Gitterbaufehler, Gefüge Flashcards
Was ist Zähigkeit?
- der Widerstand gegen den Bruch
Gibt es perfekte Kristalle?
-es gibt in der Natur keine perfekten Kristalle
Was sind reale Kristalle?
-Kristalle, die Gitterbaufehler enthalten
In wie viele Klassen kann man Gitterbaufehler einteilen?
- in 4 große Klassen
Was sind die 4 großen Klassen der Gitterbaufehler?
-nulldimensionale Gitterbaufehler (o. ,,Punktdefekte“)
-eindimensionale Gitterbaufehler (o. ,,Versetzungen“, ,,Liniendefekte“)
-zweidimensionale Gitterbaufehler (o. ,,Flächendefekte“)
-dreidimensionale Gitterbaufehler (o. ,,Volumendefekte“)
Was ist das Ordnungskriterium der 4 großen Klassen der Gitterbaufehler?
-Dimensionalität
Was sind die Eigenschaften der 4 großen Klassen der Gitterbaufehler?
-nulldimensional->Leerstellen, Zwischengitteratome
-eindimensional->Versetzungen
-zweidimensional->Korngrenzen, Stapelfehler
-dreidimensional->Ausscheidungen, Hohlräume
Was ist eine Leerstelle?
-nicht besetzter Gitterplatz
Wodurch ist die Konzentration der Leerstellen im thermodynamischen Gleichgewicht gegeben?
cL ist ungefähr = exp (-HL/RT)
->R= allgemeine Gaskonstante
->HL= Bildungsenthalpie für Leerstellen
Wo können Leerstellen sonst noch vorkommen außer im thermodynamischen Gleichgewicht?
-können zusätzlich erzeugt werden
—>z.B durch Verformung, Neutronenbeschuss, u.a.
Was ist ein interstitielles Fremdatom?
-Atom, das in ein Zwischengitter eingebaut werden kann
Wovon spricht man wenn ein Atom auf einem Gitterplatz durch ein Fremdatom ersetzt wird?
-substitutioneller Fremdatom
Was sagt die Boltzmann-Statistik aus?
-je höher die Temperatur, desto höher die Wahrscheinlichkeit auf Leerstellen.
Was sind die resultierenden Gitterverzerrungen von nulldimensionalen Defekten?
- Leerstellen
2.Zwischengitteratom - großes Fremdatom auf Gitterplatz
4.kleines Fremdatom auf Gitterplatz
Was sind Versetzungen?
- eindimensionale oder linienhafte Gitterbaufehler in Kristallen
Wie verläuft plastische Verformung in der Regel?
-von z.B Metallkristallen:
> über Bildung, Wanderung (Gleiten) & Wechselwirkung von Versetzungen
Wie wären Kristalle ohne Versetzung von Kristallen?
-spröde wie Glas
Welche Probleme können bei Versetzungen auftreten?
-Versetzungen behindern sich gegenseitig
Was für ein Prozess ist das der Stufenversetzung?
-sukzessiv
Was ist notwendig zum Gleiten?
-Schubspannung
Was ist wichtig bei einer Versetzungslinie im Gitter?
-muss stets in sich geschlossen sein
Was passiert wenn 2 Versetzungen auf einer Gleitebene sind?
-sie stoßen sich ab
Was passiert wenn es genügend hohe Schubspannungen gibt bei Gleitbändern?
-die Gitterblöcke entlang der Gleitlinie werden ,,stufenweise“ verschoben, bis die Versetzung die Oberfläche erreicht
Was geschieht wenn die Versetzung bei Gleitbändern die Oberfläche erreicht?
-es entstehen an der Oberfläche des Kristalls Stufen atomarer Dimensionen
Was geschieht wenn in einer Ebene weitere Versetzungen durch den Kristall wandern?
-es bilden sich makroskopisch sichtbare Stufen
—>das sind die Gleitbändern
Was ist für die Kletterbewegung von Versetzungen notwendig?
-Leerstellen im Gitter
Was für ein Prozess ist Klettern?
-thermisch aktiver Prozess (nur bei höheren Temperaturen)
Was passiert mit den Leerstellen?
-diffundieren in den Versetzungskern
Was geschieht wenn die Leerstellen in den Versetzungskern diffundieren?
-es kommt zu ,,Sprüngen“, das sogenannte ,,Kinken“ in der Versetzungslinie
Durch welchen Maß ist die Menge an Versetzungen in einem Kristall definiert?
-Versetzungsdichte N
->N= (Gesamentlänge Versetzungen) / Kristall-Volumen mit (N)= cm/cm hoch 3= cm hoch -2
Was ist die typische Versetzungsdichte in normalen Kristallen?
-bis zu 10 hoch 12 cm hoch -2
Beispiele Versetzungsdichte
Versetzungsfreies Silizium- für Si-Technologie: N= 0 cm hoch -2
- ,,gute“ Einkristalle (fürs Labor gezüchtet): N= (10 hoch 3-10 hoch 5) cm hoch -2
-normale Kristalle (inkl. Polykristalle): N= (10 hoch 5-10 hoch 9) cm hoch -2
-stark verformte Kristalle: N= 10 hoch 12 cm hoch -2
Was sind flächenhafte Defekte?
-eine Grenzfläche zwischen 2 Körpern
Was ist jeder flächenhafte Defekt?
-Grenzfläche zwischen 2 Körpern
Was kann man einem flächenhaften Defekt zuschreiben?
-eine Grenzflächenenergie analog der Oberflächenenergie
Was sind typische Oberflächenenergie z.B.?
-gamma(Polyethylen)= 20mJ/Quadratmeter
-gamma(Glas)= 300mJ/Quadratmeter
-gamma(Fe)= 2100mJ/Quadratmeter
Von welchen zweidimensionalen Defekten spricht man (abgesehen von der Oberfläche) im Wesentlichen?
-Phasengrenze
-Korngrenze
-Stapelfehler
Was ist eine Phasengrenze?
-Grenzfläche zwischen 2 verschiedenen (festen) Körpern
Was ist eine Korngrenze?
-Grenzfläche zwischen 2 identischen, aber zueinander beliebig orientierten Kristallen
Was ist ein Stapelfehler?
-Fehler durch fehlende bzw. zusätzliche Netzebene in der Stapelfolge (verwandt mit Versetzungen)
Was kann man zu Phasengrenzen sagen?
-häufigsten und zudem sehr leicht zu verstehende Defekte
Wie ist eine Phase definiert?
-homogener, unterscheidbarer und mechanisch abtrennbarer Teil eines gegebenen Materials mit gegebener chemischer Zusammensetzungen und Struktur
Phasengrenzen umfassen eine Viezahl von möglichen Grenzflächen, zum Beispiel zwischen?:
-kristallinem Si & einer amorphen SiO2-Oberflächenschicht
-dem Fe-Kristall & den darin eingelagerten Graphitpartikeln des Gusseisens,
-dem Stahlgeflecht & dem Gummi beim Stahlgürtelreifen,
-den Glimmer- und Feldspatteilchen des Granits oder
-zwischen den Bestandteilen von Beton (Kies, Sand, Hydratkristalle)
Wie heißt die Grenzflächen zwischen 2 Kristallen identischer Bauart & Zusammensetzung, aber verschiedener Orientierung
-Korngrenze
Wo startet die Kristallisation von Schmelzen?
-i.dR. An mehreren Orten, den Keimen
Wie bilden sich Kristallisationskeime?
-mit zufälliger Orientierung & wachsen durch Kristallisationspunkt der Schmelze an deren Oberfläche
Wo entstehen Korngrenzen (Großwinkelkorngrenzen)?
-dort wo Kristallisationsfronten aufeinander treffen
Wie können Korngrenzen sichtbar gemacht werden?
-durch Polieren und ,,Anätzen“ im Auflichtmikroskop
Was passiert aufgrund der schlechteren Packungsdichte?
-entlang der Korngrenze bietet diese dem Ätzmittel eine größere Angriffsfläche
Was passiert entlang der Korngrenzen wenn dem Ätzmitel eine Angriffsfläche geboten wird?
-es werden Grübchen in die polierte Oberfläche geätzt
-> erscheinen im Mikroskop als dunkle Linien
Was ist die Dimension von Körnern?
-einige nm bis mm
Wie entstehen Stapelfehler?
-wenn in der Stapelfolge der Netzebenen z.b des hexagonalen Gitters ein Fehler auftritt
—> ABCABC—>ABCabABC
Wie heißen die Stapelfehler die auftreten können?
-intrinsische Stapelfehler (B-Ebene fehlt)
-extrinsischer Stapelfehler (A-Ebene ist zusätzlich vorhanden)
Wodurch sind Stapelfehler immer begrenzt?
-durch die Oberfläche des Materials oder durch Partialversetzungen
Was kann in kubisch primitiven Gittern auftreten?
-Stapelfehler, wenn Versetzungen in 2 Teilversetzungen aufspalten
Was sind Versetzungen fast immer in kubisch nicht-primitiven Gittern?
-Stapelfehler
Was passiert dann zwischen den begrenzenden Partialversetzungen in kubisch nicht-primitiven Gitttern?
-der Kristall ist gestört
Warum können die Partialversetzungen näher oder weiter voneinander entfernt sein?
-es kommt auf die Größe der Stapelfehlenergie (SFE)
Was können Stapelfehler ähnlich den Versetzungen?
-gleiten & klettern
Was gehört zu den dreidimensionalen Gitterbaufehlern?
-alle absichtlichen oder unbeabsichtigten räumlichen Störungen
->Riss, Poren, Einschlüsse (unbeabsichtigt, z.B Gießprozess)
->Ausscheidungen (erwünschte Anteile zweiter Phasen)
Was versteht man unter Gefüge?
-Art, Anzahl, Ausrichtung und Anordnung von Gitterbaufehlern-> 4 As
Was sind Aussagen über das Gefüge?
-,,polykristallin - einkristallin“, ,,einphasig - mehrphasig“ oder ,,grobkörnig - feinkörnig“
Mit welchen Fragen beschäftigen sich Materialwissenschaften
-Wie sind Materialeigenschaften & Gefüge gekoppelt?
-Wie lassen sich Gefüge gezielt einstellen & ändern?
-Wie ändern sich Gefüge unter vorgegebenen Umständen?
Was wird von der chemischen Zusammensetzung bestimmt?
-Basis der Eigenschaften eines Werkstoffs
Wodurch können Eigenschaften signifikant verändert werden?
-durch Struktur & Gefüge
Was ist ein Merksatz über das Gefüge?
-Je metastabiler das Gefüge desto leistungsfähiger der Werkstoff
Was sind Probate Mittel zum Einstellen metastabiler Gefüge?
-Abschrecken
-explosionsartiger Lösungsmittelentzug
