Struktur- und Gefügeanalyse II

Präsentation zum Thema: "Struktur- und Gefügeanalyse II"—  Präsentation transkript:

1 Struktur- und Gefügeanalyse II
Realstrukturanalyse

2 Gliederung Mikrostrukturdefekte und ihre Spannungsfelder
Methoden der Mikrostrukturanalytik Analyse der Verbreiterung der Röntgenbeugungslinien (Kleine Kristallite, Mikrodehnung, Versetzungen) Entfaltungsmethoden Diffuse Streuung an teilweise ungeordneten Strukturen (Debye-Waller-Faktor, Phasenübergänge) Vorzugsorientierung der Kristallite (Textur) Rietveld-Methode Dünnschichtanalyse Eigenspannungsanalyse

3 Literatur D. Rafaja: Röntgendiffraktometrie, in H. Biermann und L. Krüger: Moderne Methoden der Werkstoffprüfung, Wiley VCH, 2014/2015. B. Warren: X-ray Diffraction, New York: Dover Publications, Inc., 1990. L. Azároff: Elements of X-ray Crystallography, New York: McGraw-Hill Book Company, 1968. C. Giacovazzo, H. Monaco, G. Artioli, D. Viterbo, M. Milanesio, G. Gilli, P. Gilli, G. Zanotti, G. Ferraris und M. Catti: Fundamentals of Crystallography, Oxford University Press, 2011. A. Guinier: X-ray diffraction in crystals, imperfect crystals, and amorphous bodies, San Francisco: Freeman, 1963.

4 Ideale und reale Kristalle
Perfekter Kristall 3D-periodisch Unendlich groß Fehlerfrei Realer Kristall 3D-periodisch Endlich groß Enthält Defekte in der Struktur Besteht aus Kristalliten

5 Klassifizierung der Strukturdefekte
Vergängliche Defekte – hauptsächlich Gitterschwingungen (Phononen) Punkdefekte – Fehlstellen (Leerstellen und fremde Atome) Eindimensionale Defekte (Stufen- und Schraubenversetzungen) Zweidimensionale Gitterfehler (Korngrenzen, Stapelfehler, Zwillingsgrenzen) Dreidimensionale Gitterfehler (Ausscheidungen, Konglomerate von anderen Defekten)

6 Untersuchungsmethoden
Direkt Optische Mikroskopie Elektronenmikroskopie (TEM, REM) Topographie Indirekt Spektroskopie (z.B. PAS: Positron annihilation spectroscopy, IR und Raman Spektroskopie) Untersuchung von physikalischen Eigenschaften (Elektrische Leitfähigkeit, Permitivität, Suszeptibilität) Röntgenbeugung und Röntgenstreuung Kleinwinkelgrenze in geätztem Germanium. Optische Mikroskopie.

7 Gleichgewichtkonzentration der Leerstellen
Punktdefekte Schottky Defekte und Frenkel Defekte Gleichgewichtkonzentration der Leerstellen Svf … entspricht der Veränderung der Schwingungsentropie, die mit der Leerstelle verbunden ist. Hvf ≈ Uvf … Aktivierungsenergie der Leerstelle kB … die Boltzmann Konstante T … Temperatur

8 Dichte der Punktdefekte
ist nicht konstant hängt von der Temperatur ab Al: Hvf ≈ 0.7 eV, T ≈ 900K (627°C), Cv0 ≈ 10–4 kann erhöht werden durch: Rasches Abkühlen Bestrahlung mit Neutronen, Elektronen, -Teilchen Plastische Verzerrung (sekundär zur Bewegung von Versetzungen)

9 Versetzungen Stufenversetzung Schraubenversetzung

10 Der Burgers Vektor Für eine Stufenversetzung liegt der Burgers Vektor senkrecht zu der Versetzungslinie

11 Der Burgers Vektor Für eine Schraubenversetzung liegt der Burgers Vektor parallel zu der Versetzungslinie

12 Spannungsfeld in der Nähe der Versetzung
Das Modell: die Volterr Versetzung Die Schraubenversetzung In kartesischen Koordinaten In zylindrischen Koordinaten

13 Spannungsfeld in der Nähe der Stufenversetzung
In kartesischen Koordinaten In zylindrischen Koordinaten

14 Spannungsfeld in der Nähe der Stufenversetzung
In kartesischen Koordinaten In zylindrischen Koordinaten

15 Spannungsfeld in der Nähe der Stufenversetzung

16 Korngrenzen Klein- oder Großwinkelkorngrenzen Disklination

17 Kleinwinkelkorngrenze

18 Großwinkelkorngrenze

19 (Korngrenzen in Nanokristallen)
Disklination (Korngrenzen in Nanokristallen)

20 Stapelfehler

21 Dichteste Kugelpackung
Kubisch Hexagonal A B C A B B A A Richtung 111 Richtung 001

22 Phasenübergänge kubisch  hexagonal
Co: Fm3m unterhalb von 690 K (417°C) Ni: Fm3m Ti: Im3m oberhalb von 1155 K (882°C) Co: P63/mmc oberhalb von 690 K (417°C) Ni: P63/mmc in dünnen Schichten Ti: P63/mmc unterhalb von 1155 K (882°C)

23 Antiphasengrenzen Röntgenbeugung sieht die Antiphasengrenzen als Zwillinge; bessere Darstellung mit TEM

24 Zwillingsgrenzen