Werkstoffphysik I + II an der RWTH Aachen | Karteikarten & Zusammenfassungen

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TESTE DEIN WISSEN

Leiten Sie unter Verwendung einer Skizze eine Formel zur Berechnung des Schmidfaktors her. Was gibt der Schmid-Faktor an?


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TESTE DEIN WISSEN
  • Skizze (mit Gleitebene)
  • äußere Spannuing sigma= F/A
  • Schubspannung GE tau=FN/AG
    • FN=F*cos(lamnda)
    • A=AG*cos(kappa)
  • tau=FN/AG=F*cos(lamnda)*cos(kappa)/A=sigma*cos(lamnda)*cos(kappa)=sigma*m
  • Der Schmid-Faktor gibt den Bruchteil der äußeren Spannung an, der in der Gleitebene wirkt 
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TESTE DEIN WISSEN

Leiten Sie einen Ausdruck für die treibende Kraft der unstetigen Kornvergrößerung her. Gehen Sie dabei von würfelförmigen Körnern aus, und erläutern Sie die zugrundeliegenden Überlegungen mit Hilfe einer Skizze.

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Treibende Kraft: Verringerrung der Korngrenzenfläche

  • gesamte Oberfläche wird "auf einmal" vernichtet, ist dann weg     

(Skizze ist ein Würfel und das rechte Drittel teilt sich über die Seitenansicht in Viertel auf)

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TESTE DEIN WISSEN

Nennen Sie die 3 Arten in die Kristallbaufehler eingeteilt werden und geben Sie jeweils ein Beispiel für einen Kristallbaufehler pro Art an. Erläutern Sie außerdem jeweils kurz die Bedeutung jeder Art von Kristallbaufehlern für die plastische Verformung.


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  • Punktfehler/0-dim. Defekte 
    • z.B Leerstellen (thermisch aktivierte Verformungsprozesse, z.B Klettern)
    • Fremdatome (Behinderung/Wechselwirkung mit Versetzungen)
  • Linienfehler/1-dim. Defekte
    • Versetzung (hauptsächlich verantworlich für plastische Verformung durch Versetzungsbewegung)
  • Flächenfehler/2-dim. Defekte
    • Korngrenzen, Phasengrenzen (Behindern den Laufweg von Versetzungen, Korngrenzengleiten)
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TESTE DEIN WISSEN

Die Konzentration von Punktdefekten ist über Messung des elektrischen Widerstandes bestimmbar. Erläutern Sie ein entsprechendes Verfahren (Formeln und Erklärung), um die Bildungsenthalpie von Punktdefekten zu bestimmen, und erklären Sie die entsprechende Auswertung anhand einer Skizze. Bennen Sie alle auftrenden Größen.

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  • Abschrecken der Probe von hohen Temperaturen
    • Einfrieren der Gitterfehler
  • Widerstandsbeitrag der Fehler als Erhöhung des Restwiderstands messbar
  • Widerstandserhöhung deltap=Nc^x*pe
    • N = Anzahl der Widerstandserhöhung 
    • c^* Punktfehlerkonz
    • pe = Widerstandserhöhung pro Punktdefekt
  • deltap=Npe*exp(kp/k)*(-HB/kT)
  • Messung der Widerstandserhöhung beim Abschrecken von verschiedenen Temperaturen
  • Bestimmung der Bildungsenthalpie aus der Steigung der Arrhenius-Auftragung der Widerstandserhöhung gegen die Temperatur
  • Arrhenius-Autragung: x( 1/T) ln(deltap)
  • Steigung m=-Hb/k  -> Hb=-mk
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Erläutern Sie den UNterschied zwischen "stetiger Kornvergrößerung" und "unstetiger Kornvergrößerung)


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Stetige Kornvergrößerung

  • selbstähnlich/gleichmäßig Zunahme der Korngröße
  • treibende Kraft: Verteilung der Korngrenzenfläche/Krümmungsradius

unstetige Kornvergrößerung

  • nicht selbst ähnlich/Wachstum einiger weniger Körner
  • treibende Kraft: Verringerung der Korngrenzenfläche
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Leiten Sie einen Ausdruck für die treibende Kraft der stetigen Kornvergrößerung her.

Erläutern Sie die zugrundeliegende Überlegung mit Hilfe einer Skizze. 

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treibende Kraft: Verringerung des Krümmungsradius

  • Kugel schrumoft, um Krümmungsradius zu verringern (Modell des schrumpfenden Kugelsements)
    • gamma:=Oberflächenenergie
    • r:=Krümmungsradius

A=4Pi*r^2  -> dA=8Pi*r*dr

V=4/3*Pi*r^3.......dV....


p=-dG/dV=-dG/dA*dA/dV=Gamma(KG)*8Pi*r*dr/4Pi*r^2*dr

p(xKV)=2Gamma(KG)/r


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Rasterelektronenmikroskop:

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Bestrahlung der Probe mit Elektronenstahl, durch
Ablenkung des Strahls durch Elektronen im Molekül entsteht Bild

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TESTE DEIN WISSEN

a) Erläutern Sie die stereografische Projektion. Vervollständigen Sie dazu die gezeigte Abbildung und erläutern Sie kurz, wie die stereografische Projektion erstellt wird. Wodurch wird die Lage eines Pols in der stereografrischen Projektion eindeutig definiert?

b)

Zeichnen Sie in die dargestellte Abbildung alle vierzähligen Symmetrieachsen für einen Würfel in Standardlage und für einen Würfel, der um 45° im Uhrzeigersinn um die Blechnormale gedreht ist, ein


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a) Projektion skizzieren (Ebene, Ebenennormale, Punkt P auf Nordhalbkugel, Projektion (`P) durch Verbindung mit Südpol


Erstellung:

  • Durchstoß der Referenzkugel am Punkt P durch Normale einer Ebene
  • Verbindung von P mit Projektionszentrum (Südpol)
  • Durchstoß auf Äquatorebene am Punkt ´P
  • P´= Pol der ebene, festgelegt durch Alpha und Beta

b)

Punkte einzeichnen und Ebenen angeben + Pfeile in Drehrichtung

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Optische Beobachtung (Mikroskopiearten)

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Lichtmikroskopie 

Rasterelektronenmikroskopie 

Transmissionselektronenmikroskopie

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TESTE DEIN WISSEN

Schätzen Sie die Bildungsenthalpie einer Leerstelle in Wolfram ab. Die Gleichgewichtsleerstellenkonzentration am Schmelzpunkt (3410°C) beträgt 10^-4, die Schwingunsentropie kann man mit 2k annehmen. Drücken Sie das Ergebnis in eV aus. k=8,62*10^-5 ev/K = 1.38*10^-23 J/K

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Hb^L= 3,56 eV = 5,7 *10^-19 J


kleiner Tipp eV * 1,6*10^-19= J

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Verschiedene Signale (Mikroskopie)

Elastisch & Rückstreuung

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Ablenkung durch Atomkern


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Wenn inelastisch gestreut

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Kristallorientierung

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Q:

Leiten Sie unter Verwendung einer Skizze eine Formel zur Berechnung des Schmidfaktors her. Was gibt der Schmid-Faktor an?


A:
  • Skizze (mit Gleitebene)
  • äußere Spannuing sigma= F/A
  • Schubspannung GE tau=FN/AG
    • FN=F*cos(lamnda)
    • A=AG*cos(kappa)
  • tau=FN/AG=F*cos(lamnda)*cos(kappa)/A=sigma*cos(lamnda)*cos(kappa)=sigma*m
  • Der Schmid-Faktor gibt den Bruchteil der äußeren Spannung an, der in der Gleitebene wirkt 
Q:

Leiten Sie einen Ausdruck für die treibende Kraft der unstetigen Kornvergrößerung her. Gehen Sie dabei von würfelförmigen Körnern aus, und erläutern Sie die zugrundeliegenden Überlegungen mit Hilfe einer Skizze.

A:

Treibende Kraft: Verringerrung der Korngrenzenfläche

  • gesamte Oberfläche wird "auf einmal" vernichtet, ist dann weg     

(Skizze ist ein Würfel und das rechte Drittel teilt sich über die Seitenansicht in Viertel auf)

Q:

Nennen Sie die 3 Arten in die Kristallbaufehler eingeteilt werden und geben Sie jeweils ein Beispiel für einen Kristallbaufehler pro Art an. Erläutern Sie außerdem jeweils kurz die Bedeutung jeder Art von Kristallbaufehlern für die plastische Verformung.


A:
  • Punktfehler/0-dim. Defekte 
    • z.B Leerstellen (thermisch aktivierte Verformungsprozesse, z.B Klettern)
    • Fremdatome (Behinderung/Wechselwirkung mit Versetzungen)
  • Linienfehler/1-dim. Defekte
    • Versetzung (hauptsächlich verantworlich für plastische Verformung durch Versetzungsbewegung)
  • Flächenfehler/2-dim. Defekte
    • Korngrenzen, Phasengrenzen (Behindern den Laufweg von Versetzungen, Korngrenzengleiten)
Q:

Die Konzentration von Punktdefekten ist über Messung des elektrischen Widerstandes bestimmbar. Erläutern Sie ein entsprechendes Verfahren (Formeln und Erklärung), um die Bildungsenthalpie von Punktdefekten zu bestimmen, und erklären Sie die entsprechende Auswertung anhand einer Skizze. Bennen Sie alle auftrenden Größen.

A:
  • Abschrecken der Probe von hohen Temperaturen
    • Einfrieren der Gitterfehler
  • Widerstandsbeitrag der Fehler als Erhöhung des Restwiderstands messbar
  • Widerstandserhöhung deltap=Nc^x*pe
    • N = Anzahl der Widerstandserhöhung 
    • c^* Punktfehlerkonz
    • pe = Widerstandserhöhung pro Punktdefekt
  • deltap=Npe*exp(kp/k)*(-HB/kT)
  • Messung der Widerstandserhöhung beim Abschrecken von verschiedenen Temperaturen
  • Bestimmung der Bildungsenthalpie aus der Steigung der Arrhenius-Auftragung der Widerstandserhöhung gegen die Temperatur
  • Arrhenius-Autragung: x( 1/T) ln(deltap)
  • Steigung m=-Hb/k  -> Hb=-mk
Q:

Erläutern Sie den UNterschied zwischen "stetiger Kornvergrößerung" und "unstetiger Kornvergrößerung)


A:

Stetige Kornvergrößerung

  • selbstähnlich/gleichmäßig Zunahme der Korngröße
  • treibende Kraft: Verteilung der Korngrenzenfläche/Krümmungsradius

unstetige Kornvergrößerung

  • nicht selbst ähnlich/Wachstum einiger weniger Körner
  • treibende Kraft: Verringerung der Korngrenzenfläche
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Q:

Leiten Sie einen Ausdruck für die treibende Kraft der stetigen Kornvergrößerung her.

Erläutern Sie die zugrundeliegende Überlegung mit Hilfe einer Skizze. 

A:

treibende Kraft: Verringerung des Krümmungsradius

  • Kugel schrumoft, um Krümmungsradius zu verringern (Modell des schrumpfenden Kugelsements)
    • gamma:=Oberflächenenergie
    • r:=Krümmungsradius

A=4Pi*r^2  -> dA=8Pi*r*dr

V=4/3*Pi*r^3.......dV....


p=-dG/dV=-dG/dA*dA/dV=Gamma(KG)*8Pi*r*dr/4Pi*r^2*dr

p(xKV)=2Gamma(KG)/r


Q:

Rasterelektronenmikroskop:

A:

Bestrahlung der Probe mit Elektronenstahl, durch
Ablenkung des Strahls durch Elektronen im Molekül entsteht Bild

Q:

a) Erläutern Sie die stereografische Projektion. Vervollständigen Sie dazu die gezeigte Abbildung und erläutern Sie kurz, wie die stereografische Projektion erstellt wird. Wodurch wird die Lage eines Pols in der stereografrischen Projektion eindeutig definiert?

b)

Zeichnen Sie in die dargestellte Abbildung alle vierzähligen Symmetrieachsen für einen Würfel in Standardlage und für einen Würfel, der um 45° im Uhrzeigersinn um die Blechnormale gedreht ist, ein


A:

a) Projektion skizzieren (Ebene, Ebenennormale, Punkt P auf Nordhalbkugel, Projektion (`P) durch Verbindung mit Südpol


Erstellung:

  • Durchstoß der Referenzkugel am Punkt P durch Normale einer Ebene
  • Verbindung von P mit Projektionszentrum (Südpol)
  • Durchstoß auf Äquatorebene am Punkt ´P
  • P´= Pol der ebene, festgelegt durch Alpha und Beta

b)

Punkte einzeichnen und Ebenen angeben + Pfeile in Drehrichtung

Q:

Optische Beobachtung (Mikroskopiearten)

A:

Lichtmikroskopie 

Rasterelektronenmikroskopie 

Transmissionselektronenmikroskopie

Q:

Schätzen Sie die Bildungsenthalpie einer Leerstelle in Wolfram ab. Die Gleichgewichtsleerstellenkonzentration am Schmelzpunkt (3410°C) beträgt 10^-4, die Schwingunsentropie kann man mit 2k annehmen. Drücken Sie das Ergebnis in eV aus. k=8,62*10^-5 ev/K = 1.38*10^-23 J/K

A:

Hb^L= 3,56 eV = 5,7 *10^-19 J


kleiner Tipp eV * 1,6*10^-19= J

Q:

Verschiedene Signale (Mikroskopie)

Elastisch & Rückstreuung

A:

Ablenkung durch Atomkern


Q:

Wenn inelastisch gestreut

A:

Kristallorientierung

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