4.1 Vorkommen, Phasenbeziehungen

Cu - Zn ‣SVG	Cu - Sn ‣SVG
Abb. 4.1.1. Phasendiagramme von Hume-Rothery-Phasen

• Die sog. α-Phase kristallisiert in einer kubisch dichtesten Kugelpackung, dem Cu-Typ. Den A2-Randelementen (z.B. Cu, Ag, Au) lassen sich - mit unterschiedlicher Phasenbreite - die Elemente B1 (z.B. Zn) zulegieren, wobei immer rein statistische Elementverteilung erhalten bleibt und keine Überstrukturen ausgebildet werden.
• ---> nach einem 2-Phasenbereich --->
• Die folgende β-Phase, die im b.c.c.-Gitter (W-Typ) kristallisiert, weist zwar unterschiedliche Phasenbreiten auf, liegt aber immer im Bereich von 3/2 = 1.5 Elektronen/Atom. Beispiele für angenäherte Zusammensetzungen in den verschiedenen Systemen sind:
  • CuZn: VEC = (1*1 + 1*2)/2 = 1.5
  • Cu₅Sn: (5*1 + 1*4)/6 = 9/6 = 1.5
  • Cu₃In: (3*1 + 1*3)/4 = 6/4 = 1.5
  Beim Abkühlen gehen die β-Phasen meist in eine geordnete sog. β'-Phase mit CsCl-Struktur über.
• ---> nach einem 2-Phasenbereich --->
• Die γ-Phasen kristallisieren in einer großen kubischen Zelle mit 52 Atomen, die im Kap. 4.2. näher diskutiert wird. Auch hier kommen z.T. erhebliche Phasenbreiten vor, die Zusammensetzung liegen aber in den verschiedenen chemischen Systemen wieder in einem vergleichbaren Bereich der Valenzelektronenkonzentration:
  • Cu₅Zn₈: (5*1 + 8*2)/13 = 21/13 = 1.615
  • Cu₃₁Sn₈: (31*1 + 4*8)/39 = 63/39 = 21/13
  • Cu₉Al₄: (9*1 + 4*3)/13 = 21/13
• ---> nach einem 2-Phasenbereich --->
• Die δ-Phase bildet ebenfalls eine große kubische Struktur. Sie tritt meist nur bei hohen Temperaturen auf.
• ---> nach einem 2-Phasenbereich --->
• Die ζ-Phase kristallisiert in einer hexagonal-dichtesten Kugelpackung (Mg-Typ) und kommt nur in wenigen Systemen und bei hoher Temperatur vor.
• ---> nach einem 2-Phasenbereich --->
• Die ε-Phase bildet ebenfalls eine h.c.p.-Packung, die beiden Elemente sind statistisch auf die Mg-Positionen des Muttertyps verteilt. Sie tritt z.B. auf bei den folgenden chemischen Zusammensetzungen:
  • CuZn₃: (1*1 + 3*2)/4 = 7/4 = 21/12 = 1.75
  • Cu₃Sn: (3*1 + 1*4)/4 = 7/4 = 21/12 = 1.75
• ---> nach einem 2-Phasenbereich --->
• Die η-Phasen sind statistische Varianten des β-Mn-Typs.
• ---> nach einem 2-Phasenbereich --->
• Bei einer VEC von 2 (z.B. Zn) tritt z.T. Randlöslichkeit (hier von Cu in Zn) auf.

Einige weitere Beispiele für die drei wichtigsten Phasen in unterscheidlichen Legierungssystemen:

VEC=3:2	VEC=3:2	VEC=21:13	VEC=21:14
β-bcc-Struktur	β-Mn-Struktur	γ-Messing	ε-hcp-Struktur
CuBe	Ag3Al	Cu5Zn8	CuZn3
CuZn	Au3Al	Cu9Al4	Cu3Sn
Cu3Al	Cu5Si	Fe5Zn21	AgZn3
Cu5Sn

Im folgenden Kapitel 4.2. werden zunächst noch einige strukturelle Aspekte, hier besonders der γ-Messing Typ, behandelt. Im Abschnitt 4.3 sind die elektronischen Gründe für diese Phasenfolge kurz erläutert.

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