Werkstoffkunde - Zusammenfassung - Kapitel 1 PDF

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Zusammenfassung des Skriptes von Herr Leiser....

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Kapitel 1 Definition Werkstoff Sind Arbeitsmittel rein stofflicher Natur, werden in Produktionsprozessen verarbeitet und gehen in Endprodukte ein oder werden während der Herstellung verbraucht. Es handelt sich um Rohstoffe, Hilfsstoffe, Zulieferteile und Betriebsstoffe. Anforderungen an Werkstoffe Beanspruchung  Festigkeit  Zähigkeit  Verschleißfestigkeit  Hochtemperaturfestigkeit  Korrosionsfestigkeit

Verfügbarkeit, Wirtschaftlichkeit  Rohstoffversorgung  Recyclingfähigkeit

Formgebung  Bearbeitbarkeit  Verformbarkeit  Gießbarkeit  Schweißbarkeit

Metalle Metallische Werkstoffe bestehen aus Atomen metallischer Elemente. Überwiegend Legierungen, reine Metalle eher selten. Eigenschaften sind:  metallischer Glanz, Reflexionsvermögen, Undurchsichtigkeit  ferro ferri magnetisch  hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit  hohe Schmelzpunkte  Duktilität (Verformbarkeit)  hohe Dichte Keramiken und Gläser Nichtoxidkeramiken, Oxidkeramiken Keramische Produkte  Bauziegel  Glas  Geschirr  Technische Keramik

Technische Keramik  Struktur- bzw. Konstruktionskeramik  Funktionskeramik  Elektrokeramik  Schneidkeramik  Biokeramik

Eigenschaften sind:  elektronisch isolierend, thermisch isolierend  beständig  geringe Dichte  spröde, hart, kristaline Struktur  verschleißbeständig  chemisch beständig Polymere Polymere Werkstoffe (Kunststoffe) bestehen aus Atomen nichtmetallischer Elemente. Polymerisation verknüpft organische Moleküle zu großen molekularen Strukturen. Eigenschaften sind:  niedriger Schmelzpunkt  geringe Dichte  dienen als Metallersatz  geringe Herstellungskosten  hohe Duktilität  niedrige Festigkeit  teilweise recyclebar  schlechte thermische und elektrische  gute Isolatoren Leitfähigkeit  leicht Verbundwerkstoffe Bestehen aus zwei oder mehr Stoffkomponenten. Keramik, Metalle und Polymere.

Verbundstrukturen:  Schichtverbundwerkstoffe  Teilchenverbundwerkstoffe  Faserverbundwerkstoffe  Durchdringungsverbundwerkstoffe Erzeugen von Werkstoffen mit nicht vorhandenen Eigenschaften. Eigenschaften sind:  geringes Gewicht  hohe Festigkeit  hohe Schlagzähigkeit Einfluss auf Werkstoffeigenschaften Anordnung der Elektronen um den Atomkern  magnetisches, thermisches, elektrisches, optisches Verhalten  Bindungen der Atome untereinander Kornstruktur (Gefüge)  Kristallite (Metalle, Keramik)  amorphe Strukturen (Polymere / Glas)

Räumliche Anordnung der Atome  kristallin  amorph

Phasen  nebeneinander im Gefüge vorliegend  unterschiedliche atomare Anordnung  unterschiedliche Eigenschaften

Atomaufbau

Atomkern (positiv geladen)  Protonen  Neutronen Elektronenhülle  Orbitalmodell  Aufenthaltsräume für Elektronen  diffuse, negativ geladene Elektronenwolke Ladungsausgleich  Anzahl der Elektronen = Anzahl der Protonen

Orbitale – der räumliche Bau der Atomhülle Quantenmechanische Modelle beschreiben die energetischen Zustände der Elektronen. Quantenzahlen charakterisieren die Energieniveaus.

Bindungsarten Ionenbindung

Reaktion zwischen Metall und Nichtmetall. Elektronen werden vom Metall zum Nichtmetall übertragen. Ionen entstehen. Merkmale sind:  Edelgas / Oktettkonfiguration  vollständig gefüllte Außenschale  Elektronenaustausch

Bildung von Natriumchlorid

Bindungskraft und Bindungsenergie

Kristallstruktur und Koordinationszahlen Koordinationszahl (KZ), bezeichnet die Anzahl der Nachbarn einer Struktureinheit (Atom, Ion, Molekül) in einem Kristall bzw. die Anzahl der direkt gebundenen Atome an ein Zentralatom in einem Komplex. 4 und 6

kommen am häufigsten vor, wobei 2, 3, 8 und 12 auch auftreten. KZ ist vom Radienverhältnis der Ionen bzw. von den Bindungseigenschaften abhängig.

Kovalente Bindung Reaktion zweier Nichtmetalle, beide Atome teilen sich ein Elektronenpaar zur Erreichung einer stabilen Elektronenstruktur. Jedes Atom ist bestrebt einen stabileren Zustand zu erreichen.

Merkmale sind:  elektronegative Atome  Edelgas / Oktettkonfiguration  vollständig gefüllte Außenschale  Elektronenpaare Metallbindung Positiv geladene Atomrümpfe sind umgeben von Valenzelektronen (Außenelektronen). Diese bilden das frei bewegliche Elektronengas. Merkmale sind:  sehr gute elektrische und thermische Leitfähigkeit  Duktilität (Verschiebbarkeit des Gitters) Van Der Waals Bindung (Sekundärbindung)

Benannt nach dem niederländischen Physiker Johannes Diderik van der Waals, sind die relativ schwachen nicht kovalenten Wechselwirkungen zwischen den Atomen oder Molekülen, deren Wechselwirkungsenergie für kugelförmige Teilchen mit etwa der sechsten Potenz des Abstandes abfällt. Eigenschaften sind:  schwache Kräfte zwischen Atomen und Molekülen  je größer die Moleküle, desto stärker wirken sie  erhöhen die Temperatur bei langkettigen Alkanen

Bindungstypen verschiedener Werkstoffkategorien

Vergleich einiger Eigenschaften...