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Vorlesung Intermetallische Phasen

3. Feste Lösungen (AA)

3.1 Phasendiagramme (Wdh.)


Die thermodynamische Stabilität von Verbindungen/Legierung in chemischen Systemen wird durch die Gibbs'sche Phasenregel
F + P = C + 2
zusammengefaßt. Hierbei bedeutet: Die Phasenbeziehungen in den Systemen werden meist graphisch dargestellt. Für Phasendiagrammen zweikomponentiger Systeme (C=2) und bei konstantem Druck reduziert sich die Phasenregel zu:
F + P = 3
d.h. in den T-x-Diagrammen müssen unterschieden werden:

Abb. 3.1.1. Typen binärer Phasendiagramme SVG

Je nach der Stärke der Wechselwirkungen zwischen den beiden Komponenten A und B ergeben sich drei verschiedene Basissysteme (gelbe Punkte) für die Phasendiagramme:

  1. WWAB=WWBB=WWAA: Mischkristallbildung (12 Uhr; z.B. Cu-Ni: Monel, Constantan)
  2. WWAB > WWAA=WWBB: Verbindungsbildung (4 Uhr; z.B. Zintl-Phasen)
  3. WWAA < WWAA = WWBB: einfach eutektisch (8 Uhr; z.B. Sb-Pb; Si-Al)
Alle komplizierteren Diagramme lassen sich als Zwischenstufen dieser drei Grundtypen beschreiben (vgl. den Kreis oben) bzw. aus diesen zusammensetzen:
Ausgehend von 12 Uhr des oben dargestellten Kreises (Mischkristallbildung, d.h. WWAB=WWBB=WWAA nehmen gegen den Uhrzeigersinn die Wechselwirkungen zwischen A und B ab (Bildung eines 'Negativ'-Azeotropes), im Uhrzeigersinn ('Positiv-Azeotrop' nehmen sie zu.
Links (gegen Uhrzeigersinn) kommt es schließlich zum Auftreten einer Mischungslücke, dann soweit zur Entmischung, dass nur noch eine Randlöslichkeit von wenig A in B und wenig B in A vorliegt und schließlich zur vollständigen Entmischung (einfach eutektisches System).
Rechts (im Uhrzeigersinn) verlaufen die Änderungen über ein Positiv-Azeotrop (d.h. erhöhter Schmelzpunkt der Legierung aus A und B) über die Bildung einer Verbindung mit Phasenbreite (hier bei AB, 2 Uhr) und schließlich zur Bildung einer stöchiometrisch scharfen Verbindung ohne Phasenbreite mit kongruentem Schmelzverhalten (4 Uhr).
Der Kreis kann unten herum geschlossen werden: Im Uhrzeigersinn (d.h. von der kongruenten Verbindung AB kommend) nimmt, wenn die Wechselwirkung zwischen A und B wieder abnehmen, der Schmelzpunkt und die Stabilität von AB ab. Dies kann zu einer inkongruent schmelzenden Verbindung führen, die sich zersetzt, bevor sie schmilzt (Peritektikale). Wenn die Zersetzungstemperatur weiter abnimmt gelangt man zu einer Verbindung mit oberem Stabilitätslimit und schließlich verschwindet die Verbindung vollständig und man erreicht wieder das einfach eutektische System.

Ein wichtiger Bezug besteht auch zwischen 4 Uhr (Verbindungsbildung) und 8 Uhr (einfach eutektisches System): Das Diagramm mit Verbindungsbildung kann aus zwei einfach eutektischen Diagrammen (A-AB und AB-B) zusammengesetzt werden.

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