Werkstoffe für die Elektrotechnik und Elektronik
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1 Werkstoffe für die Elektrotechnik und Elektronik Von Dipl.-Chem. Rudi Racho, Dr.-Ing. Peter Kuklinski und Dr. paed. Ing. Konrad Krause Mit 216 Bildern, 118 Tabellen und 22 Anlagen VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig
2 Inhaltsverzeichnis 1. Einführung Literaturverzeichnis Innerer Aufbau und Eigenschaften der Werkstoffe 2.1. Struktur und Gefüge von Werkstoffen Zum Strukturbegriff Ideal-und Realstruktur; Gefüge Hinweise zum inneren Aufbau Elektronenstruktur Elektronenhülle eines isolierten Atoms Quantenzahlen, Energiespektrum des isolierten Einzelatoms Elektronensystem im Kristallgitter Klassisches Elektronengas FermiHches Elektronengas Energiebändermodell und Energiebandstrukhir Welle-Teilchen-Dualismus Quasiteilchen Elektronenstreuung und spezifischer elektrischer Widerstand Supraleitung Orientierungsordnungen von magnetischen und elektrischen Momenten Orientierungsordnungen von magnetischen Momenten Zum Magnetisierungsbegriff Atomarer Ursprung des Magnetismus Struktureller Magnetismus; Ferro-und Ferrimagnetismus Orientierungsordnungen von elektrischen Dipolen Zum Polarisationsbegriff Atomarer Ursprung der Polarisation Ferroelektrizität.. 53
3 6 Inhaltsverzeichnis 2.4. Einfluß von Struktur und Gefüge auf die Eigenschaften Prinzipielle Zusammenhänge Beispiele Einfluß des Gitterauf baus auf die Eigenschaften von Metallen 55 ' Einfluß der strukturellen Unordnung auf die Eigenschaften von Metaller» Beeinflussung der Eigenschaften Einfluß der Herstellungs-und Verarbeitungsbedingungen Einfluß der Bauteilgeometrie und -große Einfluß der Umwelt- und Betriebsbedingungen Prüfung der Werkstoffeigenschaften Übersicht über Prüfverfahren Ausgewählte Werkstoffkenngrößen Mechanische WerkstofFkenngrößen Elektrische und magnetische Werkstoffkenngrößen Thermische Werkstoffkenngrößen 66 Literaturverzeichnis Konstruktionswerkstoffe 3.1. Einführung Allgemeine Werkstoffübersicht..., Anforderungen an Konstruktionswerkstoffe Metallische Konstruktionswerkstoffe Grundlagen Veränderung der Eigenschaften durch Legieren Veränderung der Eigenschaften durch Umformen Veränderung der Eigenschaften durch Wärmebehandlung Werkstoffübersicht Werkstoffbeschreibung und Anwendungsbeispiele ' Eisenwerkstoffe Nichteisenmetalle Hochpolymere Konstruktionswerkstoffe Grundlagen Struktur und Zustandsbereiche der Plaste Eigenschaften der Plaste Werkstoffübersicht ' Werkstoffbeschreibung und Anwendungsbeispiele Allgemeine Aspekte der Plastanwendung Konstruktionsplaste Spezielle Anwendungsbeispiele 125 Literaturverzeichnis 127
4 Inhaltsverzeichnis 7 4. Leiterwerkstoffe 4.1. Elektrische Leiter Einführung Grundlagen der elektrischen Leitung Elektrische Leitfähigkeit Einflußfaktoren auf die elektrische Leitfähigkeit Anforderungen an elektrische Leiterwerkstoffe Werkstoffübersicht Anwendungsbeispiele Werkstoffe für Kabel und Leitungen Werkstoffe für supraleitende Kabel Werkstoffe für Leiterbahnen von gedruckten Verdrahtungen Werkstoffe für Leitungsstrukturen der Mikroelektronik Lichtleiter ' Grundlagen der Lichtleitung Werkstoffübersicht Anwendungsbeispiele Wärmeleiter Grundlagen der thermischen Transportvorgänge 166" Thermische Transportvorgänge in elektrotechnischen und elektronischen Systemen 170 Literatur Verzeichnis Widerstandswerkstoffe 5.1. Einführung Grundlagen Widerstandsverhalten von Legierungssystemen Temperaturkoeffizient des Widerstandes Thermospannung Größeneffekt Anforderungen an Widerstands Werkstoffe Werkstoffübersicht Anwendungsbeispiele Werkstoffe für Präzisionswiderstände und Widerstandsnormale Werkstoffe für Anlaß- und Stellwiderstände Werkstoffe für Eest- und mechanisch veränderbare Widerstände 193
5 8 Inhaltsverzeichnis Werkstoffe für Widerstandsnetzwerke in der Mikroelektronik Werkstoffe für Heizleiter 201 Literaturverzeichnis Kontaktwerkstoffe 6.1. Einführung Grundlagen Kontaktwiderstand Kontakttemperatur Systematisierung von Entladungserscheinungen an Kontakten Abbrand- und Verschweißerscheinungen Werkstoffwanderung (Materialwanderung) Anforderungen an Kontaktwerkstoffe Werkstoffübersieht Anwendungsbeispiele Werkstoffe für Steckverbindungen Werkstoffe für Druck-, Abhebe- bzw. Unterbrecherkonfakte Werkstoffe für Schleifkontakte Werkstoffe für Lötverbindungen (LotWerkstoffe) Werkstoffe für lötfreie Verbindungen Werkstoffe für Kontaktierungen in der Mikroelektronik Literaturverzeichnis Halbleiterwerkstoffe 7.1. Einführung Arten der Halbleitung i-leitung, Eigenleitung Störleitung n-leitung, Überschußleitung p-leitung, Mangelleitung Vergleich der Arten der Halbleitung Werkstoffe für volumeneffektgesteuerte Halbleiterbauelemente Grundlagen Verhalten im elektrischen Feld Verhalten im magnetischen Feld Verhalten bei Erwärmung Verhalten bei Belichtung Verhalten in Abhängigkeit vom Dotierungsgrad 267
6 Inhaltsverzeichnis Anforderungen an Werkstoffe für Volumenhalbleiter bauelemente Werkstoffübersicht Anwendungsbeispiele Werkstoffe für Gwwn-Dioden Werkstoffe für.ffazj-generatoren Werkstoffe für temperaturabhängige Widerstände Werkstoffe für spannungsabhängige Widerstände Werkstoffe für Fotowiderstände Werkstoffe für sperrschiehteffektgesteuerte Halbleiterbauelemente Grundlagen Arten der Übergänge in Halbleiterbauelementen Herstellung von p-n-übergängen Unbelasteter p-n-übergang..' Gleichrichtereffekt., Durchbrucheffekte Sperrschichtkapazität, Varaktoreffekt Sperrschichtfotoeffekt Elektrolumineszenzeffekt Anforderungen an Werkstoffe für Sperrschichthalbleiterbauelemente Werkstoffübersicht Anwendungsbeispiele Werkstoffe für Dioden, Transistoren und Halbleiterblockschaltkreise Werkstoffe für Gleichrichter und Thyristoren Werkstoffe für optoelektronische Sperrschichthalbleiterbauelemente 300 Literaturverzeichnis Isolierstoffe 'und Dielektrika * 8.1. Einführung Grundlagen Verhalten im elektrischen Feld Leitfähigkeitsverhalten Einfluß der Polarisation auf die Eigenschaften Durchschlagverhalten * Wasseraufnahme und Wasserdampfdurchlässigkeit Anforderungen an Isolierstoffe und Dielektrika Werkstoffübersicht Stofforientierte Beschreibung der Werkstoffhauptgruppen Abgewandelte Naturstoffe Celluloseprodukte Synthetische Hochpolymere 328
7 10 Inhaltsverzeichnis v Duroplaste Thermoplaste Elaste Isolierlacke Keramische Isolierstoffe und Dielektrika Einteilung und Zusammensetzung Allgemeine Eigenschaften \ Elektrokeramik der Gruppe Elektrokeramik der Gruppe Elektrokeramik der Gruppe Elektrokeramik der Gruppen 400 bis Vitrokeramik Glimmer und Asbest Flüssige Isolierstoffe Allgemeine Anforderungen Natürliche flüssige Isolierstoffe Synthetische flüssige Isolierstoffe Gasförmige Isolierstoffe Vergleich mit den flüssigen Isolierstoffen Natürliche gasförmige Isolierstoffe Synthetische gasförmige Isolierstoffe Spezielle Anwendungsbeispiele Isolierstoffe für Kabel und Leitungen Basismaterialien für Leiterplatten und Trägerfilme Kondensatorwerkstoffe (Dielektrika) Isolierstoffe und Dielektrika in der Mikroelektronik 372 Literaturverzeichnis Magnetwerkstoffe 9.1. Einführung Grundlagen Grundgrößen und-gleichungen Vorgänge bei erstmaliger Magnetisierung Hystereseschleife; Formen der Hystereseschleife Arten der Permeabilität Ummagnetisierungs verbal ten von Weichniagnetika Magnetische Verluste Verlustfaktor und Güte Induktivitätsfaktor (J. L -Wert) Entmagnetisierungsverhalten von Hartmagnetika Beeinflussung magnetischer Eigenschaften Beeinflussung durch Anisotropieerscheinungen Beeinflussung durch Betriebs- und Umgebungsbedingungen. 404
8 Inhaltsverzeichnis Anforderungen an Magnetwerkstoffe Werkstoffübersicht Anwendungsbeispiele Werkstoffe für Transformatoren- und Dvnamobleche (Elektrobleche) * Werkstoffe für Spulen- und Übertragerkerne Werkstoffe zur Informationsspeicherung Werkstoffe für Relaiskerne Werkstoffe für Abschirmungen Werkstoffe für Dauermagnete 436 Literaturverzeichnis '. 440 Übungen 442 Anlagen 454 Standardverzeichnis 477 Sachwörterverzeichnis 482 /
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