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11. Diffusion Flashcards

(61 cards)

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1
Q

Diffusion Bedeutung

A

Teilchen diffundieren Infolge ihrer thermischen Eigenbewegung vom Ort höherer Konzentration zum Ort niedriger Konzentration.

–> Konzentrationsausgleich

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2
Q

Was bewirkt die gezielte Diffusion von Kohlenstoff in Stahl z.B Zahnräder

A

Lokale Modifikationen führen zu gezielten Härte und Festigkeitdgradienten durch Diffusion

Die Oberfläche wird hart und verschleißfest, das Innere aber zäh und belastbar

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3
Q

Was ist Diffusion?

A

Die zeit- und temperaturabhängige Wanderung von Atomen oder Molekülen in Stoffen.

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4
Q

Was passiert mit der Verteilung z.B der Cu- und Ni-Atome über die Zeit bei Diffusion?

A

Die Atome beider Sorten überschreiten die Grenzfläche und wandern in den jeweils anderen Grundwerkstoff.

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5
Q

Was kann nach sehr langen Zeiten in einem Diffusionssystem erreicht werden?

A

Ein vollständiger Konzentrationsausgleich.

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6
Q

Was bewirken Diffusionsprozesse in der Regel in Bezug auf Konzentrationsgradienten?

A

Sie führen zum Ausgleich eines lokalen Konzentrationsgradienten. Kann auch dazu beitragen Diffusionsgradienten aufzubauen

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7
Q

True or False: Diffusion findet nur in Gasen und Flüssigkeiten statt.

A

False

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8
Q

Fill in the blank: Diffusion in metallischen Festkörpern wird seit __________ untersucht.

A

Anfang des 20. Jahrhunderts

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9
Q

Was ist die Bedeutung der Grenzfläche in einem Diffusionspaar?

A

Sie ist der Bereich, wo die Verteilung der Atome scharf abgegrenzt ist.

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10
Q

Wie wird die Diffusion in der Flüssigkeit sichtbar?

A

Durch die Analyse der Umgebung der ursprünglichen Grenzfläche.

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11
Q

Wie funktioniert die Diffusion im Substitutionsmischkristall (Leerstellendiffusion)

A

Ein Atom kann in unmittelbarer Nachbarschaft einen freien Gitterplatz besetzen. -> Leerstelle an Ursprünglicherstelle

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12
Q

Was ist die Leerstellendiffusion

A
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13
Q

Was ist die Interstitielle Diffusion

A

Atom wechselt auf benachbarten Zwischengitterplatz

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14
Q

Was ist der Frenkel Defekt ?

A
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15
Q

Was ist der Platzwechsel und der Ringaustauschmechanismus bei der Diffusion

A
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16
Q

Was ist der Anlass für einen Sprung in eine Leerstelle bei der Diffusion ?

A

Die Temperaturabhängig Gitterschwingung, die alle Atome in eine regellose oszillierende Bewegung von etwa 10^13Hz um die Ruhelage ausführen lässt.

Die Amplitude steigt mit der Temperatur.

Bewegungsrichtung = Streben der Werkstoffe nach Konzentrationsausgleich.

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17
Q

Wie entsteht die Wanderung von interstitiellen Fremdatomen

A

Durch Wärmeschwingung der Atome des Wirtsgitters.
Zufällig benachbarte Wirtsgitteratome hinterlassen bei einer schwingbewegung relativ viel Platz wo sich das interstitielle Fremdatom hineinsetzen kann.

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18
Q

Bei welcher Art des Gitterplatz Wechsel benötigt man sehr viel höhere Energiebeträge als normal durch Thermische Gitterschwingungen aufgebracht werden könnte ?

A

• Bei einem Sprung von einem Gitterplatz auf einen Zwischengitterplatz mit Hinterlassung einer Leerstelle. Kommt bei Beschuss von Energiereichen Neutronen vor.(Kernkraftwerk)
• Platzwechsel
• Ringtausch

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19
Q

Welchen Einfluss hat die Temperatur bei Diffusion

A

Je höher, desto mehr Leerstellen und die Schwingung der Amplitude um die Ruhelage nimmt zu.

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20
Q

Was ist die Selbstdiffusion

A

Leerstellendiffusion von Wirtsatomen im Wirtsgitter bei Reinmetallen.

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21
Q

Wie bestimmt man die Selbstdiffusion

A

Oberfläche wird radioaktiven Isotopen des gleichen Metalls bedampft. Nach Diffusionsglühung misst man Scheibenweise die Radioaktivität.

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22
Q

Führt Selbstdiffusion zu einer Eigenschaftsänderung ?

A

Nein

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23
Q

Formel Diffusionsfluss

A
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24
Q

Wann spricht man von einer Stationären Diffusion

A

Wenn sich der Diffusionfluss über die Zeit nicht ändert.

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25
Was sind Molekulare Siebe
• Gemische werden über ihre Molekülgröße und ein über Druckunterschiede hergestelltes Konzentrationsgefälle gefiltert •(z.B eine Metallmembran durch die H2O und H2 diffundieren muss. Auf der eine Seite mehr Druck als auf der anderen. H2 kann schneller durch die Membran diffundieren, da kleineres Molekül)
26
Formel für das Konzentrationsgefälle
27
Wie verhält sich Diffusionsfluss und Konzentrationsgefälle Δc/Δx
Proportional
28
Wie kann man die Diffusionsfluss mit dem Konzentrationsgefälle berechnen?
29
Wovon hängt das Konzentrationsprofil ab
Der Zeit.
30
Wovon hängt das Konzentrationsgefälle ab ?
Dem Ort
31
Was ist das erste FICKsche Gesetz.
Beschreibt den Stofftransport durch Diffusion J= Diffusionsfluss
32
Diffusionsgleichung unter nicht stationären Bedingungen (2.FICK)
33
Wie lautet das zweite FICKsche Gesetz
Mit Zeitabhängigkeit
34
Zweite FICKsche Gesetz, wenn D≈konstant.
•Erlaubt falls Rand- und Anfangsbedingungen bekannt •Diffusionsweg x viel kleiner als Probenabmessung. •A und B halbunendlich. •Anfangsbedingungen: c=cA für x<0 c =cB für x>0 •c= konzentration des Stoffes zum Zeitpunkt t=0 •Bauteil A immer link, Bauteil B immer rechts
35
Zweite FICK Gesetz unabhängig von Ort und Zeit
Unrealistisch, aber gute Näherung
36
Formel GAUSSche Fehlerintegral
37
Zeichne die GAUSSche Fehlerintegral
Größere Werte als 2 für § nicht messbare konzentration
38
Formel für §
39
Was sind Folgen eines ungleichen Stoffaustauschs
• Mögliche Poren auf der Seite, die mehr Material an den Partner abgibt • plastisch aufgeworfene Wülste auf der Seite, in die der schnellere Diffusionspartner eindringt. (KIRKENDALL-Effekt)
40
Zeichne den Kirkendall-Effekt
41
Wann tritt ausgeprägte Kirkendall-Porösität auf ?
Bei verhaltnismäßig langem Glühen bei hohen Temperaturen.
42
Was ist die Diffusion konstanter Quellen.
Nicht Stationäre (zeitlich unbegrenzte) Diffusion, einer kontinuierlichen Quelle, die eine Substanz konstant abgibt.
43
Was ist das Ziel der Behandlung mit nicht Stationärer Diffusion mit konstanter Quelle.
•Oberfläche eines Bauteils verschleißfest machen. • Oder Schwingfestigkeit erhöhen.
44
Wie funktioniert die Diffusion mit konstanten Quellen.
Werkstoff in Gasatmosphere die an Stahloberfläche Kohlenstoffatome abgeben kann unter konstanter chem. Zusammensetzung
45
Wie lautet das zweite FICKsche Gesetz bei nicht stationärer Diffusion mit konstanter Quelle
Annahme: Bauteil mit Halbunendlicher Ausdehnung cB: eindiffundier Stoff im Grundwerkstoff der Diffusionsbehandlung c0: konzentration des Stoffs die sich der Oberfläche der Probe einstellt. Bei Einsatzhärtung. c0= Cpegel ( Kohlenstoffpegel)
46
Was bedeutet eine Vervierfachung der Zeit bei der nicht stationären Diffusion unendlicher Quellen
Eine Verdopplung der Eindringtiefe. Dies Abhänigkeit von sqrt(t) erlaubt nicht immer den Werkstofftechnisch besten Zustand einzustellen.
47
Was muss zwangsläufig bei zunehmenden Temperaturen und daraus folgenden höheren Schwingungsamplituden zunehmen?
Die Wahrscheinlichkeit für einen Platzwechsel. Diesen Zusammenhang spiegelt der Diffusionskoeffizient wieder. D = f(t)
48
Was ist die Aktivierungsenergie ?
• Wenn ein Atom in eine vorhande Leerstelle springt und dort die anderen Atome leicht nachgeben müssen. • Diese verlangen dann ein Energietribut, in Form einer besonders günstigen Konstellation der Gitterschwingung um Leerstelle
49
Gleichung für die Temperaturabhängigkeit des Diffusionkoeffizienten
R= 8,31442 j/molK T= thermodynamische Temperatur Q = Aktivierungenergie kj/mol
50
In welchem Wertebereich liegen die D0 Werte für die meisten Diffusionspaarungen ?
0,1 und 1 cm^2/s
51
Wie wird D0 meistens bezeichnet
Frequenzfaktor
52
Wie setzt sich Q zusammen (In Substitutionsmischkristallen)
* Teilenergie aus Bildung und Wanderung von Leerstellen Q = Aktivierungsenergie
53
Wie ist die Aktivierungsenergie für die Diffusion von interstitiellen Atomen im Vergleich zu Substitutionsatomen und warum?
•Geringer • wandern ohne Hilfe von Leerstellen durchs Gitter, dadurch entfällt Energiebetrag zur Leerstellenbildung
54
Woraus ermittelt man Q und D0 häufig
Experimentellen Werten mit der Formel Entspricht doppelter ln-Geradenfunktion
55
Lücken Verhältnis von kfz Gitter und krz Gittern
Kfz größere Lücken, dafür krz mehr Lücken.
56
Zusammenhang : Bindungsstärke und Diffusionsstärke
Starke Bindung = Schwache Diffusion Schwache Bindung = starke Diffusion
57
Was bestimmt die Mechanische Leerstellendiffusion
Die Verteilung der Leerstellenkonzentration
58
Wo kann Diffusion am leichtesten ablaufen
• An der Oberfläche (weniger Nachbarn, mehr Leerstellen) • an Gitterstörungen mit lokalen Ausweitungen des Gitters (Atome können leichter durch, geringere Aktivierungsenergie) z.B Korngrenzen oder Phasengrenzen Auch Versetzungen bilden Pfade, an denen atomare Diffusion im Festkörper erleichtert wird
59
Warum kann an der Oberfläche am einfachsten Diffusion ablaufen
• Anzahl der Nachbarn für Platzwechsel wegdrücken am geringsten -> weniger Bindungen müssen gebrochen werden. • viele Leerstellen • sehr geringe Aktivierungsenergie
60
Warum kann an lokalen Aufweitungen am einfachsten Diffusion ablaufen ?
• Durch Aufweitungen können Atome besser wandern • Aktivierungsenergie niedriger
61
Graph : Abhängigkeit Diffusionskoeffizient vom Diffusionspfad
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