Materialwissenschaften und Werkstofftechnik - Eine Einführung

Materialwissenschaften und Werkstofftechnik - Eine Einführung

von: William D. Callister, David G. Rethwisch, Michael Scheffler

Wiley-VCH, 2020

ISBN: 9783527833238

Sprache: Deutsch

906 Seiten, Download: 106933 KB

 
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Materialwissenschaften und Werkstofftechnik - Eine Einführung



  Startseite 1  
  Titelblatt 7  
  Copyright-Seite 8  
  Inhaltsverzeichnis 9  
  Vorwort 17  
  Danksagung 23  
  Symbolverzeichnis 25  
  Kapitel 1 Einführung 31  
     1.1 Historische Aspekte 32  
     1.2 Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 33  
     1.3 Warum beschäftigen wir uns mit Materialwissenschaft und Werkstofftechnik? 34  
     1.4 Klassifizierung von Werkstoffen 35  
        1.4.1 Metallische Werkstoffe 35  
        1.4.2 Keramiken 37  
        1.4.3 Polymere 38  
        1.4.4 Verbundwerkstoffe 39  
     1.5 Hochleistungswerkstoffe/innovative Werkstoffe 40  
        1.5.1 Halbleiter 40  
        1.5.2 Biomaterialien 41  
        1.5.3 Intelligente Werkstoffe 41  
        1.5.4 Nanomaterialien 41  
     1.6 Der Bedarf an neuen Werkstoffen 42  
     1.7 Die Beziehung zwischen Herstellung, Struktur, Eigenschaften und Anwendung 43  
     Zusammenfassung 45  
     Literatur 46  
     Fragen und Aufgaben 46  
  Kapitel 2 Atombau und chemische Bindung 47  
     2.1 Einführung 48  
     2.2 Grundlagen 48  
     2.3 Elektronen im Atom 49  
        2.3.1 Atommodelle 49  
        2.3.2 Quantenzahlen 51  
        2.3.3 Elektronenkonfigurationen 52  
     2.4 Das Periodensystem der Elemente 54  
     2.5 Bindungskräfte und Energie 55  
     2.6 Hauptvalenzbindungen 57  
        2.6.1 Die ionische Bindung 57  
        2.6.2 Kovalente Bindung 59  
        2.6.3 Metallbindung 60  
     2.7 Nebenvalenzbindungen, Van-der-Waals-Bindungen 61  
        2.7.1 Bindungen zwischen induzierten Dipolen 62  
        2.7.2 Bindungen zwischen polaren Molekülen und induzierten Dipolen 62  
        2.7.3 Permanente Dipolbindungen 63  
     2.8 Moleküle 64  
     Zusammenfassung 64  
     Literatur 66  
     Fragen und Aufgaben 67  
  Kapitel 3 Die Struktur kristalliner Festkörper 69  
     3.1 Einführung 70  
     3.2 Grundlagen 70  
     3.3 Elementarzellen 71  
     3.4 Kristallstrukturen von Metallen 72  
        3.4.1 Die kubisch flächenzentrierte Kristallstruktur 72  
        3.4.2 Die kubisch raumzentrierte Kristallstruktur 73  
        3.4.3 Die hexagonal dichteste Kugelpackung 74  
     3.5 Berechnung der Dichte 75  
     3.6 Polymorphie und Allotropie 76  
     3.7 Kristallsysteme 76  
     3.8 Punktkoordinaten 79  
     3.9 Kristallografische Richtungen 81  
        3.9.1 Hexagonale Kristalle 83  
     3.10 Kristallografische Ebenen 86  
        3.10.1 Anordnungen von Atomen 89  
        3.10.2 Hexagonale Kristalle 90  
     3.11 Lineare und planare Dichte 91  
     3.12 Dichtest gepackte Kristallstrukturen 92  
     3.13 Einkristalle 94  
     3.14 Polykristalline Werkstoffe 94  
     3.15 Anisotropie 94  
     3.16 Die Bestimmung von Kristallstrukturen mit Röntgenstrahlung 96  
        3.16.1 Beugungserscheinungen 96  
        3.16.2 Röntgenbeugung und das Bragg’sche Gesetz 97  
        3.16.3 Beugungsverfahren 99  
     3.17 Nichtkristalline Festkörper 100  
     Zusammenfassung 101  
     Literatur 105  
     Fragen und Aufgaben 105  
  Kapitel 4 Fehlstellen in Festkörpern 111  
     4.1 Einleitung 112  
     4.2 Leerstellen und Zwischengitteratome 112  
     4.3 Fremdatome in Feststoffen 114  
        4.3.1 Mischkristalle 114  
     4.4 Angabe der Zusammensetzung 115  
        4.4.1 Umrechnung von Konzentrationsangaben 116  
     4.5 Versetzungen – Liniendefekte 118  
     4.6 Flächendefekte 122  
        4.6.1 Oberflächen 122  
        4.6.2 Korngrenzen 122  
        4.6.3 Phasengrenzen 123  
        4.6.4 Zwillingsgrenzen 123  
        4.6.5 Weitere Grenzflächendefekte 125  
     4.7 Volumendefekte 125  
     4.8 Atomschwingungen 125  
     4.9 Grundlagen der Mikroskopie 125  
     4.10 Mikroskopische Untersuchungsmethoden 127  
        4.10.1 Optische Mikroskopie 127  
        4.10.2 Elektronenmikroskopie 129  
        4.10.3 Rastersondenmikroskopie 130  
     4.11 Korngrößenbestimmung 131  
     Zusammenfassung 132  
     Literatur 135  
     Fragen und Aufgaben 136  
  Kapitel 5 Diffusion 139  
     5.1 Einführung 140  
     5.2 Diffusionsmechanismen 141  
        5.2.1 Leerstellendiffusion 142  
        5.2.2 Interstitielle Diffusion 142  
     5.3 Stationäre Diffusion 143  
     5.4 Nichtstationäre Diffusion 145  
     5.5 Faktoren, die den Diffusionsprozess beeinflussen 148  
        5.5.1 Art des diffundierenden Stoffes 148  
        5.5.2 Temperatur 148  
     5.6 Diffusion in Halbleiterwerkstoffen 153  
     5.7 Andere Diffusionswege 157  
     Zusammenfassung 157  
     Literatur 159  
     Fragen und Aufgaben 160  
  Kapitel 6 Mechanische Eigenschaften metallischer Werkstoffe 165  
     6.1 Einleitung 166  
     6.2 Spannung und Dehnung 167  
        6.2.1 Zugversuch 168  
        6.2.2 Druckversuch 169  
        6.2.3 Scher- und Torsionsversuch 169  
        6.2.4 Geometrische Betrachtungen zum Spannungszustand 170  
     6.3 Spannungs-Dehnungs-Verhalten 171  
     6.4 Anelastizität 173  
     6.5 Elastische Eigenschaften von Werkstoffen 174  
     6.6 Verhalten unter Zugbelastung 177  
        6.6.1 Fließen und Streckgrenze 177  
        6.6.2 Zugfestigkeit 178  
        6.6.3 Duktilität 180  
        6.6.4 Elastische Rückfederung 182  
        6.6.5 Zähigkeit 182  
     6.7 Wahre Spannung und wahre Dehnung 183  
     6.8 Elastische Erholung nach plastischer Verformung 185  
     6.9 Druck-, Scher- und Torsionsverformungen 186  
     6.10 Härte 186  
        6.10.1 Rockwell-Härteprüfung 187  
        6.10.2 Härteprüfung nach Brinell 189  
        6.10.3 Mikrohärtemessungen nach Knoop und nach Vickers 190  
        6.10.4 Umwerten von Härtewerten 190  
        6.10.5 Zusammenhang zwischen Härte und Zugfestigkeit 191  
     6.11 Streuung von Werkstoffeigenschaften 192  
        6.11.1 Berechnung des arithmetischen Mittelwerts und der Standardabweichung 193  
     6.12 Auslegungs- und Sicherheitsaspekte 194  
     Zusammenfassung 196  
     Literatur 200  
     Fragen und Aufgaben 200  
     Kapitel 7 Versetzungen und Verfestigungsmechanismen 207  
        7.1 Einleitung 208  
        7.2 Grundlagen 209  
        7.3 Eigenschaften von Versetzungen 211  
        7.4 Gleitsysteme 212  
        7.5 Gleiten in Einkristallen 214  
        7.6 Plastische Verformung von polykristallinen Werkstoffen 217  
        7.7 Verformung durch Zwillingsbildung 218  
        7.8 Verfestigung durch Verringerung der Korngröße 220  
        7.9 Mischkristallverfestigung 221  
        7.10 Kaltverfestigung 223  
        7.11 Erholung 226  
        7.12 Rekristallisation 226  
        7.13 Kornwachstum 230  
        Zusammenfassung 232  
        Literatur 236  
        Fragen und Aufgaben 236  
  Kapitel 8 Werkstoffversagen 241  
     8.1 Einführung 242  
     8.2 Grundlagen 243  
     8.3 Duktiler Bruch 244  
        8.3.1 Fraktographische Untersuchungen 245  
     8.4 Sprödbruch 246  
     8.5 Grundzüge der Bruchmechanik 248  
        8.5.1 Die Spannungskonzentration 249  
        8.5.2 Bruchzähigkeit 250  
        8.5.3 Konstruktion und Auslegung mithilfe der Bruchmechanik 252  
     8.6 Prüfung der Bruchzähigkeit 256  
        8.6.1 Kerbschlagverfahren 256  
        8.6.2 Der Übergang von duktilem zu sprödem Verhalten 258  
     8.7 Zyklische Beanspruchung 261  
     8.8 Die Wöhler-(S-N-)Kurve 262  
     8.9 Risseinleitung und -ausbreitung 265  
     8.10 Ermüdungsbeständigkeit – Einflussfaktoren 267  
        8.10.1 Die mittlere Belastung 267  
        8.10.2 Oberflächeneffekte 267  
     8.11 Umgebungseinflüsse 270  
     8.12 Allgemeine Beschreibung des Kriechverhaltens 271  
     8.13 Auswirkungen von Spannung und Temperatur 272  
     8.14 Extrapolationsverfahren für Daten zur Beschreibung des Kriechverhaltens 274  
     8.15 Legierungen für den Einsatz bei hohen Temperaturen 275  
     Zusammenfassung 276  
     Literatur 280  
     Fragen und Aufgaben 281  
  Kapitel 9 Phasendiagramme 287  
     9.1 Einleitung 288  
     9.2 Löslichkeitsgrenze 289  
     9.3 Phasen 290  
     9.4 Mikrostruktur 290  
     9.5 Phasengleichgewicht 290  
     9.6 Einkomponenten-Phasendiagramme 291  
     9.7 Binäre isomorphe Systeme 293  
     9.8 Interpretation von Phasendiagrammen 295  
        9.8.1 Art der Phasen 295  
        9.8.2 Berechnung der Phasenzusammensetzung 295  
        9.8.3 Berechnung der Mengenanteile der Phasen 296  
     9.9 Entstehung der Mikrostruktur in isomorphen Legierungen 298  
        9.9.1 Abkühlung unter Gleichgewichtsbedingungen 298  
        9.9.2 Abkühlung unter Nichtgleichgewichtsbedingungen 300  
     9.10 Mechanische Eigenschaften isomorpher Legierungen 302  
     9.11 Binäre eutektische Systeme 302  
     9.12 Entstehung der Mikrostruktur in eutektischen Legierungen 308  
     9.13 Gleichgewichtsdiagramme mit intermediären Phasen oder Verbindungen 314  
     9.14 Eutektoide und peritektische Reaktionen 316  
     9.15 Kongruente Phasenumwandlungen 318  
     9.16 Phasendiagramme für Keramiken, ternäre Phasendiagramme 319  
     9.17 Die Gibbs’sche Phasenregel 319  
     9.18 Das Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm 321  
     9.19 Enstehung der Mikrostruktur von Stählen 324  
        9.19.1 Untereutektoide Legierungen 326  
        9.19.2 Übereutektoide Stähle 328  
        9.19.3 Abkühlung unter Nichtgleichgewichtsbedingungen 330  
     9.20 Der Einfluss weiterer Legierungselemente 331  
     Zusammenfassung 332  
     Literatur 336  
     Fragen und Aufgaben 336  
  Kapitel 10 Phasenübergänge: Bildung von Mikrostrukturen und die Änderung mechanischer Eigenschaften 343  
     10.1 Einführung 344  
     10.2 Grundlagen 344  
     10.3 Kinetik der Phasenumwandlungen 345  
        10.3.1 Keimbildung 345  
        10.3.2 Keimwachstum 351  
        10.3.3 Kinetische Betrachtungen von Phasenumwandlungen im festen Zustand 353  
     10.4 Metastabile Zustände – Gleichgewichtszustände 354  
     10.5 Isotherme Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramme (ZTU-Diagramme) 355  
        10.5.1 Perlit 355  
        10.5.2 Bainit 359  
        10.5.3 Kugeliger Zementit 360  
        10.5.4 Martensit 361  
     10.6 ZTU-Diagramme für kontinuierliche Abkühlung 365  
     10.7 Mechanische Eigenschaften von Stählen 369  
        10.7.1 Perlit 369  
        10.7.2 Kugeliger Zementit 370  
        10.7.3 Bainit 371  
        10.7.4 Martensit 372  
     10.8 Anlassgefüge 373  
        10.8.1 Anlassversprödung 375  
     10.9 Überblick über die Phasenumwandlungen und mechanischen Eigenschaften von unlegierten Stählen 376  
     Zusammenfassung 379  
     Literatur 383  
     Fragen und Aufgaben 383  
  Kapitel 11 Verarbeitung und Verwendung von metallischen Werkstoffen 389  
     11.1 Einleitung 390  
     11.2 Eisenwerkstoffe 391  
        11.2.1 Stähle 391  
        11.2.2 Gusseisen 396  
     11.3 Nichteisenlegierungen 402  
        11.3.1 Kupfer und Kupferlegierungen 402  
        11.3.2 Aluminium und Aluminiumlegierungen 404  
        11.3.3 Magnesium und Magnesiumlegierungen 405  
        11.3.4 Titan und Titanlegierungen 407  
        11.3.5 Werkstoffe aus Refraktärmetallen 408  
        11.3.6 Superlegierungen 408  
        11.3.7 Edelmetall-Legierungen 409  
        11.3.8 Sonstige Nichteisenlegierungen 410  
     11.4 Formgebung durch Gießverfahren 411  
        11.4.1 Sandguss 412  
        11.4.2 Druckguss 412  
        11.4.3 Feinguss 412  
        11.4.4 Lost-foam-Gießen 412  
        11.4.5 Strangguss 413  
     11.5 Formgebung durch Umformverfahren 413  
        11.5.1 Schmieden 414  
        11.5.2 Walzen 414  
        11.5.3 Strangpressen 415  
        11.5.4 Ziehen 415  
     11.6 Weitere Fertigungsmethoden 415  
        11.6.1 Pulvermetallurgie 415  
        11.6.2 Schweißen 415  
     11.7 Glühverfahren 417  
        11.7.1 Zwischenglühen 417  
        11.7.2 Spannungsarmglühen 418  
        11.7.3 Glühen von Stählen 418  
     11.8 Härten von Stählen 420  
        11.8.1 Härtbarkeit 420  
        11.8.2 Einfluss des Abschreckmediums, der Probengröße und der Geometrie 424  
     11.9 Ausscheidungshärtung 430  
        11.9.1 Der Verlauf von Wärmebehandlungsprozessen 430  
        11.9.2 Härtungsmechanismen 432  
        11.9.3 Verschiedenes 434  
     Zusammenfassung 435  
     Literatur 440  
     Fragen und Aufgaben 441  
  Kapitel 12 Struktur und Eigenschaften von Keramiken 445  
     12.1 Einführung 446  
     12.2 Kristallstrukturen 447  
        12.2.1 Kristallstrukturen vom Typ AX 449  
        12.2.2 Kristallstrukturen vom Typ AmXp 451  
        12.2.3 Kristallstrukturen vom Typ AmBnXp 451  
        12.2.4 Kristallstrukturenmit dichtester Kugelpackung der Anionen 452  
        12.2.5 Berechnung der Dichte von Keramiken 454  
     12.3 Silikatkeramiken 455  
        12.3.1 Siliziumdioxid 456  
        12.3.2 Silikatische Gläser 456  
        12.3.3 Silikate 457  
     12.4 Kohlenstoff 459  
        12.4.1 Diamant 459  
        12.4.2 Graphit 460  
        12.4.3 Fullerene 461  
     12.5 Fehlordnungen in Keramiken 462  
        12.5.1 Atomare Punktdefekte 462  
        12.5.2 Verunreinigungen in Keramiken 465  
     12.6 Diffusion in ionischen Werkstoffen 466  
     12.7 Phasendiagramme keramischer Systeme 466  
        12.7.1 Das System Al2O3-Cr2O3 467  
        12.7.2 Das System MgO-Al2O3 467  
        12.7.3 Das System ZrO2-CaO 468  
        12.7.4 Das System SiO2-Al2O3 469  
     12.8 Sprödbruch 470  
        12.8.1 Fraktographie von Keramiken und Gläsern 472  
     12.9 Spannungs-Dehnungs-Verhalten 474  
        12.9.1 Biegefestigkeit 474  
        12.9.2 Elastisches Verhalten 476  
     12.10 Mechanismus der plastischen Verformung 476  
        12.10.1 Keramiken 476  
        12.10.2 Gläser 477  
     12.11 Sonstige mechanische Aspekte 478  
        12.11.1 Porosität 478  
        12.11.2 Härte 479  
        12.11.3 Kriechen 480  
     Zusammenfassung 480  
     Literatur 483  
     Fragen und Aufgaben 483  
  Kapitel 13 Herstellung, Verarbeitung und Verwendung von Keramiken und von Gläsern 489  
     13.1 Einführung 490  
     13.2 Gläser 490  
     13.3 Glaskeramiken 491  
        13.3.1 Eigenschaften und Anwendung von Glaskeramiken 492  
     13.4 Tonwerkstoffe 492  
     13.5 Feuerfestwerkstoffe 493  
        13.5.1 Schamotte/Feuerfestwerkstoffe 493  
        13.5.2 Silikatische Feuerfestwerkstoffe 494  
        13.5.3 Basische Feuerfestwerkstoffe 494  
        13.5.4 Spezielle Feuerfestwerkstoffe 494  
     13.6 Schleifmittel 495  
     13.7 Zemente und Betone 495  
     13.8 Technische Keramiken (Hochleistungskeramiken) 496  
        13.8.1 Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) 497  
        13.8.2 Optische Fasern 498  
        13.8.3 Keramische Kugellager 498  
     13.9 Herstellung und Verarbeitung von Gläsern und Glaskeramiken 500  
        13.9.1 Eigenschaften von Gläsern 500  
        13.9.2 Formgebung 501  
        13.9.3 Wärmebehandlung von Glas 503  
        13.9.4 Herstellung von Glaskeramiken durch Wärmebehandlung von Gläsern 504  
     13.10 Herstellung und Verarbeitung von Tonprodukten 505  
        13.10.1 Eigenschaften von Ton 505  
        13.10.2 Zusammensetzung von Tonprodukten 505  
        13.10.3 Herstellungsverfahren 505  
        13.10.4 Trocknen und Brennen 507  
     13.11 Pulverpressen 509  
     13.12 Foliengießen 511  
     13.13 Sonstiges 512  
     Zusammenfassung 512  
     Literatur 516  
     Fragen und Aufgaben 516  
  Kapitel 14 Polymerstrukturen 519  
     14.1 Einführung 520  
     14.2 Kohlenwasserstoffe 520  
     14.3 Polymermoleküle 523  
     14.4 Die Chemie der Polymermoleküle 523  
     14.5 Die Molmasse 527  
     14.6 Die Molekülform 529  
     14.7 Die Molekülstruktur 530  
        14.7.1 Unverzweigte (lineare) Polymere 530  
        14.7.2 Verzweigte Polymere 531  
        14.7.3 Polymere mit geringer Vernetzungsdichte – Elastomere 531  
        14.7.4 Polymere mit hoher Vernetzungsdichte – Duroplaste 532  
     14.8 Die Molekülkonfiguration 532  
        14.8.1 Stereoisomerie 532  
        14.8.2 Geometrische (cis-trans-)Isomerie 533  
     14.9 Thermoplaste und Duroplaste 535  
     14.10 Copolymere 536  
     14.11 Kristallinität von Polymeren 537  
     14.12 Polymerkristalle 540  
     14.13 Fehlstellen in Polymeren 542  
     14.14 Diffusion in Polymeren 542  
     Zusammenfassung 544  
     Literatur 548  
     Fragen und Aufgaben 548  
  Kapitel 15 Polymere: Eigenschaften, Verarbeitung und Verwendung 553  
     15.1 Einführung 554  
     15.2 Spannungs-Dehnungs-Verhalten 554  
     15.3 Makroskopische Deformation 556  
     15.4 Viskoelastische Deformation 557  
        15.4.1 Viskoelastischer Relaxationsmodul 558  
        15.4.2 Viskoelastisches Kriechen 561  
     15.5 Bruchverhalten von Polymeren 561  
     15.6 Weitere mechanische Eigenschaften 563  
        15.6.1 Schlagfestigkeit 563  
        15.6.2 Ermüdung 563  
        15.6.3 Reißfestigkeit und Härte 564  
     15.7 Deformation teilkristalliner Polymere 564  
        15.7.1 Mechanismus der elastischen Deformation 565  
        15.7.2 Mechanismus der plastischen Deformation 565  
     15.8 Faktoren, die die mechanischen Eigenschaften teilkristalliner Polymere beein flussen 567  
        15.8.1 Molmasse 567  
        15.8.2 Kristallinitätsgrad 568  
        15.8.3 Vorverformung durch Strecken 568  
        15.8.4 Wärmebehandlung 569  
     15.9 Deformation von Elastomeren 570  
        15.9.1 Vulkanisation 571  
     15.10 Kristallisation 573  
     15.11 Schmelzen 574  
     15.12 Der Glasübergang 574  
     15.13 Schmelz- und Glasübergangstemperatur 575  
     15.14 Schmelz- und Glasübergangstemperatur beeinflussende Faktoren 576  
        15.14.1 Glasübergangstemperatur 577  
     15.15 Plaste (Plastomere und Duromere) 578  
     15.16 Elaste (Elastomere) 581  
     15.17 Fasern 582  
     15.18 Sonstige Anwendungen 583  
        15.18.1 Beschichtungen 583  
        15.18.2 Klebstoffe 583  
        15.18.3 Filme/Folien 584  
        15.18.4 Schäume 584  
     15.19 Besondere Polymerwerkstoffe 584  
        15.19.1 Ultrahochmolekulares Polyethylen 585  
        15.19.2 Polymere Flüssigkristalle 585  
        15.19.3 Thermoplastische Elastomere 586  
     15.20 Polymerisation 588  
        15.20.1 Polymerisation durch Addition 588  
        15.20.2 Polymerisation durch Kondensation 590  
     15.21 Polymeradditive 591  
        15.21.1 Füllstoffe 591  
        15.21.2 Weichmacher 591  
        15.21.3 Stabilisatoren 591  
        15.21.4 Farbstoffe 592  
        15.21.5 Flammschutzmittel 592  
     15.22 Formgebungstechnologien für Polymere 592  
        15.22.1 Kompressions- und Transferformung 593  
        15.22.2 Spritzguss 594  
        15.22.3 Extrudieren 594  
        15.22.4 Blasformen 595  
        15.22.5 Gießen 595  
     15.23 Verarbeitung von Elastomeren 595  
     15.24 Herstellung von Fasern und Folien 595  
        15.24.1 Fasern 595  
        15.24.2 Folien 596  
     Zusammenfassung 597  
     Literatur 602  
     Fragen und Aufgaben 602  
  Kapitel 16 Verbundwerkstoffe 607  
     16.1 Einführung 608  
     16.2 Verbundwerkstoffe mit großen Partikeln (Teilchenverbunde) 610  
        16.2.1 Beton 612  
     16.3 Dispersionsverstärkte Komposite 614  
     16.4 Einfluss der Faserlänge 615  
     16.5 Einfluss der Orientierung und des Volumenanteils der Fasern 616  
        16.5.1 Langfaserverbundwerkstoffe mit orientierter Faserausrichtung 617  
        16.5.2 Verbundwerkstoffe mit orientierten Kurzfasern 622  
        16.5.3 Kurzfaser-Verbundwerkstoffe mit statistisch angeordneten Fasern 622  
     16.6 Fasern – Die Verstärkungsphase 624  
     16.7 Die Matrixphase 624  
     16.8 Verbundwerkstoffe mit Polymermatrix 625  
        16.8.1 Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) 625  
        16.8.2 Kohlefaserverstärkte Polymere 626  
        16.8.3 Aramidfaserverstärkte Polymerverbundwerkstoffe 627  
        16.8.4 Andere Verstärkungsfasern 628  
        16.8.5 Matrixpolymere 628  
     16.9 Metallmatrix-Verbundwerkstoffe 630  
     16.10 Verbundwerkstoffe mit keramischer Matrix 631  
     16.11 Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe 633  
     16.12 Hybride Verbundwerkstoffe 634  
     16.13 Verarbeitung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen 634  
        16.13.1 Strangziehen 634  
        16.13.2 Prozesse zur Herstellung von Prepregs 635  
        16.13.3 Filamentwickeln 636  
     16.14 Schichtverbundwerkstoffe 637  
     16.15 Sandwich-Strukturen 637  
     Zusammenfassung 640  
     Literatur 643  
     Fragen und Aufgaben 643  
  Kapitel 17 Korrosion und Degradation von Werkstoffen 649  
     17.1 Einführung 650  
     17.2 Elektrochemische Betrachtungen 651  
        17.2.1 Das Elektrodenpotential 653  
        17.2.2 Die elektrochemische Spannungsreihe 654  
        17.2.3 Einfluss von Konzentration und Temperatur auf das Zellpotential 656  
        17.2.4 Die praktische Spannungsreihe 657  
     17.3 Korrosionsgeschwindigkeiten 658  
     17.4 Vorhersage von Korrosionsraten 659  
        17.4.1 Polarisation 659  
        17.4.2 Bestimmung der Korrosionsgeschwindigkeit aus Polarisationsdaten 662  
     17.5 Passivierung 665  
     17.6 Umgebungseinflüsse 667  
     17.7 Formen der Korrosion 667  
        17.7.1 Gleichförmige Korrosion 667  
        17.7.2 Bimetallkorrosion 667  
        17.7.3 Spaltkorrosion 669  
        17.7.4 Lochkorrosion 670  
        17.7.5 Interkristalline Korrosion 671  
        17.7.6 Selektive Korrosion 672  
        17.7.7 Verschleißkorrosion 672  
        17.7.8 Spannungsrisskorrosion 673  
        17.7.9 Wasserstoffversprödung 674  
     17.8 Korrosive Umgebungen 675  
     17.9 Korrosionsschutz 675  
        17.9.1 Kathodischer Schutz 676  
     17.10 Oxidation 677  
        17.10.1 Mechanismen 677  
        17.10.2 Arten von Oxidschichten 678  
        17.10.3 Kinetik 679  
     17.11 Quellen und Auflösen von Polymeren 681  
     17.12 Bindungsbruch 682  
        17.12.1 Bindungsspaltung durch Strahlung 682  
        17.12.2 Bindungsspaltung durch chemische Reaktionen 683  
        17.12.3 Bindungsspaltung bei hoher Temperatur 683  
     17.13 Verwitterung 684  
     Zusammenfassung 684  
     Literatur 688  
     Fragen und Aufgaben 688  
  Kapitel 18 Elektrische Eigenschaften 693  
     18.1 Einführung 694  
     18.2 Das Ohm’sche Gesetz 694  
     18.3 Die elektrische Leitfähigkeit 695  
     18.4 Elektronen- und Ionenleitung 696  
     18.5 Die Bänderstruktur der Energieniveaus in Festkörpern 696  
     18.6 Leitungsvorgänge aus der Sicht des Bändermodells und der Atombindung 698  
        18.6.1 Metalle 699  
        18.6.2 Isolatoren und Halbleiter 699  
     18.7 Elektronenmobilität 700  
     18.8 Der spezifische Widerstand von Metallen 701  
        18.8.1 Einfluss der Temperatur 702  
        18.8.2 Einfluss von Verunreinigungen und Fremdatomen 703  
        18.8.3 Einfluss plastischer Verformungen 703  
     18.9 Elektrische Eigenschaften von Legierungen für den industriellen Einsatz 704  
     18.10 Eigenhalbleitung 706  
        18.10.1 Löcher (Defektelektronen) 707  
        18.10.2 Eigenleitung 708  
     18.11 Störstellenhalbleitung 708  
        18.11.1 n-Leitung 709  
        18.11.2 p-Leitung 710  
     18.12 Temperaturabhängigkeit der Ladungsträgerdichte 712  
     18.13 Beeinflussung der Ladungsträgermobilität 714  
        18.13.1 Einfluss der Konzentration des Dotierstoffs 714  
        18.13.2 Einfluss der Temperatur 714  
     18.14 Der Hall-Effekt 717  
     18.15 Halbleiterbauelemente 719  
        18.15.1 Der pn-Gleichrichterübergang 719  
        18.15.2 Der Transistor 721  
        18.15.3 Flash-Speicher (Festkörperlaufwerke) 724  
        18.15.4 Integrierte mikroelektronische Schaltungen 724  
     18.16 Leitungsvorgänge in ionischen Werkstoffen 726  
     18.17 Elektrische Eigenschaften von Polymeren 727  
        18.17.1 Leitende Polymere 727  
     18.18 Die Kapazität 728  
     18.19 Feldvektoren und Polarisation 729  
     18.20 Arten der Polarisation 733  
        18.20.1 Elektronenpolarisation 733  
        18.20.2 Ionenpolarisation 733  
        18.20.3 Orientierungspolarisation 734  
     18.21 Die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätszahl 734  
     18.22 Dielektrische Festigkeit 735  
     18.23 Dielektrische Werkstoffe 735  
     18.24 Ferroelektrizität 736  
     18.25 Piezoelektrizität 737  
     Zusammenfassung 738  
     Literatur 744  
     Fragen und Aufgaben 744  
  Kapitel 19 Thermische Eigenschaften 751  
     19.1 Einführung 752  
     19.2 Wärmekapazität 752  
        19.2.1 Der Beitrag von Gitterschwingungen zur Wärmekapazität 752  
        19.2.2 Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität 753  
        19.2.3 Andere Beiträge zur Wärmekapazität 754  
     19.3 Thermische Ausdehnung 755  
        19.3.1 Metalle 756  
        19.3.2 Keramiken 756  
        19.3.3 Polymere 758  
     19.4 Wärmeleitfähigkeit 758  
        19.4.1 Mechanismen der Wärmeleitung 758  
        19.4.2 Metalle 759  
        19.4.3 Keramiken 760  
        19.4.4 Polymere 761  
     19.5 Thermische Spannungen 761  
        19.5.1 Mechanische Spannungen als Folge eingeschränkter thermischer Ausdehnung und Schwindung 762  
        19.5.2 Mechanische Spannungen als Folge von Temperatur gradienten 762  
        19.5.3 Thermoschock in spröden Werkstoffen 763  
     Zusammenfassung 763  
     Literatur 765  
     Fragen und Aufgaben 766  
  Kapitel 20 Magnetische Eigenschaften 769  
     20.1 Einführung 770  
     20.2 Grundlagen des Magnetismus 770  
        20.2.1 Magnetische Dipole 770  
        20.2.2 Magnetische Feldvektoren 771  
        20.2.3 Die Quellen magnetischer Momente 773  
     20.3 Diamagnetismus und Paramagnetismus 774  
     20.4 Ferromagnetismus 776  
     20.5 Antiferromagnetismus und Ferrimagnetismus 777  
        20.5.1 Antiferromagnetismus 777  
        20.5.2 Ferrimagnetismus 777  
        20.5.3 Spinelle/inverse Spinelle 778  
     20.6 Einfluss der Temperatur auf das magnetische Verhalten 780  
     20.7 Domänen und Hysterese 781  
     20.8 Magnetische Anisotropie 785  
     20.9 Weichmagnetische Werkstoffe 786  
     20.10 Hartmagnetische Werkstoffe 789  
        20.10.1 Konventionelle hartmagnetische Werkstoffe 790  
        20.10.2 Hochenergie-Magnetwerkstoffe 790  
     20.11 Magnetspeicher 792  
        20.11.1 Festplattenlaufwerke 792  
        20.11.2 Magnetbänder 794  
     20.12 Supraleitung 795  
     Zusammenfassung 798  
     Literatur 801  
     Fragen und Aufgaben 801  
  Kapitel 21 Optische Eigenschaften 805  
     21.1 Einführung 806  
     21.2 Elektromagnetische Strahlung 806  
     21.3 Die Wechselwirkung von Licht mit Festkörpern 808  
     21.4 Wechselwirkungen mit Atomen und Elektronen 809  
        21.4.1 Elektronenpolarisation 809  
        21.4.2 Elektronenübergänge 809  
     21.5 Brechung 811  
     21.6 Reflexion 813  
     21.7 Absorption 813  
     21.8 Transmission 816  
     21.9 Farbe 817  
     21.10 Opazität und Transluzenz von Isolatoren 818  
     21.11 Lumineszenz 819  
     21.12 Fotoleitung 822  
     21.13 Laser 822  
     21.14 Lichtwellenleiter in der Kommunikationstechnik 826  
     Zusammenfassung 829  
     Literatur 833  
     Fragen und Aufgaben 833  
  Kapitel 22 Ökonomische, ökologische und gesellschaftliche Aspekte von Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 837  
     22.1 Einführung 838  
     22.2 Bauteilauslegung 839  
     22.3 Werkstoffe 839  
     22.4 Herstellungsverfahren 839  
     22.5 Überlegungen zum Recycling in Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 843  
        22.5.1 Metallische Werkstoffe 843  
        22.5.2 Glas 844  
        22.5.3 Kunststoffe 844  
        22.5.4 Verbundwerkstoffe 848  
     Zusammenfassung 849  
     Literatur 850  
     Fragen und Aufgaben 850  
  Anhang A 851  
  Anhang B 853  
  Anhang C 877  
  Anhang D 881  
  Glossar 883  
  Lösungsteil 897  
  Register 903  
  EULA 917  

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