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1.) Definieren Sie den Begriff Werkstofftechnik und nennen Sie die Ziele der Werkstofftechnik. Werkstofftechnik ist der moderne Name für dieses Fachgebiet. Sie versteht ihre Aufgabe im Umsetzen der wissenschaftlichen Erkenntnisse in technischen Anwendungen. Z.B. bei der Erzeugung von Produkten, die sich auf Märkten behaupten können. Ziele: -

Entwicklung neuer Werkstoffe Optimierung von Herstellungsverfahren Bestehende Werkstoffeigenschaften verbessern

2.) Nennen Sie je drei Struktur- und Funktionswerkstoffe mit Produktbeispiel. -Kupfer Struktur Werkstoff für kabel oder heizungen -Eisen und Kobalt für Motoren (Magnetwerkstoffe) -Stähle Baustähle als Funktionswerkstoff

3.) In welchen Technikbereichen ist Werkstoffwissen von Bedeutung? Warum? Konstruktion, Fertigung, Qualitätsmanagement, Betriebsunterhaltung, Schadensfall, Regeneration, Recycling und Entsorgung. Um den Individuellen Handlungsablauf zu bestimmen und zu Optimieren.

4.) Nennen und erklären Sie Möglichkeiten zur Einteilung von Werkstoffen. Metalle: - Eisenbasiswerkstoffe, Stahl, Gusseisen -Nichteisenmetalle, Leichtmetalle, Schwermetalle Nichtmetalle: - Anorganische nichtmetallische Werkstoffe, Keramiken, Gläser, Mineralien -Organische Werkstoffe, Hölzer, Kunststoffe, Kautschuk Nichtmetalle und Metalle vereint = Verbundwerkstoffe: Stahlbeton, faserverstärkter Kunststoff, beschichtete Werkstoffe

5.) Was ist der Unterschied zwischen Stahl und Gusseisen? Der Hauptunterschied im Aufbau von Eisen und Stahl liegt im Kohlenstoffanteil der Legierung. Gusseisen hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt (niedriger als elementares Eisen), während Stahl bei weitaus höheren Temperaturen schmilzt.

6.) In welchem Verhältnis steht die Größe des Atomkerns zur Größe des Gesamtatoms?

7.) Was sind Valenzelektronen und was haben diese mit der Edelgaskonzentration zu tun? • sind auf der äußeren Schale • können sich an Bindungen zwischen Atomen beteiligen • sind chemisch reaktionär • alle Stoffe und Verbindungen haben das Bestreben die Edelgaskonfiguration (äußere Schale ist gefüllt) zur erreichen (Oktettregel). Um diesen Zustand zu erreichen sind sie bereit Elektronen mit andren Atomen zu „teilen“ oder welche „abzugeben“.

8.) Welche Bedeutung haben die Valenzelektronen für die Einteilung des PSE in die Bereiche Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle? Metalle: wenige Valenzelektronen (BIN MIR HIER NICHT SICHER AMK)

9.) Erläutern Sie die Ionisierungsenergie und grenzen Sie sie von der Elektronegativität ab. Erklären und begründen Sie, wie sich die Ionisierungsenergie im Periodensystem der Elemente über die Hauptgruppen und die Perioden verteilt? -Ionisierung Energie ist die Energie, die benötigt wird um ein in der Gasphase befindliches Atom oder Molekül zu Ionisieren, d.h. um ein Elektron vom Atom oder Molekül zu trennen. Die Elektronegativität ist hingegen auf eine Verbindung meistens zwischen zwei unterschiedlichen Atomen bezogen. Demnach steigt die Ionisierungsenergie innerhalb einer Periode stetig an, weil die Kernladungszahl zunimmt. Innerhalb einer Gruppe dagegen sinkt die Ionisierungsenergie von Oben nach oben nach unten, weil der Abstand r zwischen kern und Elektron immer Größer wird. Für die Diffusion zuständig.

10.) Nennen Sie die Bindungsarten, mit denen das Verhalten der Werkstoffe erklärt werden kann und jeweils ein Beispiel dazu. Wie kann man über die Bindungsarten die Werkstoffe grob einteilen? Primärbindungsarten: Ionenbindung: (heteropolare Bindung) mittlere Bindungskraft - Nur zwischen Metall und Nichtmetall - Ein Partner mit schlecht besetzter Außenschale und einer mit gut besetzter Außenschale - Bildung von Ionen durch Abgabe bzw. Aufnahme von e- Die unterschiedliche Ladung führt zur Anziehung der Ionen - Typisch für Salze Atombindung: (Elektronenpaarbindung, homöopolare Bindung) höchste Bindungskraft ( nahezu nicht recyclebar!) - Beide Partner mit gut besetzter Außenschale - Nur zwischen Nichtmetallen möglich - Bildung von Elektronenpaaren, die beiden Partner zugeordnet sind - Typisch für organische Stoffe ( Polymerwerkstoffe) Metallische Bindung: niedrigste Bindungskraft (beliebig oft recyclebar durch schmelzen!) - Zwischen Metallen - Beide Partner mit schlecht besetzten Außenschalen - Bildung von Ionen durch Freigabe von Elektronen → Elektronengaswolke - Eigenschaften die sich daraus ergeben: o Elektrische Leitfähigkeit o Wärmeleitfähigkeit o Metallischer Glanz o Korrosionsanfällig Sekundärbindungsarten: Van der waalsche Bindung Festkörperstrukturen: Amorph: - Ungeordnete räumliche Anordnung - z.b. Polymerwerkstoffe, Flüssigkeiten, Gase Kristallin: - Geordnete räumliche Anordnung - z.b. Metalle - hohe Festigkeit

11.) Was ist die Bindungsenergie? Bindungsenergie muss aufgebaut werden, um ein Gebundenes System aus zwei oder mehr Bestandteilen, die durch Anziehungskräfte zusammengehalten werden in seine Bestandteile zu zerlegen. Eine ebenso große Energie wird freigesetzt, wenn sich das gebundene System aus Einzelteilen bildet. Die Bindungsenergien der Hauptvalenz- oder auch Primärbindungen liegen bei ~100kJ/Mol.

12.) Erklären Sie das Zustandekommen von Metallbindungen. Das Prinzip der Metallbindung ist, dass alle Metallatome alle Valenzelektronen abgeben. Da sich Valenzelektronen im Metallgitter frei bewegen können, liegt bei der Metallbindung eine Anziehung zu diesen frei beweglichen Elektronen und positiven geladenen Atomrümpfen vor.

13.) Erklären Sie mit Hilfe des Orbitalmodells, warum es pro Periode jeweils zehn Übergangsmetalle gibt.

14.) Erklären Sie mit Hilfe des Orbitalmodells das Bändermodell für die elektrische Leitfähigkeit. Wie sind Valenz- und Leistungsband bei Metallen, Isolatoren und Halbleitern angeordnet?

15.) Was ist der Unterschied zwischen amorph und kristallin bzgl. der Anordnung der Atome? Wie wirkt sich das auf den Schmelzpunkt des Stoffes aus? Amorphe: Regellose Ausrichtung der Atome im Festkörper Kristalline: Regelmäßige Ausrichtung der Atome im Festkörper

Amorphe Strukturen haben keinen definierten Schmelzpunkt, sondern erweichen durch nacheinander zeitlich erfolgende Auflösungen der Bindungen. Kristalline Strukturen haben eine definierten Schmelzpunkt durch zeitlich gleichzeitig erfolgte Auflösung der Bindungen.

16.) Erklären Sie den Begriff Kristallgitter und erläutern Sie, welche mechanischen Eigenschaften von dem Kristallgittertyp abhängen Kristallgitter: Die Entfernung von 2 Atomen, gemessen vom Atomkern aus, die die Atome zueinander einnehmen im Gleichgewichtsabstand voneinander befinden. Mechanische Eigenschaft: Unterscheiden sich in der Anzahl der Atome und der Packungsdichte der Atome

17.) Anhand welcher geometrischen Größen unterscheidet man die Bravaisgittertypen? Was ist eine Gitterkonstante? Was ist eine Elementarzelle? Bravais Gitter typen: Triklin, Monoklin, Rhombisch, Tetragonal, Rhomboedrisch, Hexagonal, Kubisch

Gitterkonstante: Der Abstand zweier Atomrümpfe ist eine charakteristische Größe für das entsprechende Metall und wird Gitterkonstante genannt. Gitterkonstant Größenordnung liegt bei rund 250 bis 500pm.

Elementarzelle: Die Elementarzelle ist der kleinste räumliche Baustein einer räumlichen Kristall/Gitterstruktur , also in unserem falle eines Metalls.

18.) Nahezu 90 - 95% der Metalle erstarren in nur drei Kristallsystemen. a. Welche Kristalltypen sind dies? Beschreiben und erläutern Sie diese. b. Skizzieren Sie für diese Gitter die Gleitebenen. Was ist ein Gleitsystem? Wie viele leichte Gleitsysteme haben diese Gitter? Warum sind in der kfz Struktur leichter Abgleitungen und damit Verformungen zu erzeugen als in der krz Struktur? c. Berechnen Sie die Packungsdichte dieser Gitter. Warum ist die Raumfüllung beim kfz und dem hdp Gitter gleich? Warum ist sie höher als beim krz Gitter?

a.) – kubisch raum zentiert (krz) -kubisch flächenzentriert (kfz) -Hexagonale mit dichtester Kugelpackung (hdp) b.) -Das Gleitsystem beschreibt in der Kristallmechanik mittels Gleitebene und Gleitrichtung die Verformung von Metallen durch versetzungsbewegung . Bei der plastischen Verformung werden diejenigen Versetzungen bewegt, in deren Gleitsystem die maximale Schubspannung herrscht. - Das kfz-Gitter hat die meisten Gleitsysteme mit dichtest gepackten ebenen und ist daher mit dem geringsten Kraftaufwand zu verformen.

19.) Erklären Sie den Begriff Polymorphie und nennen Sie Beispiele. Eine besondere Polymorphie ist die Polytypie, welche in Schichtgittern Kristallisierenden Verbindungen auftritt, wie Siliciumcarbid oder Siliciumnitrid. Auch manche organischen Moleküle wie Bsp. Arzneistoffe, Pigmente, Fette oder Sprengstoffe können im Kristallinen zustand Polymorph sein.

20.) Was bedeutet ein steiler Verlauf der Kraft-Abstandskurve zwischen zwei Atomen für das Elastizitätsmodul, die Schmelztemperatur und den Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Metalls?

21.) Nennen und erklären Sie die Strukturfehler bei Kristallen. Ordnen Sie diese nach ihrer Geometrie in Gruppen ein? • Punktfehler (0-dimensionale Gitterfehler) - Fremdatom (Austauschatom) - Leerstelle - Zwischengitteratom - Einlagerungsatom • Linienfehler (1-dimensionale Gitterfehler) - Schraubversetzung - Stufenversetzung - Gemischte Versetzung • Flächenfehler (2-dimensionale Gitterfehler) - Klein- und Großwinkelkorngrenzen - Antiphasengrenzen (kfz-Gitter) - Zwillingsgrenze (krz-Gitter) - Stapelfehler • Volumenfehler (3-dimensionale Gitterfehler) - Ausscheidungen, Dispersion (z.B. Karbide) (Dispersion: Mischt sich nicht mit dem „Rest“) - Fremdkörper (Einschluss) - Poren (Mikroporen) - Mikrorisse

22.) Welche Fehler stehen in engem Zusammenhang mit Diffusionsvorgängen? Fehler im Zusammenhang mit Diffusionsvorgängen: • Ausscheidungen (Volumenfehler): In den Gitterzwischenräumen gelöste Atome diffundieren und formen sich zu Einlagerungen zusammen. (Diffusion: Bewegung von Atomen im Gitter, um einen Ausgleich zu erreichen)

23.) Welche Fehler ermöglichen ein Umformen bei Metallen? • Versetzungen (Linienfehler)

24.) Welche Fehler entstehen bei Umformvorgängen? • Versetzungen (Linienfehler)...