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Joachim Bohm:

Realstruktur von Kristallen

1995. X, 442 Seiten, 277 Abbildungen, 13 Tabellen, 18x25cm, 1250 g
Language: Deutsch

ISBN 978-3-510-65160-3, gebunden, price: 98.00 €

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Keywords

Kristall Realstruktur Punktdefekt Korngrenze Kristallographie

Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Kristalline Materialien aller Art sind aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken. Die genaue Kenntnis ihrer atomaren Struktur mit ihren Unregelmäßigkeiten und Fehlern, eben der Realstruktur, ist für ein umfassendes Verständnis von modernen Werkstoffen und ihren Eigenschaften notwendig. Gleichzeitig bilden diese Kenntnisse die Grundlage für die weitere Entwicklung und Verwendung kristalliner Stoffe in der Hochtechnologie. Das vorliegende Werk ist eine umfassende Einführung in die wichtigsten Phänomene der realen Kristallstruktur - das sind Punktdefekte, Versetzungen, Stapelfehler, Korngrenzen sowie deren Entstehung während des Wachstums bzw. der Züchtung von Kristallen. Verfahren zum Nachweis von Defekten, Auswirkungen von Defekten auf physikalische Eigenschaften (z. B. Eigenfarbe, Halbleitung) werden ebenso diskutiert wie die thermodynamische Beschreibung von Defekt-Häufigkeiten und Nah- und Fernordnung. Realstruktur von Kristallen setzt nur Grundkenntnisse der Physik, Kristallographie und Chemie voraus und eignet sich deshalb sowohl zum Vertiefen von Vorlesungen als auch zum selbständigen Kennenlernen der Thematik. Das Buch richtet sich an alle, die sich mit der Herstellung, Analyse und Anwendung kristalliner Phasen befassen, wie Kristallographen, Festkörper-Physiker und -Chemiker, Werkstoffkundler, Mineralogen. Joachim Bohm ist Hochschullehrer an der TU/Bergakademie in Freiberg/Sa. Er hat sich viele Jahre lang praktisch und theoretisch mit der Züchtung und Untersuchung realer Kristalle beschäftigt.

English Description top ↑

Crystalline materials are being put to use and influence all facets of everyday life. An accurate understanding of their atomic structure and the disorders that characterize them, the "real" structure is necessary to understand and predict the effect of structural irregularities on material properties. At the same time, comprehensive knowledge of the material structure is a prerequisite for further development of new materials and their high-technology application.
"Realstruktur von Kristallen" thoroughly introduces the features that characterize "real" crystals, such as point- and line defects, dislocations, stacking faults, grain boundary faults just to name a few. Techniques to detect these structural features are introduced and discussed. Irregularities in the crystal lattice influence the physical properties of crystalline materials in technically desirable ways. They are for example the cause of semiconductivity or they produce colour effects. Methods to describe lattice defect densities by thermo-dynamics are covered as well as close- and far-range ordering phenomena.
The book is written in German and only assumes basic knowledge of physics, crystallograhy and chemistry to be fully exploited. It is an ideal companion to a lecture as well as to aquaint oneself with this exciting and relevant topic. It is geared towards crystallographers, solid-state physicists and chemists, mineralogists and people working in the field of materials science.

J. Bohm has been conducting research on crystal growth and analysis for many years at the school of Mines, Freiberg/Saxony and has extensively lectured and published on this subject.

Inhaltsverzeichnis top ↑

1. Einleitung 1
1.1. Begriffsbildungen 1
1.2. Realstrukturphänomene 2
2. Punktdefekte 7
2.1. Grundlagen 7
2.1.1. Typen der Punktdefekte 7
2.1.2. Entstehung und Nachweis von Punktdefekten 11
2.1.3. Elastische Relaxation und Dichteänderung 14
2.1.4. Energie von Punktdefekten 20
2.1.5. Gleichgewichtskonzentration von Punktdefekten 22
2.2. Dynamik der Punktdefekte und Diffusion 26
2.2.1. Dynamik von Zwischengitteratomen 26
2.2.2. Diffusion von Zwischengitteratomen 28
2.2.3. Dynamik und Diffusion von Leerstellen 33
2.2.4. Diffusion nach dem Leerstellenmechanismus 34
2.2.5. Andere Diffusionsmechanismen 38
2.2.6. Phänomenologische Beschreibung der Diffusion 39
2.2.7. Diffusionsprofile 45
2.3. Chemie und Physik der Punktdefekte 51
2.3.1. Punktdefekte in binären Kristallen 51
2.3.2. Defektchemie 54
2.3.3. Punktdefekte und Ladungsträger 61
2.3.4. Lumineszenz 72
2.3.5. Photochrome und photorefraktive Kristalle 76
2.3.6. Strahlendefekte 78
2.4. Mischkristalle und Verbindungen 81
2.4.1. Ideale Mischkristalle 81
2.4.2. Reale Mischkristalle 89
2.4.3. Intermediäre Phasen (Verbindungen) 95
2.4.4. Struktur von Mischkristallen 98
2.4.5. Überstrukturen 102
3. Versetzungen 105
3.1. Grundlagen 105
3.1.1. Erzeugen einer Versetzung 105
3.1.2. BURGERS-Umlauf 110
3.1.3. Versetzungsdichte 112
3.1.4. Energie einer Versetzung 113
3.1.5. Stabilität von Versetzungen 120
3.1.6. Gleiten und Klettern 122
3.1.7. Kinematik von Versetzungen 127
3.2. Nachweis und Beobachtung von Versetzungen 136
3.2.1. Integrale Methoden 136
3.2.2. Gittertopographische Methoden 137
3.2.3. Volumentopographische Methoden 142
3.2.4. Oberflächentopographie 149
3.3. Entstehung von Versetzungen 155
3.3.1. Versetzungsbildung durch Fehlpassung 155
3.3.2. Einwachsen von Versetzungen 157
3.3.3. Versetzungsbildung durch Kondensation von Punktdefekten 160
3.3.4. Plastizierung - Versetzungsmultiplikation - Versetzungsquellen 163
3.4. Makroskopische Versetzungstheorie 164
3.4.1. Verrückungsfeld und Deformationstensor 164
3.4.2. Das Rechnen mit zylindrischen Koordinaten 168
3.4.3. Elastisches Spannungsfeld 173
3.4.4. Der Versetzungstensor 184
3.4.5. Plastische Deformation 187
3.4.6. Thermisch bedingte plastische Deformation 190
3.5. Dynamik von Versetzungen 197
3.5.1. Kräfte auf Versetzungen 197
3.5.2. Kräfte zwischen Versetzungen 202
3.5.3. Selbstkraft einer Versetzung - Linienspannung 206
3.5.4. PEIERLS-Spannung 209
3.5.5. Hinderniswiderstand 215
3.5.6. Dynamik einer einzelnen Versetzung 220
3.5.7. Wechselwirkung mit Fremdatomen 227
3.5.8. Passives Klettern 232
3.5.9. Plastische Deformation 236
3.6. Versetzungen in speziellen Kristallstrukturen 251
3.6.1. Kubisch dichteste Kugelpackung - Teilversetzungen 251
3.6.2. Hexagonal dichteste Kugelpackung 263
3.6.3. Kubisch innenzentrierte Kugelpackung 268
3.6.4. Ionenstrukturen (NaCl-Struktur) 271
3.6.5. Kovalente Strukturen 276
4. Flächendefekte 286
4.1. Translationsgrenzen 286
4.1.1. Stapelfehler 286
4.1.2. Polytypie und Syntaxie 289
4.1.3. Antiphasengrenzen 296
4.2. Zwillinge und Domänen 298
4.2.1. Zwillingsbildung 298
4.2.2. Domänen 302
4.2.3. Symmetriebeziehungen bei Phasenübergängen 306
4.3. Korngrenzen 311
4.3.1. Geometrische Beziehungen 311
4.3.2. Kleinwinkelkorngrenzen 314
4.3.3. Korngrenzenenergie 321
4.3.4. Großwinkelkorngrenzen 324
4.3.5. Phasengrenzen 330
4.4. Kristalloberflächen 335
4.4.1. Kristallographie der Kristallflächen 335
4.4.2. Thermodynamik der Kristallflächen 340
4.4.3. Die Gleichgewichtsform 347
4.4.4. Rauhigkeit von Kristallflächen 352
5. Kristallwachstum und Realstruktur 358
5.1. Verteilungskoeffizienten 358
5.1.1. Gleichgewichts Verteilungskoeffizient 358
5.1.2. Kinetischer Verteilungskoeffizient 365
5.1.3. Effektiver Verteilungskoeffizient 368
5.2. Verteilungsinhomogenitäten 373
5.2.1. Sanduhrstrukturen - Kembildung 373
5.2.2. Makrosegregation - Zonarbau 379
5.2.3. Streifenbildung 390
5.3. Morphologische Instabilität 406
5.3.1. Konstitutionelle Unterkühlung 406
5.3.2. Dynamische Theorie der morphologischen Instabilität 413
5.4. Einfang fremder Phasen 418
5.4.1. Empirische Befunde 418
5.4.2. Theorie des Teilcheneinfangs 420
Literaturverzeichnis 427
Sachwortverzeichnis