Substitutionsmischkristall

Nehmen die Legierungselementatome B während der Kristallisation reguläre Gitterplätze im Wirtsgitter A ein, so spricht man von einem Substitutionsmischkristall (auch als Austauschmischkristall bezeichnet). Der Vergleich zwischen dem Wirtsgitter vor dem Einschmelzen und dem gemeinsamen Kristallgitter nach dem Abkühlen zeigt, dass dabei einzelne A-Atome einfach gegen B-Atome ausgetauscht (substituiert) wurden.

Substitutions-Mischkristall-Legierung, Gitterstruktur,

Abbildung: Atomarer Aufbau eines Substitutionsmischkristalls

Im Allgemeinen besitzen die beiden Legierungskomponenten unterschiedliche Atomradien und chemische Eigenschaften. Deshalb kommt es in der Realität zu einer Gitterverzerrung innerhalb der einzelnen Mischkristalle. Die Gitterverzerrung nimmt mit der Anzahl der substituierten Atome zu und führt schließlich dazu, dass die Basisatome nicht in unbegrenztem Umfang durch Legierungselementatome ersetzt werden können. Die Löslichkeit des Legierungselementes im Basisstoff ist deshalb im Allgemeinen begrenzt (teilweise Löslichkeit der Komponenten im festen Zustand). Lediglich unter der Voraussetzung, dass das Legierungselement B im Vergleich zum Basiselement A

  • denselben Gittertyp,
  • ähnliche Atomradien und
  • ähnliche chemische Eigenschaften aufweist,

können die Legierungsatome B über den gesamten Mischungsbereich hinweg praktisch „unbemerkt“ die regulären Gitterplätze im Wirtsgitter des Basisstoffes A einnehmen. Somit kann letztlich jede Legierungskonzentration lückenlos durch einen solchen Substitutionsmischkristall hergestellt werden. Eine über den gesamten Mischungsbereich hinweg vorhandene Löslichkeit wird auch als lückenlose Mischkristallreihe bezeichnet, d.h. eine vollkommene Löslichkeit der Komponenten im festen Zustand. Das Legierungssystem Kupfer-Nickel bildet im Prinzip eine solche lückenlose Mischkristallreihe.

Substitutions-Mischkristall-Legierung, lückenlos, Gitterstruktur

Abbildung: Atomarer Aufbau eines lückenlosen Substitutionsmischkristalls