Klassifizierung von Werkstoffen
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KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 NAME: 1 Kristallgitter und Kristallbaufehler 10 Punkte 1.1 Es gibt 7 Kristallsysteme, aus denen sich 14 Bravais-Typen ableiten lassen. Charakterisieren Sie die kubische, tetragonale, hexagonale und orthorhombische Kristallstruktur! 4 Punkte 1.2 Indizieren Sie folgende Flächen und Richtungen. 2 Punkte c c 0 0 b a a -1- b KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 NAME: 1.3 Es gibt 0-, 1-, 2-, und 3-dimensionale Kristallbaufehler. Geben Sie je ein Beispiel an! 2 Punkte 1.4 An einem AlB2-Kristall wurden die Gitterkonstanten a0 = b0 = 3.00 Å, c0 = 3.24 Å, α = β = 90°, γ = 120° bestimmt. Al liegt auf 0,0,0; B hat die Koordinaten 1/3, 2/3, 1/2 und 2/3, 1/3, 1/2. a) Zeichnen Sie von der Kristallstruktur eine Projektion von 4 EZ auf (001). b) Berechnen Sie den kleinsten Al-B-Abstand? 2 Punkte -2- KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 2 Phasen und Legierungen NAME: 10 Punkte 2.1 Bei der Gefügebildung spielt die Erstarrung eine wesentliche Rolle. Charakterisieren Sie thermodynamisch für ein Einkomponentensystem den Vorgang der Keimbildung ! Was charakterisiert den kritischen Keimradius ? 2 Punkte 2.2 Inwiefern spielt das Verhältnis von Keimbildungsrate und Keimwachstumsgeschwindigkeit eine Rolle bei der Gefügeausbildung? Skizzieren Sie hierzu schematisch das Gefüge eines Gussstückes? 2 Punkte -3- KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 NAME: 2.3 Beschreiben und skizzieren Sie die Gefügeausbildung bei der Abkühlung einer Schmelze mit der Zusammensetzung xA = 30% . Vergleichen Sie diese mit dem Fall einer Schmelze einer eutektischen Zusammensetzung. 4 Punkte T 90 A 80 70 60 50 40 xA 30 20 10 B 2.4 Was versteht man unter einer intermetallischen Phase? Wie äußert sich ihr Vorkommen im Phasendiagramm? 2 Punkte -4- KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 3 Mechanische Eigenschaften NAME: 12 Punkte 3.1 Erläutern Sie kurz den materialwissenschaftlichen Hintergrund des Schmid`schen Schubspannungsgesetzes! Was versteht man unter einem Gleitsystem? Geben Sie die Hauptgleitebenen der Stufenversetzung für das kubisch flächenzentrierte und das hexagonale Gitter an! 4 Punkte 3.2 Unterscheiden sie Stufen- und Schraubenversetzung ! (Burgersvektor, Versetzungslinie) Wieso können Schraubenversetzungen quergleiten, Stufenversetzungen jedoch nicht ? 2 Punkte -5- KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 NAME: 3.3 Geben Sie vier verschiedene Methoden an, mit denen die Festigkeit von Werkstoffen gesteigert werden kann! Begründen Sie kurz und schematisch, wodurch die Festigkeitssteigerung zustande kommt. 4 Punkte 3.4 Nennen Sie mindestens zwei Merkmale einer plastischen Formänderung. 2 Punkte -6- KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 4 Physikalische Eigenschaften von Werkstoffen NAME: 10 Punkte 4.1 Unterscheiden Sie die Begriffe Dia-, Ferro-, Antiferro- und Ferrimagnetismus ! Geben Sie 3 Anwendungsbereiche von Magnetwerkstoffen an ! 3 Punkte Austauschintegral 4.2 Ferromagnetische Metalle sind durch ein positives Austauschintegral gekennzeichnet. Bezeichnen Sie die Abszisse des unten stehenden Diagramms und erklären Sie dessen Aussage ! Wieso kann man aus nicht-ferromagnetischem Mangan durch Zulegieren eine ferromagnetische Legierung erhalten ? 2 Punkte + Co Fe Ni Mn - -7- KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 NAME: 4.3 Erläutern Sie den Begriff der Blochwand und charakterisieren Sie deren Funktion ! 2 Punkte 4.4 Unterscheiden Sie Supraleiter 1. und 2. Art. Erläutern Sie den Begriff und die Bedeutung eines Flussschlauchs bei Supraleitern! 3 Punkte -8- KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 5 Elektrische Eigenschaften und Halbleiter NAME: 10 Punkte 5.1 Bei metallischen Werkstoffen hängt der spezifische elektrische Widerstand in charakteristischer Weise von der Temperatur ab. Zeichnen und erläutern Sie diese Abhängigkeit! Wie beeinflussen Verunreinigungen diesen Verlauf? 3 Punkte 5.2 Vergleichen Sie qualitativ folgende Parameter bei den Halbleiterwerkstoffen und Metallen bei Raumtemperatur: a) Volumenkonzentration der Elektronen b) Elektronenbeweglichkeit. Wie ändern sich diese beiden Größen mit der Temperatur? 2 Punkte -9- KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 NAME: 5.3 Charakterisieren Sie den Begriff der Eigenleitung! Zeichnen Sie hierzu schematisch die relevanten Energiebänder und erläutern Sie den zugrundeliegenden Mechanismus bei T = 0 K und T > 0 K. Welche beiden Möglichkeiten gibt es, die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern zu beeinflussen? Erläutern Sie diese „Dotierung“ wieder mit Hilfe von Energiebandschemata! Aus welchen Hauptgruppen des Periodensystems der Elemente werden typischerweise Materialien zum Dotieren ausgewählt (mit Begründung)? 4 Punkte 5.4 Wie ändert sich der spezifische elektrische Widerstand durch Verformung ? Begründen Sie kurz Ihre Aussage ! 1 Punkt - 10 - KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 NAME: 6 Adaptive Werkstoffe und Werkstoffcharakterisierung 8 Punkte 6.1 Erklären Sie am Beispiel des schematisierten Quarzmodells das Zustandekommen des piezoelektrischen Effekts. Gehen Sie dabei auf folgende Fälle ein: a) Druckspannung parallel zur kristallographischen Achse X1 b) Druckspannung senkrecht zur kristallographischen Achse X1. 3 Punkte X1 Si O X2 X3 - 11 - KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 NAME: 6.2 Was versteht man unter dem Formgedächtniseffekt? Versuchen Sie kurz die wesentlichen materialwissenschaftlichen Aspekte, auf denen der Formgedächtniseffekt beruht, zu erläutern. 3 Punkte 6.3 Erläutern Sie das Prinzip der Röntgendiagnostik von Werkstoffen! Welche Rolle spielt dabei die Wellenlänge, der Netzebenenabstand und der Beugungswinkel? 2 Punkte - 12 - KLAUSUR – Einführung in die Werkstoffwissenschaften (WW) WS 2001-2002– 02.04.2002 NAME: 7 Polymerwerkstoffe 9 Punkte 8 Polymerwerkstoffe 11 Punkte 9 Glas und Keramik 10 Punkte 10 Metallische Werkstoffe 10 Punkte - 13 -
