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Werkstoffkunde 2 > 02_Atomarer Aufbau und Grundeigenschaften > Flashcards

02_Atomarer Aufbau und Grundeigenschaften Flashcards

(60 cards)

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1
Q

Werkstoffgruppen und Bindungsarten Keramik

A

ionische / kovalente Bindung
Mischbindung: - metallisch
- ionisch
- kovalent

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2
Q

was erklärt sich aus der existenz eines gases frei beweglicher elektronen

A

die für metalle kennzeichnenden Eigenschaften wie hohe elektr. und therm. Leitfähigkeit, metallischer Glanz, hohe chem. Reaktivität …

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3
Q

wie entsteht eine ionische Bindung -> streben nach edelgaskonfiguration

A

Metallatome geben Elektronen ab und Nichtmetallatome nehmen Elektronen auf. Die so gebildeten positiven Kationen und die negativen Anionen ziehen sich elektrostatisch an und bilden Kationen und Anionengitter

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4
Q

we kann noch das streben nch edelgaskonfiguration erfüllt werden?

A

wenn elektronenpaare von 2 atomen geteilt werden. diese kovalente bindung ist auch möglich, wenn es zwischen den Atomen kein Unterschied in der Elektronegativität gibt

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5
Q

welchen Einfluss hat kovalente bindung auf keramikeigenschaften

A

wesentliche Grundeigenschaften
der Keramiken prägen. Mikrostrukturunempfindliche Werkstoffkenngrößen wie die Schmelztemperatur, der E-Modul und die Härte steigen proportional zur Stärke der chemischen Bindung an, während die chemische Beständigkeit und die thermische Ausdehnung eng mit ihr verknüpft sind (BSp. Diamant)
Stärke der bindung nimmt mit abnehmendem Atomabstand zu

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6
Q

organische polymere Anordnung bei raumtemp. möglichkeiten

A

lange makromoleküle, die sich bei Raumtemperatur entweder verknäuelt(Glas) oder in regelmäßigen Anordnung (als Kristall) zusammenlagern

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7
Q

was begründen die schwachen intermolekulären Bindungskräfte der Kunststoffe(Van der Waals’sche kräfte)

A

begründen die geringe Warmfestigkeit, den
niedrigen E-Modul, den hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, aber auch die
hervorragenden elastischen und plastischen Dehnungswerte dieser Werkstoffe.

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8
Q

wie erfogt der übergang von der ionischen bindung zur kovalenten Bindung

A

durch polarisation, d.h. durch eine Deformation der Elektronenhüllen der
Anionen durch die elektrischen Felder der Kationen

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9
Q

Deformationsänderung bei Anionen und Kationen

A

Anionen sind umso leichter deformierbar, je größer sie sind. Die polarisierende Wirkung der Kationen (Polarisation) steigt mit der Höhe ihrer Ladung und mit abnehmendem Kationenradius an.
In dem Maße wie die
Deformation der Elektronenhüllen ansteigt, nimmt auch der Anteil der kovalenten Bindung zu.

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10
Q

was bestimmt den anteil der ionischen Bindungen

A

die Ellektronegativität

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11
Q

elektronegativität def.

A

Unter der Elektronegativität χ versteht man die Fähigkeit in einer Verbindung
die Elektronen an sich zu ziehen

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12
Q

ionischer bindungsanteil formel

A

Ionischer Bindungsanteil = 1 − e^(-0,25 *(delta_lambda)^2)

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13
Q

in was unterscheidet man bei den ingenieurkeramischen Werkstoffen

A

Oxidkeramiken und Nichtoxidkeramiken.

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14
Q

was umfassen Oxidkeramiken

A

Einzeloxide
komplexe oxide
Mischoxide

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15
Q

Eigenschaften Oxidkeramische Werkstoffe

A

Sie zeigen aufgrund ihrer thermisch aktivierbaren Ionenbeweglichkeit bessere Sintereigenschaften,
- aber häufig auch stärkere Festigkeitsabnahmen bei hohen Temperaturen.
- ionische Bindung > 60 %
- beständig in oxidischer Atmosphäre

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16
Q

was umfassen Nichtoxidkeramiken

A

Karbide, Nitride, Boride, Silzide von Metallen und Halbmetallen
- ionische bindung < 40% (nitride), <25% (Karbide)
- hohe chemische und thermische stabilität
- hohe festigkeit und härte
- geringe Duktilität
- geringe Ionenleitfähigkeit

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17
Q

technische wichtigsten keramischen Nitride, Karbide anteil ionische bindungen

A

nitride 20-40%
Karbide 5-25%

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18
Q

was begründen die hohe chemische und thermische Stabilität, die hohe Festigkeit und Härte, aber auch die begrenzte Duktilität

A

Der hohe kovalente Bindungsanteil und der geringe Atomabstand

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19
Q

wie wird der Aufbau eines Gitters aus ionen bestimmt

A

durch die elektrostatischen Wechselwirkungskräfte zwischen den Ionen, durch die Forderung nach Elektroneutralität und durch die Größenverhältnisse der Ionen bestimmt

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20
Q

Was versteht man unter der Koordinationszahl bei kristallinen nicht kovalent gebundenen Stoffen

A

Die Zahl der nächsten Nachbaratome bzw. Ionen

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21
Q

Formel Atomabstand zwischen Kationen und Anionen

A

r_a + r_b

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22
Q

Formel Koordinationszahl der ionenkristalle A und B

A

r_a / r_b

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23
Q

wann ist eine Ionenstruktur AB stabil bzw instabil

A

stabil: wenn Anionen die KAtionen berühren

instabil: wenn Kationen keinen Kontakt mehr zu Anionen haben und sich nur noch die Anionen berühren

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24
Q

Tetraeder, Oktaeder und Würfel : KZ

A

Tetraeder: 4
Oktaeder: 6
Würfel: 8

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25
Was ist für die KZ bei Kristallen mit kovalenten bindungen entscheidend
Zahl der Atome, die mit dem benachbarten Atom ein gemeinsames Elektronenpaar besitzen
26
Bravais gitter Def.
Kristallgitter werden in sieben Kristallsysteme mit 14 Untergittern eingeteilt, die sogenannten Bravais Gitter
27
polymorph def.
Kristalline Stoffe, die bei gleicher chemischer Zusammensetzung verschiedene Struktur formen besitzen
28
Gitterstruktur von hexagonalen BN
Kristallstruktur: hexagonal - überwiegend kovalente Bindung in den Schichten - Vand der Waalsche Bindung zwischen den Schichten - starke Anisotropie der eigenschaften
29
Polymorphie des Zirkoniumoxid ZrO_2
in abnehmender Temp. in kubischer, tetragonaler und monokliner Modifikation
30
wie verhalten sich keramische werkstoffe bei niedrigen temperaturen und ab wann ändert sich es
bis 1000 grad ideal elastisch und ab 1000 grad in einzelfällen viskoelastisches bzw. plastisches verhalten
31
was hat die größere komplexität der kristallstrukturen bei kermischen werkstoffen zur Folge
längere Burgersvektoren, höhere Linienenergie und somit zu einer geringeren Versetzungsdicjte sowie einer geringeren Anzahl an Gleitsystemen. Zudem sind die Versetzungen nur sehr schwer zu bewegen
32
Versetzungen und Gleitsysteme bei Kovalent- Ionenkristallen
Kovalent: - hohe Aktivierungsenergie für Versetzungsbewegung - keine plastische verformung Ionische Bindung: - Stufenversetzung ist Doppelebene - wenige Gleitsysteme - plast. Verformung bei hoher Temperatur
33
theoretische Zerreißfestigkeit von Keramik formel
sigma_th = E / 10
34
reale Zerreißfestigkeit polykristalliner Keramik formel
sigma_real = E / 1000 bis E / 100
35
kritische Schubspannung kermik formel
tau_k = G / 30
35
worauf ist das sprödelastische Verhalten keramischer Werkstoffe zurückzuführen
auf den fehlenden Abbau innerer und äußerer Spannungen durch Versetzngsbewegung
36
was hat die fehlende Versetzungsbeweglichkeit bei tiefen Temperaturen zur Folge
führt zur starken Spannungserhöhungen an Gefügefehlern sowie zu einer Versetzungsanhäufung und RIssbildung
37
thermische Ausdehnung formel
€_th = alpha * deltaT
38
Problem mit thermischen Dehnungen
bewirken relativ hohe mechanische Spannungen und führen zum Bauteilversagen durch Bruch. Die thermische Ausdehnung ist umgekehrt proportional zur Bindungsenergie
39
Wärmefluss gleichung
= - lambda * dT / dx
40
Glasübergangstemperatur def.
Die Temperatur, bei der die Schmelze ins Glas übergeht wird als Glasübergangstemperatur T_g, bei anorganischen Gläsern auch als Transformationstemperatur bezeichnet. Diese ist grundsätzlich von der Abkühlgeschwindigkeit abhängig und wird typischerweise über die Viskosität definiert.
41
Glas def.
ist definiert als anorganisches Schmelzprodukt, das beim Abkühlen aus der Schmelze im Wesentlichen ohne Kristallisation erstarrt ist. Thermodynamisch gesehen ist Glas eine eingefrorene, unterkühlte Schmelze
42
Glasbildner bzw. Netzwerkbildner Def.
Stoffe, die beim Abkühlen aus der Schmelze nicht zu Kristallen erstarren, sondern in den glasigen Zustand übergehen
43
Netzwerkwandler (Oxide) Aufaben
Netzwerkwandler erzeugen Trennstellen zwischen den benachbarten Netzwerkbildnern, die eine beträchtliche Erniedrigung der Viskosität der Glas schmelze zur Folge haben
44
Eigenschaften Kiselgläser
- Die Verarbeitung aufgrund hoher Verarbeitungstemperatur und hoher Reinheit der Rohstoffe eine Herausforderung dar. - niedrige therm. Ausdehnungskoeff. - gute TWB - sehr gute chemische beständigkeit
45
Alkali-Erdalkali-Silikatgläser def.
- relativ geringe chem. beständigkeit - empfindlich ggüb. schroffen temperaturwechseln - kostengünstige Rohstoffe - gute Schmelzbarkeit und Verarbeitbarkeit
46
Glaskeramiken def.
sind Werkstoffe, die durch gesteuerte Kristallisation aus geeigneten Gläsern oder Glasschmelzen entstanden sind. Sie vereinen die positiven Verarbeitungseigenschaften der Gläser (freie Formgebung) mit den vorteilhaften Gebrauchseigenschaften kontrolliert kristallisierter Keramiken.
47
Herstellungsprozess von Glaskeramik
1. Glasschmelze 2. Formgebung 3. Keimbildung 4. Kristallisation
48
Ionische Bindung Def.
- Anteil nimmt mit zunehmender Differenz der Elektronennegativität zu - Bindungskräfte sind ungerichtet - Ladungsaufteilung (Kation gibt Elektron ab an Anion -> Ionische Bindung)
49
Kovalente Bindung def
Kovalent = gemeinsam geteilt – Atome halten zusammen, weil sie Elektronen teilen, nicht tauschen. - Elektronen werde untereinander aufgeteilt - Gerichtete Bindung - Anteil nimmt mit abnehmenden Atomradius zu - Si_3N_4, SiC
50
Mischbindung BSP
Metallisch -> Carbide Ionisch -> Oxidkeramiken kovalent -> Oxidkeramiken
51
Es gilt sigma_k > sigma_real
- Grund für spröden charakter bei zugbeanspruchung - Plastische Verformung tritt nur bei Druckbeanspruchung auf
52
Nicht kristalline Keramiken
- Kieselgläser - Alkali Erdalkali Silikatgläser - Borosilikatgläser - Alumosilikatgläser - Bleisilikatgläser
53
Borosilikatgläser eigenschaften
- hochwertige chem. techn. gläser - niedrige Wärmeausdehnung - gute Temperatur Wechselbständigkeit
54
Alumosilikatgläser eigenschaften
- hohe Glasbildungstemperatur - Anwendung als Lampengläser
55
Bleisilikatgläser eigenschaften
- sehr niedrige schmeltemperatur - gute elektr. isolationseigenschaften - hohe dichte - anwendung als optische gläser
56
Wodurch wird der stabile koordinationspolyeder definiert? Wie kann die ungefähre Koordinationszahl in einem Ionenkristall bestimmt werden?
- Ionenradiusverhältnis von Kation zu Anion - Koordinationszahl = r_a / r_b es ist immer r_kation / r_anion und kation ist immer das element was am anfang steht
57
Ionischer Bindungsanteil Formel
= 1 - exp(-0,25*(delta_X)^2) delta_X ist die Elektronennegativitätsdifferenz x_A - x_B
58
theoretische dichte Formel
p_th = m_e / v_e mit: m_e = N * Mi / N_A v_e = a_o * b_0*c_0 * sin(ß)
59

Werkstoffkunde 2 (11 decks)

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