Kristallgemisch aus Mischkristallen

Eine vollkommene Löslichkeit bzw. vollkommene Unlöslichkeit der Komponenten eines Zweistofflegierungssystems stellen lediglich Spezialfälle dar. Im Allgemeinen sind die Komponenten weder vollkommen mischbar noch unmischbar (nur bei einer lückenlosen Substitutionsmischkristallreihe besteht eine vollkommene Löslichkeit). In der Realität lässt sich eine Legierungskomponente B immer bis zu einem gewissen Grad in der Basiskomponente A lösen und umgekehrt. Man erhält also im Allgemeinen stets eine begrenzte Löslichkeit der Komponenten im festen Zustand. Die Teillöslichkeit kann im übertragenen Sinne mit einem Wasser-Zucker-Gemisch vergleichen werden, bei der die Löslichkeit des Zuckers im Wasser ebenfalls begrenzt ist. Das Wasser kann nur bis zu einem gewissen Grad den Zucker darin lösen, der nichtgelöste Zucker wird sich schließlich absetzen.

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Abbildung: Schematische Darstellung des Aufbaus eines Kristallgemischs aus Mischkristallen

In der Gitterstruktur der Basiskomponente A werden sich also bis zu einem gewissen Grad auch B-Atome wiederfinden. Je nach chemischen Eigenschaften können die B-Atome dabei entweder reguläre Gitterplätze im Wirtsgitter A einnehmen oder auch auf Zwischengitterplätze eingelagert werden. Es handelt es sich dann entweder um einen Substitutionsmischkristall oder um einen Einlagerungsmischkristall. Ein solcher Mischkristall, der sich primär aus dem Wirtsgitter der Basiskomponente A aufbaut und lediglich geringe Mengen an Legierungselementatomen B enthält wird auch als \(\alpha\)-Mischkristall bezeichnet. Umgekehrt wird bei sehr hohen Konzentrationen an B-Atomen das Gefüge hauptsächlich aus der Gitterstruktur der B-Atome bestehen, während sich darin geringe Mengen von A-Atome einlagern. In einem solchen Fall spricht man dann von einem \(\beta\)-Mischkristall.

In den folgenden Abschnitten wird auf ein fiktives AB-Legierungssystem näher eingegangen, deren Komponenten A und B sich im festen Zustand nur begrenzt ineinander lösen lassen. Auf die Erstellung des entsprechenden Phasendiagramms anhand ausgewählter Abkühlkurven wird an dieser Stelle nicht näher eingegangen. Grundsätzliche Informationen finden sich hierzu im Kapitel der Mischkristalllegierungen. Ein typisches Phasendiagramm eines Legierungssystems mit begrenzter Löslichkeit zeigt die untere Abbildung. Dieses soll im Folgenden näher diskutiert werden.

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Abbildung: Schematisches Phasendiagramm einer Legierung mit begrenzter Löslichkeit