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Metallkristalle - Intermetallische Phasen

Einlagerungsmischkristalle

Im Zusammenhang mit den intermetallischen Phasen ist auch eine Behandlung der Einlagerungsmischkristalle zweckmäßig. Kleine Nichtmetallatome wie H, B, C, N können in Lücken von Metallgittern eingelagert werden, wenn ein Radienverhältnis von ca. 0,6 unterschritten wird.

Die entstehenden Einlagerungsverbindungen sind bekannt von den Elementen der IV. bis VIII. Nebengruppe sowie von den Lanthaniden und Actiniden. Die Einlagerungsmischkristalle sind nicht notwendigerweise stöchiometrisch zusammengesetzt, sondern weisen im Allgemeinen große Phasenbreiten auf, das heißt die Lücken können durchaus nur teilweise besetzt sein. Viele dieser Strukturen lassen sich von dicht gepackten Metallgittern ableiten. Dabei werden von den größeren Atomen B, C, N Oktaederlücken und von den kleinen H-Atomen Tetraederlücken besetzt.

Die Einlagerungsmischkristalle sind elektrisch leitfähig, was auf vorhandene delokalisierte Elektronen hinweist. Die Boride, Nitride und Carbide sind gleichzeitig außerordentlich harte Materialien. Es bestehen also offenbar auch starke überwiegend kovalente Bindungen zwischen Metall und Nichtmetall. Am bekanntesten ist Wolframcarbid als "Widia" (Gemisch von WC und Cobalt) für Bohrerspitzen und Schneidwerkzeuge.

Tab.1
Einlagerungscarbide und -nitride
StoffSchmelzpunkt °CStoffSchmelzpunkt °CStoffSchmelzpunkt °C
TiC2940 - 2950 β-Mo2C 2500TiN2950
ZrC3420WC2750ZrN2985
VC2960UC2560TaN3095
NbC3900 UC2 2500 Mo2N Zersetzung
W2N Zersetzung

Die Mohs-Härte der Verbindungen beträgt ca. 8 - 10. (Mohs-Härte Diamant: 10)

Bei der Entstehung von Einlagerungshydriden dissoziieren die H2-Moleküle an der Metalloberfläche in Atome, die in die Tetraederlücken des Metallgitters einwandern. Die Einlagerungshydride sind als kompakte Wasserstoffspeicher von technischem Interesse.

Tab.2
Einlagerungsverbindungen mit kubisch dichter Packung ohne Metallatome
Besetzung neuAnteil besetzter Lücken in %StrukturBeispiele
Oktaederlücken100Natriumchlorid TiC, ZrC, Vc,NbC, TaC,
50 TiN, ZrN, VN, CrN
25 W2N, Mo2N
Tetraederlücken100Fluorit Mn4N, Fe4N
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