Unter der Wirkung der Bindungskräfte ordnen sich die Atome im Metall in einer ganz bestimmten Weise an. Wir sprechen dann von einem Kristall – Atomgitter.
Diese
Anordnung baut sich aus einfachen geometrischen Grundfiguren auf. Wenn
wir uns die Atome als Kugeln vorstellen, so sind die Gitterformen
einfach und anschaulich beschreibbar. In der Werkstoffkunde nennt sich
so eine Grundfigur: Elementarzelle.
Kubisch flächenzentriertes Gitter (KFZ)
Der einfachste Aufbau einer Elementarzelle ist ein Würfel, dessen Ecken mit jeweils einem Atom besetzt sind. Einen solchen Aufbau nennt man ein Kubisch einfaches Gitter.
Bei einer großen Anzahl von Metallen sind nicht nur die Eckpunkte, sondern auch die Flächenzentren mit Atomen besetzt. Einen solchen Würfel nennt man KFZ – Elementarzelle.
Die Kantenlänge dieses Würfels heißt: Gitterkonstante oder Gitterparameter. Sie ist bei den einzelnen Metallen, die in dieser Art kristalieren, unterschiedlich.
Kubisch raumzentriertes Gitter (KRZ)
Sind in der Elementarzelle die Eckpunkte mit Atomen besetzt und befindet sich ein zweites im Schnittpunkt der Raumdiagonalen so spricht man vom KRZ – Gitter.
Hexagonale Gitter (Hex – Gitter)
Hier bilden die Atome eine sechseckige Säule mit jeweils einem Atom an den Ecken, sowie einer Atomlage zwischen Deck- und Grundfläche und jeweils einem Atom in der Mitte der Deck- und Grundfläche.
Zusammenhang zwischen Gittertypen und Eigenschaften
Die Anordnung der Atome in verschiedenen Gittern hat einen bestimmten Einfluss auf die Verformungseigenschaften der Metalle. In jedem Gittersystem gibt es Ebenen, in denen die Atome ohne große Zwischenräume zusammenliegen. Diese Ebenen nennt man Gleitebenen. Beim KFZ – Gitter die raumdiagonalen Flächen und beim Hex – Gitter die Deck- und Grundflächen sind solche dicht besetzten Ebenen. Beim KRZ – Gitter gibt es keine solche bevorzugten Gleitebenen, hier übernehmen die raumdiagonalen Flächen den Gleitprozess.
Wie der Name Gleitebene sagt, können sich bei Krafteinwirkung die einzelnen Atomlagen auf diesen Ebenen verschieben. Damit lassen sich Metalle, die viele solcher Gleitebenen besitzen gut in ihrer Form verändern, also plastisch verformen.
Das KFZ – Gitter hat viele Gleitebenen, diese Metalle lassen sich deshalb gut verformen. Umgekehrt besitzt das Hex – Gitter nur Gleitebenen in der Deck- bzw. Bodenfläche mit drei Gleitrichtungen. Dadurch ist die Anzahl der Gleitebenen klein und die Verformung erschwert. Bei den Metallen mit Hex – Gitter muss bei der Verformung mehr Kraft aufgewendet werden als bei KFZ – Gitter Metallen.
Der Kristallaufbau ist meist nicht vollkommen, es gibt praktisch kein Idealkristall. Während der Erstarrung des Metalls, also des flüssigen amorphen in den festen kristallieren Zustand, entstehen Gitterbaufehler auch Gitterfehler genannt.
Leerstellen
Ist ein Gitterplatz nicht von einem Atom besetzt, ist an dieser Stelle ein Loch. Realkristalle enthalten eine beträchtliche Anzahl von Leerstellen.
Fremdatome
Metalle sind nie vollkommen rein. Selbst sogenannte Reinstmetalle enthalten noch Fremdatome anderer Metalle. Da ihre Größe nicht mit der Größe der Grundmetallatome übereinstimmt, entstehen Gitterstörungen. In Legierungen erfolgt die Fremdatomzugabe absichtlich.
Versetzungen
Hierbei handelt es sich um Atomgitterebenen, die mitten im Gitter aufhören. Versetzungen können sich unter Einwirkung einer Kraft (Druck auf das Metall) bewegen. Ihre Wanderung durch das Atomgitter bewirkt die plastische Verformung des Metalls.
Korngrenzen
Technisch brauchbare Metalle bestehen nicht nur aus einem Metall, sondern aus vielen meist sehr kleinen Kristallieten. Sie werden in der Technik Körner genannt. Wo solche Körner zusammengewachsen sind, liegt ein Gitterfehler vor.
Merke: Gitterfehler beeinflussen erheblich die Eigenschaften z. B. wird die Festigkeit von Metallen durch Gitterfehlern erhöht.
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