Phase

Aus Technik-Wiki | Technologie und Didaktik der Technik
Wechseln zu: Navigation, Suche

Definition

Als Phase bezeichnet man homogene Bereiche eines Stoffes, dessen physikalische und chemische Eigenschaften an allen Stellen gleich sind.[1]

Zwischen verschiedenen Phasen existieren Grenzflächen.


Die Anzahl der Phasen in Legierungen ist im festen Zustand abhängig von

1. der Anzahl der Komponenten

2. dem Löslichkeitsverhalten der Komponenten im festen Zustand


Die Löslichkeit der Legierungselemente und die Zusammensetzung der Phasen beim verschiedenen Konzentrationen und Temperaturen kann in einem Phasendiagramm abgelesen werden.

Löslichkeiten in festem Zustand

Da in flüssigem Zustand die meisten Stoffe ineinander löslich sind (außer Blei und Eisen sowie Wasser und Öl), wird ihre Löslichkeit in festem Zustand als Unterscheidungsmerkmal betrachtet.

Je nachdem welche Legierungselemente kombiniert werden, können drei verschiedene Löslichkeiten in festem Zustand auftreten:


Vollständige Löslichkeit

Phasendiagramm eines Zweistoffsystems mit vollständiger Löslichkeit im festen Zustand
Innerer Aufbau einer Mischkristall-Legierung
Innerer Aufbau eines Einlagerungs- und Substitutionsmischkristalls

Von vollständiger Löslichkeit spricht man, wenn die Legierungselemente einen Mischkristall bilden, das heißt, dass die Elemente einen regelmäßigen Platz in der Kristallstruktur haben. Die Legierungselemente sind sowohl in flüssigem als auch in festem Zustand vollständig ineinander löslich. Der Stoff A und der Stoff B erstarren in der gleichen Gitterstruktur, daher bilden sie unter der Soliduslinie ein Einphasengebiet aus α-MK.





Ein Mischkristall kann auf zwei verschiedene Arten gebildet werden. Zum einen durch Einlagerungsatome, zum anderen durch Substitutionsatome.[2]


Vollständige Unlöslichkeit

Innerer Aufbau einer Kristallgemisch-Legierung

Bei der vollständigen Unlöslichkeit bilden die Legierungselemente keinen homogenen Mischkristall, sondern die Elemente bleiben in ihrer reinen Form. Sie erstarren in unterschiedlichen Gittertypen, daher entsteht ein inhomogenes Kristallgemisch.[3]

Phasendiagramm eines Zweistoffsystems mit vollständiger Unlöslichkeit im festen Zustand


Die Phase der vollständigen Unlöslichkeit im festen Zustand ist unter der Soliduslinie erkennbar. Dieses Zweiphasengebiet bildet im festen Zustand zwei Mischkristalle (α-MK und β-MK) unterschiedlicher Gitterstruktur heraus, die, nebeneinander liegend, zu einem Kristallgemisch erstarren. Da die zwei Gitterformen verschieden sind, ist die Struktur des festen Kristallgemisches sehr inhomogen.








Begrenzte Löslichkeit

Phasendiagramm eines Zweistoffsystems mit begrenzter Löslichkeit im festen Zustand


Bei der begrenzten Löslichkeit bilden sich vorwiegend Mischkristalle mit unterschiedlichen Konzentrationen an Legierungselementen. Im Diagramm zu sehen ist das Einphasengebiet von reinen α-Mischkristallen, wenn der Anteil des Stoffes B in der Legierung noch gering ist, sowie das Einphasengebiet aus reinen β-Mischkristallen, wenn der Anteil des Stoffes A in der Legierung klein ist. Hier handelt es sich um eine vollständige Löslichkeit. Im mittleren Bereich unter der Soliduslinie ist das Zweiphasengebiet mit festen α-MK und β-MK. Die verschiedenen Mischkristalle bilden ein Kristallgemisch. Hier herrscht also eine vollständige Unlöslichkeit. Insgesamt spricht man daher von einer begrenzten Löslichkeit.







Literaturangaben

<references>

  1. Ashby, Michael; Jones, David: Werkstoffe 2. Metalle, Keramiken und Gläser, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. 3. Aufl. Heidelberg: Spektrum 2007, S.16.
  2. Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulze: Werkstoffkunde. 10.Auflage. Berlin/ Heidelberg: Springer Verlag, S.34.
  3. Fachkunde Metall. 55. Aufl. Haan-Gruiten: Europa Lehrmittel 2007, S. 250.