Ausgewählte Untersuchungsverfahren in der Metallkunde

Inhaltsverzeichnis

• 1. Einführung.
• 1.1. Stoffeigenschaften — systematische Aspekte.
• 1.2. Strukturelle Einflußfaktoren auf die makroskopischen Stoffeigenschaften.
• 1.3. Untersuchung von Materialzusammensetzung und -struktur.
• 1.4. Erläuterungen zu einigen Begriffen der Elektronenstruktur.
• 1.4.1. Schalenaufbau der Atome und spektroskopische Termsymbolik.
• 1.4.2. Übergang von den Elektronenzuständen im isolierten Atom zu den Elektronen-zuständen im Festkörper — das Bändermodell.
• 2. Thermodynamische Untersuchungsmethoden.
• 2.1. Einleitung.
• 2.2. Metallkundliche Probleme und die dafür interessanten thermodynamischen Untersuchungsmethoden.
• 2.2.1. Chemische Stoffwandlungsprozesse der Metallkunde und thermodynamische Untersuchungsmethoden.
• 2.2.2. Physikalisch-chemische Stoffwandlungsprozesse der Metallkunde und thermodynamische Untersuchungsmethoden.
• 2.2.3. Physikalische Stoffwandlungsprozesse der Metallkunde und thermodynamische Untersuchungsmethoden.
• 2.2.4. Physikalische Eigenschaften metallischer Werkstoffe und thermodynamische Untersuchungsmethoden.
• 2.3. Kalorimetrische Untersuchungsmethoden.
• 2.3.1. Grundlagen der Kalorimetrie.
• 2.3.2. Betriebsarten von Kalorimetern.
• 2.3.2.1. Dynamische Kalorimeter.
• 2.3.2.2. Statische Kalorimeter.
• 2.3.3. Spezielle kalorimetrische Untersuchungsverfahren.
• 2.4. Gleichgewichtsmethoden zur Untersuchung von Metallen und Legierungen.
• 2.4.1. Messungen von elektromotorischen Kräften.
• 2.4.2. Partialdruckmessungen über Mischphasen.
• 3. Quantitative Metallographie.
• 3.1. Gegenstand der quantitativen Metallographie.
• 3.2. Systematisierung des Gefügeaufbaus nach geometrischen Gesichtspunkten.
• 3.3. Halbquantitative metallographische Untersuchungsverfahren.
• 3.4. Grundlegende Arbeitsverfahren.
• 3.4.1. Flächenanalyse.
• 3.4.1.1. Bestimmbare Gefügekenngrößen und Arbeitsprinzip.
• 3.4.1.2. Bestimmung der mittleren Kornfläche für den Sonderfall einphasig-polyedrischer Gefüge.
• 3.4.1.3. Hinweise zur Durchführung der Flächenanalyse — Einschätzung des Verfahrens.
• 3.4.2. Punktzählung.
• 3.4.3. Linearanalyse.
• 3.4.3.1. Meßprinzip und Anwendung bei einphasig-polyedrischen Gefügen.
• 3.4.3.2. Anwendung bei Matrixgefügen.
• 3.4.3.3. Anwendung bei mehrphasig-polyedrischen Gefügen.
• 3.4.3.4. Anwendung bei orientierten Gefügen.
• 3.4.3.5. Hinweise zur Durchführung der Linearanalyse.
• 3.4.4. Zusammenfassende Betrachtung der Verfahren Flächenanalyse, Punktzählung und Linearanalyse.
• 3.5. Hinweise zur Aufnahme und Darstellung von Größenverteilungen.
• 3.6. Hilfsmittel und Geräte für die quantitative Metallographie.
• 3.6.1. Mikroskopzubehör und elektromechanische Integriervorrichtungen.
• 3.6.2. Automatische Bildanalysatoren.
• 3.7. Anwendungsbeispiele für quantitative metallographische Untersuchungen.
• 4. Röntgenfeinstrukturanalyse.
• 4.1. Grundlagen.
• 4.1.1. Kenngrößen der Röntgenstrahlung.
• 4.1.1.1. Merkmale der Röntgenstrahlung.
• 4.1.1.2. Aufbau und Spektrum einer Röntgenröhre.
• 4.1.1.3. Strahlungsauswahl und Strahlungsdetektoren.
• 4.1.2. Überblick über die Beugungsanalyse.
• 4.1.2.1. Beugung am Kristallgitter.
• 4.1.2.2. Kennzeichnung von Netzebenen im Kristallgitter — Millersche Indizes.
• 4.1.2.3. Braggsche Reflexion.
• 4.1.2.4. Reziprokes Gitter.
• 4.1.2.5. Ewaldsche Konstruktion.
• 4.1.2.6. Bemerkungen zu Einkristalluntersuchungen.
• 4.1.2.7. Polkugelmodell.
• 4.2. Durchführung von Vielkristalluntersuchungen.
• 4.2.1. Einteilung der Interferenzen.
• 4.2.2. Überblick über die Aufnahmetechnik.
• 4.3. Auswertung der Röntgeninterferenzen.
• 4.3.1. Struktur- und Phasenanalyse.
• 4.3.1.1. Widerspiegelung der Struktur in der radialen Intensitätsverteilung.
• 4.3.1.2. Gitterparameterbestimmung.
• 4.3.1.3. Qualitative Phasenanalyse.
• 4.3.1.4. Quantitative Phasenanalyse.
• 4.3.2. Gefügeanalyse.
• 4.3.2.1. Zusammenhänge zwischen Gefüge und Debye-Scherrer-Ring des Vielkristalls.
• 4.3.2.2. Anwendungsmöglichkeiten.
• 4.3.3. Realstrukturuntersuchungen.
• 4.3.3.1. Einflüsse der Realstruktur des Vielkristalls auf eine Interferenzlinie.
• 4.3.3.2. Präzisionsgitterkonstanten-Bestimmung.
• 4.3.3.3. Messung von Spannungen 1. Art.
• 4.3.3.4. Versetzungsdichtebestimmung.
• 5. Neutronenstreuung.
• 5.1. Grundlagen.
• 5.1.1. Eigenschaften thermischer Neutronen.
• 5.1.2. Vergleich von Neutronenbeugung und Röntgenbeugung.
• 5.2. Experimentelles.
• 5.3. Kristallstrukturuntersuchungen.
• 5.3.1. Ordnungsvorgänge.
• 5.3.1.1. Fernordnung — Überstrukturreflexe.
• 5.3.1.2. Nahordnung — diffuse Streuung.
• 5.3.2. Wasserstoff in Metallen.
• 5.4. Phasenanalyse.
• 5.4.1. Zusammensetzung mehrphasiger Systeme.
• 5.4.2. Bildung neuer Phasen — Kleinwinkelstreuung.
• 5.5. Texturuntersuchungen.
• 5.6. Untersuchung magnetischer Momente und Strukturen.
• 5.6.1. Experimentelle Besonderheiten.
• 5.6.2. Magnetstrukturen.
• 5.6.3. Größe der atomaren magnetischen Momente.
• 6. Durchstrahlungs-Elektronenmikroskopie.
• 6.1. Einführung.
• 6.2. Probenpräparation.
• 6.2.1. Allgemeines.
• 6.2.2. Präparationsverfahren.
• 6.2.2.1. Oberflächenabdrücke.
• 6.2.2.2. Präparation elektronentransparenter Folien aus dem kompakten Material.
• 6.2.2.3. Zielpräparationen.
• 6.2.2.4. Folienaufbewahrung.
• 6.3. Gerätetechnik.
• 6.3.1. Allgemeines.
• 6.3.2. Mikroskopausstattung.
• 6.3.2.1. Durchstrahlungs-Elektronenmikroskop.
• 6.3.2.2. Raster-Durchstrahlungs-Elektronenmikroskop.
• 6.3.2.3. Zusatzeinrichtungen zur Objektmanipulierung.
• 6.4. Elektronenmikroskopisches Bild.
• 6.4.1. Grundlagen.
• 6.4.2. Abbildungstechniken im Beugungskontrast.
• 6.4.3. Beugungstechniken.
• 6.4.4. Höchstauflösende Elektronenmikroskopie.
• 6.4.5. Höchstspannungs-Elektronenmikroskopie.
• 6.5. Anwendungen.
• 7. Elektronenstrahl-Mikroanalyse und Rasterelektronen-Mikroskopie.
• 7.1. Einführung.
• 7.2. Grundlagen der Elektronenstrahl-Mikroanalyse.
• 7.2.1. Erzeugung und Absorption von Röntgenstrahlung.
• 7.2.1.1. Röntgenbremsstrahlung.
• 7.2.1.2. Charakteristische Strahlung.
• 7.2.1.3. Absorption von Röntgenstrahlung.
• 7.2.2. Elektronenemission und Absorption.
• 7.3. Gerätetechnik.
• 7.3.1. Prinzipieller Aufbau eines Elektronenstrahl-Mikroanalysators.
• 7.3.2. Spektrometrie der Röntgenstrahlung.
• 7.3.2.1. Wellenlängendispersives Spektrometer.
• 7.3.2.2. Energiedispersives Spektrometer.
• 7.3.3. Rasterprinzip.
• 7.4. Rasterelektronen-Mikroskopie.
• 7.4.1. Bildentstehung.
• 7.4.1.1. Sekundärelektronenbild.
• 7.4.1.2. Rückstreuelektronen.
• 7.4.1.3. Probenstrombild.
• 7.4.2. Bildqualität und Auflösung.
• 7.5. Röntgenmikroanalyse.
• 7.5.1. Probenpräparation.
• 7.5.2. Qualitative Analyse.
• 7.5.3. Elementverteilungsanalyse.
• 7.5.3.1. Linienanalyse.
• 7.5.3.2. Flächenanalyse.
• 7.5.4. Quantitative Analyse.
• 7.5.4.1. Prinzipien der quantitativen Röntgenmikroanalyse.
• 7.5.4.2. Fehler der quantitativen Analyse.
• 7.5.4.3. Nachweisgrenze der Röntgenmikroanalyse.
• 7.5.5. Analyse dünner Schichten.
• 8. Sekundärionen-Massenspektrometrie und lonenstrahl-Mikroanalyse.
• 8.1. Einführung.
• 8.2. Grundlagen der Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS).
• 8.2.1. Sputter- und Ionisierungsprozeß.
• 8.2.2. Verarbeitung und Nachweis der Sekundärionen.
• 8.3. Gerätetechnik.
• 8.3.1. Nichtabbildende Geräte.
• 8.3.2. Abbildende Geräte.
• 8.3.3. Kombinationsgeräte.
• 8.4. Anwendung der SIMS.
• 8.4.1. Probenpräparation.
• 8.4.2. Qualitative Analyse.
• 8.4.3. Quantitative Analyse.
• 9. Photoelektronen-Spektroskopie.
• 9.1. Prinzipien der Photoelektronen-Spektroskopie an Festkörpern.
• 9.1.1. Elektronenbindungsenergie und chemische Verschiebung.
• 9.1.2. Valenzelektronenniveaus.
• 9.1.3. Photoelektrischer Wirkungsquerschnitt und Winkelverteilung.
• 9.2. Apparative Voraussetzungen.
• 9.3. Aufnahme von ESCA-Spektren.
• 9.3.1. Probenpräparation.
• 9.3.2. Photoelektronen aus Metallen.
• 9.3.3. Informationen zur Oberfläche.
• 9.3.4. ESCA als Analysenmethode.
• 10. Auger-Elektronenspektroskopie.
• 10.1. Grundlagen.
• 10.1.1. Auger-Elektronenemission und Charakteristika der bei Elektronenbeschuß aus Festkörpern emittierten Elektronen.
• 10.1.2. Bezeichnung, Energie und Intensität der Auger-Elektronenemission.
• 10.1.3. Quantitative Fassung des Auger-Elektronenstroms aus Festkörpern.
• 10.2. Experimentelle Technik.
• 10.3. Anwendungen in der Werkstofforschung.
• 10.3.1. Ermittlung der Oberflächen-Elementkonzentrationen.
• 10.3.2. Untersuchung des Deckschichtaufbaus und des Konzentrationsprofils.
• 10.3.3. Aussagen zum Bindungszustand.
• 10.3.4. Beispiele.
• 11. Mössbauer-Spektroskopie.
• 11.1. Grundlagen.
• 11.1.1. Mössbauer-Effekt.
• 11.1.2. Charakteristische Größen.
• 11.1.2.1. Isomerieverschiebung.
• 11.1.2.2. Magnetische Aufspaltung.
• 11.1.2.3. Quadrupolaufspaltung.
• 11.2. Experimentelle Aspekte.
• 11.2.1. Meßapparatur.
• 11.2.2. Quellen.
• 11.2.3. Anforderungen an das Probenmaterial und Nachweisgrenzen für 57Fe.
• 11.3. Anwendungsmöglichkeiten.
• 11.3.1. Ordnungserscheinungen.
• 11.3.2. Ausscheidungen und Diffusionsprozesse.
• 11.3.3. Phasenumwandlungen.
• 11.3.4. Phasenanalyse.
• 12. Positronenannihilation.
• 12.1. Einführung.
• 12.2. Grundlagen der Methode.
• 12.3. Meßtechnik.
• 12.3.1. Positronen-Lebensdauermessung.
• 12.3.2. 2?-Winkelkorrelationsmessung.
• 12.3.3. ?-Linienformmessung.
• 12.4. Theorie der Positronenannihilation in Realkristallen.
• 12.4.1. Positron-Kristallbaufehler-Wechselwirkung und Annihilationscharakteristik.
• 12.4.2. Phänomenologische Beschreibung der Positron-Kristallbaufehler-Wechselwirkung und Meßdatenauswertung.
• 12.5. Anwendung der Positronenannihilation zur Untersuchung von Kristallbaufehlern in Metallen.
• 12.5.1. Leerstellen im thermischen Gleichgewicht.
• 12.5.1.1. Reine Metalle.
• 12.5.1.2. Verdünnte Legierungen.
• 12.5.1.3. Legierungen.
• 12.5.2. Kristallbaufehler durch plastische Verformung.
• 12.5.2.1. Versetzungsdichte und Leerstellenkonzentration.
• 12.5.2.2. Erholung und Rekristallisation.
• 12.5.3. Ordnungs- und Entmischungserscheinungen in Legierungen.
• 12.5.3.1. Nah- und Fernordnung.
• 12.5.3.2. Entmischung.
• 12.5.4. Ausblick auf weitere Anwendungen.
• Sachwörterverzeichnis.