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Werkstoffkunde 2 > Keramik: Atomarer Aufbau und Grundeigenschaften > Flashcards

Keramik: Atomarer Aufbau und Grundeigenschaften Flashcards

1
Q

Welche Bindung haben Metalle? + zeichne diese

A

Metallische Bindung:

  • max 3 Elektronen auf Valenzschalen
  • gemeinsames Elekronengas wird gebildet
  • positiv geladenes Kationgitter bleibt zurück
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2
Q

Welche Bindungen haben Keramiken? und welche ist schwächer?

A
  • ionische Bindungen
  • kovalente Bindungen
  • Mischbindungen:
  • metallisch –> Carbide
  • ionisch –> Oxidkeramiken
  • kovalent –> Oxidkeramiken

→ metallische Bindung ist schwächer als ionisch + kovalente

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3
Q

Welche Bindungen besitzen Kunststoffe?

A
  • Kovalente Bindungen
  • Van-der-Waals-Bindungen
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4
Q

Beschrifte die Abbildung

A
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5
Q

Welche Eigenschaften von Keramiken hängen mit der Bindungsstärke zusammen?

A
  • Schmelzpunkt –> je höher die Bindung, desto höher (kovalent sehr hoch)
  • E-Modul
  • Härte
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6
Q

Formel Ionischer Bindungsanteil

A

delta X = Differenz Elektronegativität

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7
Q

Beschrifte die Abbildung

A
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8
Q

Oxidkeramiken:

Bindungstyp, Eigenschaften und Beispiel

A
  • ionische Bindung >60%
  • Festigkeitsabnahme bei hohen Temperaturen
  • Beständigkeit in oxidischer Atomsphäre
  • Bsp: Al2O3, Al2TiO, SiO2
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9
Q

Nicht-Oxidkeramiken

Bindungstyp, Eigenschaft, Beispiele

A
  • ionische Bindung <20- 40% (Nitride)
  • ionische Bindung <5- 25% (Karbide)
  • hohe chemische und thermische Stabilität
  • hohe Festigkeit und Härte
  • geringe Dukilität

SiC, B4C, Si3N4 , BN, AlN

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10
Q

Formel Atomabstand und Koordinationszahl und was ist dieser?

A

Atomabstand ~ ra + rb (1. Pauling’sche Regel)

Koordinationszahl ~ ra / rb

→ Koordinationszahl ist die Anzahl der nächsten Nachbaratomen

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11
Q

Zirkonoxid

(Gitterstruktur + Eigenschaften)

A
  • Fluoridstruktur
  • Kationsgitter: kfz
  • Anionengitter: kp
  • Koordinationszahl (Kationen bzgl. Anionen): 8
  • Besetzung der Oktaederlücken: 50%
  • Stabilitätsbereich: 2370-2690 Grad
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12
Q

Alpha-Aluminiumoxid

(Gitterstruktur + Eigenschaften)

A
  • Korundstruktur (Alpha-Al2O3)
  • Anionengitter: hex
  • Kationengitter: trigonal
  • Leerstellengitter: trigonal
  • Koordinationszahl: 6
  • Besetzung der Oktaederlücken: 67%
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13
Q

Wann geht die Stabilität einer Keramik verlaufen in Bezug auf Anion und Kationen?

A

–> wenn das Kation keine Anionen mehr berührt

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14
Q

Alpha-SiliziumKarbis (Eigenschaften + Aufbau)

A

–> Alpha- SiC mit Wurzitstruktur

  • überwiegend kovalent (hohe Festigkeit)
  • Si Untergitter : hex
  • Einlagerungen von C in die Tetraederlücken des Si-Gitters
  • Einlagerung von Si in die Tetraederlücken des C-Gitters
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15
Q

Beta-SiliziumKarbis (Eigenschaften + Aufbau)

A

Beta-SiC mit Zinkblendestruktur

  • überwiegend kovalente Bindung
  • Si-Untergitter: kfz
  • Einlagerungen von C in die Tetraederlücken
  • Einlagerung von Si in die Tetraederlücken des C-Gitters
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16
Q

Alpha und Beta Siliziumnitrid Unterschiede

A
  1. Gitterabstand in Richtung der kristallographischen Ebene ist bei Alpha-Siliziumnitrid doppelt so groß
  2. Bei der alpha-struktur gibt es keine keine hexagonale Kanäle, wodurch Diffusion von Fremdatomen erschwert wird
17
Q

Alpha/Beta SiliziumNitrid (Aufbau + Eigenschaften)

A
  • hexagonal Alpha/Beta Si3N4
  • 3D Netzwerk –> SiN4 Tetraeder
  • kovalente Bindung

Unterschied: Abstand der 0001-Ebene in <0001> Richtung bei Alpha doppelt so groß wie bei Beta

–> Beta Si3N4 hat höheren Diffsionskoeffzienten

18
Q

Bohrnitrid (Aufbau + Eigenschaften)

A
  • BN
  • hexagonale Kristallstruktur
  • kovalente Bindung in den Schichten
  • Van-der-Waals Bindung zwischen den Schichten
  • -> schwache Bindung senkrecht zu Schichten

–> starkte anisotrope Eigenschaften

19
Q

Was ist Polymorphie + Beispiel am Zirkonoxid

+ was für Stabilitsatoren nutzt man und wofür?

A

→ kritstalline Werkstoff, die bei gleicher chemischer Zusammensetzung verschiedene Strukturen aufweisen

ZrO2:
- liegt in kubischer, tetragonaler und monokliner Form vor
- Stabilitsatoren (Oxide: CaO, MgO und seltene Erden: Y2O3)
→ einher geht eine 3-5% Volumenexpansion und Formänderung, wodurch eine Rissausbreitung verhindert/vermindert werden kann

20
Q

Versetzungen und Gleitsysteme bei kovalenten und ionischen Bindungen

A

kovalente Bindungen:

  • hohe Aktivierungsenergie für Versetzungen benötigt
  • keine plastische Verformung

ionische Bindung:

  • Gleitsystem zwischen Anionen und Kationen
  • nur Stufenversetzungen auf Doppelebenen möglich

–> wenige Gleitsysteme (meist weniger als 5, somit Bedinung für plastische Verformung nicht erfüllt)

-nur bei hoher Temperatur möglich

21
Q

Herleitung warum es keine selten plastische Verformung bei Keramiken gibt

A
  • Bruch setzt bei niedrigen Temperaturen vor Plastizität ein
  • -> erst ab Temperaturen über 1000 Grad möglich

–> es gilt σk > σreal

–> Grund für spröden Charakter bei Zugbeanspruchung

–> plastische Verformung nur bei Druckbeanspruchung möglich

22
Q

Formeln:

  • theoretische Zugfestigkeit
  • reale Zerreißfestigkeit
  • kritische Schubspannung
A
23
Q

Formel thermischer Ausdehnungskoeffizient + Beispiele einer Werkstoffe und Abhängigkeiten

A
  • bei ionischen Oxiden größer, bei kovalenten Nicht-Oxiden kleiner
  • ist Richtungsabhängig
24
Q

Formel Wärmeleitfähigkeit

A
25
Q

Wie hängen Wärme- und Elektrische Leitfähigkeit von der Temperatur ab?

A
  • Wärmeleitfähigkeit nimmt mit zunemender Temperatur ab
  • Elektrische Leitfähigkeit nimmt mit zunehmener Temperatur zu
26
Q

Beschrifte die Abbildung

A
27
Q

Wie entstehen nicht kristalline Keramiken (Gläser)?

A

-Abkühlprozess wird sehr schnell vollzogen

–> keine vollständige Keimbildungs- und Keimwachstumsphase möglich.

28
Q

Welche Sorten von Gläsern gibt es?

A
  • Kieselgläser
  • Alklai-Erdalkali-Silikatgläser
  • Borosilikatgläser
  • Alumosilikatgläser
  • Bleisilikatgläser
29
Q

Wie hängt die Visoksität von Gläsern mit der Temperatur zusammen?

A

–> je höher die Temperatur, desto höher die Viskosität

30
Q

Wie werden Glaskeramiken hergestellt und was ist ihr Vorteil

A
  1. Glas erzeugen
  2. Formgebung

2-3 Abschrecken auf RT

  1. Keimbildung bei erhöhter Temperatur
  2. Kristallisation bei konstanter Temperatur

(4* Abkühlen)

Vorteil –> einfache Herstellung eines Glases, jedoch mit Eigenschaften von kristallinen Keramiken

31
Q

Liste den Anteil ionischer Bindungen von den folgenden Werkstoffen auf:

Al2O3

ZrO2

Si3N4

AlN

SiC

B4C

A
32
Q

Wann gilt eine Ionenverbindung als instabil und wann als stabil?

A

stabil: Anionen berühren die Kationen
instabil: Anionen haben keinen Kontakt zu den Kationen

Werkstoffkunde 2 (14 decks)

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