Description
Book SynopsisDer anwendungsorientierte Einstieg in die Welt der Funktionswerkstoffe für Studierende der Ingenieurwissenschaften!
Werkstoffkunde ist alles andere als trocken. Sicher, anfangs gilt es, sich über Bindungsarten und Richtungsabhängigkeiten von Eigenschaften den Kopf zu zerbrechen und sich in den verschiedenen Werkstoffklassen zurechtzufinden. Doch eröffnet die profunde Kenntnis von Struktur und Eigenschaften der Werkstoffe Türen zum Einstieg in High-Tech-Branchen wie Maschinenbau, Lasertechnik und Photonik, Medizintechnik, erneuerbare Energien, Präzisionsmechanik, Luft- und Raumfahrt oder Mikro- und Nanotechnologie.
Mit seinem Fokus auf Funktionswerkstoffen richtet sich dieses Lehrbuch an angehende Ingenieurinnen und Ingenieure der Fachrichtungen Elektrotechnik, Medizintechnik, Mikrotechnologie und Wirtschaftsingenieurwesen im ersten und zweiten Studienjahr sowie an Studierende des Maschinenbaus, die sich für die funktionellen Eigenschaften der Werkstoffe interessieren. Dabei werden die Grundlagen ausführlich dargestellt und gerade notorisch schwierige Themen wie Legierungen und Magnetismus mit Bezügen zu Praxisanwendungen flankiert.
- Mit mehr als 400 farbigen Abbildungen und Illustrationen
- Kapitelzusammenfassungen und zahlreiche Aufgaben mit Lösungen im Anhang helfen bei der Prüfungsvorbereitung
- Mit Praxisbezug zu modernen Anwendungen aus High-Tech-Industrien
Trade ReviewDas Alleinstellungsmerkmal dieses Lehrbuches ist die sehr gute Darstellung der Grundlagen von Werkstoffstrukturen, Gitterstörungen, Verfestigungsmechanismen, Werkstoffprüfung und Legierungslehre in Kombination mit der Anwendung dieser Grundlagen auf Funktionswerkstoffe, insbesondere in der Elektrotechnik.
Prof. Dr.-Ing. habil. Olaf Keßler, Universität Rostock (18.02.2022)
Die Grundlagen werden ausführlich dargestellt und schwierige Themen wie Legierungen und Magnetismus mit Bezügen zu Praxisanwendungen flankiert. Das Buch enthält viele Abbildungen und Illustrationen sowie Kapitelzusammenfassungen und zahlreiche Aufgaben mit Lösungen im Anhang.
KONSTRUKTION (12.05.2022)
Table of ContentsVorwort ix
Danksagung xiii
1 Einführung und Grundlagen 1
1.1 Bindungsarten 1
1.2 Werkstoffklassen und Strukturmodelle 3
1.3 Nah- und Fernordnung 6
1.4 Die Richtungsabhangigkeit der Eigenschaften 7
1.5 Polymorphie: Die Vielgestalt vonWerkstoffen 10
1.6 Phasen 11
1.7 Werkstoffe, Rohstoffe und Nachhaltigkeit 12
1.8 Aufgaben 16
Zusammenfassung 18
2 Struktur und Gitterfehler 19
2.1 Gittertypen der wichtigsten Metalle 19
2.2 Kristallbaudefekte 22
2.3 Elastische Verformung 27
2.4 Plastische Verformung der Metalle 32
2.5 Vertiefende Betrachtung der plastischen Verformung 34
2.6 Zusammenhang zwischen Gitterstruktur und plastischer Verformbarkeit 41
2.7 Verfestigungsmechanismen in Metallen 41
2.8 Rekristallisation 45
2.9 Verformung von Keramiken und Kunststoffen 46
2.10 Aufgaben 48
Zusammenfassung 49
3 Werkstoffprüfung 51
3.1 MechanischeWerkstoffprufung 52
3.2 Verfahren der Rissprufung 66
3.3 MikroskopischeMess- und Prufverfahren 68
3.4 Analyse von Struktur und Gefuge 69
3.5 Analyse der chemischen Zusammensetzung 74
3.6 Aufgaben 79
Zusammenfassung 81
4 Legierungskunde 83
4.1 Erstarrungsverhalten von Metallschmelzen 83
4.2 Legierungen und Phasen 85
4.3 Zweistoffsystemmit vollstandiger Loslichkeit 88
4.4 Eutektisches Zweistoffsystem mit begrenzter Loslichkeit 91
4.5 Eutektisches Zweistoffsystem mit vollkommener Unloslichkeit im festen Zustand 98
4.6 Eutektisches Zweistoffsystem Al-Si 103
4.7 Erklarung der Ausscheidungshartung 104
4.8 Zweistoffsysteme mit intermetallischen Phasen 106
4.9 Aufgaben 109
Zusammenfassung 111
5 Korrosion 113
5.1 Standardpotentiale und galvanische Zelle 113
5.2 Wasserstoff- und Sauerstoffkorrosion 118
5.3 Sonderfall Passivierung 120
5.4 Flachenregel 121
5.5 Arten der Korrosion und Fallbeispiele 121
5.6 Korrosionsschutz und Prufverfahren 135
5.7 Aufgaben 142
Zusammenfassung 144
6 Metallische Leiter, Widerstände und Kontakte 145
6.1 Bandermodell 145
6.2 Elektrische Leitfahigkeit 147
6.3 Leiterwerkstoffe 151
6.4 Widerstandswerkstoffe 157
6.5 Elektrische Kontakte 160
6.6 Aufgaben 166
Zusammenfassung 168
7 Halbleiter 169
7.1 Eigenleitung und Storstellenleitung 170
7.2 Der p-n-Ubergang und seine Anwendungen 172
7.3 Halbleitertechnologie 179
7.4 Graphen 181
7.5 Einige Bemerkungen zur Nanotechnologie 184
7.6 Aufgaben 184
Zusammenfassung 185
8 Polymere (Kunststoffe) 187
8.1 Begriffe und Einteilung der Polymere 189
8.2 Struktur und Eigenschaften der Polymere 190
8.3 Polymere als Konstruktionswerkstoffe 195
8.4 Polymere als Leiterwerkstoffe 196
8.5 Biologisch abbaubare Polymere 201
8.6 Aufgaben 203
Zusammenfassung 204
9 Magnetwerkstoffe 207
9.1 Ursachen des Magnetismus 207
9.2 Arten des Magnetismus 210
9.3 Physikalische Grundlagen 211
9.4 Kollektiver Magnetismus 212
9.5 Weichmagnete und Hartmagnete 216
9.6 Magnetspeicher 221
9.7 Supraleiter und Magnetismus 223
9.8 Aufgaben 226
Zusammenfassung 227
10 Dielektrika 229
10.1 Polarisationsmechanismen 229
10.2 Physikalische Grundlagen 233
10.3 Materialien fur Isolierstoffe 236
10.4 Materialien fur Kondensator-Dielektrika 240
10.5 Ferroelektrika und Piezoelektrika 241
10.6 Aufgaben 244
Zusammenfassung 245
11 Lichtleiter und Photonik 247
11.1 Brechungsgesetz und Totalreflexion 248
11.2 Lichtleiterfasern 249
11.3 Weitere optische Komponenten (Auswahl) 251
11.4 Laserbearbeitung von Funktionswerkstoffen 253
11.5 Aufgaben 261
Zusammenfassung 262
12 Werkstoffe für Transducer 263
12.1 Einfuhrung in die MEMS-Reinraumtechnologien 263
12.2 Photolithographie 264
12.3 Subtraktive Atzverfahren 265
12.4 Additive Beschichtungsverfahren und Lift-off 266
12.5 Electroforming, LIGA 269
12.6 Wandlereffekte und typische Anwendungen 270
12.7 Aufgaben 288
Zusammenfassung 289
Schlusswort 291
Lösungen zu den Aufgaben 293
Literatur 319
Stichwortverzeichnis 323
