2.Der Aufbau kristalliner Werkstoffe. 2.Der Aufbau kristalliner Werkstoffe

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1 Ein Idealkristall zeigt vollkommene geometrische und konstitutionelle Fernordnung. Realkristall = Idealstruktur + Gitterbaufehler. Gitterbaufehler können nach ihrer räumlichen Ausdehnung klassifiziert werden. Nulldimensionale GBF (Punktdefekte): 1-Dimensionale GBF (Linienfehler): Lehrstelle, Zwischengitteratome (interstitiale), Fremdatome) Versetzungen 2-Dimensionale GBF (Flächendefekte): Korngrenzen, Stapelfehler 3-Dimensionale GBF (Volumendefekte): Poren, Einschlüsse, Ausscheidungen Es sind diese Kristallfehler, die metallische Werkstoffe mit Eigenschaften versehen, die sie zu den wichtigsten Strukturwerkstoffe gemacht haben. Nulldimensionale GBF Leerstellen (Vacancies) Perfekte Kristallgitter Leerstelle

2 Leerstellen (2) Thermische Schwingungen der Atome um ihre Ruhelage: bei starke Schwingung (a) ein Atom verlässt seinen Gitterplatz Schottky-Leerstelle (b) ein Atom verlässt Gitterplatz und bleibt auf Zwischengitterplatz Frenkel-Leerstelle Leerstellen (3) Für jede Temperatur stellt sich eine Gleichgewichtkonzentration der Leerstellen ein: n/n = c L = exp[- U/RT] n: Zahl der Leerstellen N: Zahl der Gitterplätze U: Bildungsenergie der Leerstellen Je höher die Temperatur, desto höher wird die Leerstellekonzentration

3 Nulldimensionale GBF Zwischengitteratome (Interstitials) Zwischengitteratome (2) Lücken in kfz und krz-gitter Oktaederlücken r = 0,41 R Tetraederlücken r R = 0,22 Oktaederlücken r = 0,155 R Tetraederlücken r R = 0,29

4 Nulldimensionale GBF Fremdatome (Foreign atoms) Nulldimensionale GBF Punktdefekte in Ionenkristallen

5 1-Dimensionale GBF Versetzungen (Dislocations) ein Ebene addiert Ein Ebene fehlt Versetzungen (2) Stufenversetzung (edge dislocation)

6 Versetzungen (3) Stufenversetzung (edge dislocation) Versetzungen (4) Schraubenversetzung (screw dislocation)

7 Burgersvektor Versetzungen (5) Burgersumlauf Versetzungen bewirken eine Gitterverzerrung und erhöhen die innere Energie des Gitters Ein Realkristall befindet sich praktisch nie im thermischer Gleichgewicht Versetzungen (6) Gemischten Versetzungen A B C

8 Versetzungen (7) Wie bewegt sich eine Versetzung? Versetzungen sind für die Existenz der Plastizität verantwortlich!! Versetzungen (8) Bewegung von Versetzungen

9 2-Dimensionale GBF Stapelfehler (Stacking Faults) 2-Dimensionale GBF Innere Grenzflächen (Internal Boundaries) Vielkristalle einphasig reine Metalle solid solutions Mischkristalle Intermetallische Vb. mehrphasig Gemenge aus Metallen solid solutions Mischkristalle Korngrenzen Korn- und Phasengrenzen

10 Innere Grenzflächen (2) Korngrenzen (grain boundaries): Grenzflächen zw. Festkörperbereichen gleichartiger Kristallstruktur, aber unterschiedlicher Orientierung Entwicklung von Korngrenzen Innere Grenzflächen (3) Typen von Korngrenzen Großwinkelkorngrenzen Kleinwinkelkorngrenzen

11 Innere Grenzflächen (4) Typen von Korngrenzen Kippgrenze (Stufenversetzungen) Drehgrenze (Schraubenversetzungen) Innere Grenzflächen (5) Typen von Korngrenzen Kleinwinkel-Kippgrenzen: Werden durch Stufenversetzungen gebaut. Abstand und Burgersvektoren bestimmen die Desorientierung (< 15 )

12 Innere Grenzflächen (6) Zwillingsgrenzen (Twin boundaries) Innere Grenzflächen (7) Phasengrenzen (phase boundaries) grenzen Volumina unterschiedlicher Struktur und/oder verschiedener Zusammensetzung voneinander ab kohärent teilkohärent inkohärent

13 3-Dimensionale GBF - Atom- und Leerstellencluster - Disperse Auscheidungen - Poren Bei der Agglomeration von Atomen (oder Leerstellen) ist der Übergang von Clustern zu Teilchen (bzw. Mikroporen zu Poren) fließend.