Werkstoffe in der Elektrotechnik

Inhalt

Verwendete Formelzeichen (Fz) mit Einheiten (E) und Abku¨rzungen

1 Grundlagen

1.0 Überblick

1.1 Atombau und Bindungen

1.1.1 Elektronenverteilung im Einzelatom

1.1.2 Bindungszustände

1.1.2.1 Atombindung

1.1.2.2 Ionenbindung

1.1.2.3 Metallbindung

1.2 Bildung von Ordnungszuständen in festen metallischen und nichtmetallischen anorganischen Werkstoffen

1.2.1 Ideale Kristallstruktur

1.2.2 Gittertypen

1.2.3 MILLERsche Indizierung zur Angabe der Lage von Gitterebenen

1.2.4 Reale Kristallstruktur

1.3 Bildung von Ordnungszuständen in flu¨ssigkristallinen Werkstoffen

1.3.1 Nematische Phasen

1.3.2 Cholesterische Phasen

1.3.3 Smektische Phasen

1.3.4 Kolumnare Phasen

1.3.5 Ausblick

1.4 Bildung von Phasen, Phasengleichgewichtsdiagramme

1.4.1 Phasenu¨bergang flu¨ssig-fest und fest-flu¨ssig; Schmelzen und Erstarren

1.4.2 Zustandsdiagramme von metallischen Zweistoffsystemen

1.4.2.1 Legierungen mit vollständiger Löslichkeit der Komponenten im flu¨ssigen Zustand und Unlöslichkeit im festen Zustand (V-Diagramm)

1.4.2.2 Legierung mit vollständiger Löslichkeit der Komponenten im flu¨ssigen und völliger Löslichkeit im festen Zustand (Linsendiagramm)

1.4.2.3 Legierungen mit vollständiger Löslichkeit der Komponenten im flu¨ssigen und teilweiser Löslichkeit im festen Zustand (Mischungslu¨cke)

Selbstkontrolle zu Kapitel 1

2 Das mechanische Verhalten von Werkstoffen

2.0 Überblick

2.1 Ausgewählte mechanische und thermische Kenngrößen

2.1.1 Mechanische Werkstoffkenngrößen

2.1.1.1 Zugversuch nach DIN EN ISO 6892-1 fu¨r Metalle

2.1.1.2 Zugversuch fu¨r Kunststoffe

2.1.1.3 Härtepru¨fung

2.1.1.4 Schlagfestigkeit

2.1.2 Thermische Werkstoffkenngrößen

2.2 Das Verformungsverhalten metallischer Werkstoffe

2.2.1 Elastische und plastische Verformung

2.2.2 Kristallerholung und Rekristallisation

2.3 Das Verformungsverhalten nichtmetallischer Werkstoffe

2.3.1 Das Verformungsverhalten polymerer organischer Werkstoffe

2.3.2 Das Verformungsverhalten nichtmetallischer anorganischer Werkstoffe

Selbstkontrolle zu Kapitel 2

3 Das elektrische Verhalten von Werkstoffen

3.0 Überblick

3.1 Ursachen der elektrischen Leitfähigkeit im Festkörper

3.2 Leitungsmechanismen

3.2.1 Leiter

3.2.2 Nichtleiter

3.2.3 Halbleiter

3.2.4 Supraleiter

Selbstkontrolle zu Kapitel 3

4 Elektrochemisches Verhalten metallischer Werkstoffe

4.0 Überblick

4.1 Redox-Reaktionen und das elektrochemische Potenzial

4.2 Galvanische Zellen

4.2.1 Zellen mit Metall-Anoden (Minuspol)

4.2.2 Zelle mit Li+-Ionen als Elektroden

4.3 Brennstoffzellen

4.4 Die Elektrolyse

4.5 Die elektrochemische Korrosion

Selbstkontrolle zu Kapitel 4

5 Leiterwerkstoffe

5.0 Überblick

5.1 Der spezifische elektrische Widerstand

5.2 Werkstoffe fu¨r kompakte Leiter

5.3 Werkstoffe fu¨r Leitschichten und Schichtkombinationen

Selbstkontrolle zu Kapitel 5

6 Widerstandswerkstoffe

6.0 Überblick

6.1 Werkstoffe fu¨r kompakte Widerstände

6.1.1 Präzisions- und Messwiderstände

6.1.2 Heizwiderstände (DIN 17470)

6.1.3 Werkstoffe fu¨r Dehnungsmessstreifen

6.2 Werkstoffe fu¨r Widerstandsschichten

Selbstkontrolle zu Kapitel 6

7 Kontaktwerkstoffe

7.0 Überblick

7.1 Der bewegte Kontakt

7.1.1 Physikalische und chemische Vorgänge am Kontakt

7.1.2 Werkstoffe fu¨r bewegte Kontakte

7.2 Der feste Kontakt

Selbstkontrolle zu Kapitel 7

8 Halbleiterwerkstoffe

8.0 Überblick

8.1 Werkstoffe fu¨r Sperrschicht gesteuerte Halbleiterbauelemente

8.1.1 Leitungsmechanismen, die n- und p-Leitung

8.1.2 Die spezifische elektrische Leitfähigkeit von Halbleiterwerkstoffen

8.1.3 Vorgänge am p-n-Übergang

8.1.4 Vorgänge in der p-n-p- bzw. n-p-n-Grenzschicht

8.1.5 Vorgänge im Feldeffekttransistor (FET)

8.2 Werkstoffe fu¨r Volumenhalbleiterbauelemente

8.2.1 Werkstoffe fu¨r Fotowiderstände

8.2.2 Werkstoffe fu¨r HALL-Sonden

8.2.3 Werkstoffe fu¨r Thermistoren und Varistoren

Selbstkontrolle zu Kapitel 8

9 Isolierstoffe und dielektrische Werkstoffe

9.0 Überblick

9.1 Elektrische Kenngrößen

9.1.1 Spezifischer Durchgangswiderstand (Innenwiderstand)

9.1.2 Oberflächenwiderstand

9.1.3 Kriechstromfestigkeit

9.1.4 Durchschlagfestigkeit

9.2 Dielektrisches Verhalten

9.2.1 Polarisation und Polarisationsmechanismen

9.2.2 Permittivitätszahl (Dielektrizitätszahl)

9.2.3 Dielektrischer Verlustfaktor

9.2.4 Temperatur- und Frequenzabhängigkeit

9.3 Isolierstoffe

9.3.1 Isolierstoffe fu¨r Kabel und Leitungen

9.3.2 Isolierstoffe fu¨r elektronische Baugruppen und Bauelemente

9.4 Dielektrika fu¨r Kondensatoren

9.5 Dielektrika fu¨r Sensoren und Aktuatoren

Selbstkontrolle zu Kapitel 9

10 Supraleitende Werkstoffe

10.0 Überblick

10.1 Werkstoffentwicklung und Anwendungsmöglichkeiten

Selbstkontrolle zu Kapitel 10

11 Magnetwerkstoffe

11.0 Überblick

11.1 Das magnetische Verhalten von Werkstoffen

11.1.1 Magnetische Größen

11.1.2 Ursachen des Magnetismus

11.2 Ferromagnetische Werkstoffe

11.2.1 Hartmagnetische Ferromagnetika

11.2.2 Weichmagnetische Ferromagnetika

11.3 Ferrimagnetische Werkstoffe

11.4 Magnetwerkstoffe fu¨r Speicher

Selbstkontrolle zu Kapitel 11

12 Lichtwellenleiter

12.0 Überblick

12.1 Physikalische Grundlagen

12.2 Werkstoffe und Technologie

Selbstkontrolle zu Kapitel 12

13 Fertigungsverfahren in der Elektrotechnik und Elektronik

13.0 Überblick

13.1 Verfahren der Si-Technologie

13.1.1 Einkristallines Silizium

13.1.2 Planartechnik

13.2 Metallisierung von Dielektrika

13.3 Leiterplattentechnik

13.3.1 Allgemeines

13.3.2 Technologische Varianten zur Leiterplattenherstellung

Selbstkontrolle zu Kapitel 13

Lösungsteil

Lösungen der Übungen

Lösungen zur Selbstkontrolle

Verwendete und weiterfu¨hrende Literatur

Bildnachweis

Sachwortverzeichnis