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WEH Themenübersicht (Metalle)
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WEH Themenübersicht (Metalle)
1. Grundlagen der Werkstoffkunde
- 1.1 Werkstoffeigenschaften
- Physikalisch
- Technologisch
- Chemisch
- 1.2 Werkstoffe
- Metalle
- Nichtmetalle
- Organisch
- Anorganisch
- 1.3 Atomaufau
- Massenzahl A
- Atom=Atokern+Atomhülle
- Neutron/Elektron/Proton
- Ordnungszahl Z (Protonen+Neutronen)
- 1.4 Größen der Elementarteilchen
- Masen von P/N und E
- Atomdurchmesser
- 50-250pm = 0,5-2,5 A°
- eines Atomkerns c.a 10^-15m
- 1.5 Massendefekt/Kernbindungsenergie
- Massendefekt B
- Kernbindungsenergie E=m*c^2
- 1.1 Werkstoffeigenschaften
2. Atomaufbau (Schalen eines Atoms)
- 2.1 Bohrsche Postulate
- 1. e nur auf bestimmten Bahnen
- En~1/n
- 2. Postulat
- Lichtquant: deltaE=Em-En=h*f
- 1. e nur auf bestimmten Bahnen
- 2.2 Quantenzahlen
- 2.3 Pauli-Prinzip
- jedes e hat eigene Energie
- 2.4 Max. Schalenbesetzung z
- Z=2n^2
- 2.5 Verteilung der e auf Elektronenniveaus
- 2.6 Das Periodensystem
- Perioden
- Alle Elemente einer Periode (horizontal) haben gleiche Hauptquantenzahl n
- Gruppen
- Alle Elemente (vertikal) haben ähnliches chemisches Verhalten
- Zahl der Valenzelektr. ergibt sich aus Nr. Der Gruppe (nur in Hauptgruppe)
- Perioden
- 2.7 Periodizität (Ionisierungearbeit)
- W für das Entfernen eines äußeren e
- 2.8 Einteilung der Elemente auf der Erde
- 85 Metalle 16 Nichtmetalle 10 Halbleiter
- 2.9 Daten aus dem Periodensystem
- Relative Atommasse Ar
- Ordnungszahl
- Atommasse mAtom
- mAtom=u*Ar
- Avogadrokonstante
- NA=(12g)/(1u*Ar)= 6,022*10^23 (1/mol)
- Molmasse m
- 1 Mol=6,022*10^23 Moleküle Bzw. Atome
- Atomare Masseneinheit u (Unit)
- 1u=1,66*10^-24g
- Relative Atommasse Ar
- 2.10 Anwendungen in Halbleitern: Hoch Integrierte Schaltungen
- Breite des Gates eines Transistors
- d=22-45 nm
- Vergleich : dHaar=50m *10^-6
- Vergleich: dAtom=10^-10 (1Å)
- Atome im Gate: c.a 200 nebeneinander
- Breite des Gates eines Transistors
- 2.1 Bohrsche Postulate
3. Strahlungsenission
- 3.1 Wiederholung: Bohrsche Postulate
- 1. En~(1/n^2)
- 2. deltaE=h*f
- 3.2 Energie-/Termschema eines Wasserstoffatoms
- 3.3 Anregung von Elektronen und Strahlungsemission
- Thermische Anregung
- Fotoanregung
- Elektrische Anregung
- Frequenzspektrum
- Sichtbares Spekteum: c.a 380-750nm
- Ultraviolett: nicht sichtbar Infrarot: Wärme
- 3.4. Energiebändermodell
- Leitungsband LB
- Valenzband VB
- Verbotene Zone Wi
- Bindungsenergie in innerster Schale am stärksten, in äußerster am schwächsten
- Auffächerung der Energienievaus wegen Wechselwirkung zw. e (Pauli P.)
- 3.5 Isolatoren, Halbleiter, Leiter
- Isolator
- -große Verbotene Zone
- Halbleiter
- Kleinere verbotene Zone
- Leiter
- Keine verbotene Zone
- Isolator
- 3.1 Wiederholung: Bohrsche Postulate
4. Bindungsarten
- 4.1 Valenztheorie/ Oktetttheorie
- Bestreben: e-Hülle soll Zustand der geringsten freien Energie haben
- Metalle: geben e ab Nichtmetalle: nehmen e auf
- Edelgase: haben Oktett (8 Valenzelektr.)
- Bestreben: e-Hülle soll Zustand der geringsten freien Energie haben
- 4.2 Ionenbindung
- Heteropole Bindung
- Edelgaskonfiguration durch Aufnahme o. Abgabe von e
- Positives Ion
- Kation
- Negatives Ion
- Anion
- Heteropole Bindung
- 4.3 Coulombsche Kraft
- Anziehungskraft zw. Anionen und Kationen
- F=(1/4Pieta)*(Q1*Q2/r^2)
- 4.4 Elektronenpaarbindung
- Kovalente o. Homöopolare Bindung
- Bildung von Oktett durch gemeinsame e-Paare
- Kovalente o. Homöopolare Bindung
- 4.5 Van der Waalsche Bindung
- Dipolbindung
- Entsteht zw. 2 Atomen mit permanentem o. Induziertem Dipolmoment
- Bei Kunststoff oder Wassermolekül
- Dipolbindung
- 4.6 Metallbindung
- Atome geben Valenzelektr. ab
- Leitfähigkeit entsteht durch frei bewegliche e
- BILD s.4
- Atome geben Valenzelektr. ab
- 4.7 Anordnung der e im festen Körper
- Kristallin
- Atome sind gesetzmäßig angeordet (Eiskristall, Kristallit)
- Amorph
- Atome sind regellos angeordnet (Glas, Kunsstoff)
- Kristallin
- 4.1 Valenztheorie/ Oktetttheorie
5. Aufbau fester Körper
- 5.1 Eigenschften von Werksoffen beruhen auf:
- chemische Zusammensetzung
- Bindungsart
- ihrer Struktur
- die räumliche Anordnung ihrer Materialteilchen
- 5.2 Struktur der Werkstoffe
- amorph
- BILD S1
- nur Nahordnung
- kristallin
- BILD S1
- Nah- und Fernordnung
- Mischform: Polykristallin
- zb Metalle
- amorph
- 5.3 Amorphe Festkörper
- amorph= gestaltlos
- Eigenschaften
- bei Raumtemp.: spröde
- meist transparent
- Bruchfläche ist glatt, auch unter Mikroskop keine erkennbare Struktur
- keinen ausgeprägten Schmelz- oder Erstarrpunkt
- Bsp: Glas und Kunststoff
- kein Siedepunkt
- Makromoleküle (Monomere) bilden Endproduk: Polymere
- Elektronenpaarbindung
- Isolatoren
- Beispiele
- Thermoplat
- mittel elastisch
- BILD S.4
- lineare Ketten
- Duroplast
- fester, stabilder WS
- BILD S.4
- räumlich, stark vernetzte Ketten
- Elastomere
- elastisch/ gummiartig
- BILD S.4
- schwach/ selten vernetze Ketten
- Thermoplat
- 5.4 kristalline Festkörper
- können: Einkristalline,Polychristalline oder Teilkristalline sein
- Einkristall
- fester Körper, aus einem Kristall, mit einheitlicher Kristallstruktur
- Bruchfläche: glatt (strukturlos)
- Polykristallin
- besteht aus vielen Kristallen
- Bruchfläche: körnig
- Bsp: Metall, Keramik
- Temperaturverhalten von kristallinen Festkörpern
- hat im gegensatz zu amorphen Körpern, feste Schhmelz und Siedetemp.
- Bsp: Eis
- BILd S.5
- hat im gegensatz zu amorphen Körpern, feste Schhmelz und Siedetemp.
- 5.5 Polykristalline Festkörper
- die meisten Werkstoffe in der Technik
- besteht aus vielen kleinen Kristallen
- Kristallite oder Körner genannt
- 1mikrom- 1mm
- Körner sind getrennt durch Korgrezen
- BILD S.7
- 5.1 Eigenschften von Werksoffen beruhen auf:
6. Kristallgitter
- 6.1 Begriffe
- Elementarzelle
- Kleinste representative Struktureinheit
- Gitterparameter (Gitterkonstate)
- Kantelängen der Elementarzelle (a,b,c)
- Gittergerade
- Gerade im Raumgitter, in regelmäßigen Abständen mit Atomen besetzt
- Gitterebene (Netzebene)
- In regelmäßigen Abständen mit Atomen besetze Ebene
- Bild S1
- Elementarzelle
- 6.2 Kristallsysteme
- Insgesamt 7
- Kubisch
- Hexagonal
- Kubisch Raumzentriert (krz)
- z.B. Eisen
- Mittelharter Werkstoff
- mittel verformbar
- z.B. Eisen
- Kubisch flächenzentriert (Kfz)
- Z.B CU oder AL
- Weiche Werkstoffe
- Da Atome dicht gepackt sind und gut aneinander gleiten können
- leicht verformbar
- Weiche Werkstoffe
- Z.B CU oder AL
- Hexagonal dichteste Packung (hdp)
- Z.B Mg
- Harter WS
- schlecht verformbar
- Z.B Mg
- Packungsdichte
- kubisch primitiv
- 52% belegt
- krz
- 68%
- hdp
- 74%
- Je dichter die Atome (kleine Lücken), desto schwerer ist der WS verformbar
- kubisch primitiv
- Insgesamt 7
- 6.3 Modifikation (Allotropie)
- Auftreten eines Stoffes in verschiedenen Strukturen
- 1. Bsp.: Zinn (Sn):
- T<13° - tetragonales Gitter
- T>13° - Umwandlung zum Diamantgitter -> Volumenvergrößerung um 25% ->Pulverisierung (Zinnpest)
- 2. Bsp.: SiO2
- Quarz/Einkristall - piezoel. Eigenschaften
- amorph - Glas
- 3. Bsp.: Eisen- Allotropie
- BILD S. 5
- 4. Bsp.: Kohlenstoff
- C als Graphit
- Gleit- und Schmiermittel, wegen Struktur
- Bild S.5 (nur Strutur)
- el. Leitfähigkeit horizontal 100x größer als vertikal
- allg. mittlere Leitfähigkeit
- große Abstände zw. Atomen
- verschiedene Eigenschaften, abhängig von der Richtung
- Elektronenpaarbindung
- 4tes Valenel. fast frei
- C als Diamant
- Isolator
- da keine freien e
- 4 e
- Abstände ALLE gleich
- sehr hart
- da kein Gleitsystem
- BILD s5
- Isolator
- C als Graphit
- 6.4 Anisotropie
- Richtungsabhängigkeit von Eigenschaften
- z.B.: elektr. Leitfähigkeit, mech. Festigkeit, Glanz o. Ätzbarkeit
- BILD S.6
- Isotrop
- Unordnung wiederholt sich
- amorphe Kunststoffe, Glas, Keramik
- Unordnung wiederholt sich
- Quasiisotrop
- polychrstallin - besteht aus vielen Körnern die anisotrop sind, zusammen sind sie aber isotrop
- Metalle
- polychrstallin - besteht aus vielen Körnern die anisotrop sind, zusammen sind sie aber isotrop
- Richtungsabhängigkeit von Eigenschaften
- 6.5 Analytsche Beschreobung des Raumgitters
- dasMillersche Indiz (x,y,z)
- Würfelfläche (100)
- Diagonalfläche (110)
- Raumdioagonale (111)
- Bildung: Schnittpunkte mit den Achsen, davon der Kehrwert
- BILD S.7 oben
- das Richtungsindiz
- z.B [111]
- BILD S7
- Beispiele in der E-Technik
- S.8
- dasMillersche Indiz (x,y,z)
- 6.1 Begriffe
7. Reale Kristallstukturen (Gitterbaufehler)
- 1. Gitter ist in der Natur nie fehlerfrei
- Immer Gitterbaufehler
- Leerstellen
- Versetzungen
- Fremdeinflüsse
- Korngrenzen
- Beeinflussen mech., elektr. und Magnet. Eigenschaften des WS
- Metalle mit ideale Gitter hätten 100x größere Zugfestigkeit!
- Immer Gitterbaufehler
- 2. 0-dimensionaler Fehler (Punktdefekt)
- 1. Gitter ist in der Natur nie fehlerfrei
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- Mindmap auf WEH Themenübersicht (Metalle), erstellt von Sina S auf 14/12/2017.
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- Sina S
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