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Werkstoffkunde I > 3 Kristallstrukturen > Flashcards

3 Kristallstrukturen Flashcards

1
Q

Kristalle bestehen aus…

A
  • 3-dimensionalen periodischen Anordnung von Atomen oder Molekülen über größere Entfernung (Fernordnung)
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Q

mechanische und pyhsikalische Eigenschaften…

A

(Anisotropie) können am besten mit Hilfe der Kristallstruktur verstanden werden

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3
Q

stabilsten Kristalle

A

solche mit dichtester Packung von Atomen

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4
Q

Kristallsysteme und Gittertypen

A

alle Kristallstrukuren können in 7 Kristallsysteme und 14 Bravaisgittertypen eigeteilt werden

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5
Q

Bravaisgittertyp

A
  • unterscheiden sich von Basissystemen (Kristallsysteme) nicht unbedingt in geometrischen Daten,
  • sondern in Packungsdichte (Atome pro Elementarzelle)
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6
Q

Gitterpunkte

A
  • beschreibt Atomposition durch Gitterpunkte uvw
  • Nullpunkt 000 in Ecke der EZ
  • Elementarzellenläge in a-, b- oder c-Richtung
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7
Q

Gittergerade

A
  • festgelegt durch 000 und Vektor r durch Gitterpunkt uvw
  • wenn Gitterrichtung nicht durch Koordinatenursprung, dann duch Parallelverschiebung zu sich selbst in 000 verlegt
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8
Q

Speziele Gittergeraden

A
  • [111] - Raumdiagonale einer Elementarzelle
  • [110] - Flächendiagonale einer Elementarzelle
  • [100] - Richtung der Würfelkanten
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9
Q

Äquvalente Gittergerade

A
  • fasst alle gleichwertigen Richtungen einer EZ, deren Indices permutiert sind, zusammen
  • <uvw></uvw>
  • alle 8 Raumdiagonale: <111>
  • alle 12 Flächendiagonale: <110>
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10
Q

Gitterebene/Netzebene

A
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11
Q

Äquivalente Gitterebene

A
  • Netzebenen, deren Indices sich nur duch ihr Vorzeichen oder ihrer Reihenfolge unterscheiden, sind gelichwertig
  • {100}
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12
Q

Netzebenenabstand d(hkl)

A
  • kleinste Abstand zwischen zwei nächst benachbarten Netzebenen der gleichen Netzebenenschar
  • kann mit Hilfe von Röntgenstrahlung analysiert werden
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13
Q

Netzebenenschar

A

alle Netzebenen, die parallel zu einer bestimmten Netzebene verlaufen

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14
Q

Spektrum elektromagnetischer Wellen

A
  • Röntgenstrahlung (X-Strahlung) repräsentiert den Wellenlängenbereich um 1nm
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15
Q

Beugung von Röntgenstrahlung

A
  • e- wird von Röntgenstrahl getroffen
  • kann zu Schwingungen angeregt werden
  • wird zu Quelle einer Strahlung (im Kristall Vielzahl von Strahlungsquellen)
  • einfallende Wellenlänge = ausfallende
  • ⇒ kohärente Streuung (feste Phasenbeziehung zwischen der einlaufenden und der gestreuten Welle)
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16
Q

Interferenz

A
  • konstruktiv oder destruktiv
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17
Q

Braggsche Gleichung

A
  • beschreibt geometrische Bedingung, dass Verstärkung (konstruktive Interferenz)
  • Die reflektierten Wellen können nur dann in Phase schwingen, wenn ∆ ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist.
  • nλ=2dsinθ
  • Quadratische Form:
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18
Q

Debye-Scherrer-Verfahren / Parallelstrahlverfahren

A
  • dünne stäbchenförmige Probe in zylindrischer Kamera wird mit monochromatischer (uni, zu einer Wellenlänge gehörend) röntgenstrahlung beschossen
  • an Innenseite der Kamera kreisrunder Röntgenfilm
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19
Q

Fokussierungsprinzip nach Bragg‐Brentano

A
  • Proben eigentlich rund, um Geometrie einzuhalten (Probe tangential zum Fokussierkreis)
  • in Praxix flache Proben, da Geometrie nicht exakt eingehalten werden kann (Krümmungs und Fokussierkreisradius ändert sich während Messung)
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20
Q

Zählrohrdiffraktometerverfahren / Zählrohrgoniometer

A
  • jeder kristalline Stoff hat charakteristisches Röntgenspektrum
  • Identifizierung mit ASTM-Kartei
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21
Q

Röntgenspektrum einer Aluminiumprobe

A
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22
Q

Gitterstruktur wichtiger Metalle

A
  • 75% aller Elemente sind Metalle
  • 90% dieser metalle kristallisieren im kfz, krz oder hexagonalem Gitter
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23
Q

Packungsdichte

A
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24
Q

Kubisch primitives Gitter (pc)

A
  • a=2r
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25
Q

Kubisch raumzentriertes Gitter (bcc - body centered cubic/krz)

A
  • 2 Atome/EZ
  • Packungsdichte: 68%
  • verzerrt, wenn nicht alle Steiten gleich lang
26
Q

Kubisch flächenzentriertes Gitter (fcc - face centered cubic, kfz)

A
27
Q

Kubisch dichteste Kugelpackung

A
  • 74% maximal mögliche Packungsdichte von Kugeln gleichen Duchmessers
  • ⇒ große #Gleitebenen (Ebene zwischen Atomlagen mit dichtester Packung)
  • ⇒ hohe Verformbarkeit (dabei Verfomung Versetzungsbewegung in diesen Ebenen)
28
Q

Ebene mit höchste Packungsdichte im kfz-Gitter

A
  • (111)-Ebende
  • Stapelfolge: ABCABC
29
Q

Hexagonal dichteste Kugelpackung (hdp)

A
  • 2 Atome/EZ
  • Packungsdichte: 74%
30
Q

Vergleich Stapelfolge kubisch- und hexagonal dichteste Kugepackung

A
31
Q

Allotrope Elementmodifikationen (Polymorphie)

Bsp.: polymorphe Umwandlung des Eisens

A
  • Kristallstruktur eines Elekemts ist von Umgebungsbedingungen wie isnb. Druck und Temperatur abhägig
  • polymorphe Umwandlung des Eisens:
  • δ-Eisen mit größerer Gitterkonstante als α-Eisen
32
Q

Legierung

A

Eine Legierung ist ein metallischer Werkstoff, der aus mindestens zwei Elementen besteht, die gemeinsam das metalltypische Merkmal des kristallinen Aufbaus mit Metallbindung aufweisen.

33
Q

Legierungsstrukturen

A
  • je nach Art der Fremdatome
  • Änderung in Gitterkonstante bei gleichem Gittertyp, oder
  • Ausbildung intermetallischer Phasen mit komplizierten Gittern
34
Q

Substitutionsmischkristall - Allgemeines

A
  • Austausch von Atomen;
  • bis 100% unbegrenzt möglich
  • ⇒ “vollständige Mischbarkeit / lückenlose Mischkristallreihe”
35
Q

Substitutionsmischkristall - Bedingungen

A
  • beide Metalle kristalliesieren im gleichen Strukturtyp
  • Atomradien dürfen sich nicht um mehr als 15% unterscheiden
  • geringe chemische Affinität zueinander (⇒ statistische Verteilung der Atome)
36
Q

Substitutionsmischkristall - Eigenschaften

A
  • Geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit
  • Höhere Festigkeit und Härte (Mischkristallverfestigung)
37
Q

Substitutionsmischkristall - Änderung Gitterkonstante

A
38
Q

Vegard’sche Regel

A
  • lineare Änderung der Gitterkonstante mit Änderung Konzentration Fremdatome
  • a = Gitterkonstante
  • c = Konzentration
  • Analyse der Zusammensetzung eines Mischkristalls röntgenographisch über ermittlung der Gitterkonstante
39
Q

Mischkristall vs. Kristallgemisch

A
  • Mischkristall aus 2 Atomsorten,
  • Konzentration A und B sowie Gittertyp stets gleich
  • Kristallgemisch kann sich beides unterscheiden
40
Q

Einlagerungsmischkristall - Allgemeines

A
  • kleine Nichtmetallatome lagern sich in Lücken eines Metallgitters ein (interstitielle Mischkrisallbildung)
  • Bedingung 1: Gitterlücken groß genug
  • Bedingung 2: Radienverhältnis rNM/rM ca. 0,59
41
Q

Einlagerungsmischkristall - Eigenschaften

A
  • Geringe Löslichkeit im Wirtsgitter ⇒ Metallische Eigenschaften ändern sich nicht
  • Löslichkeit sinkt mit abnehmender Temperatur ⇒ Lücken werden kleiner
  • Bei schneller Abkühlung bleiben die interstitiellen eingelagerten Atome oft zwangsgelöst ⇒ Entstehung von Gitterverzerrungen
42
Q

Einlagerung von Kohlenstoff in Eisengitter

A
43
Q

Ordnungs- und Überstrukturen - Allgemeines + Bsp. Cu - Au

A
  • bestimmte Konzentration zwischen 2 Mischkristallkomponenten
  • ⇒ Übergang statistische Verteilung der Atome in geordnete
  • Bsp.: Cu - Au
44
Q

Ordnungs- und Überstrukturen - Eigenschaften

A
  • Symmetrieverlust (durch Bildung Unter- oder Obergitter)
  • Ordnungsphasen sehr instabil, leicht durch thermische oder mechanische Beanspruchung verformbar
  • enstehen nur bei sehr langsamer Abkühlung
45
Q

Intermetallische Phasen - Allgemeines

A
  • Aufbau aus verschiedenen Metallatomen, wobei sich die jeweiligen Kristallstrukturen gegenseitig durchdringen (sehr komplexer Aufbau)
  • sehr srpöde, hart sowie deutlich stabilder als Überstrukturen
46
Q

Intermetallische Phasen - Laves-Phasen

A
47
Q

Intermetallische Phasen - Hume-Rothery-Phasen

A
48
Q

Ionenstruktur - CsCl und NaCl

A
  • CsCl: umd 0.5 0.5 0.5 verschobenes kubusch primitives Gitter
  • NaCl: Na-Ionen besetzen Oktaederlücken des fcc-Gitters aus Cl-Ionen
49
Q

Ionenstruktur - Fluorit-Struktur

A
  • F-Ionen besetzen Tetraederlücken des fcc-Gitters aus Ca-Ionen
50
Q

Kovalente Strukturen - ZnS

A
  • kubisches Kristallgitter, bei dem die Zn-Ionen die Hälfe der Tetraederlücken besetzen,
  • S-Atome bilden fcc-Gitter
51
Q

Diamant- (sp3) und Graphit-Struktur (sp2) - Allgemeines

A
  • Graphit: hexagonale Gitterstruktur mit auf Basalebene kovalent gebundenen C-Atomen und senkrechten schwachen van der Waals Bindungen
52
Q

Diamant- (sp3) und Graphit-Struktur (sp2) - Hybridisierung

A
  • Anregungs- und Hybridisierungsenergie werden aus Bindungsenergie der sich bildenden Atomorbitale gewonnen
  • freies Elektron = π-Elektron
  • Senkrecht zu den Ebenen ist Graphit elektrisch nicht leitend
53
Q

Makromolekül durch Polymerisations-, Polyadditions- oder Polykondensationsreaktion - Beispiel Ethylen

A
  • Aufspaltung Doppelbindung
  • kovalente Bindung
  • zwischen Ketten nur schwache van der Waals-Kräfte
54
Q

Statistische Verteilung

A

zufälllige, durch Wahrscheinlichkeitt geprägte Verteilung

55
Q

Konstitution von Makromolekülen

A
  • Verknüpfung von Atomen bzw. Atomgruppen zu Makromolekülen
56
Q

Hochpolymere aus asymmetrischen Struktureinheinten (SE)

A
  • Verknüpfung von unsymmetrischen Monomeren
57
Q

Hochpolymere aus mehreren Stuktureinheiten (SE)

A
58
Q

Konstitution von Makromolekülen - Vergleich Duro- und Thermoplaste und Elastormere

A
59
Q

Konfiguration von Makromolekülen

A
  • Informationen über: stabile geometrische (räumliche) Anordnung bestimmer Atom(-gruppen) zueinander oder längs der Molekülkette
  • statistische verteilung der Seitengruppen möglich
60
Q

Konformation von Makromolekülen

A
  • Informationen über: räumliche Anordnung Atomgruppen in oder an Molekülketten, die durch Einfachbindung gebunden sind
  • “Umklappen” oder “Drehen” von Atomgruppen
61
Q

Kristallstrukturen von Hochpolymeren

A
  • Kristallation nur möglich bei regelmäßiger Konstitution, Konfiguration und Konformation
  • Keimbildung und Kornwachstum werden durch Länge der Moleküle erschwert
  • nur teilweise und nicht vollständig kristallisierbar
  • i.d.R. Thermoplaste
  • Polyethylen max. Kristallationsgrad von 40-60%

Werkstoffkunde I (11 decks)

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