Studium (Subject) / Werkstoffkunde (Lesson)

Vokabeln zu Werkstoffkunde

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• Wodurch lassen sich Metalle innerhalb großen Bereiches verändern und dem jeweiligen Zweck anpassen? Durch die Fähigkeit Legierungsbildung.
• Veränderbare Eigenschaften von Metallen? Festigkeit, Verformbarkeit, Korresionsbeständigkeit ode relketrische Leitfähigkeit.
• Definierte Charakteristische Eigenschaften? metallischer Glanz, elektrische Leitfähigkeit, Legierbarkeit oder Härte, Art der Bindung.
• Wodurch wird die elektrische Leitfähigkeit hevorgerufen? Typische Metalle verfügen über wenige Außenelektronen. Im atomaren Verband eines festen Metalls sind die Außenelektronen locker gebunden. Zwischen Atomrümpfen sind äußersten Elektronen nahezu freu beweglich (Elektronengas). Eletronen in starker Wechselwirkung mit den Atomrüpfen. Durch freie Beweglichkeit der äußeren Ladungsträger, wird die elektrische Leitfähigkeit begründet. Die frei beweglichen Elektronen sind keinem bestimmten Atom zugeordnet. SInd in Gesamtheit der metallischen Bindung zugeordnet. Bindung ungerichtet.
• Was beschreibt das Bändermodell? Energiezustände der Elektronen im atomaren Verbund. Atomarer verbund mit Isolator, Halbleiter oder Metall. Im einzelnen Atom nimmt Elektron ganz bestimmten Energizustand ein, der durch die vier Quantenzahlen definiert wird.jedes einzelne Atom wird durch Quatenzahlen energetisch eindeutig festgelegt. In einem Atom niemals zwei Elektronen niemals energetisch vollkommen übereinstimmen.
• Wofür sorgt das Pauli Prinzip? Dadurch, dass zwei Elektronen eines Atom nicht in allen vier Quantenzahlen identisch sein kann, werden infolge der Wechselwirkungen die Energieniveaus der Einzelatome gestört und zu Energiebändern aufgespalten.
• Wie entstehen Bildung von Energiebändern? Je größer Anz. gedanklich hinzugefügten Atomen, desto mehr verringert sich der Abstand der einzelnen Niveaus. Durch die hohe Anzahl von damit verbundenen Energiezuständen werden Energiedifferenzen so klein, dass sie kaum unterscheidbar sind und zu Band verschmelzen. Durch große Zahl von Energiedifferenzen zwischen einzelnen Zuständen beliebig klein werden. Energiedifferenzen dabei Null nähern, sind sie nahezu ununterscheidbar und verschmelzen zu gemeinsamen Kontinuum. Im Metalgitter werden nur bestimmte energetische Bereiche eingenommen, zwischen Bändern liegen verbotene Bänder, die nicht besetzt werden.  
• Wie kommt es nun zur Leitfähigkeit? Bei Metallen ist das Leitungsband nicht ganz gefüllt, dadurch stehen den Elektronen des Valenzbandes noch unbesetze, höher liegende Energiezustände zur Verfügung. (wird so breit, dass bis in Leitungsband hineinragt) Valenzband und Leitungsband überlappen in metallischen Struktur. Den freien Elektronen stehen viele mögliche elektrische Spannungen zur Verfügung. Beim anlegen äußeren elektrischen Spannung werden Valenzelektronen ins Leitungsband angehoben und in Potentialrichtung beschleunigt (Austausch von Elektronen zwischen den Atomen. 
• Was sind Valenz- und Leitungsband? Das sind die beiden äußeren Energiebänder. Leitungsband das äußerste!
• Welche Metalle haben eine sehr gute Leitfähigkeit? Kupfer, Silber und Gold. Habne nur ein Valenzelektron.
• Was ist mit Metallen die eine voll besetze s-Orbitale besitzen? Besitzen diese auch elektrische Leitfähigkeit? Ja, das Valenzband ist dann auch voll besetz. Es kommt zu einer intensiven Wechselwirkung der Elektronen dadurch ist dieses Energieband überbreit und ragt ins nächste höhere Band hinein. Freie Beweglichkeit im Leistungsband auch hier möglich. In Halbleitern sind Valenz- und Leitungsband durch schmales verbotenes Energieband getrennt.
• Was ist eine Ionenbindung? Durch vollständigen Übergang eines Elektrons entstehen positive bzw. negativ geladene Ionen. Das bildenede Ionenpaar übt starke, räumlich allseitig wirkende Anziehungskraft aus. Positve Ionen umgeben sich mit negativen und umgekehrt. Bildung typischen Ionengitters. Ionenbindungen bilden Festkörper mit hohen Schmelzpunkten. In Lösungen oder Schmelzen leiten sie elektrischen Strom. Zumeist sind sie spröde und in polaren Lösungsmitteln wie z.B. Wasser gut löslich. Dies sind Eigenschaften von Salzen.   
• Wo zwischen werden Ionenbinungen gebildet? Zwischen ein- bis dreiwertigen Kationen und ein- bis dreiwertigen Anionen.
• Was sind Van der Waals Kräfte? Zwischen einzelnen Molekülen kopvalenten Verbindung wirken nur schwache Anziehungskräfte. Bei Van der Waals Kräften gegensätzliche elektrische Ladungen sorgen für wirkende Anziehungskräfte. Sekundäre Bindungen die nicht innerhalb einzelner, sondern zwischen beteiligten Molekülen wirksam sind.  Elektronen bewegen sich in einzelnen Atomen als auch in Atomen eines Moleküls innerhalb bestimmter Aufenthaltsbereichen =Wahrscheinlichkeitsdichten. Dabei kann es die Ladungsverteilung kurzzeitig unsymmetrisch werden. Innerhalb kurzen Augenblickes erscheint Atom oder Molekül als Dipol mit pos. und neg. Ladungschwerpunkt.In Umgebung befindlichen Atome reagieren auf Ladungsverschiebung. Wenn ggü. neg. Ladungskonzentration, auf zugewandten Seite pos. Ladungsschwerpunkt. Der Dipol entsteht nur im elektrischen Feld eines anderen Teilchens =induzierter Dipol.
• Was versteht man unter Wasserstoffbrücken? Wasserstoffbrückenverbindungen sind in chemischen und technisch wichtigen Substanzen wie Alkohol, Zellulose, Polyamiden und Tonmineralien vorhanden. Wasserstoffmoleküle können sich mit entsprechenden Ladungschwerpunkten in Feststoffen an vorhandene Wasserstoffbrücken anlagern und eine Auflockerung des zwischenmolekularen Zusammenhaltes bewirken. Das Material wird daruch weicher und flexibler oder auch plastisch.
• Was ist das besondere an kristallinen Körpern? Im kristallinen Festkörpern ist die Raumfüllung der Elementarteilchen, durch eine geeingnete Anordnung der Elementarteilchen zueinander optimiert. Kristalline Körper zeigen eine relativ hohe Dichte.
• Wann ist ein Körper kristallin? Die Atome aus denen Metalle sie aufgebaut sind befinden sich in einer reglemäßigen räumlichen Anordnung.
• Wann ist ein Stoff amorph? In dem Zustand sind die Atome und Moleküle vollkommend ungeordnet. Z.B. alle Flüssigkeiten, Glas und zum Teil auch Kunststoffe.
• Was versteht man unter Störungen der dreidimensionalen regelmäßigen Anordnung der Elementarteilchen. Wärmeschwingungen, Oberflächen und Korngrenzen.  Erkenntnis fürht zur Einführung Realstruktur. auch reale amorphe Festkörper verfügen nicht über eine durchgängige Unordnung.
• Ist eine Störung der idealen Kristallstruktur als negativ zu bewerten? Nein, viele Vorgänge in der Werkstofftechnik sind möglich, weil der Kristallverband nicht ideal ist. Die plastische Verformbarkeit der Metalle ist scheinbar auf das Vorliegen einer Realstruktur zurückzuführen.              
• Wie viele unterschiedliche Kristallgitter gibt es? 14
• Wie sind Kristallgitter aufgebaut? Kanten der Kristallgitter sind mit Tranlationsrichtungen  gleichzusetzen (auch als Translationsvektoren bezeichnet). Ursprung eines dreidimensionalen Koordinatenkreuz wird in eine Gitterpunkt gelegt. vervielfältigung des Körpers längs der drei Koordinatenachsen führt zum Aufbau des gesamten Raumgitters.
• Wie viele Kristallsysteme gibt es?  7 verschiedene
• Wie ist ein Idealkristall aufgebaut? Zwischen pos. geladenen Atomrumpf und Elektronengas bestehen elektrotatische Kräfte. Andererseits stoßen sich die gleichamig geladenen Atomrümpfe ab. Beide Kraftwirkungen veringern zunehmend den Abstand x, wobei sie jedoch versch. Gesetzen folgen. Für bestimmte Entfernung x0 zweier Atomrümpfe sind die Kräfte gerade im GG. Diese Entfernung ist der kleinste Abstand, den zwei Atome im GG voneinander haben können. Charakteristische Größe für das jew. Metall. Genau definierte GG Lage führt zu der regelmäßigen räumlichen Anordnung der Atome, die man ein kristallgitter nennt.  
• Was sind die Gitterkonstanten? Die Achsenabschnitte a,b, und c werden Gitterkonstanten oder Gitterparameter genannt. Sie geben die Kantenlängen der gewählten Elementarzelle wieder.
• Was ist eine Gitterebene? Eine mit Atomen belegte Schnittfläche durhc ein Gitter. Nach der Form der Gitterzellen unterscheidet man 7 verschiedene Kristallsysteme.
• Welche Kristallsysteme sind für metallische Werkstoffe am wichtigsten? Kubische, das tetragonale und das hexagonale System.
• Welche verschiedenen Kristallsysteme gibt es? Kubisch, Tetragonal, Orthorhombisch, Rhomboedrisch, exagonal,Monoklin, Triklin.      
• In welcher Struktur liegt die max. Raumfüllung vor? In der kubisch flächenzentrierten Struktur. Jedes Elementarteikchen ist von 12 nächsten Nachbarn umgeben. Die Raumfüllung liegt bei 74 %.
• Welche Metalle kristallierne nach der Geometrie der kubisch flächenzentrierten Struktur? Nickel, Kupfer und Eisen.
• Welche Packungsdichte liegt bei kubisch innenzentrierten Elementarzellen vor? 68%, jedes Atom ist von 8 nächsten Nachbarn umgeben. Beispiele. Eisen, Cr, V und Ti.
• In welcher Struktur ist noch eine max. Raumfüllung von 74 % festzustellen? Im hexagonalen Symmetrie. Auch hier 12 nächsten Nachbarn.
• Gibt es hinsichtlich der Anordung der Kugeln einen Unterschied bei den beiden Strukturen? Ja gibt es. Bei hexagonalem Gitter, erste Schicht A und zweite Schicht B, dann dichtest gepackte Ebene mit Schichtenfolge ABABABA aufbauen, d.h. die Kugeln der dritten Schicht, wie die erste Schicht. Im kubisch flächenzentrierten wäre Stapelfolge hingegen ABCABCABC, d.h. erst die Kugel der vierten Schicht würde wie die erste Schicht positioniert sein.
• Wie werden die Richtungen im Kristallgitter gelegt? Die Geraden die Richtungen repräsentieren werden so gelegt, dass sie durch den Nullpunkt des Koordinatensystems verlaufen. Jeder Punkt auf der Geraden legt Geradenrichtung eindeutig fest. Ausgenommen die NULL.
• Wird zur Festlegung der Richtungen ein beliebiger Punkt genommen? Nein, stattdessen wird ein Punkt genommen, der dem Ursprung am nächsten und zugleich ganzzahlig ist. Diese teilerfremden Koordinaten werden mit u,v,w bezeichnet und in eckige Klammern gesetzt. [uvw] kennzeichnet Schar unendlich vieler paralleler Geraden. Jede parallele Gerade zeigt in die gleiche Richtung.
• Wie werden negative Koordinatenwerte bei [uvw] gekennzeichnet? Durch ein Minuszeichen über den jeweiligen Wert.
• Wie lassen sich Elementarteilchen in eine Struktur ausbauen, um eine Kristallstruktur zu beschreiben ? In der modellmäßigen Vereinfachung als kleine Kugeln oder Punkte, die gemeinsame Flächen aufspannen.  Lage der Fläche wird durch das rezoproke, ganzzahlige und teilerfremde gemachte Tripel der Achsenabschnitte festgelegt. Es können auch Bruchteile von Achsen geschnitten werden. Schließlich liegt in der Realität nicht nur eine Ebene vor.
• Was sind Netzebenenscharen? In der Realtität liegt in einer Kristallstruktur nciht nur eine Ebene vor, sondern immer um einander parallele Ebene.
• Was sind Netzebenenscharen? In der Realtität liegen in Kristallstrukturen nicht nur eine Ebene vor. Es handelt sich immer um einander parallele Ebenen. Die Tripel, die sich aus reziproken, ganzzahligen und teilerfremden Achsenabschnitte ergeben, werden als Miller'sche Indizes einer Kristallflächen bezeichnet und in runden Klammern gesetzt. 
• Was sind Miller'sche Indizes? Achsenabschnitte in eckigen Klammern. Eine Richtung in einem Gitter wird durch drei ganze Zahlen indiziert, indem Der Ursprung der EZ auf die gewünschte Richtung gelegt wird, Ein Vektor in der gewünschten Richtung in kleinstmöglichen ganzzahligen Komponenten der Basisvektoren ausgedrückt wird Auftauchende negative Zahlen durch einen Überstrich darstellt werden (in html nicht leicht darstellbar, wir schreiben stattdessen mit dem Minus ("–") oder Strich (" ' ") Zeichen) und Das erhaltene Zahlentripel uvw in eckige Klammern [uvw] gesetzt wird wenn es sich um eine spezifische Richtung handelt, und in spitze Klammern <uvw>, wenn die Gesamtheit aller kristallographisch gleichwertigen Richtungen gemeint ist.
• Wie werden die Achsenabschnitte 2:4:3 von der Fläche 1 bestimmt?  
• Was für Indizes im kubischen System gibt es?   Ebenen die parallel zu einer Koordinate verlaufen schneiden die entsprechende Koordinate im Unentlichen. Der Jeweilige Index =0
• Wann verhält sich ein Stoff isotrop? Wenn die physikalischen Eigenschaften nicht von der Messrichtung abhängig sind.
• Wann verhält sich ein Stoff anisotrop? Wenn die gemessene Eigenschaften richtungsabhängig sind.
• Was ist Anisotrpie? Eine typische Eigenschaft von Kristallen. Muss nicht für alle Messgrößen gleichermaßen ausgeprägt sein.
• Wie müssten sich Kristalle ausbilden, wenn die Kristallflächen isotrop wachsen? Kristalle in Kugelform ausbilden. Alle Kristallflächen würde in jede Richtung gleich schnell wachsen.
• Was ist ein polykristalliner Feststoff? Kristalle, die bestimmte Vorzugsrichtungen einnehmen. Beispiel: Walztexturen, die sich als Folge des Walzvorgangs ergeben.
• Wie wird die Versetzungdichte berechnet? p in cm2= Gesamtlänge Versetzungen/ Volumen
• Worauf sind Gitterfehler zurückzuführen? Auf Verlauf von Kristallisationen ( während Erstarrung enstehen durch Kristalliten Korngrenzen) oder Anwesendheit von Korngrenzen.Auch können sie durch thermischen Einfluss oder Bestrahlung verursacht werden.
• Wie entstehen Versetzungen? Versetzungen können unter Wirkung von Schubspannungen an Korngrenzen und Phasengrenzen sowie an bestimmten anderen Versetzungen gebildet werden.

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