2. Feinstruktur

Question 1

Was versteht man in der Werkstoffkunde unter Feinstruktur?

Answer 1

:: Anordnung von Atome

:: im festen Korper

Question 2

In welchen 4 verschiedenen Gleichgewichtszuständen kann Materie auftreten?

Answer 2

fest
flüssig
gasförmig
plasma

Question 3

Ordnen Sie die Gleichgewichtszustände nach steigender Temperatur.

Answer 3

Kristall, Flüssigkeit, Gas, Plasma

Question 4

Was ist der Unterschied zwischen einem Plasma und einem Gas?

Answer 4

Plasma: Elektronen unäbhangig von Atomkernen

Gas : Elektronen sind an Atomkernen gebunden

Question 5

Wodurch unterscheiden sich Flüssigkeiten, Gläser und Kristalle?

Answer 5

Faktor: Anordnung der Atome (make a table of the following with respect to this)

Flüssigkeit : annähernd regellos

Gläser : Ordnung nur über kurze Reichweiten ->amorpher Zustand

Kristalle : Teilchen sind nach einemMuster über größere Bereiche regelmäßig geordnet

Question 6

Wie lassen sich Kristalle beschreiben?

Answer 6

Mit der Elementarzelle

Question 7

Durch welche Größen wird die Geometrie einer Elementarzelle festgelegt?

Answer 7

1. Koordinatensystem (x,y,z) ,
2. Gitterwinkel und
3. Gitterkonstanten

Question 8

Kennzeichnen Sie in der dargestellten Elementarzelle die Gitterwinkel und die Gitterkonstanten.

Answer 8

1. Draw a cube
2. Label x, y, z axis
3. Label the Gitterwinkel using alpha, beta and gamma symbol ( anti clockwise and start alpha at RHS)
4. Label the Gitterkonstanten using a (width), b (length)and c (height)

Question 9

Wie kommt man von der Elementarzelle zum Raumgitter?

Answer 9

Periodische Verschiebung der Elementarzelle um die Gitterkonstanten a,b,c.

Question 10

Nennen Sie die drei bei Metallen am häufigsten vorkommenden Kristallsysteme.

Answer 10

krz
kfz
hdP

Question 11

Was versteht man unter Polymorphie?

Answer 11

1. Ein Stoff hat verschiedener Gittermodifikation

2. Auftreten verschiedener Temperaturäbhangiger Kristallsysteme.

Question 12

Skizzieren Sie die Gittertypen kfz, krz und hdP.

Answer 12

1. draw 1 cube for kfz
2. draw balls for 8 Eckatome and 6 Flachenatome
3. draw the diagonal dotted line to know the position of 6 Flachenatome
4. draw 1 cube for krz
5. draw balls for 8 Eckatome and 1 central floating Atom
6. draw the diagonal dotted line to know the 1 central floating Atom
7. draw a hexagonal prism for hdP
8. draw balls for 12 Eckatome, 2 Flachen Atome and 3 central floating Atoms
9. draw the diagonal dotted line to know the 3 central floating Atoms and 2 Flachen Atome

Question 13

Berechnen Sie die Gitterpunktdichten Dz der Gittertypen kfz, krz und hdP.

Answer 13

kfz = (8 x 1/8) + (6x 1/2) = 4

krz = (8 x 1/8) + 1 = 2

hdP = (12 x 1/6) + (2 x 1/2) + 3 = 6

Question 14

Bestimmen Sie die Koordinationszahlen für die Gittertypen kfz, krz und hdP.

Answer 14

1. Draw combined 2 cubes for kfz
2. Therefore there are 3 surfaces filled with 4 Eckatome each
3. k = 3 x 4 = 12
4. Draw a single cube for krz
5. Therefore there are 2 surfaces filled with 4 Eckatome each
6. k = 2 x 4 = 8
7. Draw combined 2 hexagonal prism for hdP
8. Therefore there are 2 sets of ‘3 floating Atoms’ and 1 surface filled with 6 Eckatome
9. k = (2x3) + 6 = 12

Question 15

Berechnen Sie für die Gittertypen kfz, krz und hdP die Packungsdichte P.

Answer 15

1. kfz = 0,74 **must know** [ r = (a / √8) ]***draw square and use Pythogoras theorem [ (4r)^2 = a^2 + a^2 ]
   P = Volume der Kugel / Volume der EZ
   P = 2π/ 3√8
   P = 0,74
2. krz = 0,68 **must know[ r = (a / √3)/4 ]**draw cube and use Pythogoras theorem [ (4r)^2 = a^2 + f^2 ]
   P = Volume der Kugel / Volume der EZ
   P = (π√3 ) / 8
   P = 0,68
3. hdP = 0,74 must know[ r = (a/2) ] and [ c = ( a x √(8/3) ) ]draw triangles in 1 hexagon and draw upside down trapezium
   P = Volume der Kugel / Volume der EZ
   P = 2π/ 3√8
   P = 0,74

Question 16

Das krz α-Fe mit einer Gitterkonstante von a = 2,89٠10-10 m wandelt sich (beim Erwärmen) bei 911°C in das kfz γ-Fe um. Berechnen Sie die Gitterkonstante des kfz γ-Fe.

(krz turns to kfz using Erwärmen)

Given ist ‘a’ of krz, now we need to find ‘a’ of kfz

Answer 16

1. Draw cube for krz
2. Use Pythogoras theorem [ (4r^2) = (‘a’ of krz)^2 + f^2 ]
3. f = 2(a of krz)^2
4. Make ‘r’ as subject
5. Find the value of r [ r = 1,25 x 10^(-10) ]
6. Draw square for kfz
7. Use Pythogoras theorem again [ (4r^2) = (a of kfz)^2 + (a of kfz)^2
8. Make ‘a’ of kfz as subject
9. Substitute ‘r’ value
10. Find the value of ‘a’ of kfz [ 1,25 x 10^-10 m ]

Question 17

Kennzeichnen Sie in den Gittertypen kfz, krz und hdP eine dichtest besetzte Ebene und die dichtest besetzten Richtungen dieser Ebene.

Answer 17

1. Draw a cube for kfz and draw all balls for 8 Eckatome and 6 Flachenatome
2. Draw a tilting triangle inside that cube connecting 3 Eckatome and 3 Flachenatome and shade it.
3. Draw the Richtung by extending the sides of the triangle and draw its arrow in both opposite direction
4. Answer after drawing: 4 Ebene und 3 Gleitrichtungen*
5. Draw cube for krz and draw all balls for 8 Eckatome and 1 central floating Atom
6. Draw a rectangle inside that cube connecting 4 Eckatome and the 1 central floating atome should be on the mid surface of the rectangle and shade it.
7. Draw the Richtung by extending the sides of the diagonal of rectangle and draw its arrow in both opposite direction
8. **Answer after drawing: 6 Ebene (memorise) und 2 Gleitrichtungen8
9. Draw a hexagonal prism and draw all balls for 12 Eckatome, 2 Flachenatome and 3 central floating Atome
10. Shade the bottom hexagonal surface of the drawn prism
11. Draw the Richtung by extending the sides of the diagonal of the hexagonal surface and draw its arrow in both opposite direction
12. **Answer after drawing: 1 Ebene (memorise) und 3 Gleitrichtungen**

Question 18

Berechnen Sie die Durchmesser D der Kugeln, die gerade noch in die größten Gitterlücken des krz- und des kfz-Gitters hineinpassen.

Answer 18

1. For krz , D = a - 2r
2. Remember that r = (1/4) x (√3) x a [this comes from Ubung 2.15 or Flashcard 15]
3. Substitute that into the equation and get [ D = a x (1 - ((√3)/2)) ] ** for krz**
4. For kfz, D/2 = s - R
5. D = 2s -2r
6. cos 30º = R/s
7. s = R/cos 30º
8. Remember R = (a/√8) [this comes from Ubung 2.15 or Flashcard 15]
9. Substitute that into the equation
10. Substitute s and R into equation in number 5 and get [ D = ((2a)/ (√8) x (cos 30º)) - (2a/√8) ] *for kfz

Question 19

Der Unterschied zwischen dem hdP- und dem kfz-Gitter ist in der Stapelfolge begründet. In beiliegendem Diagramm sind zwei übereinanderliegende Atomebenen eines dichtest gepackten Gitters mit der Stapelfolge AB dargestellt. Zeichnen Sie in das Diagramm jeweils ein Atom der nächstfolgenden Lage

a) mit der Stapelfolge ABC und
b) mit der Stapelfolge ABA ein

und ordnen Sie die Stapelfolgen den jeweiligen Gittern zu.

Answer 19

a) label on given diagramm …

bottommost layer: A
2nd layer from bottom: B
3rd layer from Bottom: C
Top layer : A

b) Draw another set of diagram

bottommost layer: A
2nd layer from bottom: B
Top most layer : A

Top layer : A

Ordnung: ABC ist kfz und ABA ist hdP

Question 20

Die Elementarzelle ist als kfz-Substitutions-Mischkristall mit einem Fremdatom darzustellen. Die Gleitebene ist einzuzeichnen.
Wie viele Gleitrichtungen hat die eingezeichnete Ebene?
Wie viele Gleitsysteme sind in diesem Kristall enthalten?

Answer 20

1. Draw the kfz cube with its atom unshaded balls of 8 Eckatome and 6 Flachenatome
2. Draw one triangular Gleitebene and shade it
3. Draw the Gleitrichtungen
4. Gleitrichtungen = 3
   Gleitebene = 4
   Gleitsystem = 3 x 4 = 12
5. Don’t forget to put one shaded ball to show that there is one Fremdatom

Question 21

Die Elementarzelle ist als krz-interstitieller Mischkristall mit einem Fremdatom darzustellen. Die Gleitebene ist einzuzeichnen.
Wie viele Gleitrichtungen hat die eingezeichnete Ebene?
Wie viele Gleitsysteme sind in diesem Kristall enthalten?

Answer 21

1. Draw the krz cube with its atom unshaded balls of 8 Eckatome and 1 central floating atom
2. Draw one rectangular Gleitebene and shade it
3. Draw the Gleitrichtungen
4. Gleitrichtungen = 2
   Gleitebene = 6 (memorise)
   Gleitsystem = 2 x 6 = 12
5. Don’t forget to put one shaded ball to show that there is one Fremdatom

Question 22

Nennen Sie jeweils ein Beispiel für

einen nulldimensionalen,
eindimensionalen,
zwei- und
dreidimensionalen

Gitterfehler.

Answer 22

nulldimensionale Gitterfehler : Fremdatom
eindimensionale Gitterfehler : Stufenversetzung
zweidimensionale Gitterfehler : Korngrenze
dreidimensionale Gitterfehler : nichtmetallische Einschlüsse

Question 23

Zeichnen Sie in einem Gitter einen eindimensionalen Gitterfehler. Wie nennt man einen solchen Fehler?

Answer 23

1. Draw Stufenversetzung
2. label the Versetzung with inverted ‘T’ and number the cycle IN ANTICLOCKWISE starting from bottom right
3. State that the Gitterfehler : Stufenversetzung

Question 24

Ermitteln Sie Betrag und Richtung des Burgersvektors bei einer Stufenversetzung.

Answer 24

1. Remember that for Burgersvektor , Anfangspunkt = Endpunkt
2. Draw errorless grid , label number anticlockwise (1 to 7) and DON’T label inverted ‘T’
3. Label ‘b with arrow’ vector before 1 or after 7
4. label Schließungsfehler

Question 25

Wie ist ein Versetzungsring aufgebaut?

Answer 25

Das ist aufgebaut aus Stufenversetzung, Schraubenversetzung und gemischten Versetzung.

Question 26

Skizzieren Sie schematisch eine Zwillingskorngrenze.

Answer 26

1. The overview should look like combination of 2 Parallelogram
2. draw the grid lines inside

Question 27

Skizzieren Sie schematisch einen Stapelfehler.

Answer 27

1. Draw a grid
2. Label the ‘separated inverted T’ at each corner
3. Label Stapelfehler

Question 28

Wie entsteht ein Stapelfehler?

Answer 28

Durch Abspaltung einer Versetzung in zwei Teilversetzung

Question 29

Skizzieren Sie schematisch eine kohärente, teilkohärente und inkohärente Phasengrenze.

Answer 29

Draw the 3 sets of grid of 5 x 5 and then draw kohärente, teilkohärente und inkohärente Phasengrenze

Question 30

Beschreiben Gitterpunktdichte, Koordinationszahl und Packungsdichte

Answer 30

1. Gitterpunktdichte: gibt an, vie viele Atomanteil am Aufbau der EZ beteiligt sind
2. Koordinationszahl : die Summe aller nächsten Nächbarn eines Gitteratoms

Packungsdichte: Volumen der am Aufbau beteiligten Atomkugeln dividiert durch das Volumen von EZ [ P = (V of k / V of EZ) ]