Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe at Technische Universität Wien

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Was besagt die Bückle-Regel?

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Beschreibe die Ionenbindung.

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Welche Atommodelle werden in der LVA behandelt?
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Beschreibe kovalente Bindung.

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Beschreibe metallische Bindung. 

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Wie verhalten sich typische Materialeigenschaften von Stoffen mit unterschiedlicher Primärbindungsart?

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Beschreibe die Richtungsabhänigkeit der kovalenten Bindung.

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Weshalb sind einfache Ionenkristalle (zB. NaCl) kubisch aufgebaut?

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Weshalb sind perfekte Ionenkristalle durchsichtig, metallische aber nicht?

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Weshalb können sich Edelgas-Kristalle bilden?

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Was ist eine Einheitszelle?

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Nenne die sieben Kristallsysteme.

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Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Was besagt die Bückle-Regel?

Eindringtiefe < 1/10 der Bauteildicke


(Härteprüfung; da sonst die Härtewerte durch die Bauteilgeometrie oder andere Eindrücke beeinflusst werden würde (zB. wegen Kaltverfestigung))

Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Beschreibe die Ionenbindung.
*! Bindung = vollständig ungerichtet --> dichteste Packung der Kristalle
*! Einfache Ionenkristalle (NaCl, CaF2) = kubisch (wegen Elektroneutralität)
*! Perfekte Ionenkristalle = durchsichtig, Isolatoren (keine freien e-)


* Bindung zwischen Metallen und Nicht-Metallen
* Zwischen Atomen mit kleiner Ionisationsenergie (zB. Li, Na, Be, Mg..) und Atomen mit großer Elektronenaffinität (zB. Halogene)
* Relativ große Bindungsenergie --> hoher Schmelzpunkt

Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Welche Atommodelle werden in der LVA behandelt?
* Bohr'sches Atommodell
* wellenmechanisches Modell
* Sommerfeld (elliptische Bahnen)
* Rutherford (Planetenbahnen)

Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Beschreibe kovalente Bindung.
Allgemein:
*! Atome teilen sich gemeinsame(s) Valenzelektronenpaar(e).
*! e- Bindungspaar zw den Partnern --> keine kugelsymmetrische Ladungsverteilung (wie bei Ionenbindung) negative Raumladungsdichte hat auf der Verbindungslinie zw den Atomen die größten Werte --> stark richtungsabhängig.

Gase:
*! Wenn den Elementen nur ein e- fehlt, können keine Kristalle gebildet werden (Cl2, H2, etc.)

Festkörper:
*! zB. bei Si, Ge, C: 4e- fehlen, Partner bringt diese mit --> sp3 Hybrid-orbitale
*! Bei Hybridisierung: Bindung stark gerichtet --> Kristallbildung

Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Beschreibe metallische Bindung. 
*! Me-Ionen sitzen in regelmäßiger Anordnung in ihrem Elektronengas.
*! Elektronen sind frei beweglich ~ e- nicht mehr einzelnen Atomen zuordenbar ~ erwartet: Kristalle mit dichtester Kugelpackung.
*! Je nach Metall: 1-4 freie e- pro Atom --> elektrisch Leitfähig.
*! Je nach Metall: Bindungsenergie anders (Hg niedrig, W sehr hoch) --> Schmelzpunkt davon abhängig


* Metalle = undurchsichtig (Photonen finden genügend e-, an die sie ihre Energie übertragen können)

Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Wie verhalten sich typische Materialeigenschaften von Stoffen mit unterschiedlicher Primärbindungsart?

* elektrische Leitfähigkeit: frei bewegliche Elektronen im elektrischen Feld (Metallbindung)


* Undurchsichtigkeit: Energie- und Impulsübertragung von Photonen an freie Elektronen (Ionenbindung)


* Schmelztemperatur: 

-- große Bindungsenergien -> hohe Schmelztemp. (kovalente- und Ionenbindung)

-- geringe Bindungsenergien -> tiefe Schmelztemp. (Metallbindung)


Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Beschreibe die Richtungsabhänigkeit der kovalenten Bindung.

Da auf der direkten Verbindungslinie zwischen den Atomen, die größte negative Raumladung herrscht (= Elektronenbrücke) nennt man kovalente Bindungen richtungsabhängig.

Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Weshalb sind einfache Ionenkristalle (zB. NaCl) kubisch aufgebaut?

Da sonst keine Elektroneutralität erzielt werden kann.

Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Weshalb sind perfekte Ionenkristalle durchsichtig, metallische aber nicht?

* Metallkristall: Elektronengas --> Photonen können den freien e- Energie und Impuls übertragen.

* Ionenkristall: keine freien Elektronen --> Photonen dringen ungehindert durch --> durchsichtig.

Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Weshalb können sich Edelgas-Kristalle bilden?

Wegen Nebenvalenzbindungen:

= Sekundärbindung

= zB. Van der Waals Bindung (Anziehende Kräfte zwischen günstig orientierten elektrischen Dipolen

Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Was ist eine Einheitszelle?

Eine Einheitszelle ist die kleinste Einheit mit der höchsten Symmetrie, durch die es möglich wird einen Kristall aufzubauen (= üblicherweise ein Parallelepiped oder ein Prisma)

Werkstoffkunde metallischer Werkstoffe

Nenne die sieben Kristallsysteme.

* kubisch

* tetragonal

* ortho-rhombisch

* hexagonal

* rhomboedrisch

* monoklin

* triklin

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