Orga Werkstofftechnik

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Prof. Dr. Remo Ianniello, gesprochen: „Jan Yellow“e-mail: ianniello@arcor.de / 0151-5000.96.50

Teil 1: Struktur und Eigenschaften

Bindungsarten

W

Bindungsarten„gleich“

„wertig“

W

Bindungsarten

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

Bindungsarten

W

FragenBei keramischen Werkstoffen liegt in der Regel eine a) metallische Bindung neinb) kovalente Bindung neinc) Ionenbindung neind) Mischform von ionischer und kovalenter Bindung vor. ja

Die starken Bindungskräfte keramischer Materialien kommen in den hohena) E-Moduli- und Härtewerten, jab) Schmelzpunkten, jac) Wärmedehnung und neind) 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, C

10H

16O

Einkristall: Kaliumpermanganat, KMnO

4

UsedWashed Die Jeans wird vor dem Waschen mit Kaliumpermanganat

behandelt. Dadurch entsteht der Secondhand-Look.

Bernstein wird durch Reiben elektrisch geladen.Da Bernstein auf griechisch „Elektron“ heißt, sprechen wir heute von „Elektrizität“.

W

Gitter der Metalle

W

Gitter-Bezeichnungen

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 SystemW

wichtige Gittertypen

W

BesetzungszahlAnzahl der Atome je Elementarzelle

W

PackungsdichteVerhältnis der Volumina von Atomen zu Elementarzelle

Berechnen Sie die Packungsdichteder kubisch primitiven Elementarzelle

in %

W

Packungsdichte krz-Gitter

Berechnen Sie die Packungsdichteder kubisch raumzentrierten Elementarzelle

in %

W

Packungsdichte kfz-Gitter

Berechnen Sie die Packungsdichteder kubisch flächenzentrierten Elementarzelle

in %

W

Koordinationszahl

W

Gitter im PSE

Merkbrücken:Chrysler (USA)Mercedes, VWAlfaRomeo u. FerrariTata (Indien)

Ede

lmet

alle

,w

eich

e M

etal

le

W

Hexagonal dichteste Kugelpackung

W

Gleitebenen

?

?

?

W

6

Fragen

Wie nennt man …1)einen ungeordnete Zusammenstellung von Atomen/Molekülen? amorph2)die kleinste Einheit, die durch Replikation einen Kristall bildet? Elementarzelle3)einen Kubus, der auf zwar auf der Grundfläche viereckig ist, 4)aber verschieden lange Kanten a, b und c hat? rhombisches System5)einen Kubus, bei dem nur eine Kante schief ist? monoklines System6)die Anzahl an Atomen, die in eine Elementarzelle passen? Besetzungszahl D

z

7)die Raumerfüllung einer Elementarzelle in Prozent ? Packungsdichte8)das Gitter, bei dem die Koordinationszahl am größten ist? hdp-Gitter

1)Welche Metalle kristallisieren in krz-Gittern? Cr, Mo, V, W, α-Fe, Ta2)Welche Metalle kristallisieren in kfz-Gittern? Al, Au, Ag, Cu, Pb, γ-Fe3)Wie viele Gleitebenen haben krz-Gitter? sechs

Isotropie

gr.: isos = gleichgr.: tropos = Richtungisotropie = in alle Richtungen gleiche Eigenschaften besitzend

Beispiel: Flüssigkeit

Beispiel: Holz

Gefüge, Quasi-Isotropie

Isotropiegr.: isos = gleichgr.: tropos = Richtungisotropie = in alle Richtungen gleiche Eigenschaften besitzend

anisotrop isotropEinkristalle

Flüssigkristalle

Gase

Flüssigkeiten

Gläser

Welche Werkstoffe in welche Spalte?

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.

Allotropie, Polymorphie

Dilatometrie

Fragen

Was versteht man unter …1 IsotropieDie Richtungsunabhängigkeit der Werkstoff-Eigenschaften1 Quasi-IsotropieDie anisotropen Kristalle sind räumlich verschieden orientiert und ergeben in ihrer Gesamtheit ein isotropisches Verhalten.1 Elementarzelle2 Kleinste Volumeneinheit des Raumgittersmit allen Symmetriemerkmalen des Kristallgitters.1 GefügeVerband von Kristallen1 AllotropieUmkristallisation bei bestimmten Temperaturen1 Polymorphies. Allotropie

GitterfehlerGitterfehlerGitterfehlerFragen

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

Gitterfehler

Gitterfehler, 0D

Merkhilfe:Schottky-Defekt→ Schotte→ sparsam→ ein Atom weniger

Die Punktdefekte erzeugen Verzerrungen im Gitter.Die Verzerrungen hemmen das Gleiten von Netzebenen.Diese Hemmung steigert die Festigkeit.Die Festigkeitssteigerung heißt auch „Verfestigung“.

Gitterfehler, 0D

Gitterfehler, 0D

Gitterfehler, 1D

Gitterfehler, 1D

Welche Gitterfehler können Sie hier entdecken? Schottky-Defekt (Leerstelle) Zwischengitter-Atom (interstitielles Atom) Fremdatom auf reglärem Gitterplatz

(Substitutions-Atom)

Gitterfehler

Gitterfehler, 2DKristalline 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, 2D

Gitterfehler, 3D

Gitterfehler

3) Was heißt „polykristallin“ ?Viel-Kristall, also ein Werkstoff mit einem Gefüge aus mehrern Körnern.