Atomare Bindungen & Kristalle

Eigenschaften von Versetzungen

Versetzungen haben folgende Eigenschaften:

1. Sie haben einen Richtungssinn (+, -); ziehen sich an oder stoßen sich ab.
2. Sie können sich bewegen; bei der Deformation der Metalle und Legierungen wird das plastische Verhalten (= Fließverhalten) durch ein massenhaftes Wandern von Versetzungen bewirkt. Ein versetzungsfreier Idealkristall wäre nicht plastisch formbar, er würde bei genügend hoher mechanischer Belastung spröde werden.
3. Versetzungen bilden die Ursache für Eigenspannungen und Verfestigungen.

Werkstoffkenngrößen im Spannungs-Dehnungs-Diagramm

Folgende Werkstoffkenngrößen können einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm entnommen werden:

• Steifigkeit eines Werkstoffes (durch den konstanten Faktor E (Elastizitätsmodul) im Hooke'schen Gesetz bis zur Proportionalitätsgrenze)
• Zugfestigkeit
• Dehnbarkeit eines Werkstoffes (kann durch die Bruchdehnung A abgelesen werden)
• Streckgrenze (die Spannung, bei der es zum Übergang von der elastischen zur plastischen Verformung kommt)

Besonderheiten atomarer Bindungen

Metallgitter

• Beispiele: Metalle
• Bindungsart: Metallische Bindung
• Bausteine: Positive Metallionen (Kationen) und negative Elektronen
• Beweglichkeit: Groß, da ein Verschieben die elektrostatischen Kräfte nicht verändert
• Elektrische Leitfähigkeit: Hoch

Ionengitter

• Beispiele: Keramik (Oxide, Nitride, Karbide) und Salze
• Bindungsart: Heteropolare, ionische und homöopolare Bindung
• Bausteine: Positive Metallionen (Kationen) und negative Nichtmetallionen
• Beweglichkeit: Keine
• Elektrische Leitfähigkeit: Im festen Zustand nicht vorhanden; in flüssigem Zustand elektrolytischer Leiter

Atomgitter

• Beispiele: Diamanten, Quarz und Halbleiter
• Bindungsart: Atom-, Elektronenpaar- und kovalente Bindung
• Bausteine: Atome der Halbleiter
• Beweglichkeit: Keine
• Elektrische Leitfähigkeit: Nicht leitend

Molekülgitter

• Beispiele: Kunststoffe, Eis, Granit und Schwefel
• Bindungsart: Van-der-Waals-Kräfte und Dipolbindung
• Bausteine: Moleküle von Nichtmetallen und Kettenmoleküle der organischen Chemie
• Beweglichkeit: Abhängig von der Temperatur (Kettenbewegung)
• Elektrische Leitfähigkeit: Zum Teil leitend

Ideal- und Realkristall: Unterschiede

Idealkristall

• Regelmäßige, räumlich periodische Anordnung kleinster Teile (Atome, Moleküle) zu einem festen Körper.
• Elementarzelle: kleinste, periodisch im Kristall wiederkehrende Einheit, die bereits Kristallstruktur aufweist.
• Keine Baufehler.
• Es gibt 14 Elementarzellen nach BRAVAIS; die häufigsten sind:
  • krz: kubisch-raumzentriert (Raumfüllung 68%; 9 Atome/Zelle)
  • kfz: kubisch-flächenzentriert (Raumfüllung 74%; 14 Atome/Zelle)
  • hdP: hexagonal dichteste Packung (Raumfüllung 74%; 20 Atome/Zelle)