_y = σ_0 + k_y/sqrt(d)
Wat betekenen de parameters van:
σ_y = σ_0 + k_y/sqrt(d)
σ_y = Elasticiteitsgrens σ_0 = constante bepaald door de spanning waarbij dislocaties bewegen k_y = verstevigingscoëfficiënt d = gemiddelde korreldiameter
Hoe gebeurt allotrope transformatie van austeniet (gamma) (FCC) naar ferriet (alfa) (BCC)?
Op de korrelgrenzen kunnen er bij afkoeling atomen diffunderen ter vorming van een BCC. Dit vormt nieuwe korrels waar op de grenzen steeds opnieuw gediffundeerd kan worden. Als dit proces gedaan is hebben we korrels die kleiner zin dan de oorspronkelijke gamma (FCC) korrels. Dit bevoordeeld de sterkte.
Wat zijn Cottrell ruimtes?
C atomen kunnen doorheen de interstitiële ruimtes bewegen, maar deze ruimtes zijn vaak net iets kleiner dan de C-atomen, waardoor ze ijzeratomen een beetje opzij moeten duwen. Op bepaalde plaatsen zijn grotere gaten (vanwege dislocatie) en C-atomen hebben de neiging om daarheen te diffunderen. Deze ruimtes waar de C-atomen zich kunnen zetten noemt men Cottrell ruimtes/
