Werkstoffkunde 1, Aufbau der Werkstoffe
Fragen zum Buch Kapitel 2
Fragen zum Buch Kapitel 2
Kartei Details
| Karten | 23 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Chemie |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 23.04.2014 / 29.09.2015 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/werkstoffkunde_1_aufbau_der_werkstoffe
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Nennen und beschreiben Sie die drei unterschiedlichen Arten von "starken" chemischen Verbindungen.
- Ionenbindung: Elektronenübergang, elektrostatische Anziehung von Kationen und Anionen.
- Kovalente Bindung: Bindung durch gemeinsame Elektronenpaare
- Metallische Bindung: Atome geben Außenelektronen an gemeinsamen Elektronenpool (Elektronengas) ab. Elektrostatische Anziehung zwischne positiv galadenen Atomrümpfen und frei beweglichen Elektronen.
Erklären Sie den Zusammenhang zwischen der metallischen Bindung und dem Aufbau der Elektronenhülle von metallischen Elementen.
Metallische Elemente haben wenige Elektronen auf der äußersten Schale. Die Edelgaskonfiguration wird durch Abgabe von Elektronen erreicht. Wenn Bindungspartner mit Elektronenmangel zur Verfügung stehen, entsteht eine Ionenbindung durch Elektronenübergang.
Ohne einen solchen Bindungspartner:
--> Abgabe der Elektronen an gemeinsamen Elektronenpool, d.h. metallische Bindung
Was versteht man unter einem Gleichgewichtsabstand zwischen Atomen? Wie kommt der Gleichgewichtsabstand zustande?
Gleichgewichtsabstand = definierter Abstand, den zwei Atome in einer idealen Atomanordnung (Gitterstruktur) ohne Wirken äußerer Kräfte einnehmen. Der Gleichgewichtsabstand kommt durch die Überlagerung anziehender und abstoßender Kraftkomponente zustande. Diese Kraftkomponenten lassen sich durch unterschiedliche Funktionen beschrieben. Dort, wo beide Komponenten sich aufheben (Summe = 0) liegt die Ruheposition, d.h. der Gleichgewichtsabstand der Atome.
Skizzieren Sie die Atomanordnung in einer dichtestgepackten Ebene.
siehe Skizze
Was versteht man unter einer dichtestgepackten Struktur?
Räumliche Anordnung von Atomen mit höchstmöglicher Packungsdichte: Jedes Atom berührt 12 andere Atome.
Kfz und hdp sind dichtestgepackt.
Was versteht man unter einer Elementarzelle?
Die Elementarzelle ist die kleinste Einheit, durch die sich eine Kristallgitterstruktur darstellen lässt.
Definieren Sie den Begriff Kristallgitterstruktur.
Die Kristallgitterstruktur beschriebt die Art und Weise, wie die Atome in einem Festkörper regelmäßig angeordnet sind (Abstände und Richtungen).
Nennen Sie die drei wichtigsten Kristallgitterstrukturen von Metallen. Welche dieser Strukturen sind dichtestgepackt?
- Kubisch raumzentriert (krz)
- kubisch flächenzentriert (kfz)
- hexagonal dichtestgepackt (hdp)
kfz und hdp sind dichtestgepackt
Was versteht man unter einem polymorphen Metall?
Ein polymorphes Metall wechselt bei einer bestimmten Temperatur seine Gitterstruktur, z.B. hat Eisen die Strukturen alpha-Eisen (krz) und gamma-Eisen (kfz).
Wieso sind Metalle elektrisch leitfähig?
Die Ladungsträger sind die freibeweglichen Elektronen des Elektronengases.
Nennen Sie je eine wesentliche Art von 0-, 1-, 2- und 3-dimensionalen Gitterdefekten.
0-dimensional: Fremdatome
1-dimensional: Versetzungen
2-dimensional: Korngrenzen
3-dimensional: Auscheidungsteilchen
Was versteht man unter Subtitutionsatomen, was unter interstitiellen Atomen?
Substitutionsatome = Fremdatome auf regulären Gitterplätzen
Interstitielle Atome = Fremdatome in Gitterlücken
Wie verändern Fremdatome die Struktur des umgebenden Matrixgitters?
Wegen des Größenunterschiedes kommt es zu Verzerrungen der Gitterebenen um das Fremdatom herum.
Was versteht man unter Kristalliten oder Körnern?
Ein Kristallit (Korn) ist ein zusammenhängender Bereich mit einheitlicher Orientierung der Kristallgitterstruktur. Kristallite sind von benachbarten Kristalliten durch Korngrenzen getrennt.
Was versteht man unter einer Textur?
Textur = Ausrichtung der Orientierung benachbarter Kristallite in eine Vorzugsrichtung
Was versteht man unter dem Gefüge eines Werkstoffes? WIe kann man das Gefüge sichtbar machen?
Gefüge = innerer Aufbau eines Werkstoffes mit der Gesamtheit der Abweichungen vom idealen Gitteraufbau (Gitterdefekte), z.B. Korngrenzen, Versetzungen usw.
Gibt es volumenhafte Gitterdefekte, die im Werkstoff nützlich sein können?
Festigkeitssteigerung durch sehr kleine volumenhafte Partikel: Ausscheidungsteilchen und Dispersoide
Wie führt man eine thermische Analyse durch?
Präzise Messung des Temperatur-Zeit-Verlaufs beim Aufheizen oder Abkühlen einer Substanz. Jede Phasenumwandlung ist mit einer Enthalpieänderung verbunden, so dass Unregelmäßigkeiten in der Kurve auftreten (Haltezeiten oder Knickpunkte). Daraus Bestimmung der Umwandlungstemperaturen.
Skizzieren Sie schematisch die Aufheiz- und Abkühlkurve eines reinen Metalls beim Überschreiten der Schmelztemperatur?
siehe Skizze
Erklären Sie den Mechanismus bei der Erstarrung eines Metalls.
Wenn beim Abkühlen die Schmelztemperatur erreicht wird, bilden sich zunächst Keime (kleine Bereiche fester Phase mit regelmäßiger Anordnung der Atome in einer Kristallgitterstruktur). Die Keimbildung kann endogen (im Volumen verteilt) oder exogen (von der Wand her) erfolgen. Im weiteren Verlauf der Erstarrung wachsen diese Keime durch definierte Anlagerung von Atomen zu Körnern, bis die komplette Schmelze aufgezehrt ist.
Welche Bedingungen führen bei der Erstarrung zu grobkörnigen, welche zu feinkörnigen Gefügen?
Die Korngröße wird durch die Keimzahl bestimmt. Bei einer geringen Keimzahl sind die Gefüge grobkörnig (reine Metalle, homogene Keimbildung, langsame Abkühlung). Bei einer hohen Keimzahl sind die Gefüge feinkörnig (Fremdkeime, z.B. durch Verunreinigungen in der Schmelze oder durch Impfen, heterogene Keimbildung, rasche Abkühlung mit Unterkühlung).
Welche Maßnahmen können Sie ergreifen, um beim Gießen feinkörnigere Gefüge zu erhalten?
Die Keimzahl muss möglichst hoch sein: Zugabe von Kornfeinungsmitteln zur heterogenen Keimbildung, rasche Abkühlung.
Was versteht man unter der Unterkühlung einer Schmelze?
Bei rascher Abkühlung wird die Schmelze unter die Gleichgewichts-Erstarrungstemperatur unterkühlt, d.h. der Erstarrungsprozess setzt erst bei Temperaturen unter der Gleichgewichts-Erstarrungstemperatur ein. Die Temperaturdifferenz wird als Unterkühlung bezeichnet.
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