Grundlagen der Materialwissenschaft: Definitionen und Eigenschaften

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Geschrieben am 15. August 2025 in Deutsch mit einer Größe von 9,14 KB

Grundlagen der Materialwissenschaft

Atom: Kein Proton oder Neutron in einem Element.
Legierung: Kombination von Werkstoffen zur Verbesserung der Eigenschaften.
Polymer-Materialien: Gewonnen durch die Kombination von organischen Molekülen.
d-Kante schräg: Unter kleiner Verschiebung und Orientierungslosigkeit reduziertes Netzwerk.
Zwillingsebene Rand: Trennt das Netz in zwei Teile und wird zu einer Desorientierung des Kornwinkels, wenn das Netz wie ein Spiegelbild erscheint.
Interatomare Abstände: In Festkörpern gleich dem scheinbaren Durchmesser des Atoms.
d-Rand Verdrehwinkel: Kornverbindung durch ein Array von Schraubenversetzungen.
Bindungsenergie: Benötigt, um zwei Atome zu trennen; Stärke der Bindung zwischen zwei Atomen.
Avogadro-Konstante: Anzahl der Moleküle in einem Mol (6.023 x 10²³).
Pauli-Prinzip: Nicht mehr als 2 Elektronen in einem Material können die gleiche Energie haben.
Valenzelektronen: Gewonnen oder verloren in chemischen Reaktionen.
Unterteilung Elementarzelle: Des Netzes, die noch immer die allgemeinen Merkmale des gesamten Netzes aufweist.

Technische Dehnung: Die Fähigkeit, die sich wesentlich pro verformte Länge bei einem Zugversuch einstellt.
Technische Spannung: Belastung oder aufgebrachte Kraft, geteilt durch die ursprüngliche Querschnittsfläche des Materials.
Auswirkung der Verfestigung auf die Leitfähigkeit: Verringert die Produktivität.
Glühen und dessen Nutzen: Wärmebehandlung, um einen Teil oder die Gesamtheit der Kaltverformung zu entfernen.
Reale Spannung und Berechnung: Last, geteilt durch die tatsächliche Querschnittsfläche der Probe.
Wahre Dehnung Berechnung: Die Veränderung des Materials, gegeben durch E = ln (L / L₀).
Mechanische Eigenschaften eines Materials: Zugfestigkeit, Biegefestigkeit, Härte, Schlagzähigkeit, Dauerfestigkeit, Ermüdung, Kriechen.
Brinell-Härte-Test: Misst den Widerstand eines Materials gegen Eindringen.
Plastische Verformung: Dauerhafte Veränderung eines Materials nach Einwirkung und anschließender Entfernung einer Last.
Rekristallisationstemperatur: Wärmebehandlung bei mittlerer Glühtemperatur, um die Auswirkungen der Kaltverfestigung zu beseitigen; sollte auf die Rekristallisationstemperatur des Materials bezogen werden.
Kaltverfestigung: Deformation eines Materials unterhalb der Rekristallisationstemperatur. Erhöht die Anzahl der Versetzungen, was zu Härtung führt.
Elastische Verformung: Veränderung eines Materials, die nach Entfernung der einwirkenden Kraft rückgängig gemacht wird.

Sechs Kernfertigungsverfahren für die Formgebung von Metallen: Schmieden, Ziehen, Strangpressen, Tiefziehen, Streckziehen und Biegen.
Reaktion eines metallischen Materials auf Kaltverfestigung: Durch die Verwendung des Verformungskoeffizienten.
Unbegrenzte Löslichkeit und Beispiel für eine Metalllegierung: Zustand, der auftritt, wenn die Menge des gelösten Materials unbegrenzt ist, ohne dass eine zweite Phase entsteht.
Begrenzte Löslichkeit und Beispiel für eine Metalllegierung: Zustand, bei dem nur eine Höchstmenge einer Substanz in einem Lösungsmittelmaterial gelöst werden kann.
Technik zur Formgebung von Aluminiumdosen und Prozessbeschreibung: Tiefziehen.
Beschreibung der Strangpresstechnik: Das Material wird durch eine Form gepresst, um Produkte mit konstantem Querschnitt wie Stangen und Rohre zu erhalten.
Ziehen und seine Anwendung: Ein Metall wird durch eine Form gezogen, um einen Draht herzustellen.

Glühen (drei Stufen): 1. Erholung bei niedrigen Temperaturen. 2. Rekristallisation bei höheren Temperaturen. 3. Kornwachstum bei noch höheren Temperaturen.
Härten: Verfestigung.
Keimbildung: Das Material erstarrt aus der flüssigen Phase unterhalb des Schmelzpunktes, um Embryonen zu bilden, die dann zu Keimen werden.
Homogen: Großflächige Flüssigkeitskühlung.
Heterogen: Impfkristalle werden zur Erhöhung der Keimbildung verwendet.
Wachstum: Tritt nach der Keimbildung auf.
Planar: Fest-Flüssig-Grenzfläche mit geringer Kühlung der flüssigen Phase.
Dendritisch: Wenn die Flüssigkeit unterkühlt ist, entsteht eine dendritische Struktur.
Erstarrungszeit: Das feste Wachstum hängt von der Abkühlgeschwindigkeit ab.
Abkühlkurven der Erstarrung: Grafische Darstellung der Kühlung reiner Materialien.
Kontraktion (Verfestigung): Volumenreduzierung (Schrumpfung), Verformung des Werkstücks.

Chemische Korrosion (Auflösung): Auflösung des Festkörpers in einer korrosiven Flüssigkeit. Kleinere Ionen lösen sich leichter und schneller auf. Wenn das Lösungsmittel eine ähnliche Struktur wie der Festkörper hat, erhöht die Temperatur die Korrosionsgeschwindigkeit.
Verschlechterung von Metall-Flüssigkeit: Korngrenzenangriff durch Flüssigmetall.
Selektive Auflösung: Greift nur einen Bestandteil der Legierung an.

Elektrochemische Zelle: Verbindung von zwei Materialien, einer Anode und einer Kathode, in einer Elektrolytlösung (elektrisch verbunden).
Komponenten einer elektrochemischen Zelle:
- Anodenmaterial: Gibt Elektronen ab, korrodiert.
- Kathode: Nimmt Elektronen auf.
- Kontaktkörper: Verbindung zwischen Anode und Kathode für den Elektronenfluss.
- Elektrolyt: Lösung, die Metallionen transportiert.
Arten der elektrochemischen Korrosion:
- Einheitliche Verschlechterung: Anodisches und kathodisches Verhalten treten im selben Material auf.
- Galvanische Verschlechterung: Wenn die Materialien unterschiedlich sind, fungieren sie als Anoden und Kathoden.
- Zusammensetzungszellen: Treten bei Legierungen auf.
- Spannungszellen: Korrosionsangriff an Stellen mit höherer Spannung.
- Konzentrationszellen: Konzentrationsunterschied im Elektrolyten.
Anodische Reaktion (Oxidation): Tritt an der Anode auf.
Polarisation: Änderung des Potentials an der Anode oder Kathode.
Aktivierungspolarisation: Notwendig für das Eintreten der Reaktion.
Bei einer Konzentration: Hohe Konzentration von Metallionen.
Widerstand: Widerstand, der durch den Elektrolyten gegeben ist.
Beschichtungen: Isolieren die Metallteile vor Korrosion.
Inhibitoren: Chemische Komponenten im Elektrolyten.
Kathodischer Schutz: Liefert erzwungene Elektronen an die Metallkathode.
Anodische Passivierung: Schnelle Korrosion des Metalls.

Oxidation: Korrosion tritt auf, wenn Materialien mit Sauerstoff in Kontakt kommen.
Oxidationsgeschwindigkeit:
- Linear: Poröse Oxide decken das Metall nicht vollständig ab (Y = kt).
- Parabolisch: Bei Metallen wie Fe, Ni, Cu.
- Logarithmisch: Volumen, in dem das Oxid dem Metall ähnlich ist.
Oxidation von Keramik: Normalerweise kein Rost, nur wenn sie bei hoher Temperatur Sauerstoff ausgesetzt sind.
Mikrobielle Korrosion: Mikroorganismen produzieren Säuren, die Materialien korrodieren.
Selektive Oxidation: Wenn verschiedene Materialien vorhanden sind, oxidiert das mit der höheren Aktivierungsenergie.

Abrasiver Verschleiß: Kontakt zweier Oberflächen ohne Schweißverbindungen dazwischen.
Flüssigkeitserosion: Verschleiß durch Kontakt mit Flüssigkeit unter hohem Druck.
Kavitation: Verschleiß durch Kontakt mit Flüssigkeit mit gelöstem Gas.