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2013 | Buch

Atomare Struktur Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Werkstofftechnik 1

Struktureller Aufbau von Werkstoffen - Metallische Werkstoffe - Polymerwerkstoffe - Nichtmetallisch-anorganische Werkstoffe

verfasst von: Wolfgang Bergmann

Verlag: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Struktureller Aufbau von Werkstoffen

Frontmatter
1. Atomare Struktur
Zusammenfassung
Materie – sowohl natürlichen als auch synthetischen Ursprungs – lässt sich auf 118 derzeit bekannte verschiedene chemische Grundstoffe, die sog. Elemente, zurückführen. Jede Elementsubstanz besteht aus einer für sie typischen Atomsorte. Alle Atome setzen sich aus drei verschiedenen Elementarteilchen, den Elektronen, Protonen und Neutronen zusammen. Jede Atomsorte unterscheidet sich von einer anderen nur durch eine abweichende Zahl dieser Elementarteilchen.
Wolfgang Bergmann
2. Struktur des Festkörpers
Zusammenfassung
Der feste Zustand ist durch stabile Primär- oder Sekundärbindungen zwischen den Teilchen gekennzeichnet. Nur dieser Bindungszustand gewährleistet die Übertragung von Zug- und Schubspannungen und erfüllt damit die Grundvoraussetzung für die Anwendung vonWerkstoffen. Hinsichtlich der relativen Anordnung der Teilchen zueinander im gebundenen Zustand ist zwischen kristallinen und amorphen Festkörpern zu unterscheiden. Im kristallinen Zustand sind die Teilchen nach einem bestimmten Muster räumlich und über größere Bereiche regelmäßig zueinander angeordnet. Diese regelmäßige Anordnung wird als Fernordnung bezeichnet.
Wolfgang Bergmann

Metallische Werkstoffe

Frontmatter
1. Strukturaufbau metallischer Werkstoffe
Zusammenfassung
In metallischen Kristallgittern sind Atome gleicher Größe ungerichtet gebunden, bei ihnen wird daher das Streben nach möglichst dichter atomarer Packung zum strukturbestimmenden Faktor. Etwa zwei Drittel aller Metalle kristallisieren in einem Gitter mit dichtester Kugelpackung, weisen also insbesondere eine kfz-, teils auch eine hdp-Elementarzelle auf. Bei der kfz-Elementarzelle sind die Atome an den Eckpunkten und in den Flächenzentren eines Kubus angeordnet (Abbildung B.1-1).
Wolfgang Bergmann
2. Mechanische Eigenschaften
Zusammenfassung
Bei derWahl des für einen gegebenen Verwendungszweck optimalenWerkstoffs müssen zunächst die aus dieser Anwendung resultierenden Anforderungen z. B. mechanischer, elektrischer oder chemischer Art definiert werden. Dann ist derjenige Werkstoff als am besten geeignet zu wählen, dessen Eigenschaften unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und fertigungstechnischer Gesichtspunkte mit den gestellten Anforderungen am meisten übereinstimmen. Für die optimale Werkstoffanwendung ist also eine möglichst genaue Kenntnis der Werkstoffeigenschaften unentbehrlich, wobei es sowohl um die Gebrauchseigenschaften wie Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit als auch um die Verarbeitungseigenschaften wie Formbarkeit oder Schweißbarkeit geht.
Wolfgang Bergmann
3. Korrosionsverhalten
Zusammenfassung
Als Korrosion werden Vorgänge bezeichnet, bei denen ein Werkstoff durch chemische Reaktionen mit Bestandteilen seiner Umgebung geschädigt wird. Dabei werden Bindungen, die den Werkstoffzusammenhalt bewirken, zugunsten stabilerer Bindungszustände aufgegeben. Metalle sind wegen der relativ lockeren Bindung ihrer Bindungselektronen in dieser Hinsicht besonders gefährdet. Sie kehren bei der Korrosion letztlich aus ihrem „künstlichen“ metallischen in den „natürlichen“ ionischen Bindungszustand eines hydroxydischen, carbonatischen, sulfidischen oder oxidischen Erzes zurück.
Wolfgang Bergmann
4. Technisch wichtige Metalle
Zusammenfassung
Die metallischen Werkstoffe gliedern sich in Eisen (Fe)- und Nichteisenmetall (NE)-Werkstoffe. Abgesehen von ihren besonderen mechanischen Eigenschaften (Härt-, Vergütbarkeit usw.) werden Fe-Werkstoffe i. Allg. aus Kostengründen bevorzugt.
Wolfgang Bergmann

Polymerwerkstoffe

Frontmatter
1. Strukturaufbau
Zusammenfassung
Organische Materialien wie Holz, Kautschuk, Leder und in Faserform Wolle, Sisal oder Seide finden noch heute in beachtlichem Umfang Verwendung. Mit dem Aufkommen von Kunststoffen sind sie in ihrer Bedeutung allerdings merklich in den Hintergrund getreten. Unter Kunststoffen versteht man ebenfalls organische, makromolekulare oder polymere Werkstoffe, die jedoch synthetisch hergestellt werden.
Wolfgang Bergmann
2. Mechanische Eigenschaften
Zusammenfassung
Polymere Werkstoffe zeigen ein recht komplexes Verformungsverhalten. Der Grund hierfür liegt vor allem in ihrem molekularen Aufbau, für den außerdem ein vergleichsweise geringes Maß an Einheitlichkeit charakteristisch ist. Der Molekülaufbau hat zur Folge, dass eine örtliche Verlagerung einzelner Atome nie isoliert stattfinden kann, sondern stets von kooperativen Bewegungen ihrer Nachbaratome oder gar eines ganzen Molekülsegmentes begleitet werden muss. Die wenig einheitliche Anordnung der molekularen Bausteine führt bei ihrer mechanischen Beanspruchung einerseits zu einer Vielzahl unterschiedlicher, sich überlagernder mikroskopischer Reaktionen, deren statistisches Zusammenwirken das mechanische Werkstoffverhalten ausmacht.
Wolfgang Bergmann
3. Korrosionsverhalten
Zusammenfassung
UnterWitterungsbedingungen ist ein Kunststoff einer Reihe physikalisch-chemisch wirkender Einflüsse ausgesetzt.Diese können bereits bei Temperaturen deutlich unter 100 °C Reaktionen hervorrufen, die den Molekül- bzw. Netzwerkzustand verändern. Derartige Vorgänge äußern sich zunächst als Glanz- und Farbänderungen, führen im weiteren Verlauf meist aber auch zu Verschlechterungen der elektrischen und der mechanischen Eigenschaften.
Wolfgang Bergmann
4. Technisch wichtige Kunststoffe
Zusammenfassung
Die große Typenvielfalt der thermoplastischen Kunststoffe macht – ähnlich wie bei den Stählen – eine Unterteilung nach typischen Anwendungsbereichen bzw. charakteristischen Eigenschaften sinnvoll. Es lassen sich mit den sog. Massenkunststoffen, den Konstruktionskunststoffen, den Kunststoffen mit speziellen Eigenschaften und den Kunststoffen für erhöhte mechanische und thermische Beanspruchungen vier Gruppierungen erkennen. Die Grenzen zwischen diesen Gruppen können im Einzelfall unscharf verlaufen.
Wolfgang Bergmann

Nichtmetallisch-anorganische Werkstoffe

Frontmatter
1. Struktureller Aufbau
Zusammenfassung
Es gibt keine allgemeinverbindliche Definition darüber, welche der nichtmetallisch-anorganischenWerkstoffe als keramisch anzusehen sind und welche nicht. Argumenten, die für eine sehr umfassende Begriffsbestimmung sprechen und unter Keramik alle nichtmetallischanorganischenWerkstoffe verstehen wollen, stehen ebenfalls begründete Argumente gegenüber, die eineDreiteilung der nichtmetallisch-anorganischenWerkstoffe in Keramik, anorganische Gläser und anorganische Bindemittel befürworten.
Wolfgang Bergmann
2. Mechanische Eigenschaften
Zusammenfassung
Das entscheidendeMerkmal keramischer Materialien ist ihre extreme Sprödigkeit. Besäßen sie eine den Metallen vergleichbare Zähigkeit, so würden sie aufgrund ihrer sehr günstigen Eigenschaften, wie hohe Festigkeit, Härte, Verschleißbeständigkeit, Warmfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und niedrige Dichte, die metallischen Werkstoffe weitgehend ersetzen und diesen die Rolle von Sonderwerkstoffen zuweisen, wenn man Fragen der Verarbeitbarkeit nicht in diese Betrachtung einbezieht.
Wolfgang Bergmann
3. Nichtmetallisch-anorganische Werkstoffe
Zusammenfassung
Die keramischen Werkstoffe werden heute in drei Hauptgruppen, nämlich:
Silikat-, Oxid- und Nichtoxidkeramik
unterteilt. Als ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal gilt dabei, dass silikatkeramische Werkstoffe im Gefüge (sog. Scherben) einen bedeutenden Anteil einer silikatischen Glasphase enthalten, während die beiden anderen Werkstoffgruppen nur relativ wenig Glasphase enthalten und bei ihnen die kristallinen Anteile dominieren, sowohl als Gefügekomponente als auch hinsichtlich ihres Einflusses auf die Eigenschaften.
Wolfgang Bergmann
Backmatter
Metadaten
Titel
Werkstofftechnik 1
verfasst von
Wolfgang Bergmann
Copyright-Jahr
2013
Verlag
Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
Electronic ISBN
978-3-446-43581-0
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-446-43581-0

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