uitbreidingsmetalen

Uitbreidingsmetalen is een term die in de materialenwetenschap wordt gebruikt voor metalen en legeringen die zich kenmerken door een gecontroleerde toename van afmetingen bij temperatuurstijging of onder invloed van een stimulus. Het begrip wordt vaak toegepast in ontwerpen waarin thermische uitzetting gecompenseerd of juist benut moet worden, bijvoorbeeld in expansieverbindingen, thermostaatonderdelen en actuators.

De belangrijkste oorzaak van uitbreiding is de lineaire uitzetting van materiaal wanneer de temperatuur stijgt, uitgedrukt in de lineaire uitzettingscoëfficiënt α (per kelvin). Bij veel metalen ligt α in een bereik van ongeveer 8 tot 30 x 10^-6 /K. Materialen kunnen ook in meerdere assen verschillend uitzetten (anisotroop), en in sommige gevallen worden twee metalen met verschillende α aan elkaar gekoppeld, wat leidt tot buiging of temperatuurgestuurde beweging in een bimetalstrip. Daarnaast kunnen speciale legeringen en façoneringen zodanig worden ontworpen dat ze grotere, kleiner of zelfs negatieve uitzettingen vertonen over bepaalde temperatuurbereiken.

Materiaalcategorieën en voorbeelden: veel gebruikelijke metalen zoals aluminium en zijn legeringen hebben een relatief hoge uitzetting; koper en staal tonen matige uitzetting; zink en bepaalde legeringen kunnen juist hoge uitzetting vertonen. Bimetalen ontwerpen combineren twee metalen met verschillende α om bij temperatuurveranderingen een doelgerichte vervorming te bereiken, wat veel wordt toegepast in thermostaten en temperatuursensoren. Daarnaast worden sommige vormgeheugenlegeringen en speciale composieten onderzocht voor activering bij warmte of magnetische stimuli.

Toepassingen omvatten expansievoegen in pijpleidingen en constructies, thermostaat- en sensorelementen, compensatoren in elektronische behuizingen en mechanische systemen die thermische belasting willen opvangen. Ontwerpkeuzes hangen af van de gewenste uitzetting, operationele temperatuur, belastingrespons en corrosiebestendigheid.