Читать книгу Grundlagen der Funktionswerkstoffe für Studium und Praxis - Janko Auerswald - Страница 23

Die Kristallstruktur und die darin enthaltenen Gitterdefekte beeinflussen die mechanischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften von Funktionswerkstoffen maßgeblich. Die Dimensionen, die dabei eine Rolle spielen, sind unvorstellbar klein. Typische Atomabstände in Metallen liegen bei 0.1-0.3 nm. Die meisten metallischen Werkstoffe sind polykristallin, mit Korngrößen zwischen 1 und 100 μm. Um eines dieser winzigen Körner oder Kristallite als Bild darzustellen, müsste man wesentlich mehr Atome zeichnen, als Menschen auf unserem Planeten leben. Das ist nicht praktikabel. Daher bedient man sich des Modells der Elementarzelle.

Eine Elementarzelle ist die kleinste geometrische Einheit, die einen Kristall vollständig beschreibt. Angenommen, die mittlere Größe von würfelförmigen Kristallen läge bei 10 μm (mittlere Korngröße). Angenommen, Länge, Höhe und Breite der ebenfalls würfelförmigen Elementarzelle läge bei 0.2nm. Dann würde in einem solchen winzigen Kristall von 10 . 10 . 10 μm die unvorstellbare Anzahl von 1.25 . 10¹⁴ geometrischen Elementarzellen vorliegen. Und dieser kleine Kristall wäre noch nicht einmal von bloßem Auge, sondern nur unter einem Mikroskop erkennbar - inmitten von unzähligen weiteren kleinen Kristallen desselben Werkstoffgefüges.

Anders als die spröden Keramiken und Halbleiter können sich Metalle nicht nur elastisch, sondern auch plastisch verformen. Ursache dafür ist vor allem das Gleiten von Versetzungen auf dicht gepackten Kristallebenen. Um die Festigkeit von Metallen zu erhöhen, werden diesen Versetzungen gezielt Gitterdefekte wie Fremdatome, andere Versetzungen, Korngrenzen oder Ausscheidungen in den Weg gestellt. Man spricht in diesem Zusammenhang von Verfestigungsmechanismen.