Onderwijs

Afkoelend staal zorgt voor sensatie

Een Delfts-Deens-Frans onderzoeksteam is er als eerste in geslaagd afkoelend staal tot in detail te bestuderen. De theorie klopt slecht met de waarnemingen, zo melden de onderzoekers in het blad Science.

/em>

Het is voor het eerst dat een onderzoeksgroep erin is geslaagd de kristallisatie van een polykristallijn materiaal live en tot op kristalkiemniveau te volgen. Dat is belangrijk, omdat de exacte manier waarop kristalvorming in bijvoorbeeld keramiek en staal plaatsvindt uiteindelijk doorslaggevend is voor de stevigheid van het materiaal.

De groep, aangevoerd door onderzoekers van het Interfacultair Reactor Instituut en de sectie Technische Materiaalwetenschappen, voerden hun experiment uit in het inmiddels vermaarde synchrotron-laboratorium Esrf in het Franse Grenoble. Daar bestudeerden ze afkoelend staal (tweetiende gewichtsprocent koolstof) door het te beschieten met intense röntgenstraling en te kijken hoe die straling werd verstrooid door microscopische kristallen in het staal.

De opmerkelijkste ontdekking deed het team rond de 822 graden Celsius, de temperatuur waarop het staal overgaat van de grofkorrelige austeniet-kristalfase naar een fijnere kristalstructuur genaamd ferriet. Tot verbazing van de onderzoekers blijkt de hoeveelheid energie die nodig is om nieuwe ferriet-groeikernen aan te maken zeker honderd keer zo klein als altijd werd aangenomen. Daarna kan de groei van ferrietkristallen op minstens vier verschillende manieren plaatsvinden, waarvan twee nog niet eerder voorspeld, zo onthullen IRI-promovendus ir. Erik Offerman en collega’s.

Dat de ferriet-kristalkiemen zo makkelijk ontstaan, mag verbazingwekkend heten. Een verklaring hebben de onderzoekers wel: de gangbare modellen houden er onvoldoende rekening mee dat er bij de kiemvorming ook energie vrijkomt uit de afbraak van de oude kristalstructuren. Die energie kan weer worden benut om kiemvorming op gang te helpen. Bovendien is er bij kiemen van enkele tientallen atomen groot wellicht sprake van bepaalde kwantummechanische effecten.

De onderzoekers verwachten dat de door hun ingezette koers uiteindelijk zal zorgen voor de ontwikkeling van nieuwe, nog beter op hun doel afgestemde materialen.

Een Delfts-Deens-Frans onderzoeksteam is er als eerste in geslaagd afkoelend staal tot in detail te bestuderen. De theorie klopt slecht met de waarnemingen, zo melden de onderzoekers in het blad Science.

Het is voor het eerst dat een onderzoeksgroep erin is geslaagd de kristallisatie van een polykristallijn materiaal live en tot op kristalkiemniveau te volgen. Dat is belangrijk, omdat de exacte manier waarop kristalvorming in bijvoorbeeld keramiek en staal plaatsvindt uiteindelijk doorslaggevend is voor de stevigheid van het materiaal.

De groep, aangevoerd door onderzoekers van het Interfacultair Reactor Instituut en de sectie Technische Materiaalwetenschappen, voerden hun experiment uit in het inmiddels vermaarde synchrotron-laboratorium Esrf in het Franse Grenoble. Daar bestudeerden ze afkoelend staal (tweetiende gewichtsprocent koolstof) door het te beschieten met intense röntgenstraling en te kijken hoe die straling werd verstrooid door microscopische kristallen in het staal.

De opmerkelijkste ontdekking deed het team rond de 822 graden Celsius, de temperatuur waarop het staal overgaat van de grofkorrelige austeniet-kristalfase naar een fijnere kristalstructuur genaamd ferriet. Tot verbazing van de onderzoekers blijkt de hoeveelheid energie die nodig is om nieuwe ferriet-groeikernen aan te maken zeker honderd keer zo klein als altijd werd aangenomen. Daarna kan de groei van ferrietkristallen op minstens vier verschillende manieren plaatsvinden, waarvan twee nog niet eerder voorspeld, zo onthullen IRI-promovendus ir. Erik Offerman en collega’s.

Dat de ferriet-kristalkiemen zo makkelijk ontstaan, mag verbazingwekkend heten. Een verklaring hebben de onderzoekers wel: de gangbare modellen houden er onvoldoende rekening mee dat er bij de kiemvorming ook energie vrijkomt uit de afbraak van de oude kristalstructuren. Die energie kan weer worden benut om kiemvorming op gang te helpen. Bovendien is er bij kiemen van enkele tientallen atomen groot wellicht sprake van bepaalde kwantummechanische effecten.

De onderzoekers verwachten dat de door hun ingezette koers uiteindelijk zal zorgen voor de ontwikkeling van nieuwe, nog beter op hun doel afgestemde materialen.

Redacteur Redactie

Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?

delta@tudelft.nl

Comments are closed.