Werkstoffkunde Für Elektroingenieure: Lehrbuch Für Studenten Der Elektrotechnik AB 1. Semester

ISBN-13: 9783528235086 / Niemiecki / Miękka / 1974 / 248 str.

Paul Guillery

Opis

Aufgabenbereich und Stoffgebiet einer elektrotechnischen Werkstoffkunde. Die chemischen Elemente Die Elektrotechnik beschaftigt sich bekanntlich mit elektrischen und magnetischen Feldem, Stromen und Fltissen, ihrer Erzeugung aus mechanischer, thermischer oder chemischer Energie, ihrer Ausbreitung und gegenseitigen Wechselwirkung sowie schlieilllich mit ihrem Verbrauch, d. h. ihrem tlbergang bzw. Rtickweg in die genann ten anderen Energieformen. Am Anfang einer Werkstoffkunde der Elektrotechnik steht demnach die Frage, wie sich die Anwesenheit von Materie mannigfacher Art auf diese Zusammenhlinge und Vorgange auswirkt, wie sie also das Entstehen und Vergehen, die Gestaltung und gegenseitige Verkntipfung der Felder und Strome be einflulk Nicht minder interessieren zugleich die vortibergehenden oder bleibenden Veranderungen, die die beteiligte Materie selbst dabei erleidet, in Anbetracht der in ihr auftretenden elektrischen, mechanischen und thermischen Beanspruchungen oder elektrochemischen Prozesse. Der unmittelbare EinfluS der Materie fmdet bei der mathematischen Formulierung physikalischer, insbesondere elektrotechnischer Zusammenhlinge bekanntlich dadurch seinen Ausdruck, daB in den Gleichungen irgendwelche Parameter erscheinen, die die Eigenschaften der beteiligten Stoffe in die Betrachtung einbeziehen. Solche, die Materialeigenschaften kennzeichnenden Groillen sind z. B. die Dielektrizitlitskonstan tel) (Permittivitat), die elektrische Leitflihigkeit u. a. m., wie sie etwa bei der Be rechnung der Verluste in einem Kondensator oder im Eisenkern einer stromdurch flossenen Spule, der Dlimpfung elektromagnetischer Schwingungen in irgendeinem Medium, der Stromverteilung in einem Leitersystem und bei zahllosen anderen Bei spielen auftreten.

Spis treści

I. Grundlagen. Ausgewählte Kapitel aus der allgemeinen Werkstoffkunde.- 1. Einiges vom Aufbau und den Eigenschaften fester, insbesondere metallischer Werkstoffe.- 1.1. Amorphe und kristalline feste Körper.- 1.2. Untersuchungsmethoden.- 1.3. Kristallstrukturen.- 1.4. Einfluß von Kristallstruktur und –Gefüge auf die Werkstoffeigenschaften. Kaltverformung und Rekristallisation.- 1.5. Künstlich herbeigeführte Anisotropie, insbesondere als Folge von Bearbeitungsvorgängen (Textur).- 2. Festigkeit und Verformbarkeit.- 2.1. Das Spannungs-Dehnungs-Schaubild und die dadurch gekennzeichneten Werkstoffeigenschaften.- 2.2. Andere mechanische Werkstoffeigenschaften, insbesondere die Härte.- 2.3. Beeinflussung der Festigkeitswerte durch Temperatur sowie durch Dauer und Art der mechanischen Beanspruchung.- 2.3.1. Temperaturbeanspruchung.- 2.3.2. Langzeitbeanspruchung bei erhöhter Temperatur.- 2.3.3. Schlagbeanspruchung.- 2.3.4. Wechselbeanspruchung.- 3. Verbundstoffe, Legierungen, Intermetallische Verbindungen.- 3.1. Verbundstoffe.- 3.2. Legierungen.- 3.2.1. Verbundmetalle.- 3.2.2. Legierungen mit lückenloser Mischkristallreihe.- 3.2.3. Legierungen mit Eutektikum.- 3.2.4. Aushärtbare Legierungen mit Mischungslücke.- 3.2.5. Dispersionsgehärtete Legierungen.- 3.3. Intermetallische Verbindungen.- 4. Das Eisen und seine Legierungen.- 4.1. Gewinnung von reinem Eisen, Stahl und Gußeisen.- 4.2. Die verschiedenen Modifikationen des Eisens, ihre wichtigsten Eigenschaften und ihr Verhältnis zum Kohlenstoff. Ferrit, Austenit, Zementit.- 4.3. Das Eisen-Kohlenstoff-Schaubild und die in seinem Rahmen sich abspielenden Vorgänge.- 4.3.1. Oberhalb 900 °C: das ?-Eisen und seine Legierungen mit Kohlenstoff (Austenit, Ledeburit).- 4.3.2. Zwischen 911 °C und 700 °C: ?-?-Umwandlung, der Übergang von Austenit zu Ferrit und Perlit.- 4.3.3. Unterhalb 700 °C: Stahl und Gußeisen.- 4.3.4. Die Härtung des Stahls durch Bildung von Martensit bei der ?-?-Umwandlung, Abschrecken und Vergüten.- 4.3.5. Begünstigung oder Unterdrückung der ?-?-Umwandlung durch Legierungszusätze; austenitische Stähle.- 4.4. Unlegierte Stähle.- 4.5. Legierte Stähle.- 4.5.1. Verunreinigungen durch Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Phosphor, Schwefel und Bor.- 4.5.2. Die meistverwendeten Legierungspartner des Stahls.- 4.5.2.1. Nickel, Kobalt, Mangan, außerdem Silicium, als Legierungselemente von Stählen.- 4.5.2.2. Alle übrigen gebräuchlichen Legierungspartner des Stahls.- 4.6. Legiertes Gußeisen.- 5. Das Kupfer und seine Legierungen.- 5.1. Gewinnung und Eigenschaften des reinen Kupfers (Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Verformbarkeit).- 5.2. Kupferlegierungen.- 5.2.1. Hochleitfähige Kupferlegierungen.- 5.2.2. Kupferlegierungen als Konstruktionswerkstoffe.- 5.2.2.1. Kupferlegierungen mit kleinen Zusätzen von Arsen, Mangan, Silicium, Aluminium..- 5.2.2.2. Kupferlegierungen mit kleinen, mittleren und starken Anteilen von Zinn, Zink, Nickel (Zinnbronzen, Rotmetalle, Messing, Neusilber) und Blei.- 5.2.3. Legierungen für elektrische Widerstände und Kontaktwerk Stoffe auf der Basis von Kupfer.- 6. Leichtmetalle, insbesondere Aluminium und seine Legierungen.- 6.1. Magnesium, Titan, Beryllium.- 6.2. Reines Aluminium.- 6.3. Aluminiumlegierungen.- 6.4. Zusammenfassender Überblick über Werkstoffeigenschaften und Zusammensetzung von Kupferlegierungen und Aluminiumlegierungen.- 7. Korrosion und Korrosionsschutz.- 7.1. Normale Witterungseinflüsse.- 7.2. Der korrodierende Einfluß des Wassers, elektrochemische Prozesse als Ursache der Verwitterung.- 7.3. Sonstige Korrosionserscheinungen (Industrie-Atmosphäre und Meerwasser).- 7.4. Korrosionsschutz.- 8. Verbindungstechnik metallischer Werkstoffe.- 8.1 Löten.- 8.2. Schweißen.- 9. Prüfverfahren zur Feststellung und Beurteilung der in den vorhergehenden Kapiteln behandelten Weikstoffeigenschaften.- 9.1. Zusammensetzung und Kristallgefaüge.- 9.2. Festigkeit und Zähigkeit.- 9.3. Korrosionsbeständigkeit.- 9.4. Risseprüfung, vor allem an Schweiß- und Lötverbindungen.- II Die meist verwendeten Weikstoffgruppen der Elektrotechnik nach ihren Haupteigenschaften geordnet.- 10. Einleitende Übersicht über Zusammenhänge zwischen der Art der interatomaren Bindung, den mechanischen Eigenschaften und der Elektrizitätsleitüng in festen Körpern.- 10.1. Positive und negative Ladungen als Bestandteile der Materie.- 10.2. Metallische Bindung und metallische Leitung.- 10.3. Die „Valenzkristalle“ des Kohlenstoffs und der halbleitenden Elemente Silicium und Germanium.- 10.4. Chemische Verbindungen mit elektronischer Halbleitung und mit Ionenleitung.- 10.5. Zusammenfassung von Kapitel 10.2. bis 10.4..- 10.6. Aufbau der Atome aus Kern und Elektronenhülle.- 10.7. Das Bändermodell.- 11. Der Halleffekt und seine Bedeutung zum Studium der Leitungsvorgänge in Metallen, Halbleitern und festen Ionenleitern.- 12. Metallische Leiter- und Widerstandswerkstoffe.- 12.1. Reine Metalle.- 12.1.1. Einige Zahlenwerte für die Leitfähigkeit.- 12.1.2. Konzentration und Beweglichkeit der Leitungselektronen in reinen Metallen.- 12.1.3. Einfluß von Verunreinigungen und sonstigen Unregelmäßigkeiten im Kristallgefüge auf das Leitvermögen von Metallen.- 12.1.4. Einfluß der Temperatur auf die metallische Leitfähigkeit, Widerstandsthermometer.- 12.1.5. Einfluß gerichteter mechanischer Spannungen, Dehnungsmeßstreifen.- 12.1.6. Widerstandserhöhung im Magnetfeld.- 12.2. Legierungen als Werkstoffe für elektrische Widerstände.- 12.2.1. Die Leitfähigkeit von Legierungen.- 12.2.2. Werkstoffe für Präzisions-, Regel-und Heizwiderstände.- 12.3. Metallische Thermoelemente.- 12.4. Elektronenaustritt aus Metallen in eine umgebende Gasatmosphäre oder ins Vakuum.- 12.5. Zusammenfassung von Kapitel 12.1. bis 12.4..- 13. Elektronische Halbleiter.- 13.1. Entstehung und Art des Leitungsmedianismus Valenzelektronen, Leitungselektronen, Defektelektronen.- 13.2. Gebräuchliche Halbleiterwerkstoffe.- 13.3. Das Leitvermögen technischer Halbleiter.- 13.3.1. Elektronenkonzentration, Elektronenbeweglichkeit und Leitfähigkeit von Halbleiterwerkstoffen in Gegenüberstellung zu Metallen.- 13.3.2. Eigenleitung und Störstellenleitung.- 13.4. Die wichtigsten Anwendungen typischer Halbleitereigenschaften.- 13.4.1. Trägerzahlerhöhung durch Temperatur und Strahlung im Innern des Werkstoffes, gegebenenfalls bis zum Austritt aus der Oberfläche.- 13.4.1.1. im Innern des Werkstoffes (Heißleiter, Fotowiderstände).- 13.4.1.2. Elektronenaustritt aus der Oberfläche (Glühkatoden und Fotokatoden).- 13.4.2. Der p-n-Übergang und seine Anwendungen.- 13.4.2.1. Ladungsverteilung am p-n-Übergang.- 13.4.2.2. Gleichrichterdioden.- 13.4.2.3. Zenerdioden und spannungsabhängige Kondensatoren.- 13.4.2.4. Transistor und Thyristor.- 13.4.2.5. Fotodioden, Fototransistoren, Fotoelemente.- 13.4.2.6. Lumineszenz-und Laser-Dioden.- 13.4.2.7. Peltier-Kühlelemente.- 13.4.3. Technische Anwendung des Halleffektes und der Widerstandsänderung im Magnetfeld bei Halbleitern.- 13.4.4. Piezo-Widerstände.- 13.5. Zusammenfassung von Kapitel 13.1. bis 13.4..- 13.6. Verfahrenstechnik bei der Herstellung von Halbleiterwerkstoffen (Reinigung, Zonenschmelzen, Kristallzüchtung, Dotierung, Miniaturisierung).- 14. Der Kohlenstoff und seine Verbindungen als Werkstoffe der Elektrotechnik.- 14.1. Graphit und „amorpher“ Kohlenstoff.- 14.2. Carbide.- 15. Supraleiter.- 16. Kontaktwerkstoffe.- 17. Isolierstoffe.- 17.1. Überblick über die spezifischen Widerstände aller elektrotechnischen Werkstoffe.- 17.2. Die Luft als Isolierstoff.- 17.3. Die Durchschlagfestigkeit von Gasen.- 17.4. Die Qualitätsmerkmale fester und flüssiger Isolierstoffe.- 17.4.1. Die Durchschlagfestigkeit.- 17.4.2. Die elektrische Polarisation und die Dielektrizitätszahl (Permittivitätszahl).- 17.4.2.1. Stoffe aus unpolaren Molekülen.- 17.4.2.2. Stoffe aus polaren Molekülen (Dipolen).- 17.4.2.3. Ferroelektrische Stoffe, auch in ihrer Anwendung als Kaltleiter.- 17.4.2.4. Elektrostriktion und Piezoelektrizität.- 17.4.3. Entstehung und Definition der dielektrischen Verluste, der Verlustfaktor tan?.- 17.4.4. Die Messung des Verlustfaktors und der Dielektrizitätszahl (Permittivitätszahl).- 17.4.5. Abhängigkeit der Dielektrizitätszahl (Permittivitätszahl) ?r und des Verlustfaktors tan6 von Frequenz und Temperatur.- 17.4.6. Die Spannungsabhängigkeit des Verlustfaktors.- 17.4.7. Die komplexe Dielektrizitätszahl (Permittivitätszahl).- 17.4.8. Oberflächenwiderstand, Kriechstromfestigkeit.- 17.5. Zusammenfassender Auszug aus Kapitel 17.1. bis 17.4. Sonstige Forderungen an Isolierstoffe.- 17.6. Gebräuchliche Isolierstoffe, ihre wichtigsten Eigenschaften, Isolierverfahren.- 17.7. Die Wärmebeständigkeit technischer Isoherstoffe. Die Einteilung in Wärmeklassen.- 17.8. Sonstige Kunststoffanwendungen, die Gießharztechnik.- 18. Die Wärmeleitfähigkeit gebräuchlicher Werkstoffe.- 19. Magnetische Wedestoffe.- 19.1. Begriffe und Definitionen.- 19.2. Diamagnetismus und Paramagnetismus.- 19.3. Der Ferromagnetismus und Ferrimagnetismus.- 19.3.1. Grundsätzliches über Aufbau und Eigenschaften ferromagnetischer Werkstoffe.- 19.3.1.1. Weiss’sche Bezirke und Blochwände.- 19.3.1.2. Die Vorgänge bei der Auf- und Abmagnetisierung (Wandverschiebungen, Drehprozesse, Magnetostriktion).- 19.3.2. Antiferromagnetismus und Ferrimagnetismus.- 19.4. Definition und meßtechnische Erfassung der Eigenschaften magnetischer Werkstoffe.- 19.4.1. Die Magnetisierungskurve.- 19.4.2. Die Hystereseschleife und die Hystereseverluste.- 19.4.3. Die Wirbelstromverluste.- 19.4.4. Die Nachwirkungsverluste.- 19.4.5. Die Ummagnetisierungsverluste in ihrer Gesamtheit.- 19.4.6. Abhängigkeit der Gesamtverluste und der Peimeabilitätszahl von der Frequenz.- 19.4.7. Die komplexe Permeabilitätszahl.- 19.5. Eigenschaften gebräuchlicher Magnetwerkstoffe 225.- 19.5.1. Allgemeiner Überblick.- 19.5.1.1. Sättigungspolarisationen und Curie-Temperaturen.- 19.5.1.2. Hystereseschleifen von isotropen Werkstoffen.- 19.5.1.3. Hystereseschleifen von anisotropen Werkstoffen.- 19.5.2. Hartmagnetische Werkstoffe.- 19.5.3. Weichmagnetische Werkstoffe.- 19.6. Zusammenfassung von Kapitel 19.2. bis 19.5..- Literatur.- Sachwortverzeichnis.