Kieming en Jilt Sietsma groei in metalen 1
Metalen 2
METALEN STRUCTUUR microstructuur 0,5 nm 26 mei 2010 atomaire structuur Delft University of Technology 3 Challenge the future
Metaal maken processing structuur eigenschappen 4
Moderne metalen: nanotechnologie 5
0D, puntdefecten interstitieel substitutioneel 6 Microstructuur = defecten vacature perfect kristal
Microstructuur = defecten Dislocations 1D, lijndefecten Ongedeformeerd: 10 10 m 2, of 10 km per cm 3 1 per (50000 atoms) 2 Gedeformeerd: 10 15 m 2, or 10 6 km per cm 3 1 per (200 atoms) 2 0.1 µm 7
segregatie van koolstof langs dislocaties 8
Nb(CN)-precipitaten in ferriet 50 nm 9
Microstructuur = defecten 2D, vlakdefecten 30 µm 2 nm 10
Kiemvorming op korrelgrenzen titanium 15 µm 5 µm 11
Microstructuur = defecten 3D, precipitaten 2 µm 12
Eigenschappen worden bepaald door de microstructuur Aluminiumlegeringen yield strength [MPa] dislocations pure Al electrical resistivity [µωcm] 13
Ni-based superalloys in straalmotoren Nikkel kruip 10 2 10 s 1 Ni-based superalloy kruip 10 8 10 7 s 1 14
Ni-Base Superalloys: Ni + Mo, W, Ta, Cr, Ti Ordered, finelydispersed NiAlprecipitates in Nimatrix 15
Single-crystal Turbine Blades made by casting Polycrystalline turbine blade Columnar grain structure produced by a directional solidification technique Creep resistance is further enhanced with single-crystal blades. 16
Groei in metaaleigenschappen = groei in toepassing 17
Kiemvorming: diffractie-experimenten, ESRF-synchrotron Grenoble Furnace Sample 2θ Bent Si-Laue crystal slits ω x y z Focal point Beam-line ID11 at European Synchrotron Radiation Facility Beam stop 2D detector 18
Afkoelen van koolstofstaal Iedere stip is een korrel volledig austenitisch ferrietreflecties op de rode cirkels 19
Kiemsnelheid als functie van dalende temperatuur pill-box model (Enomoto, Aaronson) Ψ = 2 x 10 6 J 3 /m 6 = Δ (dn/dt)/(dn/dt) max 1.0 Measurement 0.8 0.6 0.4 0.2 Model 0.0 600 700 800 900 T ( o C) synchrotron metingen (Offerman) Ψ = 5 x 10 8 J 3 /m 6 20
Diffusionele fasetransformatie: groei v v = M G Grensvlaksnelheid is evenredig met de drijvende kracht Atomen aan het grensvlak v 0.1 1µm 21
Gibbs vrije energie G = H TS H (enthalpie) ORDE S (entropie) WANORDE 26 mei 2010 temperatuur 1 2 Delft University of Technology 22 Challenge the future
G = H TS 26 mei 2010 Evenwicht in materialen = minimum Gibbs vrije energie G Josiah Willard Gibbs, 1839 1903 1878: On the equilibrium of heterogeneous substances Delft University of Technology 23 Challenge the future
G = H TS G ijs 26 mei 2010 water H 2 O 0ºC 273 K T Delft University of Technology 24 Challenge the future
KINETIEK: het bereiken van evenwicht kost tijd 26 mei 2010 http://jaar2009.middendelfland.net/middendelfland/winter.htm Delft University of Technology 25 Challenge the future
Atomen moeten hun positie veranderen om 26 mei de 2010 structuur te veranderen ijs water Delft University of Technology 26 Challenge the future
Fe G 26 mei 2010 ferriet austeniet 912ºC 1185 K T Delft University of Technology 27 Challenge the future
26 mei 2010 Delft University of Technology 28 Challenge the future
Limieten aan groei 26 mei 2010 Schaarser wordende metalen Ministry of Economy, Trade and Industry, Japan, 2008 Delft University of Technology 29 Challenge the future
Productie van zeldzame-aardmetalen 26 mei 2010 Delft University of Technology 30 Challenge the future
Permanente magneten bevatten zeldzame-aardmetalen 26 mei 2010 Delft University of Technology 31 Challenge the future
Toepassingen van permanente magneten op basis van zeldzameaardmetalen 26 mei 2010 Delft University of Technology 32 Challenge the future
300 kg Nd per windmolen van 2 MW = 150 ton per windcentrale van 1 GW Huidige totale Nd-productie: 15000 ton per jaar; goed voor 100 GW per jaar 120 GW per jaar 90 GW per jaar 30 GW per jaar 33
Materiaalgebruik optimaliseren Benutten legeringselementen Ontwerpen op materiaalgebruik 26 mei 2010 Use less Verlengen levensduur Recycling Delft University of Technology Challenge the future A.M. Diederen, 34 2009
35
Urban mining 36
Er zit meer goud in een kubieke meter mobiele telefoons dan in een kubieke meter gouderts 26 mei 2010 Delft University of Technology 37 Challenge the future
Recycling van vliegtuigen Davis-Monthan Air Force Base, Tucson, Arizona 38
39