Keramik - 02 Atomarer Aufbau und Grundeigenschaften

Question 1

Bindungsarten - metallische Bindung

Answer 1

• maximal 3 Elektronen auf den Valenzschalen
• Positives Kathionengitter bleibt zurück
• auch bei Keramiken zu finden

Question 2

Bindungsarten - kovalente bindung

Answer 2

• Edelgaskonfiguration angestrebt
• auch bei Keramiken zu finden, viel bei Kunststoffen
• meist zwischen zwei nicht-metallischen Atomen
• gerichtete Bindung -> Ganz bestimmte Ordnung um Raum

Question 3

Typische Keramik Bindungen

Answer 3

Mischbindung
-metallisch (hauptsächlich Karbide)
-ionisch
-kovalent
(Bindung aufsteigend von schwach bis stark -> kovalent ist stark -> Diamant rein kovalent)
-> Kovalente Bindung steigt mit abnehmendem Atomradius

Question 4

Eigenschaften, die mit der Bindungsstärke skalieren

Answer 4

• Schmelzpunkt
• E-Modul
• Härte

Question 5

Elektronegativität

Answer 5

Fähigkeit eines Atoms in Bindung, Elektronen des zweiten beteiligten Atoms anzuziehen

Question 6

Oxidkeramiken

Answer 6

• ionische Bindung >60%
• Festigkeitsabnahme bei hohen Temperaturen
• Beständig in oxidischer Atmosphäre

Question 7

Nichtoxidkeramiken

Answer 7

• ionische Bindung <40% (Nitrite) bzw. <25% (Karbide)
• hohe chemische und thermische Stabilität
• hohe Festigkeit und Härte
• geringe Duktilität (auch bei hoher Temperatur)

Question 8

Gitterparameter

Answer 8

Abstand der Atome im Gitter (ca. Summe der beiden Atomradien)

Question 9

Gitterbaufahler (Dimension: 0)

• Defektart
• Gitterfehler (Bsp.)

Answer 9

• Defektart: punktförmig

- Gitterfehler: Fremdatome

Question 10

Gitterbaufahler (Dimension: 1)

• Defektart
• Gitterfehler (Bsp.)

Answer 10

• Defektart: linienförmig

- Gitterfehler: Versetzungen

Question 11

Gitterbaufahler (Dimension: 2)

• Defektart
• Gitterfehler (Bsp.)

Answer 11

• Defektart: flächig

- Gitterfehler: Korngrenzen

Question 12

Gitterbaufahler (Dimension: 3)

• Defektart
• Gitterfehler (Bsp.)

Answer 12

• Defektart: räumlich

- Gitterfehler: Ausscheidungen

Question 13

Kovalente Bindung

Answer 13

• hohe Aktivierungsenergie für Versetzungsbewegung

- keine plastische Verformung

Question 14

Ionische Bindung

Answer 14

• Stufenversetzung ist Doppelebene
• wenige Gleitsysteme
• plastische Verformung bei hoher Temperatur

Question 15

theoretische Zerreißfestigkeit von Keramik

Answer 15

ca. 1/10 des E-Mdouls

Question 16

reale Zerreißfestigkeit polykristalliner Keramik

Answer 16

ca. zwischen 1/100 und 1/1000 des E-Moduls

Question 17

Kritische Schubspannung keramischer Werkstoffe

Answer 17

ca. 1/30 des Schubmoduls (G)

Question 18

Kritische Normalspannung bei der plastische Verformung einsetzt

Answer 18

ca. 1/30 des E-Moduls

Question 19

Anzahl unabhängiger Gleitsysteme

Answer 19

meist <5

Question 20

Formel Thermische Dehnung

Answer 20

thermische Dehnung = Ausdehnungskoeff. (alpha) * delta T

Question 21

Phononen

Answer 21

Angeregte Gitterschwingungen (ermöglichen Wärmeleitung in Keramiken)

Question 22

Glassorten: Kieselgläser

Answer 22

• niedriger thermischer Ausdehnungskoeffizient
• gute Temperatur-Wechselbeständigkeit
• sehr gute chemische Beständigkeit

Question 23

Glassorten: Alkali-Erdalkali-Silikatgläser

Answer 23

• relativ geringe chemische Beständigkeit
• empfindlich gegenüber schroffen Temperaturwechseln
• kostengünstige Rohstoffe
• gute Schmelzbarkeit

Question 24

Glassorten: Borosilikatgläser

Answer 24

• hochwertige chemisch-technisch Gläser
• niedrige Wärmeausdehnung
• gute Temperatur-Wechselbeständigkeit

Question 25

Glassorten: Alumosilikatgläser

Answer 25

- hohe Glasbildungstemperatur | - Anwendung für Lampengläser

Question 26

Glassorten: Bleisilikatgläser

Answer 26

- sehr niedrige Schmelztemperatur - gute elektrische Isolaltionseigenschaften - hohe Dichte -> großer Brechungsindex - Anwendung als optische Gläser

Question 27

Konstiutivgesetze für Gläser

Answer 27

- niedrige Temperaturen: Hooke'sches Gesetz | - hohe Temperaturen: Newton'sches Fluid

Question 28

Herstellprozess von Glaskeramiken

Answer 28

1. Glasschmelze (Keimbildner sind im geschmolzenen Glas gelöst) 2. Formgebung (Herstellung der glasigen Artikel) 3. Keimbildung 4. Kristallisation