Punktförmige Fehlstellen

Punktförmige Gitterbaufehler werden auch als 0-dimensionale Störstellen bezeichnet und stören das Gitter nur innerhalb eines sehr begrenzten (punktförmigen) Bereichs. Hierzu zähen die nachfolgen näher erläuterten Fehlstellen:

  • Leerstellen
  • Substitutionsatome (Austauschatome)
  • Einlagerungsatome (Zwischengitteratome)

Bei den Leerstellen handelt es sich um Gitterplätze, die nicht mit einem Atom besetzt sind und somit leer bleiben. Die Leerstellendichte nimmt in der Regel mit steigender Temperatur exponentiell zu. Grund hierfür ist die mit erhöhter Temperatur zunehmde Gitterschwingung, die manche Atome von ihren regulären Plätzen "losreißt". Wandern diese per Selbstdiffusion an die Metalloberfläche hinterlassen sie eine Leerstelle im Werkstoff. Dies bedeutet allerdings auch, dass sich Leerstellen in einem Metall prinzipiell nicht vermeiden lassen, da sich diese im thermodynamischen Gleichgewicht befinden. Man bezeichnet diese Art von Leerstellen auch als thermische Leerstellen. Auf 1 Billiarden (1015) Atome kommt bei Zimmertemperatur in etwa eine einzige Leerstelle. Unmittelbar unterhalb der Schmelztemperatur kommt bereits auf 10.000 Atome (105) eine Leerstelle. Leerstellen können auch durch rasches Abkühlen aus dem heißen Zustand praktisch im Material "gefangen" bleiben. Diese befinden sich jedoch nicht im thermodynamischen Gleichgewicht und heilen mit der Zeit aufgrund von Diffusionsvorgänge teilweise aus (athermische Leerstellen).

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Abbildung: Punktförmige Gitterfehler 

Es existieren jedoch nicht nur Leerstellen, die eine Gitterstruktur stören. Darüber hinaus ist ein Metall nicht frei von Fremdatomen. In der Gitterstruktur können diese Fremdatome die eigentlichen Metallatome verdrängen und so deren Gitterplätze einnehmen. Da das eigentliche Metallatom sozusagen durch das Fremdatom ersetzt wurde, spricht man auch von einem Austauschatom oder Substitutionsatom.

Eine weitere Möglichkeit der Fremdatomanordnung besteht in der Einlagerung auf einem Zwischengitterplatz, z.B. in der Würfelmitte einer kubisch-flächenzentrierten Elementarzelle (in der sog. Oktaederlücke). Atome die sich nicht auf regulären Gitterplätzen befinden sondern sich dazwischen eingelagert haben, bezeichnet man dann auch als Zwischengitteratome oder Einlagerungsatome oder als interstitiell gelöste Atome.

Fremdatome können aufgrund von Gitterschwingungen dann besonders gut durch das Material wandern (diffundieren), wenn viele Leerstellen vorhanden sind. Damit ist dann viel Platz gegeben, um von einer Leerstelle zur anderen zu gelangen. Leerstellen spielen deshalb eine wichtige Rolle bei Diffusionsprozessen von Fremdatomen.