Boks Kracht Berekenaar & Formule (Online & Gratis)
Heb je je ooit afgevraagd hoe je kunt zorgen voor een succesvol metaalstempelproject? In deze blogpost duiken we in de kritieke factoren die uw stempelproces kunnen maken of breken....
Wat als de toekomst van engineering niet alleen bestaat uit innovatieve ontwerpen, maar ook uit baanbrekende materialen? Van optische vezels die een revolutie teweegbrengen in datatransmissie tot supergeleidende materialen die energie-efficiëntie verbeteren, de nieuwste ontwikkelingen in technische materialen zetten nieuwe standaarden. Dit artikel onderzoekt zeven van deze materialen en biedt inzicht in hun eigenschappen en toepassingen. Door verder te lezen, krijgt u een beter inzicht in hoe deze materialen klaar staan om de industrie en technologie zoals we die kennen te transformeren.
Geavanceerde materialen zijn materialen die recent onderzocht of in ontwikkeling zijn en die uitzonderlijke prestaties en speciale functionaliteiten bezitten. Deze materialen zijn van het grootste belang voor de vooruitgang van wetenschap en technologie, met name hightechindustrieën en opkomende industrieën.
Dit artikel geeft een korte introductie tot enkele van deze innovatieve technische materialen.
Optische vezels, afgekort vezels, zijn optische vezels die worden gebruikt om lichtinformatie te verzenden. Als medium voor lichtgolftransmissie bestaan typische vezels uit een kern met een hoge brekingsindex en een bekleding met een lagere brekingsindex. In praktische toepassingen worden honderden of zelfs duizenden vezels gecombineerd in een bepaald type kabelstructuur.
Voor transmissie over lange afstanden zijn optische repeaters nodig om de geleidelijk afnemende lichtsignalen tijdens de transmissie te herstellen. De eerste bepaalt de transmissieafstand, terwijl de tweede de informatiecapaciteit bepaalt.
De ontwikkeling van optische vezels is momenteel gericht op het vergroten van de niet-herhalende afstand, het verminderen van verlies en het evolueren naar superlange golflengtes en ultrabrede frequentiebanden. Hieronder volgen enkele typen optische vezels die zijn ontwikkeld en worden gebruikt:
Momenteel zijn communicatievezels voornamelijk samengesteld uit hoogzuiver gesmolten kwartsglas. Kwartsvezels zijn chemisch stabiel, hebben een kleine uitzettingscoëfficiënt, een uitstekende betrouwbaarheid op lange termijn en een overvloed aan grondstoffen. Ze zijn echter enigszins bros en verdere vermindering van lichtverlies is beperkt.
Het kernmateriaal voor plastic vezels kan polymethylmethacrylaat (PMMA) en polystyreen (PS) zijn, met bedekkende vezelmaterialen die fluorhars in PMMA of PMMA-materiaal in PS kunnen zijn. Kunststofvezels hebben veel voordelen, zoals uitstekende flexibiliteit, hoge breukvastheid, licht gewicht, lage kosten en eenvoudige verwerking.
Vanwege het hoge transmissieverlies zijn hun toepassingen echter voornamelijk geconcentreerd in de transmissie van energie en beeldinformatie over korte afstanden.
De meest typische glasvezel met sulfideverbinding is het As-S systeem, dat een hoog smeltpunt en een goede verwerkbaarheid heeft.
Halidekristalvezels zijn onder andere enkelkristallijne CsBr en CrI en polykristallijne TiBrI. Kristalvezels hebben een laag verlies over een brede golflengtebandbreedte van 1 tot 10 μm en kunnen worden gebruikt voor CO-gaslaslasertransmissie.
Tot de veelbelovende materialen voor infraroodvezels met ultralaag verlies die momenteel worden bestudeerd, behoren fluoridezirkoniumsilicaatglas (hafnium), fluoridealuminaatglas en fluorideglas dat voornamelijk bestaat uit thoriumoxide en zeldzame aardfluoriden.
Onder hen wordt zirkonium (hafnium) silicaatglas beschouwd als het meest veelbelovende materiaal voor communicatievezels met een lange golflengte, met kenmerken als een breed golflengtebereik, lage dispersie en goede verwerkbaarheid.
Optische vezels kunnen worden gebruikt voor de overdracht van computerinformatie, waardoor flexibele, snelle, grootschalige computernetwerken kunnen worden opgezet voor het ophalen van gegevens, bankrekeningtransacties, termijncontracten en mogelijk de overdracht van holografische beelden over lange afstanden. Ze kunnen ook worden gebruikt om lasers met hoge intensiteit te verzenden en optische vezelsensoren te maken, naast andere toepassingen.
In 1911 ontdekte de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes een plotselinge verdwijning van de weerstand in kwik bij de temperatuur van vloeibare stikstof, 4,2K. Dit fenomeen staat bekend als supergeleiding en de materialen die dit vertonen worden supergeleiders genoemd.
De toestand waarin een supergeleider nul weerstand heeft, wordt supergeleidende toestand genoemd. De temperatuur waarbij supergeleiding optreedt wordt gedefinieerd als de kritische temperatuur, T genoemd, en wordt gemeten in Kelvin (K), de thermodynamische temperatuurschaal.
Later werd ontdekt dat als een supergeleider wordt afgekoeld in een magnetisch veld, op het punt waar de weerstand van het materiaal verdwijnt, de magnetische veldlijnen uit de geleider worden gedreven, een fenomeen dat bekend staat als perfect diamagnetisme of het Meissner-effect. Supergeleiding en diamagnetisme zijn de twee belangrijkste eigenschappen van supergeleiders.
Supergeleidende materialen hebben toepassingen op verschillende gebieden zoals energie, transport, informatie, fundamentele wetenschap en gezondheidszorg. In energiesystemen bijvoorbeeld is supergeleidende energieopslag momenteel de meest efficiënte opslagmethode en het gebruik van supergeleidende transmissie kan energieverlies aanzienlijk verminderen.
Supergeleidende magneten, met hun hoge magnetische velden, lage energieverlies en lage gewicht, kunnen worden gebruikt voor magnetohydrodynamische energieopwekking, waarbij thermische energie direct wordt omgezet in elektrische energie en het uitgangsvermogen van generatoren aanzienlijk wordt verhoogd.
Het gebruik van supergeleidende tunneling kan verschillende apparaten creëren die gekenmerkt worden door hoge gevoeligheid, weinig ruis, snelle reactie en weinig verlies, geschikt voor het detecteren van elektromagnetische golven en het bevorderen van de bruikbaarheid van precisiemeting en testtechnologieën. In computers kunnen computers met een Josephson junctie gemaakt van supergeleidende materialen tien hogesnelheidsberekeningen per seconde uitvoeren, met kleine afmetingen en grote capaciteit.
Het magnetische levitatie-effect tussen supergeleiders en magnetische velden kan worden gebruikt om supergeleidende magneettreinen te maken. Daarnaast kunnen de enorme magnetische velden die door supergeleiders worden opgewekt, worden gebruikt in gecontroleerde thermonucleaire reacties.
Trillingsdempende legeringen zijn functionele materialen die trillingsdempende eigenschappen hebben met behoud van de noodzakelijke structurele sterkte. Het zijn legeringen met een hoge interne wrijving, waardoor trillingen snel kunnen afnemen. Afhankelijk van hun dempingsmechanismen kunnen trillingsdempende legeringen worden ingedeeld in meerfasige, ferromagnetische, twinning en dislocatie types.
Meerfasige legeringen bestaan uit twee of meer fasen, meestal met een zachtere tweede fase verdeeld over een hardere matrix. Ze maken gebruik van de herhaalde plastische vervorming van de tweede fase in de legering om trillingsenergie om te zetten in wrijvingswarmte voor demping.
Grijs gietijzer met grafietvlokken is de meest gebruikte meerfasige dempingslegering, meestal gebruikt voor onderstellen van werktuigmachines, krukassen, nokken enzovoort. De Al-Zn legering is een andere typische meerfasige dempingslegering die wordt gebruikt in apparaten zoals stereoversterkers.
Deze legeringen gebruiken de magnetostrictie van ferromagnetische materialen en de rotatie en beweging van magnetische domeinen tijdens trillingen om trillingsenergie te verbruiken voor demping. Chroomstaal met een chroomgehalte van 12% en legeringen op basis van Fe-Cr-Al zijn voorbeelden van ferromagnetische dempingslegeringen die worden gebruikt in bladen van stoomturbines, precisie-instrumententandwielen, enz.
Twinning-legeringen maken gebruik van de vorming van fijne getwijnde structuren tijdens de faseverandering en absorberen trillingsenergie door de beweging van getwijnde korrelgrenzen. De nieuw ontwikkelde Mn-Cu-Ni-Fe legering in Japan kan bijvoorbeeld de amplitude halveren in één enkele trilling, geschikt voor motoronderdelen, motorbehuizingen, wasmachineonderdelen, enzovoort.
Dislocatie-legeringen absorberen trillingsenergie door de onderlinge trillingen tussen dislocaties en interstitiële atomen. De Mg-Zr (wZr=6%) legering wordt bijvoorbeeld gebruikt in gyrokompassen voor geleiding in raketten en in de standaards van precisie-instrumenten zoals regelapparaten, zodat ze normaal functioneren.
De Mg-MgNi-legering heeft niet alleen uitstekende dempingseigenschappen, maar ook een hoge sterkte en lage dichtheid, waardoor het een uitstekend trillingsdempend materiaal is voor de luchtvaartindustrie.
De gevaarlijkste faalwijze van materialen bij lage temperaturen is brosse breuk bij lage temperaturen. Daarom moeten materialen die bij lage temperaturen werken een uitstekende taaiheid hebben bij lage temperaturen. Bovendien moeten deze materialen een kleinere thermische uitzettingscoëfficiënt en een goede verwerkbaarheid hebben om thermische vervorming door veranderingen tussen kamertemperatuur en lage temperatuur te voorkomen.
Materialen die bij lage temperaturen onder magnetische velden worden gebruikt, moeten doorgaans niet-magnetisch zijn. Metalen materialen voor lage temperaturen zijn voornamelijk laaggelegeerd ferritisch staal, austenitisch roestvast staal, nikkelstaal, duplexstaal, superlegeringen op ijzer-nikkelbasis, aluminiumlegeringen, koperlegeringen, titaanlegeringen enzovoort.
Op basis van verschillende gebruikstemperaturen kunnen veelgebruikte lagetemperatuurmaterialen grofweg worden onderverdeeld in de volgende drie categorieën:
(1) Materialen voor -40 tot -100℃: De lagetemperatuurmaterialen die in dit temperatuurbereik worden gebruikt, zijn voornamelijk koolstofstaal met een laag koolstofgehalte en laaggelegeerd staal, zoals gelegeerd staal met 3,5% wNien aluminium-gedood mangaanstaal met een laag koolstofgehalte 06MnVAl, waarvan de laagste gebruikstemperatuur -130℃ is.
Deze worden voornamelijk gebruikt in de petrochemische industrie, koelapparatuur, technische constructies in koude gebieden, gaspijpleidingen en compressoren, pompen en kleppen die werken bij lage temperaturen.
(2) Materialen voor -160 tot -196℃: De lagetemperatuurmaterialen die in dit temperatuurbereik worden gebruikt, zijn voornamelijk bestemd voor de vloeibaar aardgas- en zuurstofproductie-industrie.
Types zijn onder andere 18-8 austenitisch roestvast staal, dat een uitstekende taaiheid bij lage temperatuur heeft, maar een lagere sterkte en grotere uitzettingscoëfficiënt; nikkelgebaseerd lagetemperatuurstaal, zoals staal met 9% wNi (wc<0,1%), Ni (wNi=5%) -Mo (wMo=0,2%) staal, die een hoge sterkte, goede taaiheid bij lage temperatuur, betrouwbare lasbaarheid, en worden steeds meer gebruikt; hoog mangaan austenitisch staal 20Mn23Al, aluminium legering 5083, enz.
(3) Ultralaagtemperatuurmaterialen voor -253 tot -269℃: Deze soorten materialen worden voornamelijk gebruikt om containers te maken voor het opslaan en transporteren van vloeibare waterstof en vloeibare chloor, en onderdelen in supergeleidende apparaten met sterke magnetische velden.
Tot de legeringen voor ultralage temperaturen die zijn ontwikkeld en waarnaar onderzoek wordt gedaan, behoren voornamelijk: austenitisch roestvast staal voor ultralage temperaturen, gevormd door koolstof en stikstof toe te voegen aan de basis van roestvast staal van het type 18-8; hoog-mangaan austenitisch roestvast staal 15Mn26Al4; Ni (wNi=12%) -Ti (wTi=0,25%), Ni (wNi=13%) -Mo (WMo=3%) staal en legeringen op Ni-basis.
In tegenstelling tot gewone materialen onderscheiden vormgeheugenmaterialen zich doordat ze hun vervorming behouden wanneer er spanning op wordt uitgeoefend bij lage temperaturen en niet verdwijnen nadat de spanning is weggenomen. Wanneer het materiaal echter wordt verwarmd tot boven een bepaalde intrinsieke kritische temperatuur, kan het zich volledig herstellen tot de geometrische vorm van voor de vervorming, alsof het zich zijn oorspronkelijke vorm herinnert.
Dit fenomeen staat bekend als vormgeheugeneffect. Materialen die dit effect vertonen worden vormgeheugenmaterialen genoemd. Zowel metalen als keramische geheugenmaterialen vertonen het vormgeheugeneffect door martensitische fasetransformatie, terwijl polymere geheugenmaterialen dit effect vertonen door veranderingen in hun ketenstructuur met de temperatuur.
Vormgeheugenmaterialen zijn voornamelijk vormgeheugenlegeringen, waarvan er momenteel tientallen in gebruik zijn. Deze kunnen ruwweg worden onderverdeeld in:
1) Op basis van nikkel-titanium (Ni-Ti): Samengesteld uit nikkel en titanium in een atoomverhouding van 1:1, hebben deze legeringen uitstekende vormgeheugeneffecten, hoge hittebestendigheid, corrosiebestendigheid, sterkte en ongeëvenaarde weerstand tegen thermische vermoeidheid, samen met uitstekende biocompatibiliteit. De hoge kosten van de grondstoffen en de moeilijke fabricageprocessen maken ze echter duur en moeilijk te bewerken.
2) Op basis van koper: Op koper gebaseerde legeringen zijn goedkoop, gemakkelijk te produceren, hebben een goed vormgeheugen, een lage weerstand en zijn goed te bewerken. De mate van vormherstel neemt echter af bij langdurig of herhaald gebruik, wat een probleem is dat moet worden aangepakt. De meest praktische koperlegeringen zijn Cu-Zn-Al, andere zijn Cu-Al-Mn en Cu-Al-Ni.
3) Op ijzer gebaseerd: Op ijzer gebaseerde legeringen met vormgeheugen hebben een hoge sterkte, een goede plasticiteit en zijn goedkoop, waardoor ze geleidelijk aan meer aandacht krijgen. De op ijzer gebaseerde geheugenlegeringen die momenteel worden ontwikkeld en onderzocht zijn voornamelijk Fe-Mn-Si en Fe-N-Co-Ti.
Recentelijk is het vormgeheugeneffect ontdekt in keramische materialen, polymere materialen en supergeleidende materialen, elk met hun eigen unieke eigenschappen, waardoor de toepassingsmogelijkheden van geheugenmaterialen verder zijn uitgebreid.
Vormgeheugenmaterialen worden op grote schaal toegepast in de luchtvaart, ruimtevaart, machinebouw, elektronica, energie, medische toepassingen en in het dagelijks leven. Een Amerikaans luchtvaartbedrijf gebruikte het vormgeheugeneffect bijvoorbeeld om het verbindingsprobleem van moeilijk te lassen olieleidingen van het F-14 gevechtsvliegtuig op te lossen.
Waterstof is een vervuilingsvrije energiebron die overvloedig beschikbaar is op aarde en zal naar verwachting in de toekomst een primaire energiebron worden. De opslag van waterstof vormt echter een grote uitdaging. Een functioneel materiaal dat waterstof kan absorberen en opslaan in de vorm van metaalhydriden en de opgeslagen waterstof kan afgeven wanneer dat nodig is, wordt waterstofopslagmateriaal genoemd.
Waterstofopslagmaterialen absorberen waterstof om metaalhydriden te vormen en geven warmte af bij afkoeling of drukverlaging. Omgekeerd keren ze terug naar metaal en waterstof, waarbij waterstofgas vrijkomt en warmte wordt geabsorbeerd bij verwarming of drukverlaging. De waterstofdichtheid in waterstofopslagmaterialen is 1000 tot 1300 keer die van gasvormig waterstof.
De belangrijkste materialen voor waterstofopslag die momenteel worden bestudeerd en ontwikkeld, zijn onder andere:
Op basis van magnesium: Deze materialen hebben een grote waterstofopslagcapaciteit en zijn goedkoop. Het nadeel is dat ze temperaturen boven 250°C nodig hebben om waterstof vrij te maken. Voorbeelden zijn Mg2Ni, Mg2Cu, enz.
Op titanium gebaseerd: Waterstofopslaglegeringen op basis van titanium hebben een grote waterstofabsorptiecapaciteit, worden gemakkelijk geactiveerd bij kamertemperatuur, zijn goedkoop en geschikt voor grootschalige toepassingen. Voorbeelden zijn binaire legeringen zoals titaan-mangaan, titaan-chroom, en ternaire en multielementlegeringen zoals titaan-mangaan-chroom, titaan-zirkonium-chroom-mangaan, enz.
Op basis van zirkonium: Gekenmerkt door uitstekende waterstofopslageigenschappen, zelfs bij temperaturen boven 100 °C. Ze kunnen snel en efficiënt grote hoeveelheden waterstof opnemen en afgeven, waardoor ze geschikt zijn als waterstofopslagmateriaal bij hoge temperaturen. Voorbeelden zijn ZrCr2, ZrMn2, enz.
Op zeldzame aarden gebaseerd: Legeringen voor waterstofopslag op basis van zeldzame aarden, zoals de lanthaan-nikkellegering LaNi, hebben goede waterstofabsorptie-eigenschappen en zijn gemakkelijk te activeren. Ze geven waterstof snel vrij bij temperaturen boven 40°C, maar hun kosten zijn relatief hoog.
Om de kosten te verlagen en de prestaties te verbeteren, kan gemengde zeldzame aarde lanthaan vervangen, of kunnen andere metaalelementen de legering voor waterstofopslag met meerdere elementen, gevormd door gemengde zeldzame aarde en nikkel, gedeeltelijk vervangen.
Op ijzer gebaseerd: De meest typische legering voor waterstofopslag op basis van ijzer is de ijzer-titaniumlegering. Het heeft uitstekende waterstofopslageigenschappen en is goedkoop, maar activering is relatief moeilijk.
Materialen in de natuur kunnen worden ingedeeld in drie soorten op basis van hun magnetische eigenschappen: diamagnetisch, paramagnetisch en ferromagnetisch. Magnetische materialen zijn stoffen die ferromagnetisme bezitten.
Magnetische materialen zijn essentieel in industrieën zoals elektronica, energie, elektromotoren, instrumentatie en telecommunicatie. Op basis van hun magnetische eigenschappen kunnen magnetische materialen worden ingedeeld in zachte magnetische materialen en harde magnetische materialen.
Zachte magnetische materialen zijn materialen die gemakkelijk gemagnetiseerd worden onder een extern magnetisch veld en gemakkelijk demagnetiseren wanneer het externe veld wordt verwijderd. Ze worden gekenmerkt door een hoge permeabiliteit, hoge magnetische inductiesterkte, lage coërciviteit en minimaal energieverlies tijdens magnetiseren en demagnetiseren.
Er zijn veel soorten zachte magnetische materialen. De meest voorkomende zijn elektrisch zuiver ijzer, platen van siliciumstaal, Fe-Al legeringen, Fe-Ni legeringen en ferriet zachte magnetische materialen.
Harde magnetische materialen, ook bekend als permanente magnetische materialen, zijn materialen die een magnetisch veld kunnen opwekken zonder externe voeding als ze eenmaal gemagnetiseerd zijn.
Deze materialen worden gekenmerkt door een aanzienlijke coërciviteit en restmagnetisme en worden veel gebruikt in magneto-elektrische instrumenten, luidsprekers, permanente magneetgeneratoren en communicatieapparaten.
De harde magnetische materialen die momenteel worden gebruikt en bestudeerd, kunnen grofweg worden onderverdeeld in metallische harde magnetische materialen, ferriet harde magnetische materialen, zeldzame aarde harde magnetische materialen en neodymium-ijzer-borium harde magnetische materialen.
Daarnaast zijn er enkele magnetische materialen voor speciale doeleinden, zoals magnetische geheugenmaterialen voor het opnemen van informatie (productie van magneetbanden, magneetschijven, enz.), materialen die worden gebruikt voor opnamekoppen, magnetische geheugenmaterialen in elektronische computers en magnetische compensatiematerialen in precisie-instrumenten.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
ES 
FR 
RU 
DE 
PT 