Ad Valvas 1985 - 1986 - pagina 443

18 APRIL 1986 De ontwikkelingen in d e materiaaltechnologie zijn tot dusverr e tamelijk onzichtbaar gebleven. Informatica e n biotechnologie h e b b e n veel meer d e a a n dacht getrokken, m a a r nu m a g d a n ook d e materialenkennis zich verheugen in d e financiële attentie v a n d e overheid. Internationale marktvoorspellers produceren grafieken, waaruit blijkt dat d e materiaaltechnologie e e n enorme vlucht zal n e m e n e n overheden geloven e e n geheel nieuw e n mooi industrieel ontwikkelingsgebied te h e b b e n aangeboord: het is high-tech, het is niet vervuilend, k a n veel m e n s e n e e n interess a n t e b a a n geven e n het land opstuwen in d e v a a r t der volkeren. Nieuw is het o m g a a n met materialen vanzelfsprekend g e e n s zins. Reeds sinds zijn ontstaan is d e mensheid ermee bezig: Sten e n bijl e n houten pijl e n boog zijn antieke voorbeelden. Wellicht k a n d e hernieuwde a a n dacht voor d e materie gezien worden als e e n logisch vervolg in d e reeks hout, steen, metaal, kunststof, die d e mens tot nu toe doorlopen heeft. Vooral het besef dat d e voorr a a d grondstoffen eindig is, sfjeelt e e n grote rol. D a a r n a a s t h e b b e n e e n a a n t a l technische ontwikkelingen d e nieuwe stap op d e materiolenweg mogelijk gemaakt.

Prof. dr. K. d e Groot (VU): ,,Produktiegericht onderzoek n o d i g "

Energie sparen met nieuwe materialen Er is meer aandacht nodig voor de ontwikkeling en toepassing van nieuwe materialen in de Nederlandse industrie. Dat kan onder andere leiden tot belangrijke energiebesparing. Onderwijs, onderzoek en bedrijfsleven moeten zich daarop gaan richten en meegaan in de internationale omwenteling, die op dit gebied a a n de gang is. Dat is de strekking van de Nota Materialenbeleid, die het kabinet onlangs a a n de Tweede Kamer heeft aangeboden. De ministers Deetman van onderwijs en wetenschappen en Van Aardenne van economische zaken trekken ter stimulering van onderzoek naar de toepassing van nieuwe materialen extra bedragen uit van 13 tot 15 miljoen gulden per jaar, tot en met 1988. Zo heeft Nederland er, naast microelektronica, informatica en biotechnologie weer een terrein bij, waarop het moet meehollen met het buitenland in een grenzeloos geloof in de vooruitgang.

Dat gelooft ook prol. dr. K. de Groot, succesvol materiaalonderzoeker bij d e afdeling Materiaalkunde v a n d e Tandheelkundefaculteit v a n d e VU: „Zolang fysica e n chemie b e s t a a n worden ze al gekarakteriseerd door e e n constante reeks v a n kleine doorbraakjes. Bij d e nieuwe materialen is dat misschien wat h e r k e n b a a r d e r d a n op a n d e r e terreinen, m a a r e e n oorzaak voor d e huidige ontwikkeling is het niet."

Keramiek ,,Er is wel e e n relatie tussen d e extra a a n d a c h t voor nieuwe materialen en het besef v a n d e eindigheid v a n bij voorbeeld d e hoeveelheid brandstoffen. Je wüt d a n motoren maken, die zuiniger zijn d a n d e huidige. Dat kan, als d e verbranding bij veel hogere temperaturen zou kunnen plaatsvinden d a n nu het geval is. Bij verbrandingstemperaturen v a n 100 g r a d e n hoger is e e n motor rond d e 100% zuiniger. Metalen motoren smelten dan, m a a r keramische materialen kunnen die h o g e temperaturen verdragen. Je wüt d a n een motor m a k e n v a n keramiek e n dus g a je nieuwe toepassingen voor dat materiaal onderzoeken."

Foto Jon v a n d e r Veen

„Het principe v a n keramiek is eenvoudig: Je neemt klei e n je bakt het, ofwel, je neemt e e n poeder e n verhit het zodanig dat er e e n vaste stof ontstaat. Gewoon Chinees porselein bestaat voor driekwart uit g e m a -

Prof. dr. K. d e Groot (VU). len bot e n e e n kwart uit e e n b e p a a l d e kleisoort. Dat mengsel wordt verhit tot e e n g r a a d of 1000 in e e n oven e n d a n krijg je het porselein, dat in het Engels d a n ook 'Bone China' heet." M a a r ook in d e microelektronica k a n keramiek worden toegepast, w a n t e e n a a n t a l keramische d u n n e l a g e n h e b b e n a n d e r e elektrische e i g e n s c h a p p e n d a n b e s t a a n d e materialen. Van speciaal glas worden glasvezelkabels geconstrueerd, die veel m e e r informatie kunnen doorg e v e n d a n d e hmdige koperen telefoonkabels, e n die ook meer e n meer vervangen. Deze keramische toepassingen h e b b e n overigens slechts d e basis-bereidingstechniek n o g met huishoudelijk keramiek g e m e e n . Behalve keramiek zijn er ook a n d e r e materialen gemoderniseerd. Nieuwe kunststoffen, ook wel 'engineering plastics' genoemd, h e b b e n combinaties v a n eigenschappen, die voorh e e n niet te realiseren w a r e n . Ze kunnen hogere temperaturen v e r d r a g e n d a n d e g e w o n e plastics e n worden steeds meer toeg e p a s t in d e auto-industrie ter v e r v a n g i n g v a n metalen. Ook in d e medische sector kunn e n toepassingen voor nieuwe kunststoffen g e v o n d e n worden, w a n n e e r met gebruik m a a k t v a n polymeren die niet door lev e n d weefsel worden afgestoten. Deze eigenschap heet 'biocompatibüiteit' e n m a a k t het mogelijk om o r g a n e n v a n plastic te maken: Bloedvaten, nieren, longen. Biologisch afbreekb a r e polymeren, zoals polyfosfazeen, w a a r a a n d e groep v a n

Foto Kees Keuch, RVC/VV

prof. De Groot ook onderzoek doet, kunnen gebruikt worden voor het m a k e n v a n oplosbare implantaten, e n e e n beheerste afgifte v a n medicijnen. Hoewel metalen regelmatig door kunststof of keramiek verv a n g e n kunnen worden, zijn er ook nieuwe, zogenoemde g e a v a n c e e r d e metalen in d e m a a k . Deze zijn sterker, lichter, plastischer e n beter b e s t a n d tegen corrosie d a n e e n m e t a a l als ijzer. Zo zijn ze gemakkelijker te verwerken e n sommige metalen beschikken zelfs over e e n zogen a a m d 'vorm-geheugen'. Men k a n deze metalen uit hun oorspronkelijke toestand buigen e n later, bij voorbeeld door verhitting, w e e r in d e uitgangstoes t a n d terugbrengen. Deze techniek wordt wel toegepast in d e ruimtevaart, w a a r z o n n e p a n e len v a n satellieten door verwarming kunnen uitklappen. De laatste groep nieuwe materia l e n wordt gevormd door d e composieten, d e samengestelde materialen. Ze zijn erg licht e n zeer sterk. Deze gunstige mec h a n i s c h e e i g e n s c h a p p e n onts t a a n door het verwerken v a n supersterke koolstofvezel, e n m a k e n d e composieten geschikt voor onder meer d e vliegtuigbouw.

Ontwerpen Er is dus e e n ruim a a n b o d v a n allerlei soorten materialen. Is het nu ook mogelijk om uitgaand e van bekende eigenschappen v a n stoffen, als het w a r e achter d e tekentafel e e n geheel nieuw m a t e r i a a l te ontwerpen? Zover

Reina Pasma is d e materiaaltechnologie volg e n s De Groot n o g niet: „Je kunt g e e n enkel materiaal op e e n tekentafel maken. Je omschrijft v/el v a n tevoren welke eisen je a a n e e n materiaal stelt e n selecteert d a n e e n groep v a n m a terialen die in aanmerking kunn e n komen. Als je d a n d e keramische materialen kiest is d e volgende stap d e poedersamenstelling. Van e e n a a n t a l poeders zijn d e eig e n s c h a p p e n bekend, v a n e e n heleboel ook niet, e n v a n mengsels weten w e e v e n e e n s niets. Het blijft e e n educated guess." „Voor implantaties wilden wij e e n materiaal maken, dat lijkt op bot e n d a a r v o o r h e b b e n w e calciumfosfaat als poeder genomen. Dat is ook e e n bestandd e e l v a n natuurlijk bot. D a a r n a g a a n w e het poeder zodanig met hitte b e h a n d e l e n dat e e n vaste m a s s a ontstaat met d e g o e d e e i g e n s c h a p p e n voor e e n implantaat: Niet giftig, wordt niet door het Üchaam afgestoten e n heeft ongeveer dezelfde sterkte e n levensduur als n a tuurlijk botweefsel. Dat is vrij goed gelukt, alleen d e juiste buigsterkte h e b b e n w e nog niet bereikt. Het materiaal is nog te bros om te g e b n u k e n voor grote implantaten als kunstheupen e n dergelijke." Deze brosheid is e e n a l g e m e e n probleem bij het werken met keramiek. Het geldt voor het kunstbot v a n De Groot, e n ook voor d e motorenindustrie. Men poogt dit probleem te omzeilen door e e n metalen kern te voorzien v a n e e n keramisch deklaagje v a n ongeveer e e n tiende muilmeter dikte. Hiermee wordt d e buigzaamheid v a n het m e t a a l gecombineerd met d e hitte-bestendige of biocompatibele eig e n s c h a p p e n v a n d e keramiek. Het m e t a a l krijgt e e n keramisch jasje met behulp v a n e e n zogen a a m d e plasma-spraytechniek: Als je e e n g a s in e e n elektrisch spanningsveld brengt splitst het in g e l a d e n deeltjes, d e ionen. Zo'n mengsel v a n geïoniseerd g a s heet e e n p l a s m a m natuurkundige termen. Het zeer hete g a s wordt door het spanningsveld geleid e n o n d e r g a a t d a n e e n h a a s t honderdvoudige temperatuurverhoging, waardoor het enorm uitzet e n d e gas-ion e n e e n gigantische snelheid, in d e buurt v a n d e geluidssnelheid, krijgen. Als m e n d a a r i n poederdeeltjes laat vallen, word e n die ook versneld e n botsen met e e n d u s d a n i g e v a a r t tegen het te bedekken object, dat ze meteen al tamelijk vastzitten. Daarbij wordt het m e t a a l voor d e kern zo gekozen, dat er bij e e n g r a a d of duizend Celcius nog e e n reactie mogelijk is. Tussen metaal-oppervlak en poederdeeltjes ontstaat d a n e e n g o e d e hechting e n het keramiekjasje past perfect. Deze elegante techniek is echter n o g buitengewoon duur. Het gebruik v a n e e n p l a s m a - s p r a y a p p a r a a t kost om e n nabij d e 3000 gulden per d a g . Het zijn d a n ook d e kosten die e e n ruime toepassing v a n deze technieken e n materialen voorlopig in d e w e g staan. Voor e e n energiezviinige motor, die met e e n p l a s m a s p r a y v a n e e n keramiek-laagje is voorzien, moet nog altijd 20 tot 30 keer zoveel b e t a a l d worden als voor e e n conventionele me-

talen motor. Deze investering k a n cdleen uit e e n geringer brandstofgebruik terugverdiend worden e n dat betekent, dat momenteel alleen motoren in aanmerking komen in bij voorbeeld e e n energiecentrale, die 24 uur per d a g continu draait g e d u r e n d e 10 tot 20 jaar. Voor e e n keramische automotor is d e techniek nog veel te duur om succesvol op grote s c h a a l te worden ingevoerd.

Innovatie Behalve h o g e kosten is ook d e geringe kermis v a n het werken met nieuwe materialen binnen bedrijven e e n rem. Moderne materialen moeten meestal met technieken verwerkt worden, die bij bedrijven nog niet tot d e know-how behoren. Traditionele technieken als boren, draaien, klinken e n lassen moeten a a n g e v u l d worden met laserbewerkingen, poedertechnologie, lijmen, snijden met e e n waterstraal onder extreem h o g e druk, e n elektro-chemische bewerkingen. Nieuwe materialen leveren ook voor ontwerpers e e n inspiratiebron e n vereisen vernieuwing v a n ontwerpmethodieken. Er is dus e e n zeer b r e d e a a n p a k nodig om m o d e r n e materialen e e n k a n s te g e v e n op d e markt. De ministers Van A a r d e n n e v a n economische zaken e n Deetm a n v a n onderwijs e n wetens c h a p p e n wülen deze b r e d e a a n p a k door d e industrie zowel als d e onderzoekswereld bevord e r e n door verbetering a a n te b r e n g e n in d e informatie- e n onderzoeksinfrastructuur. Het Nationaal Keramisch Atelier (NKA) d a t bij het Energie Centrum Nederland in Petten is ondergebracht, is e e n voorbeeld v a n afstemming e n samenwerking v a n d e onderzoeksinstellingen. Op het NKA is d e kostbare a p paratuur a a n w e z i g om experimenten met keramische materialen uit te voeren. Voorts moeten irmovatiegerichte onderzoeksprogramma's (lOP) d e s a m e n h a n g in d e onderzoekscapaciteit in Nederl a n d g a r a n d e r e n . Die onderzoekscapaciteit is nu, buiten d e Technische Hogescholen, vooral a a n w e z i g bij multmaüonale ondernemingen als AKZO, DSM, Unilever en PhiUps e n bij d e groep v a n prof. De Groot a a n d e VU. Ook De Groot weet graantjes m e e te pikken uit d e gelden die beschikbaar zijn in het k a d e r v a n d e lOP's, voor onderzoeksonderdelen die op toepassing gericht zijn. De Groot vindt het ook goed dat er produktiegericht gewerkt moet worden: ,,Het is niet g e n o e g als d e overheid slechts geld beschikbaar stelt. A a n d e insteUmgen voor hoger onderwijs moet ook d e idee leven, d a t je voor toepassingen werkt e n niet louter voor theorievorming. Randvoorw a a r d e moet zijn dat d e onderzoeksresultaten door d e industrie kunnen worden opgepikt, die tot produktie k a n o v e r g a a n . Birmen d e lOP's is dat in Nederland tamelijk goed geregeld." Overigens wordt het grootste deel v a n het materialenonderzoek in Nederland door het bedrijfsleven betaald. Blijkens d e Nota Materialenbeleid gaf d e industriële sector in 1985 250 tot 500 miljoen gulden uit a a n speur- e n ontwikkelingswerk op materialengebied, e n d e overheid tussen d e 200 e n 250 miljoen. Voor onderwijs e n opleiding op dit terrein d r a a g t d e overheid met 450 tot 800 miljoen gulden in 1984, tegenover d e 100 a 400 miljoen v a n het bedrijfsleven, d e grootste last. De in d e nota a a n g e k o n d i g d e extra stimuleringsgelden v a n 13 tot 15 miljoen per j a a r steken bij dergelijke b e d r a g e n magertjes ai.U

m

Deze tekst is geautomatiseerd gemaakt en kan nog fouten bevatten. Digibron werkt voortdurend aan correctie. Klik voor het origineel door naar de pdf. Voor opmerkingen, vragen, informatie: contact.

Op Digibron -en alle daarin opgenomen content- is het databankrecht van toepassing. Gebruiksvoorwaarden. Data protection law applies to Digibron and the content of this database. Terms of use.

Printen