Werkstoffe in der Elektrotechnik (eBook)

Grundlagen - Struktur - Eigenschaften - Prüfung - Anwendung - Technologie

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler (Autoren)

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2018 | 8., neu bearbeitete Auflage
382 Seiten
Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
978-3-446-45863-5 (ISBN)

Infos

Standardwerk zu den Werkstoffen
Der Einsatz neuer Werkstoffgruppen zur Herstellung von elektrischen Funktionseinheiten wie Bauelementen, Baugruppen und Systemen erfordert das Verständnis grundsätzlicher naturwissenschaftlicher Zusammenhänge, insbesondere der Physik und Chemie. Die Autoren stellen jeder Werkstoffgruppe nur ein Minimum an theoretischenGrundlagen voran.
Dieses Standardwerk behandelt ausführlich Leiter-, Widerstands-, Kontakt-, Halbleiter- und Magnetwerkstoffe, außerdem Isolier- und dielektrische Werkstoffe sowie Supra- und Lichtwellenleiter, galvanische, Brennstoff- und Solarzellen. Verfahren der Siliziumtechnologie, der Leiterplattentechnik und der elektrochemischen Metallisierung ergänzen die Darstellung zur Verwendung von Werkstoffen in der Elektrotechnik.
Die 8. Auflage wurde komplett durchgesehen, aktualisiert und hinsichtlich neuer Normen angepasst.

Prof. Dr. rer. nat. Hansgeorg Hofmann ist an der Fakultät Maschinenbau der Hochschule Mittweida tätig.

Autor

Prof. Dr. Hansgeorg Hofmann und Prof. Dr.-Ing. Jürgen Spindler, Hochschule Mittweida

Inhalt

1 Grundlagen 20
1.0 Überblick 20
1.1 Atombau und Bindungen 22
1.1.1 Elektronenverteilung im Einzelatom 22
1.1.2 Bindungszustände 25
1.1.2.1 Atombindung 25
1.1.2.2 Ionenbindung 30
1.1.2.3 Metallbindung 32
1.2 Bildung von Ordnungszuständen in festen metallischen und nichtmetallischen anorganischen Werkstoffen 35
1.2.1 Ideale Kristallstruktur 37
1.2.2 Gittertypen 38
1.2.3 MILLERsche Indizierung zur Angabe der Lage von Gitterebenen 43
1.2.4 Reale Kristallstruktur 44
1.3 Bildung von Ordnungszuständen in flüssigkristallinen Werkstoffen 49
1.3.1 Nematische* Phasen 50
1.3.2 Cholesterische* Phasen 52
1.3.3 Smektische* Phasen 53
1.3.4 Kolumnare Phasen 54
1.3.5 Ausblick 54
1.4 Bildung von Phasen, Phasengleichgewichtsdiagramme 56
1.4.1 Phasenübergang flüssig-fest und fest-flüssig Schmelzen und Erstarren
1.4.2 Zustandsdiagramme von metallischen Zweistoffsystemen 60
1.4.2.1 Legierungen mit vollständiger Löslichkeit der Komponenten im flüssigen Zustand und Unlöslichkeit im festen Zustand (V-Diagramm) 63
1.4.2.2 Legierung mit vollständiger Löslichkeit der Komponenten im flüssigen und völliger Löslichkeit im festen Zustand (Linsendiagramm) 65
1.4.2.3 Legierungen mit vollständiger Löslichkeit der Komponenten im flüssigen und teilweiser Löslichkeit im festen Zustand (Mischungslücke) 67
2 Das mechanische Verhalten von Werkstoffen 72
2.0 Überblick 72
2.1 Ausgewählte mechanische und thermische Kenngrößen 73
2.1.1 Mechanische Werkstoffkenngrößen 73
2.1.1.1 Zugversuch nach DIN EN ISO 6892-1 für Metalle 73
2.1.1.2 Zugversuch für Kunststoffe 76
2.1.1.3 Härteprüfung 78
2.1.1.4 Schlagfestigkeit 79
2.1.2 Thermische Werkstoffkenngrößen 80
2.2 Das Verformungsverhalten metallischer Werkstoffe 83
2.2.1 Elastische und plastische Verformung 83
2.2.2 Kristallerholung und Rekristallisation 86
2.3 Das Verformungsverhalten nichtmetallischer Werkstoffe 91
2.3.1 Das Verformungsverhalten polymerer organischer Werkstoffe 91
2.3.2 Das Verformungsverhalten nichtmetallischer anorganischer Werkstoffe 94
3 Das elektrische Verhalten von Werkstoffen 100
3.0 Überblick 100
3.1 Ursachen der elektrischen Leitfähigkeit im Festkörper 100
3.2 Leitungsmechanismen 103
3.2.1 Leiter 103
3.2.2 Nichtleiter 106
3.2.3 Halbleiter 106
3.2.4 Supraleiter 108
4 Elektrochemisches Verhalten metallischer Werkstoffe 112
4.0 Überblick 112
4.1 Redox-Reaktionen und das elektrochemische Potenzial 112
4.2 Galvanische Zellen 117
4.2.1 Zellen mit Metall-Anoden (Minuspol) 120
4.2.2 Zelle mit Li+-Ionen als Elektroden 122
4.3 Brennstoffzellen 126
4.4 Die Elektrolyse 129
4.5 Die elektrochemische Korrosion 131
5 Leiterwerkstoffe 137
5.0 Überblick 137
5.1 Der spezifische elektrische Widerstand 137
5.2 Werkstoffe für kompakte Leiter 145
5.3 Werkstoffe für Leitschichten und Schichtkombinationen 156
6 Widerstandswerkstoffe 164
6.0 Überblick 164
6.1 Werkstoffe für kompakte Widerstände 164
6.1.1 Präzisions- und Messwiderstände 165
6.1.2 Heizwiderstände (DIN 17470) 166
6.1.3 Werkstoffe für Dehnungsmessstreifen 167
6.2 Werkstoffe für Widerstandsschichten 169
7 Kontaktwerkstoffe 175
7.0 Überblick 175
7.1 Der bewegte Kontakt 175
7.1.1 Physikalische und chemische Vorgänge am Kontakt 176
7.1.2 Werkstoffe für bewegte Kontakte 179
7.2 Der feste Kontakt 183
8 Halbleiterwerkstoffe 191
8.0 Überblick 191
8.1 Werkstoffe für Sperrschicht gesteuerte Halbleiterbauelemente 192
8.1.1 Leitungsmechanismen, die n- und p-Leitung 194
8.1.2 Die spezifische elektrische Leitfähigkeit von Halbleiterwerkstoffen 197
8.1.3 Vorgänge am p-n-Übergang 199
8.1.4 Vorgänge in der p-n-p- bzw. n-p-n-Grenzschicht 207
8.1.5 Vorgänge im Feldeffekttransistor (FET) 209
8.2 Werkstoffe für Volumenhalbleiterbauelemente 211
8.2.1 Werkstoffe für Fotowiderstände 212
8.2.2 Werkstoffe für HALL-Sonden 213
8.2.3 Werkstoffe für Thermistoren und Varistoren 214
9 Isolierstoffe und dielektrische Werkstoffe 219
9.0 Überblick 219
9.1 Elektrische Kenngrößen 221
9.1.1 Spezifischer Durchgangswiderstand (Innenwiderstand) 221
9.1.2 Oberflächenwiderstand 222
9.1.3 Kriechstromfestigkeit 223
9.1.4 Durchschlagfestigkeit 223
9.2 Dielektrisches Verhalten 226
9.2.1 Polarisation und Polarisationsmechanismen 226
9.2.2 Permittivitätszahl (Dielektrizitätszahl) 229
9.2.3 Dielektrischer Verlustfaktor 231
9.2.4 Temperatur- und Frequenzabhängigkeit 232
9.3 Isolierstoffe 234
9.3.1 Isolierstoffe für Kabel und Leitungen 235
9.3.2 Isolierstoffe für elektronische Baugruppen und Bauelemente 236
9.4 Dielektrika für Kondensatoren 245
9.5 Dielektrika für Sensoren und Aktuatoren 250
10 Supraleitende Werkstoffe 258
10.0 Überblick 258
10.1 Werkstoffentwicklung und Anwendungsmöglichkeiten 258
11 Magnetwerkstoffe 265
11.0 Überblick 265
11.1 Das magnetische Verhalten von Werkstoffen 265
11.1.1 Magnetische Größen 265
11.1.2 Ursachen des Magnetismus 267
11.2 Ferromagnetische Werkstoffe 273
11.2.1 Hartmagnetische Ferromagnetika 277
11.2.2 Weichmagnetische Ferromagnetika 282
11.3 Ferrimagnetische Werkstoffe 289
11.4 Magnetwerkstoffe für Speicher 293
12 Lichtwellenleiter 302
12.0 Überblick 302
12.1 Physikalische Grundlagen 302
12.2 Werkstoffe und Technologie 307
13 Fertigungsverfahren in der Elektrotechnik und Elektronik 313
13.0 Überblick 313
13.1 Verfahren der Si-Technologie 313
13.1.1 Einkristallines Silizium 313
13.1.2 Planartechnik 316
13.2 Metallisierung von Dielektrika 317
13.3 Leiterplattentechnik 322
13.3.1 Allgemeines 322
13.3.2 Technologische Varianten zur Leiterplattenherstellung 324
Lösungsteil 333

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 8.10.2018
• Zusatzinfo: Mit zahlreichen Beispielen, Übungen und Textaufgaben
• Verlagsort: München
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik
• Schlagworte: Fertigungsverfahren • Grundlagen • Halbleiter-, Magnet-, supraleitende Werkstoffe • Leiter-, Widerstands-, Kontaktwerkstoffe • mechanisches/ elektrisches Verhalten
• ISBN-10: 3-446-45863-8 / 3446458638
• ISBN-13: 978-3-446-45863-5 / 9783446458635