Alloy Science II KP5 (Diffusion,...)

Question 1

Table 5.1

Answer 1

Table 5.1

Question 2

Was beschreibt das 1. Fick’sche Gesetz?

Answer 2

Das 1. Fick’sche Gesetz beschreibt den Diffusionsstrom (𝐽), der angibt, wie viele Atome pro Zeiteinheit durch eine Einheitsfläche hindurchtreten.

Es erklärt, dass der Diffusionsstrom proportional zum Konzentrationsgradienten ist und die Diffusion in Richtung geringerer Konzentration erfolgt.

Question 3

Table 5.2

Answer 3

Table 5.2

Question 4

Table 5.2.1
Zeichnen Sie eine grafische Darstellung des
Konzentrationsgradienten

Answer 4

Table 5.2.1

Question 5

Welche Faktoren beeinflussen die Diffusion und die Aktivierungsenergie?

Answer 5

Eine kleine Aktivierungsenergie (Q) führt zu einem großen Diffusionskoeffizienten und Diffusionsstrom, da nur wenig thermische Energie benötigt wird, um die Energiebarriere zu überwinden.

Zwischengitterdiffusion ist in der Regel schneller als die Diffusion über Leerstellen oder Substitutionsatome.

Dichtest gepackte Gitter haben im Allgemeinen höhere Aktivierungsenergien als weniger dicht gepackte.

Hohe Bindungsenergien erschweren die Diffusion, insbesondere in Materialien mit hoher Schmelztemperatur oder hohem Anteil an kovalenten Bindungen.

Question 6

Welche Auswirkung hat eine kleine Aktivierungsenergie (Q) auf die Diffusion?

A) Sie erhöht den Schmelzpunkt des Materials.
B) Sie führt zu einem hohen Diffusionskoeffizienten und Diffusionsstrom.
C) Sie verlangsamt den Diffusionsprozess.
D) Sie verringert den Konzentrationsgradienten.

Answer 6

B) Sie führt zu einem hohen Diffusionskoeffizienten und Diffusionsstrom.

Question 7

Welche Art der Diffusion verläuft typischerweise schneller?
A) Leerstellendiffusion
B) Diffusion von Substitutionsatomen
C) Zwischengitterdiffusion
D) Diffusion in Materialien mit hohen Schmelztemperaturen

Answer 7

C) Zwischengitterdiffusion

Question 8

Welche Arten [NICHT MECHANISMEN] der Diffusion gibt es in Festkörpern, und wie unterscheiden sie sich?

Answer 8

Volumendiffusion:

*Atome bewegen sich von einem Gitter- oder Zwischenplatz zum nächsten.

*Hohe Aktivierungsenergie, daher niedrige Diffusionsgeschwindigkeit.

Korngrenzendiffusion:

*Diffusion entlang von Korngrenzen mit geringerer Packungsdichte als das Kristallvolumen.

*Geringere Aktivierungsenergie als bei der Volumendiffusion

Oberflächendiffusion:

*Diffusion entlang von Oberflächen.
Noch geringere Einschränkungen für die Atombewegung.

*Niedrigste Aktivierungsenergie, daher höchste Diffusionsgeschwindigkeit.

Question 9

Was beschreibt das zweite Fick’sche Gesetz?

Answer 9

Es beschreibt die zeitabhängige Diffusion und wie sich Konzentrationsunterschiede in einem Festkörper über die Zeit entwickeln, insbesondere bei Nicht-Gleichgewichtszuständen.

Question 10

Table 5.3

Answer 10

Table 5.3

Question 11

Was sind die zwei Stufen der Kristallbildung?

Answer 11

Stufe: Keimbildung

Endet mit der Herausbildung wachstumsfähiger Keime.

Stufe: Wachstum

Weitere Atome lagern sich kontinuierlich an die vorhandenen Keime und Kristalle an, bis die Schmelze aufgebraucht ist.

Question 12

Table 5.3.1

Answer 12

Table 5.3.1

Question 13

Welche Energiebeiträge gibt es bei der Keimbildung, und wie beeinflussen sie die Stabilität?

Answer 13

Volumenenergie (ΔGv): Negativ, wächst mit dem Volumen V = 4/3πr^3 und fördert die Keimbildung.

Oberflächenenergie (σ): Positiv, wächst mit der Oberfläche A=4πr^2 und hemmt die Keimbildung.
Das Gleichgewicht dieser Energien bestimmt, ob Keimbildung stattfindet.

Question 14

Was ist der kritische Radius (r∗) und warum ist Unterkühlung (ΔT) wichtig?

Answer 14

Der kritische Radius (𝑟∗) ist die Größe, bei der ein Keim stabil wird. Keime kleiner als (r∗) lösen sich auf, größere Keime wachsen.

Unterkühlung (Δ𝑇=𝑇𝑚−𝑇) senkt die Energiebarriere der Keimbildung, da die Volumenenergie (Δ𝐺𝑣) negativer wird.

Question 15

Was ist die Gleichung für die Gesamtenergie der Keimbildung? {table 5.3.2}

Answer 15

{table 5.3.2}

Question 16

Table 5.4

Answer 16

Table 5.4

Question 17

Table 5.5

Answer 17

Table 5.5

Question 18

1) Wovon hängt das Kristallwachstum ab?

2) Welche zwei Wärmequellen gibt es beim Kristallwachstum?

3) Wie wird die freigesetzte Wärme beim Kristallwachstum abgeführt?

Answer 18

1) Das Kristallwachstum ist abhängig vom Abtransport der freigesetzten Wärme.

2) Thermische Energie (spezifische Wärme): Wird freigesetzt, wenn die Schmelze bis auf die Erstarrungstemperatur abkühlt.

Umwandlungsenthalpie (latente Wärme): Wird beim Erstarrungsvorgang durch die Phasenumwandlung freigesetzt.

3) Die Wärme wird entweder über den Kristall oder über die Schmelze abgeführt.

Question 19

table 5.5.2

Answer 19

5.5.2

Question 20

table 5.5.3

Answer 20

table 5.5.3

Question 21

table 5.5.4

Answer 21

table 5.5.4

Question 22

table 5.5.4.1

Answer 22

table 5.5.4.1

Question 23

table 5.6

Answer 23

table 5.6

Question 24

table 5.6.2 sketch the curve

Answer 24

table 5.6.2 sketch the curve

Question 25

table 5.6.3

Answer 25

table 5.6.3

Question 26

Table 5.0.1

Answer 26

Table 5.0.1

Question 27

Table 5.0.2

Answer 27

Table 5.0.2