Materialkunde: Eigenschaften und Bindungsarten

Metalle und Metalllegierungen

Besonderheiten:

• Geordnete kristalline Struktur
• Hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit
• Duktilität und plastische Verformung
• Reflektiert Licht (Glanz)
• Zähigkeit und mittlere Beweglichkeit

Kovalente Bindungen (Polymere)

Besonderheiten:

• Bestehend aus langen Monomerketten
• Keine Kristallstruktur
• Variierende mechanische Eigenschaften
• Schlechte elektrische und thermische Leiter (Isolatoren)
• Geringe Dichte und niedrige Zersetzungstemperatur

Ionische Bindungen (Keramik)

Besonderheiten:

• Bestehend aus Metall- und Nichtmetall-Elementen
• Hohe Schmelztemperatur
• Spröde, hart, geringe Zähigkeit und Duktilität
• Wärme- und elektrischer Isolator
• Nicht plastisch verformbar

Verbundwerkstoffe

Besonderheiten:

• Vermischung von zwei oder mehr Materialien
• Bestehend aus einer Matrix und einem dispersen Material
• Eigenschaften übertreffen die der Einzelkomponenten
• Strukturierung: faserig oder partikelförmig

Arten von Bindungen

Ionische Bindung (z. B. Gips, Kalk): Elektrostatische Bindung durch Elektronentransfer, sehr hohe Bindungsenergie, nicht direktional.

Kovalente Bindung (z. B. Holz, Asphalt, Kunststoff): Austausch von Elektronen zwischen Atomen, direktional.

Metallische Bindung: Delokalisierte Elektronengaswolke im Kristall, nicht direktional.

Sekundärbindungen

• Interaktion zwischen Molekülen (sehr schwach)
• Dipol-Dipol-Wechselwirkungen
• Wasserstoffbrückenbindungen

Mechanische Eigenschaften

• Zugversuch: Einachsige Dehnung
• Druckversuch: Belastung durch Gegenkraft
• Scherversuch: Parallele Kräfte auf die Oberfläche

Begriffe der Verformung

• Plastische Verformung: Bleibende, nicht rückgewinnbare Formänderung.
• Elastizitätsgrenze: Punkt, an dem das Material vom elastischen in das plastische Verhalten übergeht.
• Duktilität: Verarbeitbarkeit zu Drähten oder Blechen.
• Härte: Widerstand gegen plastische Verformung.
• Bruch: Trennung eines Körpers unter Spannung (spröde vs. duktil).

Gesteinsarten

• Magmatische Gesteine: Entstehen durch Abkühlung von Magma (z. B. Granit, Basalt).
• Sedimentgesteine: Entstehen durch Erosion und Kompression (z. B. Kalkstein, Sandstein).
• Metamorphe Gesteine: Umwandlung durch Druck und Temperatur (z. B. Marmor, Quarzit).

Strukturen

• Faserstruktur (Holz): Anisotropie (Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften).
• Amorphe Struktur (Glas): Unterkühlte Flüssigkeit ohne Fernordnung.

Korrosion und Stahlbeton

Korrosion ist der Prozess der Metallumwandlung durch Sauerstoff. Stahlbeton kombiniert die Druckfestigkeit von Beton mit der Zugfestigkeit von Stahl.