Kristalle und ihre Gleitsysteme

Einführung

Kristalle sind feste Materialien, bei denen die Atome in einem geordneten, sich wiederholenden Muster angeordnet sind. Die Art und Weise, wie diese Atome angeordnet sind, beeinflusst die mechanischen Eigenschaften des Materials, einschließlich seiner Fähigkeit, sich unter Belastung zu verformen. Einer der wichtigsten Mechanismen für die Verformung von Kristallen ist das Gleiten, das auftritt, wenn sich Atomschichten unter Belastung aneinander vorbeibewegen. Die Fähigkeit eines Kristalls, zu gleiten, hängt von seiner Kristallstruktur und der Anzahl der verfügbaren Gleitsysteme ab.

Gleitsysteme

Ein Gleitsystem besteht aus einer Kombination aus einer Gleitebene und einer Gleitrichtung. Die Gleitebene ist die Ebene mit der höchsten atomaren Dichte, in der die Atome am dichtesten gepackt sind, so dass die Schichten leichter übereinander gleiten können. Die Gleitrichtung ist die Richtung, in der sich die Atome während der Verformung bewegen. Kristalle mit mehreren Gleitsystemen sind in der Regel dehnbarer und können leichter verformt werden.

Arten von Kristallen und ihre Gleitsysteme

1.kubisch-flächenzentrierte Kristalle (FCC-Kristalle):

• Gleitsysteme: FCC-Kristalle haben 12 Gleitsysteme. Diese Kristalle sind sehr dehnbar, weil sie eine große Anzahl von Gleitsystemen haben, die es ihnen ermöglichen, sich unter Belastung leicht zu verformen. Gängige Beispiele sind Aluminium, Kupfer und Gold.
• Gleitebene: {111}, das ist die dichteste Ebene im Kristall.
• Gleitrichtung: <110>, die dichteste Richtung des Kristalls.

2)BCC-Kristalle (kubisch-körperzentrierte Kristalle):

• Gleitsysteme: BCC-Kristalle haben 12 Gleitsysteme, die jedoch bei Raumtemperatur weniger aktiv sind. BCC-Materialien sind bei niedrigen Temperaturen eher spröde, werden aber bei höheren Temperaturen duktiler. Beispiele hierfür sind Eisenund Chrom.
• Gleitebene: {110}, {112} und {123} Ebenen, die jedoch weniger dicht gepackt sind als in FCC-Kristallen.
• Schlupfrichtung: <111>.

3)HCP-Kristalle (Hexagonal Close-Packed):

• Gleitsysteme: HCP-Kristalle haben unter normalen Bedingungen nur 3 Gleitsysteme, was sie im Vergleich zu FCC-Kristallen spröder macht. Magnesiumund Titan sind Beispiele dafür.
• Gleitebene: {0001}, die am dichtesten gepackte Ebene.
• Schlupfrichtung: <11-20>.

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein Gleitsystem in Kristallen?

Ein Gleitsystem ist eine Kombination aus einer Gleitebene (die Ebene mit der höchsten atomaren Dichte) und einer Gleitrichtung (die Richtung, in die sich die Atome während der Verformung bewegen). Es bestimmt, wie sich ein Kristall unter Belastung verformen kann.

Warum haben FCC-Kristalle mehr Gleitsysteme als BCC- oder HCP-Kristalle?

FCC-Kristalle haben 12 Gleitsysteme, weil ihre Atome dichter gepackt sind, so dass die Atomschichten leichter übereinander gleiten können. Dies führt zu einer höheren Duktilität im Vergleich zu BCC- oder HCP-Kristallen.

Wie wirkt sich die Anzahl der Gleitsysteme auf die Duktilität eines Materials aus?

Je mehr Gleitsysteme ein Kristall hat, desto leichter kann sich das Material verformen, ohne zu brechen, was zu einer höheren Duktilität führt. FCC-Kristalle mit ihren 12 Gleitsystemen sind duktiler als BCC- oder HCP-Kristalle, die weniger aktive Gleitsysteme haben.

Können Gleitsysteme die Festigkeit eines Materials beeinflussen?

Ja, die Anzahl der Gleitsysteme beeinflusst die Festigkeit eines Materials. Materialien mit weniger aktiven Gleitsystemen, wie z. B. HCP-Kristalle, sind tendenziell stärker, aber spröder, während FCC-Kristalle aufgrund ihrer höheren Anzahl von Gleitsystemen im Allgemeinen schwächer, aber duktiler sind.

Warum sind BCC-Kristalle bei niedrigen Temperaturen eher spröde?

Bei niedrigen Temperaturen haben BCC-Kristalle weniger aktive Gleitsysteme, wodurch sie sich schwerer verformen lassen. Infolgedessen ist es wahrscheinlicher, dass sie unter Belastung brechen und bei niedrigen Temperaturen ein sprödes Verhalten zeigen.