4) Festkörperstruktur und Idealkristall

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-Festkörper -Ideallkristall -Amorphie/Polymorphie -Allotropie -Anisotropie/Isotropie -Elementarzellen -Millersche Indizes -Gitterbaufehler
Mary Wonderland
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Question Answer
Festkörper (Def.) 2 Stk. -Stabile Primär- und/oder Sekundärbindungen; Kräfte können übertragen werden
Kristalline Verbände (Eigenschaften) 2 Stk. -Regelmäßige Struktur -nach außen elektr.elektr. neutral
Wodurch ist die Struktur bei kovalenten Bindung bestimmt? Durch Form und Richtung der Bindungselektronen
Wodurch ist die Struktur bei Ionen-und Metallbindungen bestimmt? Durch den Ausgleich der elektrostatischen Kräfte
Amorphe Verbände (Eigenschaften) 2 Stk. -Teilchen sind hauptsächlich kovalent gebunden (Moleküle) -Es besteht eine Nahordnung
Idealkristall ungestörte Gitterstruktur; tritt in Wirklichkeit nicht auf
Elementarzellen: -14 Mögliche Anordnungen (7) -Triklin -Monoklin -Rhombisch -Tetragonal -Rhomboedrisch -Hexagonal(a=b≠c) -Kubisch(a=b=c)
Koordinatenzahl KZ Anzahl nächster Nachbarn eines Atoms
1)kubisch-primitive Elementarzelle kp: 6 KZ
2) Kubisch-flächenzentrierte Elementarzelle (KZ+Bsp.+GE; GR; GS kfz: 12 KZ dichteste Packung(74 %); Aluminium, Kupfer; Nickel; Gleitsysteme: {1 1 1} <1 1 0> GE: 4; GR: 3; GS: 12
3) Kubisch-raumzentrierte Elementarzelle (KZ; Packungsdichte; Bsp.; GS krz: 8 KZ; weniger dicht (68%), Chrom Gleitsysteme: {1 1 0} <1 1 1>
4) Hexagonal-dichtestgepackte Elementarzelle (KZ, Packungsdichte; Bsp.; GS; GR; GE; GS) hdp: 12 KZ weniger bepackt als kfz (74%): Magnesium, Zink; Gleitsysteme: {0 0 0 1} <11-20> GE:1; GR:3 ; GS:3
Polymorphie (Def.) "Vielgestaltigkeit" -Fähigkeit von Metallen in zwei oder mehrere Gitteratome zu kristallisieren (bei Temperaturänderung) Bsp.: Eisen
Allotropie (Def.) "Ineinander Umwandelbarkeit" Ein Material verhält sich allotrop, wenn es seine Struktur durch Änderung der Temp. in eine andere Struktur umwandelt
Anisotropie (Def.+beeinflusste Eigenschaften 3 Stk.+Bsp.) Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften durch regelmäßige Anordnung der Atome -beeinflusste Eigenschaften: Festigkeit; Verformbarkeit; E-Modul -Bsp.: Strahlung Laser
Isotropie (Def.+Bsp.) "nach allen Richtungen gleich" -regellose Anordnung vieler kleiner Kristallite Bsp.: Sonnestrahlung
Wie groß muss die Schubbeanspruchung für eine plastische Verformung von (Rein)Aluminium sein? Ca. 24 N/mm² (G-Modul 25,5 )
Wo gibt es eine Regellose Anordnung? 3 Stk. -Anorganischen Gläsern -Metallische Gläser -Amorphe Kunststoffe
Wo gibt es eine regelmäßige Anordnung? Kristalle (Metalle+Legierungen)
Bestimmung Ebene (Miller'sche Indizes) 5 Schritte Ebene: 1. Achsenabschnitte abzählen x,y,z 2. Ins Verhältnis setzen: 1:1:2 [unendlich auch als möglicher Wert; wird dann Null] 3. Kehrwert: 1/1:1/1:1:2 4. Hauptnenner bilden: 2/2:2/2:1/2 5. Hauptnenner weglassen; Punkte weglassen; Klammern setzen: (2 2 1)-Ebene ->Zur Bestimmung darf die Ebene nicht den KOS-Ursprung enthalten
Bestimmung Richtung 4 Schritte 1. Richtungspfeil im Ursprung des KOS antragen 2. Richtungspeil verlängern, bis er auf den Eckpunkt einer Elementarzelle trifft 3. Vielfache der Gitterparameter dieses Eckpunktes bestimmen: x=1; y=3; z=2 4. Zahlen in eckige Klammern [1 3 2]-Richtung
Was passiert wenn die Millerschen Indizes einer Ebene udn Richtung gleich sind? Die Richtung steht senkrecht auf der Ebene
Gleitebene (GE)(Def.) Die dichtest gepackten Ebenen eines Gitters
Gleitrichtungen (GR) Jede Ebene kann in verschiedene Gleitrichtungen aktiviert werden
Gleitsystem (GS) Jede Kombination von GE und GR heißt GS (GE*GR=GS) -Je mehr GS, desto duktiler
Warum ist Aluminium gut schmiedbar? Weil mehr GS/kfz
Gitterbaufehler (3 Stk) 1) Nulldimensional (Punktförmig) 2) Eindimensional (linienförmig) 3) Zweidimensional (flächenförmig)
1) Nulldimensionale Kristallbaufehler 3 Stk. 1) Leerstellen: günstigen energetischen Zustand 2) Zwischengitteratome: Nisten sich in Leerstellen ein; meist kleines Atom; wichtig bei Legierungen (ERHÖHT Z.B. FESTIGKEIT!!) 3) Substituionsatome: Wirtsgitteratom wird durch ein anderes ersetzt; kann auch FESTIGKEIT ERHÖHEN ->Kuper-Nickel-Legierungen
2) Eindimensionale Kristallbaufehler 2 Stk. 1) Stufenversetzung: zusätzliche halbe Ebene von Atomen einfügen oder untere Halbebene von Atomen entfernen 2) Schraubenversetzungen: Schraubenform (wie Parkhausausfahrt): Entsteht beim Wachsen von Kristallen aus der SCHMELZE/Gießen >Ermöglichen von Verformung Metallkristall ohne Zerstörung
3) Zweidimensionale Gitterbaufehler 3 Stk. 1) Korngrenzen: Dünner Bereich, in dem die Atome nicht mehr regelmäßig angeordnet sind; entstehen beim Wachsen einzelner Körner; z.B. aus der Schmelze/Gießen/REKRISTALLISAITON >Hohe Festigkeit/Zähigkeit>Bei hohen Temp. Abgleiten möglich 2) Zwillingskorngrenzen: Kein Durcheinander und Spiegelebene 3) Spafelfehler: Beim Stapeln entsteht Fehler (plötzlich andere Richtung)
Was haben die unterschiedlichen Abstände der Ionen im Kristallgitter zur Folge? Die Eigenschaften des Werkstoffes werden anisotrop
Was sind homogene und heterogene Gefüge? -Homogen: reine Metalle, Mischkristalle -Heterogen: 2 Mischkristalle nebeinander vorhanden (alpha+beta MK)
Eigenschaften kristalliner Werkstoffe (2)Stickwort: Anispotropie und Textur -Kristalline Werkstoffe reagieren quasi-isotrop (Einzelkristall >anisotrop; die Anisotropie der Einzelkristalle wirkt sich auf den WK nicht aus, da die Elementarzellen räumlich regellos verteil sind) -Durch Wärmebehandlung und Walzen erhält man eine Ausrichtung der EZ>Anisotroper Werkstoff ist dann TEXTURbehaftet anisotrop (Textur)
Wie varriert die Größe der Körner(Kristalle) in Abhängigkeit zur Abkühlung (un-/gleichmäig, langsam, schnell) 1) Gleichmäßige Abkühlung: globulares Gefüge 2) Ungleichmäßige Abkühlung (Stengelförmige Körner) 3) Langsame Abkühlung (grobes Korn/weniger Keime) 4) Rasche Abkühlung: viele Keime, feines Korn
Unter welchen 3 Randbedingungen erfolgt Kristallisation? Temperatur Konzentration Druck (1 bar)
Aufbau Idealkristall (Bild)
Krz/kfz-Gitter (Bild)
Millersche Indizes (Bild)
Gefüge zeichnen (Bild) Wodurch ist ein Gefüge gekennzeichnet? (3)
Punktförmige Gitterbaufehler
Lienienförmige Gitterbaufehler (Bild)
Flächenförmige Gitterbaufehler (Bild)
Abkühlungskurve (3 Stadien)+Primärgefüge [Bild]
Bevorzutgte GE (kfz, krz, hexagon) + Versetzungsbewegung (Bild)
Welche Rolle spielen Stufenversetzungen für die plastische Verformbarkeit eines Werkstoffs? Stufenversetzungen ermöglichen erst die Verformbarkeit von Werkstoffen. Durch die Schubspannung "wandert" die Stufenversetzung (wie Teppichfalte)
Welche Gefügestruktur habt eine Schweißnaht meistens? Stengelgefüge
Was wird unter "Impfen" einer Schmelze verstanden? Es werden gezielt Keime der Schmelze zugefüht, um z.B. eine feinkörnige Struktur zu erreichen
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