Kristalle und deren Fehler Was sollen Sie mitnehmen? ...Weihnachten...!

Transkript

1 Kristalle und deren Fehler Was sollen Sie mitnehmen? Definition und Aufbau eines Kristalls Elementarzellen Typische Gitter nach Verbindungsklassen Navigation im Kristall: Richtung, Ebenen Allotropie Fehlertypen (null-, ein-, zwei-, dreidimensional) Größenskala, Begriffe...Weihnachten...! G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 1/38

2 Was ist ein Kristall? Ein Kristall ist dreidimensional periodisch aus gleich bleibenden Struktureinheiten aufgebaut. Diese Struktureinheit heißt Einheitszelle oder Elementarzelle. Ein Kristall ist also ein homogener, aber anisotroper Körper. Wikipedia: Homogenität (griech.: homo- von (ὁμοῖος/ὅμοιος) homoios gleich; -gen beschaffen, von (γίγνομαι) gígnomai entstehen; homogenos: von gleich entstandener, also gleicher Beschaffenheit) bezeichnet die Gleichheit einer Eigenschaft über die gesamte Ausdehnung eines Systems, bzw. die Gleichartigkeit von Objekten, Erscheinungen, Elementen eines Systems. Isotropie (von griechisch ἴσος isos gleich; und griechisch τρόπος tropos Drehung, Richtung) bezeichnet die Unabhängigkeit einer Eigenschaft von der Richtung. Isotropie ist das Gegenteil von Anisotropie. G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 2/38

3 [Weißbach2007] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 3/38

4 Idealkristall, fast ungestörtes Wachstum Spiegel der Molekülgeometrie Flächen- und Winkelkonstanz [Ebel] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 4/38

5 Beschreibung des Kristalls über die Elementarzelle [Ebel] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 5/38

6 Anordnung der Atome in der Einheitszelle, kubisch-flächenzentriert Einheitszelle, Reduktion auf Massepunkte Wie wird ein Kristall charakterisiert? [Callister2007] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 6/38

7 Anordnung der Atome in der Einheitszelle, kubisch-raumzentriert [Callister2007] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 7/38

8 Anordnung der Atome in der Einheitszelle, Hexagonal dichteste Packung [Callister2007] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 8/38

9 Elementarzelle plus Atomanordnung: 7 Gruppen, insgesamt 14 Typen G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 9/38

10 Häufige Struktur von Ionenkristallen [Ebel] KZ=KoordinationsZahl Anzahl der verbundenen Nachbar-Ionen Je nach Größenverhältnis Kation/Anion (R Kat /R An ) sind andere Gitter günstig G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 10/38

11 Häufige Struktur von Metallkristallen [Ebel] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 11/38

12 Bezeichnung von Richtungen im Kristall Achtung! Index 0: Diese Richtung liegt senkrecht auf dieser Achse [Ebel] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 12/38

13 Bezeichnung von Ebenen in Kristallen [Ebel] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 13/38

14 Beispiele: Ebenen von Kristallen G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 14/38

15 Äußere Erscheinung Elementarzelle Unterschiede beim Anbau an unterschiedliche Flächen trotz gleicher Elementarzelle unterschiedliche äußere Erscheinung G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 15/38

16 [BargelSchulze2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 16/38

17 Allotrophie [Ebel] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 17/38

18 Auch Zinnschrei, Zinnkrankheit [Ebel] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 18/38

19 Allotrope Umwandlungen, Beispiel: Eisen [Ebel] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 19/38

20 Allotrope Umwandlungen verschiedener Metalle [RoosMaile2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 20/38

21 Ist das ein Kristall? G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 21/38

22 Der fehlerbehaftete Kristall: Dimensionen von Fehlern [RoosMaile2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 22/38

23 nulldimensionale Kristallfehler [RoosMaile2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 23/38

24 eindimensionale Kristallfehler Versetzungen - Burgersvektor [RoosMaile2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 24/38

25 Versetzungen, Burgers-Vektor G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 25/38

26 Wandern von Versetzungen durch Spannungen [RoosMaile2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 26/38

27 Wandern von Versetzungen durch Diffusion [RoosMaile2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 27/38

28 Versetzungen im Gefüge [Callister2007] [BargelSchulze2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 28/38

29 Versetzungen - TEM [Callister2007] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 29/38

30 [RoosMaile2005] [BargelSchulze2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 30/38

31 Zweidimensionale Gitterfehler [RoosMaile2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 31/38

32 Kleinwinkelkorngrenzen [RoosMaile2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 32/38

33 Großwinkelkorngrenzen [RoosMaile2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 33/38

34 Grenzflächen [RoosMaile2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 34/38

35 [Callister2007] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 35/38

36 Dreidimensionale Gitterfehler [RoosMaile2005] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 36/38

37 [Callister2007] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 37/38

38 Auf welchen Ebenen kann der Ingenieur Einfluss auf die Struktur nehmen? [Weißbach2007] G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 38/38

39 Was ist ein Kristall? Was ist eine Elementarzelle? Was bedeuten kfz, krz, hex? Skizzieren Sie! Kristalle und deren Fehler Welches ist die dichteste Packung? Warum wird nicht immer die dichteste Packung eingenommen? Welches sind die Unterschied zwischen orthorombisch und triklin? Was besagt die Koordinationszahl? Was sind Polymorphie und Allotropie? Beispiele für Klausuraufgaben Nennen Sie ein typisches Metall mit allotropen Umwandlungen. Wie werden Richtungen im Gitter bezeichnet? Was sind die Millerschen Indizes? Wie werden sie gebildet? Kann man von der Elementarzelle auf die äußere Form eines Kristalls schließen? Begründung? Nennen Sie je einen typische Vertreter für ein-, zwei- und dreidimensionale Gitterfehler. Zwei Beispiele für eindimensionale Gitterfehler Was ist eine Versetzung? Was ein Burgersvektor? Wie wirken Versetzungen auf mechanische Eigenschaften aus? Worauf beruht die plastische Verformbarkeit von Metallen? Eine Erklärung für die Verfestigung von Metallen nach Umformvorgängen ist G. Kalinka NUR FÜR LEHRZWECKE! 39/38