Orga Werkstofftechnik

1. Orga Werkstofftechnik Prof. Dr. Remo Ianniello, gesprochen: „Jan Yellow“ e-mail: ianniello@arcor.de / 0151-5000.96.50 Lernhilfen: Internet: www.karteikarte.com App: Flashcards To Go Diese Folien: www.rfh-koeln.de.gg Prof. Dr. Remo Ianniello

2. Bindungsarten Prof. Dr. Remo Ianniello

3. Bindungsarten Prof. Dr. Remo Ianniello

4. Bindungsarten Prof. Dr. Remo Ianniello

5. Bindungsarten Elektronengas-Modell Die Metallatome geben Ihre Valenzelektronen in den Zwischenraum ab. Daraus folgt: - Keine Vorzugsrichtung in der Bindung, - Metallkristalle sind sehr dicht gepackt, - Metalle haben eine gute elektrische Leitfähigkeit Prof. Dr. Remo Ianniello

6. Bindungsarten Prof. Dr. Remo Ianniello

7. Fragen • Bei keramischen Werkstoffen liegt in der Regel eine • metallische Bindung • kovalente Bindung • Ionenbindung • Mischform von ionischer und kovalenter Bindung vor. Die starken Bindungskräfte keramischer Materialien kommen in den hohen a) E-Moduli- und Härtewerten, b) Schmelzpunkten, c) Wärmedehnung und d) chemischen Resistenz dieser Werkstoffe zum Ausdruck. Organische Polymere sind aus Molekülketten aufgebaut, die sich bei Raumtemperatur entweder ungeordnet verknäult oder in regelmäßiger Anordnung zusammengelagert haben. Zwischen den Makromolekülen chemisch nicht vernetzter Kunststoffe wirken ausschließlich … a) kovalente Bindungen, b) van der Waal´sche Kräfte, c) Ionenbindungen. Prof. Dr. Remo Ianniello

8. Prof. Dr. Remo Ianniello amorph / kristallin Einkristall: Kaliumpermanganat, KMnO4 Amorpher Feststoff: Bernstein, C10H16O

9. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitter der Metalle

10. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitter-Bezeichnungen

11. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitter-Bezeichnungen gonia = Ecke → hexagonal = … sechs-Eck klinein = sich beugen → monoklin = … (nur) einer der drei Winkel ist geneigt. 4-eckiges 6-eckiges 3-eckiges 1-winkliges 3-winkliges System

12. Prof. Dr. Remo Ianniello wichtige Gittertypen

13. Prof. Dr. Remo Ianniello Besetzungszahl

14. Prof. Dr. Remo Ianniello Packungsdichte Berechnen Sie die Packungsdichteder kubisch primitiven Elementarzelle in %

15. Prof. Dr. Remo Ianniello Packungsdichte krz-Gitter Berechnen Sie die Packungsdichteder kubisch raumzentrierten Elementarzelle in %

16. Prof. Dr. Remo Ianniello Packungsdichte kfz-Gitter Berechnen Sie die Packungsdichteder kubisch flächenzentrierten Elementarzelle in %

17. Prof. Dr. Remo Ianniello Koordinationszahl

18. Prof. Dr. Remo Ianniello

19. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitter im PSE Merkbrücken: Chrysler (USA) VW (D) AlfaRomeo u. Ferrari (I) Tata (Indien) Edelmetalle, weiche Metalle

20. Prof. Dr. Remo Ianniello Hexagonal dichteste Kugelpackung

21. Prof. Dr. Remo Ianniello Gleitebenen ? ? ?

22. Prof. Dr. Remo Ianniello Fragen • Wie nennt man … • einen ungeordnete Zusammenstellung von Atomen/Molekülen? amorph • die kleinste Einheit, die durch Replikation einen Kristall bildet? Elementarzelle • einen Kubus, der auf zwar auf der Grundfläche viereckig ist, aber verschieden lange Kanten a, b und c hat? rhombisches System • einen Kubus, bei dem nur eine Kante schief ist? monoklines System • die Anzahl an Atomen, die in eine Elementarzelle passen? Besetzungszahl Dz • die Raumerfüllung einer Elementarzelle in Prozent ? Packungsdichte • das Gitter, bei dem die Koordinationszahl am größten ist? hdp-Gitter • Welche Metalle kristallisieren in krz-Gittern? Cr, Mo, V, W, α-Fe, Ta • Welche Metalle kristallisieren in kfz-Gittern? Al, Au, Ag, Cu, Pb, γ-Fe • Wie viele Gleitebenen haben krz-Gitter? sechs

23. Prof. Dr. Remo Ianniello Beispiel: Flüssigkeit Beispiel: Holz Isotropie • gr.: isos = gleich • gr.: tropos = Richtung • isotropie = in alle Richtungen gleiche Eigenschaften besitzend

24. Prof. Dr. Remo Ianniello Gefüge, Quasi-Isotropie

25. Prof. Dr. Remo Ianniello Isotropie • gr.: isos = gleich • gr.: tropos = Richtung • isotropie = in alle Richtungen gleiche Eigenschaften besitzend Welche Werkstoffe in welche Spalte? anisotrop isotrop quasi-isotrop Einkristalle Flüssigkeiten Flüssigkristalle Gase Gläser polykristalline Festkörper

26. Prof. Dr. Remo Ianniello Textur Die Gesamtheit aller Orientierungen der Gefügekörner bezeichnet man als Textur. In der Technik beschränkt sich der Begriff „Textur“ auf die Fälle, in denen die Körner gleichartig orientiert sind.

27. Prof. Dr. Remo Ianniello Allotropie, Polymorphie

28. Prof. Dr. Remo Ianniello Dilatometrie

29. Prof. Dr. Remo Ianniello Fragen Gitterfehler Gitterfehler Gitterfehler Fragen • Was versteht man unter … • Isotropie Die Richtungsunabhängigkeit der Werkstoff-Eigenschaften • Quasi-Isotropie Eine Isotropie, die sich aus dem statistischen Mittelwert der anisotropen Kristalle ergibt. Die anisotropen Kristalle sind räumlich verschieden orientiert und ergeben in ihrer Gesamtheit ein isotropisches Verhalten. • Elementarzelle Kleinste Volumeneinheit des Raumgittersmit allen Symmetriemerkmalen des Kristallgitters. • Gefüge Verband von Kristallen • Allotropie Umkristallisation bei bestimmten Temperaturen • Polymorphie s. Allotropie

30. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler • Die bisher beschriebene Kristallstruktur und Gittertypen zeigen die Beschaffenheit eines fehlerfreien Kristalls, einen sogenannten Idealkristall. • In der realen Welt der Werkstofftechnik weisen jedoch alle kristallinen Werkstoffe unterschiedliche Fehler auf, die als Gitterfehler bezeichnet werden. • Ohne die Fähigkeit eines Metalls Fehler in der Struktur zu besitzen, hätten Metalle auch nicht die uns bekannten (und vorteilhaften) Eigenschaften wie zum Beispiel ihre plastische Verformbarkeit oder Legierbarkeit.

31. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler

32. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler, 0D Merkhilfe: Schottky-Defekt → Schotte → sparsam → ein Atom weniger

33. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler, 0D Die Punktdefekte erzeugen Verzerrungen im Gitter. Die Verzerrungen hemmen das Gleiten von Netzebenen. Diese Hemmung steigert die Festigkeit. Die Festigkeitssteigerung heißt auch „Verfestigung“.

34. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler, 0D

35. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler, 1D

36. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler, 1D

37. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler • Welche Gitterfehler können Sie hier entdecken? • Schottky-Defekt (Leerstelle) • Zwischengitter-Atom (interstitielles Atom) • Fremdatom auf reglärem Gitterplatz (Substitutions-Atom)

38. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler, 2D Kristalline Werkstoffe bestehen aus einem Verband vieler Kristallite, sog. „Körner“. Die Orientierung der Körner ist statistisch verteilt. Gefüge einer AluminiumOxid-Schneidkeramik. Mittlere Korngröße: 0,56 µm. Quelle: Fraunhofer IKTS

39. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler, 2D

40. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler, 3D

41. Prof. Dr. Remo Ianniello Gitterfehler 3) Was heißt „polykristallin“ ? Viel-Kristall, also ein Werkstoff mit einem Gefüge aus mehrern Körnern.

42. Prof. Dr. Remo Ianniello Definition einer Phase

43. Prof. Dr. Remo Ianniello Phasenumwandlung

44. Prof. Dr. Remo Ianniello Phasenumwandlung

45. Prof. Dr. Remo Ianniello Kristallsorten Misch-Kristalle (MK) Komponenten sind in festem Zustand unlöslich. Sie bilden separate Körner. Komponenten sind auch in festem Zustand ineinander löslich

46. Prof. Dr. Remo Ianniello Legierungen

47. Prof. Dr. Remo Ianniello Phasendiagramm

48. Prof. Dr. Remo Ianniello Phasendiagramm Zweistoff-Phasendiagramm Abszisse: prozentualen Massegehalte der Legierungspartner. Genz rechts liegen 0% bzw. 100% der Komponente A bzw.B vor. Beispiel-Punkt auf der Abszisse: 80% der Komponente A und (folglich) 20% der Komponente B.

49. Prof. Dr. Remo Ianniello Phasenumwandlung

50. Prof. Dr. Remo Ianniello Phasendiagramm Komponenten sind völlig löslich Beide Komponenten der Legierung sind hier im festen als auch im flüssigen Zustand voll löslich. Die reinen Metalle A bzw. B erstarren jeweils in einem Haltepunkt, also bei ihrer Schmelztemperatur. Die Legierungen der beiden Komponenten erstarren bei einer tieferen Temperatur: Es ergibt sich aber ein Temperaturbereich, in dem sowohl Kristalle als auch Schmelze vorliegen.