Samenvatting van boek materiaalchemie Ugent vak in richting chemie 3e bachelor 1e semester, zelf 17/20 gehaald hiermee. Covered niet H1 en H5 (H5 meer oefeningen, stuur een berichtje heb die nog allemaal wel staan). Ik heb zelf ook nog mijn samenvatting liggen met extra notities & verbeteringen dus...
2.6 Onzuiverheden in het kristalrooster
2.6.1 Imperfections in metals
• Volledig perfect kristalrooster (ideaal) bestaat niet → altijd onzuiverheden of defecten aanwezig
• “Crystalline defect”= lattice irregularity having one or more of its dimensions on the orders of an
atomic diameter
2.6.1.1 Point Defects
Associated with 1 or 2 atomic positions
Vaccines & Self-interstitials
Vacany (lege plaats) = simpelste PD
→ kan gevormd w tijdens solidification
→ kan gevormd w door atomaire vibraties (waardoor atomen verplaatsen)
Qv
→ Nv = Ne −( kT ) (aantal vacancies stijgt als T stijgt), Qv = energie van activatie, N = totaal
aantal atomaire sites
→ als er iets ontbreekt nog niet eens zo erg, metaalrooster is neutraal meestal (kan ook bij
ionisch rooster, maar rekening houden met elektroneutraliteitsprincipe)
Self-Interstitial: atoom dat op interstitial plaats zit tussen de host atomen (interstitial, void space that
normally isn’t occupied) → zorgt voor redelijk grote vervormingen, atoom te groot voor deze
interstitial plaats → komt veel minder voor dan vacancies (minder dan 1/10 000)
Impurities in solids: substitional & interstitial atoms
Onzuiverheden in rooster (atomen die er niet horen), impurity atom
as point defect, soms worden deze express toegevoegd bv voor
maken van legeringen met bepaalde eigenschappen → Alloying often
to improve mechanical strength & corrosion resistance (sterling silver
(Cu)) [toegevoegd atoom moet wel ± zelfde grootte zijn]
Results in formation of solid solution and/or new phase (T en concentratie-afh)
Solid solution forms when solute atoms are added to the host material (crystal structure
maintained, no new structures formed), compositionally homogeneous: impurity atoms
randomly & uniformly dispersed
VW voor complete solid solubility with substitional atom
→ verschil straal host & subst. < 15% anders zodanig veel distortie dat nieuwe fase zou
vormen
→ geen te groot EN verschil (anders zullen ze intermetallische stof vormen)
→ relatieve valencies belangrijk; metaal meer geneigd to dissolve in another metal of higher
valency than one with lower valency
→ kristalstructuren voor metalen van beide atomen moeten hetzelfde zijn
Straal van een interstitial impurity atom << straal host atom
Straal van een substitional atom = ± straal host atom
,2.6.1.2 Miscellaneous imperfections
Dislocation = lineair (one dimensional) defect around which some atoms are misaligned
Edge dislocation: e.g. edge of an extra portion of a (half-) plane of atoms ends within the crystal
Dislocation line: defined along the end of the
extra (half) plane of atoms → localized lattice
distortion → magnitude of distortion OE met
afstand ervan
Screw dislocation : may be thought of as being
formed by shear stress applied to produce
distortion, spiral or helical path or ramp around
dislocation line
In realiteit: combinatie screw + edge = mixed dislocations
Burgers vector:
→ to express magnitude + direction of lattice distortion associated with dislocation
→ Edge dislocation moves in direction of the Burgers vector: dislocation line perpendicular to b
→ Screw dislocation moves in direction perpendicular to the Burgers vector: dislocation line
parallel to b
2.6.1.3 Interfacial defects
Interfacial defects = boundaries that have 2D & normally separate regions of materials that have
different crystal structures and/or crystallographic orientation
External surfaces
Surface atoms not bonded to a maximum number of nearest neighbors → are in higher E state than
atoms at interior positions → bonds of these surface atoms that are not satisfied give rise to a
surface energy (E/m2) → to reduce this energy materials tend to minima total surface area
Grain boundaries
Grain boundary separates 2 small grains or crystals having different
crystallographic orientations in polycrystalline materials
→ some atomic mismatch with transition from the crystalline
orientation of one grain to that of an adjacent one
→ order of few degrees = small angle grain boundary
→ tilt boundary = smal angle grain boundary formed when edge
dislocations are aligned
→ twist small angle grain boundaries = result from arrays of screw
dislocations
→ subgrains = regions of material separated by small angle grain
boundaries
Twin boundaries
Speciaal type waarbij er een specific mirror lattice symmetry is (zie
tekening, niet alles symmetrisch maar stukken naast rode lijn tot
bepaald punt)
→ Twin = materiaal tussen deze grenzen, k
→ mechanical twins = door atomaire verplaatsingen als gevolg van applied mechanical shear
→ annealing twins = “ als gevolg van annealing heat treatments
,2.6.2 Imperfections in ceramics: atomic point defects
“defect structure” → used to designate types and
concentrations of atomic effects in ceramics
Vacancies & interstitials ook mogelijk, maar
elektroneutraliteit moet altijd behouden worden →
defecten treden nooit alleen op (altijd gepaard)
Frenkel defect: cation vacany & cation-interstitial pair
→ like a cation is leaving its position & moving to an
interstitial site, no change in charge (cation maintains
same + charge as an interstitial)
Schottky defect: ration vacany-anion vacany pair
→ like being created by removing a cation & anion from the interior & placing them both at an
external surface
AX materialen: kationen & anionen zelfde lading → voor elke anion vacancy there exist a cation
vacany → elektroneutraliteitsprincipe blijft voldaan wnr Schottky en/of Frenkel defect optreedt
Indien er geen andere defecten meer optreden →” stochiometric material” (exact ratio anions to
cations), nonstiochometric if deviation from the 1:1 ratio
Nonstochiometry can occur when 2 valence states exist for one of the ion types in the ceramic
materiaal: bv FeO die Fe2+ en Fe3+ kan zijn
→ vorming ijzer 3 verstoort elektroneutraliteit (+1)
→ deze +1 lading moet gefixt worden met bv vorming Fe2+ vacancy voor elke 2 Fe3+ ionen dat
wordt gevormd , dus er zal meer O2- dan Fe2+ zij en materiaal is niet meer stochiometrisch
2.6.3 Applications (slides niet behandeld)
, MATERIAALCHEMIE H3 DIFFUSIE
3.1 Intro
• Diffusie = nettoverplaatsing, materiaaltransport door atomaire
beweging van deeltjes, zorgt voor massatransfer binnenin een
bepaalde vaste stof of van een vloeistof, gas of andere vaste fase
• Diffusiekoppel (zie figuren: hier koper & nikkel)
→ T verhogen (zodat de bindingen kunnen breken, wel
onder smeltpunt van de metalen houden) & afkoelen
→ Variërende metaalconcentraties (met positie): zuiver
koper en nikkelregio’s gescheiden via legering (zowel koper
en nikkel)
→ Interdiffusie ( impurity diffusion) = atomen of metalen
diffunderen in elkaar (2 richtingsverkeer)
3.2 Diffusiemechanismen
Stapsgewijze migratie van atomen van ene naar andere roosterplaats:
constante beweging met uitwisseling van plaats ; vw: Interdiffusie Cu & Ni
(1) er moet een lege naburige plaats zijn (empty adjacent site)
(2) Voor breken bindingen en maken nieuwe → atoom moet genoeg vibrationele energie hebben
(bindingen breken met buur + roosterdistortie veroorzaken tijdens verplaatsing!)
Boltzmann: fractie atomen die kunnen diffunderen hoger bij hogere T
2 verschillende theorieën voorgesteld (fig 3.2)
3.2.1 Model 1: Vacany Diffusion
Atoom gaat zich verplaatsen naar dichtstbijzijnde open plaats om
die in te nemen → er komt een nieuwe plaats vrij (vacany):
beweging atomen & vacancies weg van elkaar !
• De mate waarin dit kan doorgaan is dus in functie van het #
defecten in het rooster (maar meestal wel genoeg bij hogere T,
zie Arrhenius vgl, dus snelheid diffusie neemt toe met T)
• Zowel zelf-diffusie als interdiffusie kunnen gebeuren via dit
mechanisme
SN: zelf-diffusie: atomen die gwn van plaats veranderen
Interdiffusie is meer “substitutie-diffusie”
Zelf-diffusie
3.2.2 Model 2: Interstitial Diffusion
Kleinere atomen diffunderen tussen atomen; verplaatsing van
gevulde interstitial positie naar lege interstitial positie (An
interstitial space or interstice is a space between structures or
objects)
• Voor interdifussie van onzuiverheden zoals H,C,O,N die atomen
hebben die klein genoeg zijn om in deze intersitial posities te
passen, niet voor Host or substitutional impurity atoms via dit mech !
• In veel metalen: makkelijker en sneller dan diffusie via vacany model (interstitial atoms kleiner
en meer mobiel & meer interstitial posities dan vacancies): meer kans hierop dan op model 1
• Bv carbon diffusion in iron gebeurd zo
Les avantages d'acheter des résumés chez Stuvia:
Qualité garantie par les avis des clients
Les clients de Stuvia ont évalués plus de 700 000 résumés. C'est comme ça que vous savez que vous achetez les meilleurs documents.
L’achat facile et rapide
Vous pouvez payer rapidement avec iDeal, carte de crédit ou Stuvia-crédit pour les résumés. Il n'y a pas d'adhésion nécessaire.
Focus sur l’essentiel
Vos camarades écrivent eux-mêmes les notes d’étude, c’est pourquoi les documents sont toujours fiables et à jour. Cela garantit que vous arrivez rapidement au coeur du matériel.
Foire aux questions
Qu'est-ce que j'obtiens en achetant ce document ?
Vous obtenez un PDF, disponible immédiatement après votre achat. Le document acheté est accessible à tout moment, n'importe où et indéfiniment via votre profil.
Garantie de remboursement : comment ça marche ?
Notre garantie de satisfaction garantit que vous trouverez toujours un document d'étude qui vous convient. Vous remplissez un formulaire et notre équipe du service client s'occupe du reste.
Auprès de qui est-ce que j'achète ce résumé ?
Stuvia est une place de marché. Alors, vous n'achetez donc pas ce document chez nous, mais auprès du vendeur hannahmeuleman. Stuvia facilite les paiements au vendeur.
Est-ce que j'aurai un abonnement?
Non, vous n'achetez ce résumé que pour €6,96. Vous n'êtes lié à rien après votre achat.
