Metalle sind fest und gleichzeitig verformbar. Ein einfaches Experiment mit einer Büroklammer zeigt das sehr eindrucksvoll: Es ist leicht, die Büroklammer soweit aufzubiegen, dass man sie an beiden Enden festhalten kann, aber es ist (zumindest mit meiner Muskelkraft) nicht möglich, sie zu zerreissen. Warum ist das so?


Metall bestehen aus Atomen in einer regelmäßigen Anordnung, einem Kristallgitter. Im einfachsten Fall sieht das etwa so aus:

i-5cb46dcc22bea9b1f9c064ac80b69a7d-kubisches_gitter_1.jpg

Damit sich die Form eines Metalls dauerhaft ändert, müssen sich Atome so gegeneinander verschieben, dass Atome, die vorher benachbart waren, es hinterher nicht mehr sind. Die Anordnung der Atome muss sich also ändern. Man könnte sich das zum Beispiel so vorstellen:

i-a1f33bbb1f94dee65ef46dda05636972-abgleiten_ideal2.jpg

Lässt sich ein Material dauerhaft verformen (so wie ein Metall oder auch Knetgummi), so nennt man dies eine plastische Verformung. (Das Gegenstück dazu ist die elastische Verformung, die wieder verschwindet, wenn man die äußere Kraft wegnimmt. Die ist beispielsweise bei Gummibändern besonders leicht zu beobachten.)

Berechnet man, wie groß die Kraft zum dauerhaften Verformen, die so genannte Fließgrenze, sein müsste, dann kommt man auf einen Wert, der typischerweise um das Zehnfache über der beobachteten Fließgrenze von Metallen liegt. Anfang des 20. Jahrhunderts versuchte man dies dadurch zu erklären, dass reale Kristalle niemals ganz perfekt sind und dass die Störstellen (beispielsweise Fremdatome oder unbesetzte Plätze im Kristallgitter) die Fließgrenze herabsetzen.

Man versuchte deshalb, möglichst reine Kristalle herzustellen, und erwartete, dass sich dann die Fließgrenze erhöhen würde. Rätselhafterweise war das Gegenteil der Fall – je reiner der Kristall, desto geringer seine Fließgrenze, desto leichter lässt er sich also verformen.

Die Lösung des Rätsels wurde 1934 entdeckt, und zwar unabhängig und fast gleichzeitig von drei Wissenschaftlern, Egon Orowan, Michael Polanyi und G. I. Taylor.
Metalle verformen sich nicht wie im Bild oben, sondern durch einen anderen Mechanismus. Verantwortlich sind Störstellen im Kristall, die als Versetzungen bezeichnet werden.

Es gibt verschiedene Arten von Versetzungen, die einfachste (auf die wir uns hier beschränken) ist die so genannte Stufenversetzung:

i-37c065280fa5a2707c7c2b291db77929-stufe3d-thumb-400x400.jpg

Die roten Kugeln sind die Atome, die gelbe Linie zeigt, wo der Kristall gestört ist, sie hat aber selbst keine physikalische Bedeutung. (Ein Versetzungsbild findet sich übrigens auch oben in der Hier-Wohnen-Drachen-Grafik – ein Grund, warum ich hier mal erkläre, was man da eigentlich sieht.)

Man kann sie sich so vorstellen, als hätte jemand den Kristall von oben bis zur Mitte aufgesägt und eine zusätzliche Lage von Atomen eingeschoben. Weit weg von der Versetzung ist der Kristall vollkommen ungestört, nur um die Versetzung herum ist das Gitter gestört und einige Bindungen sind gedehnt.

Diese gedehnten Bindungen machen es jetzt leichter, den Kristall abzuscheren, also Atome gegeneinander zu bewegen. Das ganze ist analog zum Verlegen eines Teppichs.
Jeder kennt das Problem: Der neue Teppich ist ausgerollt, liegt aber nicht ganz genau so, wie er soll. Durch Herumzergeln an den Ecken bewegt er sich kein Stück. Was tun? Man macht eine kleine Falte in den Teppich und schiebt diese Falte durchs Zimmer in die richtige Richtung:

i-800b9227d98b2e60346218f76b9e37a3-teppichVersetzung-thumb-540x96.gif

(Dieses schöne Bild stammt von der Uni Augsburg, wo das, was ich hier erkläre, auch sehr schön erläutert wird, allerdings auf etwas höherem Niveau inklusive Formeln.)

Bei Versetzungen in Metallen funktioniert das ganz ähnlich: Versucht man, einen Kristall zu verformen (in einfachsten Fall wie hier dadurch, dass man direkt Atomlagen gegeneinander verschiebt), dann machen es die bereits gedehnten Bindungen um die Versetzungen herum leichter:

i-0d555f2c07e516fd83f0739ccff4260a-stufenversetzung_bewegung_1.jpg
i-2c5e9129ca5503bb31caadf20a89d282-stufenversetzung_bewegung_2.jpg
i-aea922a6578b6a772314b757f08fc647-stufenversetzung_bewegung_3.jpg
i-2041ef3c6def1d76ed1f8dd93fe89abd-stufenversetzung_bewegung_4.jpg

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Es muss jeweils nur eine Bindung “umklappen”, damit die Versetzung weiterwandern kann. (Das gilt im zweidimensionalen Bild. In drei Dimensionen müssen natürlich alle Bindungen entlang der Versetzungslinie umklappen.) Genau wie die Falte beim Teppich erleichtert die gedehnte Bindung die Bewegung, außerdem muss nicht die ganze Atomlage auf einmal abscheren, sondern Stück für Stück, so wie auch der Teppich sich nur rund um die Falte bewegt, nicht überall gleichzeitig.

Zunächst mal hat man anscheinend nicht viel erreicht, denn die äußere Form des Kristalls ist rechts unten immer noch dieselbe wie links oben. Wandert die Versetzung aber einmal durch den Kristall hindurch, dann bleibt eine kleine Stufe zurück.

Das kann man an Proben aus Einkristallen sogar direkt sehen:

i-3990689194ed0860bdae909a7d82ccb4-kupfereinkristall-thumb-540x268.jpg

Hier wurde an einer Stange aus Kupfer gezogen. Man erkennt sehr schön, dass der Kristall sich entlang von schräg liegenden Ebenen verformt hat. Das sind genau die Ebenen, auf denen Versetzungen laufen können. In unserer Büroklammer konnten wir den Effekt beim Verformen nicht sehen, weil sie nicht aus einem Kristall besteht, sondern aus vielen kleinen Bereichen (Körner genannt), die alle unterschiedliche Kristallorientierungen haben.

Und warum sind nun besonders reine Kristalle leichter verformbar? Der Grund ist der, dass auch sie hinreichend viele Versetzungen enthalten, die für die Verformung sorgen. (Metalle ganz ohne Versetzungen gibt es kaum, lediglich so genannte Whisker sind winzige Drähte, die versetzungsfrei sind. Und dann gibt es noch Nanowürfel, über die schreib ich bei Gelegenheit was.) Störungen im Kristall, wie beispielsweise Fremdatome, behindern die Bewegung der Versetzungen. Je reiner man das Metall macht, desto weniger stark werden die Versetzungen behindert und desto leichter ist das Metall zu verformen.

Andersherum bedeutet das: Wer besonders feste Metalle entwickeln will, der muss nach Möglichkeiten suchen, die Versetzungen in ihrer Bewegung zu behindern. Damit beschäftigen sich Materialwissenschaftlerinnen1. Sie bauen beispielsweise zusätzliche Fremdatome in das Material ein (beispielsweise macht Kohlenstoff aus Eisen Stahl), oder fügen kleine Teilchen hinzu (so genannte Ausscheidungen), sie sorgen für möglichst kleine Körner, oder sie behindern Versetzungen durch andere Versetzungen. Deshalb bestehen hochfeste Legierungen oft aus vielen unterschiedlichen Elementen, die alle ihren Beitrag zur Behinderung von Versetzungen leisten.

Bei Keramiken wie Porzellan funktioniert das leider nicht. Sie enthalten zwar auch Versetzungen, aber da die Atombindungen in Keramiken stark gerichtet sind, kann man sie nicht einfach “umklappen” – die Kraft dafür ist so groß, dass das Material vorher schon durch Rissausbreitung versagt, denn Keramiken enthalten immer winzig kleine Risse.

Die gute Verformbarkeit von Metallen ist auch ein wichtiger Grund, warum sie so häufig eingesetzt werden: Zum einen kann man sie durch Schmieden, Walzen, Rollen, Tiefziehen usw. leicht in fast jede gewünschte Form bringen, zum anderen sind sie auch tolerant gegenüber äußeren Kräften – ein Auto aus Metall hat eine Knautschzone, eins aus einer Keramik würde beim Aufprall zersplittern (wie bei Loriots 1500 TM: “Bei Aufprall auf harte Gegenstände zerlegt sich das Fahrzeug in aseptische Einzelteile von Erbsengröße.”).


1 Die weibliche Form schließt natürlich die männliche ein…

Kommentare (30)

  1. #1 Engywuck
    25. September 2010

    Ließe sich prinzipiell ein störungsfreier Metall-Einkristall züchten oder ist das prinzipiell unmöglich?
    Erweiterung: Ließe sich so ein Kristall durch Einzelatommanipulation prinzipiell erzeugen?

  2. #2 MartinB
    25. September 2010

    @Engywuck
    Das ist deswegen sehr schwierig, weil Kristalle typischerweise genau an Störstellen wie Versetzungen wachsen. (Meist an sogenannten Schraubenversetzungen, die habe ich oben nicht gezeigt.) Wenn man ein Metall aus ner Schmelze abkühlt, gibt es deswegen immer Versetzungen – ohne die würde die Kristallbildung wesentlich länger dauern.

    Whisker sind im Prinzip genau so etwas: Ein Kristall, der um eine einzige Versetzung herum gewachsen ist – aber Whisker sind halt auch sehr klein.

    Makroskopisch ist es ziemlich ausgeschlossen, einen versetzungsfreien Kristall zu bauen, außer tatsächlich durch Einzelatommanipulation, das wäre prinzipiell möglich. (Vielleicht kann man ja eines Tages Bakterien dazu bringen, solche Einkristalle zu bauen, das wäre cool.)

    Ganz störungsfrei wäre der aber auch nicht – Leerstellen (Gitterplätze wo Atome fehlen) bilden sich bei endlicher Temperatur von selbst, aber die sind nicht für die Plastizität zuständig.

  3. #3 Karn
    25. September 2010

    @Engywuck

    Einkristalle gibt es tatsächlich!
    Für bestimmte Anwendungen sind Globularzonen (Normale Metallekristalle bilden immer Kugelförmige Gruppen von Kristallen, die in ihrer Grösse variieren und so dann auch Einfluss auf das Fliessvermögen haben [wie oben im Text von Herrn Bäker erklärt]) in Gussstücken nicht erwünscht (z.B. in Schaufeln von Turbinen).
    Bei Hochtemperaturbeanspruchung erfolgt die Verfomung über Korngrenzengleiten (Korngrenzen sind die ‘Ränder’ dieser Globularzonen).
    Will man nun aber die Kriechfestigkeit (Kriechen:http://de.wikipedia.org/wiki/Kriechen_(Werkstoffe) ) eines Materials erhöhen, so ist es natürlich von Vorteil, wenn wenige, bis keine Korngrenzen vorhanden sind. –> Optimallösung: Einkristall
    Die Herstellung ist jedoch Kostspielig.
    Der Erstarrungsvorgang einer Schmelze beginnt immer an einem Keim, je mehr Keime in einer Schmelze, desto mehr Globularzonen bilden sich und damit ist das Gefüge des Metalls dann auch Feinkörniger. Hat die Schmelze aber jetzt nur einen einzigen Keim am Anfang, so gibt es auch nur eine Stelle, wo sich die Schmelze ‘ansetzen’ kann und daher bildet sich ein einziges grosses Korn.
    in der Praxis lässt man einen Keim durch eine spiralförmige Vorrichtung wachsen. Dieser Keim wächst dann in die Schmelze ein und der Erstarrungsprozess beginnt. Das Resultat ist dann ein Einkristall.

  4. #4 MartinB
    25. September 2010

    @Karn
    Engywuck fragte aber nach defektfreien Einkristallen. Auch einkristalline Turbinenschaufeln enthalten Versetzungen und verformen sich durch Versetzungsbewegung. Dass es Einkristalle selbst gibt, steht ja auch im Post oben, das Kupferbild ist ja ein Einkristallstab.

  5. #5 rosa
    26. September 2010

    “..lediglich so genannte Whisker ..”
    “Damit beschäftigen sich Materialwissenschaftlerinnen(1)”
    Idiotinnen?

    Dein ansonsten halbwegs brauchbarer Beitrag wird durch solche politische Korrektnis voll entwürdigt! Ausschließlich Materialwissenschaftler haben etwas geleistet und mir ist keine Materialwissenschaftlerin bekannt! Frauen haben in der Wissenschaft genauso wenig etwas zu suchen wie Männer bei der Geburt. Das ist naturgegeben.
    Whisker (Eisen): Festigkeit auf althochdeutsch etwa 4000 kp/m², theoretisch. Praktisch 1000 kp/mm². Jedenfalls vor 50 Jahren, bevor die Materialwissenschaftlerinnen eingriffen.

  6. #6 Hel
    26. September 2010

    @”rosa”

    Geh sterben oder lass dich einweisen. Oder möchtest du eigentlich einfach nur mal gründlich von ein paar MATERIALWISSENSCHAFTLERINNEN mit weißglühenden Stahlkruzifxen anal verwöhnt werden, um endlich deine Holocaustleugnungs-Nazi-Kreuz.Net-Sch*** bei dir zu behalten?

  7. #7 MartinB
    26. September 2010

    @rosa
    Geht’s noch?
    Wenn du zu blöd bist, um beispielsweise das Internet zu benutzen und herauszufinden, dass auch Frauen Materialwissenschaft betreiben (und wenn’s auch mit dem Link nicht ausreicht um zu begreifen, warum ich das so geschrieben habe), dann verbreite deine Dummheiten bitte woanders.

    Aber wer Festigkeiten in kp/mm2 angibt, der lebt wohl einfach noch vor 50 Jahren, als die Frauen noch in die Küche gehörten…

  8. #8 Engywuck
    26. September 2010

    nana, Frauen gehören nicht nur in die Küche. Die haben auch die Kinder zu gebären und versorgen… *grins*

    aber im Ernst: Man kann heute ja durchaus recht große Einkristalle erzeugen – 30cm Durchmesser und etwa 1 Meter Länge bei Silicium (gut, das ist ein Halbleiter und von daher kein “echtes” Metall). Da Silicium aber eher bricht als sich verformt kam meine Frage nach Metall-Einkristallen auf. Silicium wird nach dem Einkristall-Erzeugen noch mehrfach behandelt, um es noch “sauberer” zu machen (Zonenschmelzen etc), so dass bei Metall-Einkristallen eine “Nachbehandlung” denkbar wäre. Allerdings dürften zumindest Schraubenversetzungen auf diesem Weg schwer zu “beheben” sein. Aber wenn man den Einkristall genug biegt “wandern” die Stufenversetzungen doch aus dem Kristall heraus (s. Bild im Artikel, oder bilden sich neue?)
    (Wobei ich jetzt keine Ahnung habe, wieviele Störstellen ein Si-Einkristall in Chipfertigungs-Qualität hat…)

  9. #9 MartinB
    26. September 2010

    @Engywuck
    Auch die besten Germanium-Einkristalle haben eine Versetzungsdichte von 107 pro Quadratmeter (durch einen Quadratmeter Fläche stoßen 10Millionen Versetzungen durch).
    Man kann die auch nicht durch Verformen rausbringen, weil Verformung neue Versetzungen erzeugt.
    Zonenschmelzen dient ja auch nicht so sehr zum Rausbringen von Versetzungen, sondern vor allem zum Entfernen von Verunreinigungen, weil ja schon winzige Bruchteile anderer Atome als Dotierung wirken und die elektrischen Eigenschaften beeinflussen.
    ALles in allem ist mit heutiger Technik der Versuch, einen makroskopischen versetzungsfreien Einkristall zu schaffen, zum Scheitern verurteilt. Aber vielleicht erfindet ja eine Materialwissenschaftlerin (grins) in Zukunft was Geniales.

  10. #10 Niels
    26. September 2010

    @Engywuck
    Halbleiter möchte man möglichst ohne Versetzungen haben, weil mit höherer Versetzungsdichte die elektrische Leitfähigkeit kleiner wird.
    Deswegen versucht man Halbleiter besonders langsam und gleichmäßig abzukühlen. Besonders durch die Spannungen beim Abkühlen entstehen nämlich diese Versetzungen, soweit ich weiß.

    Störstellen bei einem Si-Einkristall hängen nicht zuletzt auch von der Temperatur des Kristalles ab, Versetzungen sind ja nicht die einzigen möglichen Störungen des Kristallgitters.

    Versetzungdichte heißt das ganze, weil man analog zu Martins Flächendurchdringung auch die Lände der Versetzungen pro Volumen, als Meter pro Kubikmeter, betrachten kann.

    @MartinB
    Offensichtlich ist 107 ein Tippfehler.

  11. #11 MartinB
    26. September 2010

    @Niels
    UUps, ja das ist natürlich 10 hoch 7

  12. #12 Niels
    26. September 2010

    Öh, natürlich gibt es auch Flächendichten und sogar Längendichten und nicht nur Volumendichten, keine Ahnung, was da vorhin mein Problem war?

  13. #13 MartinB
    26. September 2010

    @Niels
    Aber du hast schon recht – man kann die Dichte entweder als Durchstoßpunkte pro Fläche oder als Versetzungslänge pro Volumen messen, das kommt aufs selbe raus.

  14. #14 Engywuck
    26. September 2010

    klar gibt es bei Temperaturen über 0K immer irgendwelche Fehlstellen, ich hätte aber gedacht, dass man wenigstens Schrauben- und Stufenversetzungen “irgendwie” weitgehend eliminieren könnte. Dürfte sich ja ebenfalls negativ bemerkbar machen in elektrischen Schaltkreisen und sei’s nur, weil man dann nicht perfekt glatt bekommt. Wobei das bei Strukturbreiten von derzeit 400 Angström wohl noch nicht das Riesenproblem ist…
    Bei Die-Größen von 200-400 Quadratmillimeter wären das selbst beim genannten Germanium-Einkristall doch immer noch 2000-4000 Defekte (aller Art?) Ganz ordentlich…

  15. #15 MartinB
    27. September 2010

    @Engywuck
    Die 10Milionen beziehen sich nur auf Verstezungen. Leerstellen im Kristall sind thermisch aktiviert, die wird man nicht los, es sei denn, man hebelt den 2. hauptsatz aus…
    2000 Defekte klingt natürlich viel, auf der anderen Seite ist ein Versetzungskern ja auch ziemlich klein (der stark verzerrte Kristallbereich ist vielleicht ein paar Nanometer groß), insofern nimmt der leitende Querschnitt nicht nennenswert ab.
    Ein größeres Problem sind meines Wissens Heterostrukturen: Wenn man unterschiedlcihe Halbleiter aufeinander ablagert, haben die unterschiedliche Gitterkonstanten und dann bilden sich an der Grenzfläche Versetzungen, um die Gitterverzerrung zu verringern.
    Falls dir ein cleveren Weg einfällt, Versetzungen aus nem Kristall zu eliminieren, sag Bescheid, wir können den Nobelpreis dann ja teilen 😉

  16. #16 rosa
    27. September 2010

    @MartinB
    “1 Die weibliche Form schließt natürlich die männliche ein…”

    Früher war es so, daß die männliche Form natürlich auch die (seltene) weibliche Form mit einschloß!

    Heute wird dagegen die seltene Form hervorgehoben, womit die absurde Situation eintritt, daß die Mehrheit sich der Minderheitheitsmeinung zu beugen hat!

    Idioten merken natürlich nicht, was mit ihnen gespielt wird.

    Wenn du dir eine Spannung von 10 GPa politisch besser vorstellen kanns, meinetwegen.

  17. #17 MartinB
    27. September 2010

    @rosa
    Genau. Die blöden wenigen Frauen, die eh in der Wissenschaft nichts zu suchen haben, sollen mal froh sein, dass sie nicht wie Emmy Noether nur durch die Hintertür in die Uni dürfen und nicht auch noch sprachlich gleichberechtigt sein wollen.

    Und natürlich war die Aussage, dass die männliche Form die weibliche einschließt, schon immer eine Schutzbehauptung, aber keine Tatsache, aber das haben wir ja gerade 300+ Kommentare lang anderswo kommentiert.

  18. #18 schlappohr
    27. September 2010

    @Engywuck

    “Halbleiter möchte man möglichst ohne Versetzungen haben, weil mit höherer Versetzungsdichte die elektrische Leitfähigkeit kleiner wird.”

    Reines monokristallines Silizium ist ein Isolator (bis zu einer bestimmten Spannung), und durch Versetzungen *steigt* die Leitfähigkeit, weil einzelne Elektronen nicht in einer Bindung liegen und als freie Ladungsträger im Valenzband zur Verfügung stehen und mit relativ wenig Energie bewegt werden können. Der gigantische Aufwand z.B. beim Zonenschmelzverfahren wird betrieben, weil man als Ausgangsbasis bei der Chipproduktion zunächst mal einen vollständig isolierenden SI-Kristall benötigt.
    Erst durch gezielte Verunreinigungen beim Herstellungsprozess erhält der Kristall seine definierte lokale Leitfähigkeit. Verwerfungen würden elektrisch leitende Verbindungen an Stellen erzeugen, wo keine sein dürfen.

  19. #19 Gluecypher
    29. September 2010

    Nana, Martin jetzt sei doch nicht sooooo hart mit rosa. Mit seinen kp liegt er ja nur 32 Jahre hinter der Zeit zurück. Auch wenn er meint, dass man die SI-Einheiten nur eingeführt hat, um politisch unkorrekte (lies: Wahrheitsbesitzer &trade ) wie ihn zu ärgern, da man sich ja auf Änderungen einstellen muss. Und das geht bei Wahrheitsbesitzer &trade ja gar nicht.

    Was seine sonstige Weltsicht anbetrifft, so würde ich spekulieren, dass rosa das Bindeglied zwischen Homo Erectus und Homo Sapiens darstellt.

  20. #20 MartinB
    29. September 2010

    @Gluecypher
    Nun mal halblang, nichts gegen homo erectus, die waren sicher ziemlich zivilisiert im Umgang miteinander.

  21. #21 Gluecypher
    29. September 2010

    @Martin

    O.K., sollte hier ein Erectus mitlesen, so möchte ich in aller Form bei ihm entschuldigen 😉

  22. #22 Günther Hase
    3. Oktober 2010

    Hallo Martin,
    der Artikel verwirrt mich ein wenig. Zuerst wird gemeint, die Deformation werde mittels verschieben von Atomen entlang einer einer Gitterfläche herbeigeführt und weiter unten steht dann, das hierfür dann doch Versetzungen notwendig sind.

    Also meines Wissens nach, gilt die Annahme, wonach Metalle so gut plastisch deformierbar sind vor allem für jene kubisch flächenzentrierten Gittertyps, wärend die hexagonalen oder mit innenzentrierten Gittertyps sich durchaus borstig und spröde zeigen. Ich schließe daraus, dass die Verschiebung wie in der zweiten Abbildung gezeichnet so unerheblich nicht ist 😉

    Die Deformation wie in der 5ten Abbildung gezeichnet gilt nur für Scherkräfte sehe ich das Richtig? Lässt sich das Modell für Zug bzw. druck anwenden?

    Gruß,
    Günther Hase

  23. #23 Günther Hase
    3. Oktober 2010

    Hallo Martin,
    der Artikel verwirrt mich ein wenig. Zuerst wird gemeint, die Deformation werde mittels verschieben von Atomen entlang einer einer Gitterfläche herbeigeführt und weiter unten steht dann, das hierfür dann doch Versetzungen notwendig sind.

    Also meines Wissens nach, gilt die Annahme, wonach Metalle so gut plastisch deformierbar sind vor allem für jene kubisch flächenzentrierten Gittertyps, wärend die hexagonalen oder mit innenzentrierten Gittertyps sich durchaus borstig und spröde zeigen. Ich schließe daraus, dass die Verschiebung wie in der zweiten Abbildung gezeichnet so unerheblich nicht ist 😉

    Die Deformation wie in der 5ten Abbildung gezeichnet gilt nur für Scherkräfte sehe ich das Richtig? Lässt sich das Modell für Zug bzw. druck anwenden?

    Gruß,
    Günther Hase

  24. #24 Günther Hase
    3. Oktober 2010

    Hallo Martin,
    der Artikel verwirrt mich ein wenig. Zuerst wird gemeint, die Deformation werde mittels verschieben von Atomen entlang einer einer Gitterfläche herbeigeführt und weiter unten steht dann, das hierfür dann doch Versetzungen notwendig sind.

    Also meines Wissens nach, gilt die Annahme, wonach Metalle so gut plastisch deformierbar sind vor allem für jene kubisch flächenzentrierten Gittertyps, wärend die hexagonalen oder mit innenzentrierten Gittertyps sich durchaus borstig und spröde zeigen. Ich schließe daraus, dass die Verschiebung wie in der zweiten Abbildung gezeichnet so unerheblich nicht ist 😉

    Die Deformation wie in der 5ten Abbildung gezeichnet gilt nur für Scherkräfte sehe ich das Richtig? Lässt sich das Modell für Zug bzw. druck anwenden?

    Gruß,
    Günther Hase

  25. #25 MartinB
    3. Oktober 2010

    @Günther
    Sehr gute Fragen!
    Zunächst mal, nein ,der Abgleitmechanismus ganzer Ebenen spielt in der Realität wirklich keine Rolle.

    Dass hexagonale und raumzentrierte Gitter schwerer zu verformen sind und gern spröde werden, hat andere Gründe: Wie leicht eine Versetzung sich bewegen kann, hängt davon ab, wie eng die Atome auf der Versetzungsebene gepackt sind. Im kubisch flächenzentrierten Gitter sind die Gleitebenen so dicht gepackt wie möglich. Im hexagonalen gibt es zwar solche Gleitebenen auch, aber nicht für alle Verformungsrichtungen, im raumzentrierten gibt es solche Gleitebenen nicht. Entsprechend ist dei Versetzungsbewegung erschwert. Durch thermische Effekte können die Versetzungen aber trotzdem relativ leicht laufen – deshalb sind raumzentrierte Metalle beim Raumtemperatur nicht wesentlich fester als flächenzntrierte. Geht man zu niedrigen Temperaturen über, dann werden raumzentrierte Metalle plötzlich sehr spröde (duktil-spröd-übergang). Hexagonale Metalle können sich außerdem noch durch sogenannte Zwillingsbildung verformen, aber das ist wieder was anderes. Über den duktil-spröd-Übergang schreib ich vielleicht irgendwann auch nochmal.

    Zug und Druck lassen sich als Überlagerung von Scherungen darstellen – plastische Verformung ist immer Scherung, das sieht man sehr schön auch an dem Kupfer-Kristall, der wurde gezogen und hat sich durch abscheren gelängt (so wie wenn man einen Stapel münzen oder Spielkarten schert, der Abstand vom Mittelpunkt der untersten zum Mittelpunkt der obersten wird dann auch größer).

  26. #26 J. Icke
    Bremen
    6. Juli 2016

    Beitrag entfernt.

    Sorry, ich habe gerade gesehen, dass das, was ich störend fand, ein ungekennzeichnetes Zitat war. Tut mir Leid.

    Martin B

  27. #27 hallo ihr kuhlen
    15. März 2017

    Hi ihr Lappen,
    danke für die kuhle Seite. Hab ich für den Chemie-Unterricht gebrauchen können.
    Dange

  28. #28 Wilhelm Leonhard Schuster
    28. April 2018

    Hallo Martin , ich möchte nicht dumm sterben!
    Können Sie mir einen Hinweis geben, warum
    amorphes (kaltes) Metall die Eigenschaft hat , glashart zu sein und dabei gleichzeitig hohe Dehnung zu haben?

  29. #29 Wilhelm Leonhard Schuster
    28. April 2018

    NB …sich aber nicht verformen lassen?

  30. #30 MartinB
    29. April 2018

    @WLS
    Metallische Gläser verformen sich nicht durch Versetzungsbewegung (weil die Struktur eben amorph ist und keine Versetzungen drin sein können). Sie sind also elastisch bis zum Bruch. Die Bruchspannung ist sehr hoch, weil man eben tatsächlich ganze Atomlagen gegeneinander abscheren muss, um das Material brechen zu lassen. (Einen ähnlichen Effekt gibt es bei sogenannten Whiskern, das sind dünne, praktisch perfekte Einkristalle.)