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Orga Werkstofftechnik. Prof. Dr. Remo Ianniello, gesprochen: „Jan Yellow“ e-mail: ianniello@arcor.de / 0151-5000.96.50. Lernhilfen : Internet: www.karteikarte.com App: Flashcards Diese Folien : www.rfh-koeln.de.gg. Teil 1: Struktur und Eigenschaften. Bindungsarten. W. Bindungsarten.
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Orga Werkstofftechnik Prof. Dr. Remo Ianniello, gesprochen: „Jan Yellow“ e-mail: ianniello@arcor.de / 0151-5000.96.50 Lernhilfen: Internet: www.karteikarte.com App: Flashcards Diese Folien: www.rfh-koeln.de.gg
Bindungsarten „wertig“ „gleich“ W
Bindungsarten Metall-Bindung Elektronengas-Modell: Die Metallatome geben Ihre Valenzelektronen in den Zwischenraum ab. Daraus folgt: - Keine Vorzugsrichtung in der Bindung, - Metallkristalle sind sehr dicht gepackt, - Metalle haben eine gute elektrische Leitfähigkeit W
Fragen • Bei keramischen Werkstoffen liegt in der Regel eine • metallische Bindung nein • kovalente Bindung nein • Ionenbindung nein • Mischform von ionischer und kovalenter Bindung vor. ja Die starken Bindungskräfte keramischer Materialien kommen in den hohen a) E-Moduli- und Härtewerten, ja b) Schmelzpunkten, ja c) Wärmedehnung und nein d) chemischen Resistenz dieser Werkstoffe zum Ausdruck. ja Organische Polymere sind aus Molekülketten aufgebaut, die sich bei Raumtemperatur entweder ungeordnet verknäult oder in regelmäßiger Anordnung zusammengelagert haben. Zwischen den Makromolekülen chemisch nicht vernetzter Kunststoffe wirken ausschließlich … a) kovalente Bindungen, b) van der Waal´sche Kräfte, c) Ionenbindungen. W
amorph / kristallin Amorpher Feststoff: Bernstein, C10H16O Einkristall: Kaliumpermanganat, KMnO4 Bernstein wird durch Reiben elektrisch geladen. Da Bernstein auf griechisch „Elektron“ heißt, sprechen wir heute von „Elektrizität“. UsedWashed Die Jeans wird vor dem Waschen mit Kaliumpermanganat behandelt. Dadurch entsteht der Secondhand-Look. W
Gitter-Bezeichnungen gonia = Ecke → hexagonal = … sechs-Eck klinein = sich beugen → monoklin = … einer der drei Winkel ist geneigt. 4-eckiges 6-eckiges 3-eckiges 1-winkliges 3-winkliges System W
Besetzungszahl Anzahl der Atome je Elementarzelle W
Packungsdichte Verhältnis der Volumina von Atomen zu Elementarzelle Berechnen Sie die Packungsdichte der kubisch primitiven Elementarzelle in % W
Packungsdichte krz-Gitter Berechnen Sie die Packungsdichte der kubisch raumzentrierten Elementarzelle in % W
Packungsdichte kfz-Gitter Berechnen Sie die Packungsdichte der kubisch flächenzentrierten Elementarzelle in % W
Gitter im PSE Merkbrücken: Chrysler (USA) Mercedes, VW AlfaRomeo u. Ferrari Tata (Indien) Edelmetalle, weiche Metalle W
Gleitebenen 6 ? ? ? W
Fragen • Wie nennt man … • einen ungeordnete Zusammenstellung von Atomen/Molekülen? amorph • die kleinste Einheit, die durch Replikation einen Kristall bildet? Elementarzelle • einen Kubus, der auf zwar auf der Grundfläche viereckig ist, • aber verschieden lange Kanten a, b und c hat? rhombisches System • einen Kubus, bei dem nur eine Kante schief ist? monoklines System • die Anzahl an Atomen, die in eine Elementarzelle passen? Besetzungszahl Dz • die Raumerfüllung einer Elementarzelle in Prozent ? Packungsdichte • das Gitter, bei dem die Koordinationszahl am größten ist? hdp-Gitter • Welche Metalle kristallisieren in krz-Gittern? Cr, Mo, V, W, α-Fe, Ta • Welche Metalle kristallisieren in kfz-Gittern? Al, Au, Ag, Cu, Pb, γ-Fe • Wie viele Gleitebenen haben krz-Gitter? sechs
Isotropie Beispiel: Flüssigkeit gr.: isos = gleich gr.: tropos = Richtung isotropie = in alle Richtungen gleiche Eigenschaften besitzend Beispiel: Holz
Isotropie gr.: isos = gleich gr.: tropos = Richtung isotropie = in alle Richtungen gleiche Eigenschaften besitzend Welche Werkstoffe in welche Spalte? anisotrop isotrop Einkristalle Flüssigkeiten Flüssigkristalle Gase Gläser
Textur Die Gesamtheit aller Orientierungen der Gefügekörner bezeichnet man als Textur. In der Technik beschränkt sich der Begriff „Textur“ auf die Fälle, in denen die Körner gleichartig orientiert sind.
Fragen Gitterfehler Gitterfehler Gitterfehler Fragen • Was versteht man unter … • Isotropie Die Richtungsunabhängigkeit der Werkstoff-Eigenschaften • Quasi-Isotropie Die anisotropen Kristalle sind räumlich verschieden orientiert und ergeben in ihrer Gesamtheit ein isotropisches Verhalten. • Elementarzelle • Kleinste Volumeneinheit des Raumgitters mit allen Symmetriemerkmalen des Kristallgitters. • Gefüge Verband von Kristallen • Allotropie Umkristallisation bei bestimmten Temperaturen • Polymorphie s. Allotropie
Gitterfehler Die bisher beschriebene Kristallstruktur und Gittertypen zeigen die Beschaffenheit eines fehlerfreien Kristalls, einen sogenannten Idealkristall. In der realen Welt der Werkstofftechnik weisen jedoch alle kristallinen Werkstoffe unterschiedliche Fehler auf, die als Gitterfehler bezeichnet werden. Ohne die Fähigkeit eines Metalls Fehler in der Struktur zu besitzen, hätten Metalle auch nicht die uns bekannten (und vorteilhaften) Eigenschaften wie zum Beispiel ihre plastische Verformbarkeit oder Legierbarkeit.
Gitterfehler, 0D Merkhilfe: Schottky-Defekt → Schotte → sparsam → ein Atom weniger
Gitterfehler, 0D Die Punktdefekte erzeugen Verzerrungen im Gitter. Die Verzerrungen hemmen das Gleiten von Netzebenen. Diese Hemmung steigert die Festigkeit. Die Festigkeitssteigerung heißt auch „Verfestigung“.
Gitterfehler • Welche Gitterfehler können Sie hier entdecken? • Schottky-Defekt (Leerstelle) • Zwischengitter-Atom (interstitielles Atom) • Fremdatom auf reglärem Gitterplatz (Substitutions-Atom)
Gitterfehler, 2D Kristalline Werkstoffe bestehen aus einem Verband vieler Kristallite, sog. „Körner“. Die Orientierung der Körner ist statistisch verteilt. Gefüge einer AluminiumOxid-Schneidkeramik. Mittlere Korngröße: 0,56 µm. Quelle: Fraunhofer IKTS
Gitterfehler 3) Was heißt „polykristallin“ ? Viel-Kristall, also ein Werkstoff mit einem Gefüge aus mehrern Körnern.
