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Phasendiagramme binärer Systeme

Ideale Phasendiagramme

Gemische mit völliger Mischbarkeit im flüssigen und im festen Zustand, das heißt, dass sich Mischkristalle bei jeder beliebigen Zusammensetzung bilden, liefern ideale Phasendiagramme. Diese Kristalle werden Substitutionsmischkristalle genannt. Diesen Fall trifft man vor allem bei Legierungen sehr ähnlicher Metalle an. Einfache Beispiele sind die Systeme Kupfer/Nickel oder Silber/Gold.

Abb.1
Abkühlkurven und Phasendiagramm der Legierung Kupfer/Nickel

Die Graphik zeigt, wie ein Phasendiagramm mithilfe von Abkühlkurven entwickelt wird. Binäre Systeme erstarren nicht bei einer festen Temperatur, sondern in einem "Haltebereich". Misst man beim Abkühlen eines Gemisches die Temperatur in Abhängigkeit der Zeit, sinkt die Temperatur zunächst konstant. Bei einer bestimmten Temperatur gibt es einen Knick. An diesem Punkt beginnt die erste Komponente zu kristallisieren. Im nun folgenden Bereich, dem Haltebereich, kristallisiert die erste Komponente aus, während die zweite Komponente in Lösung bleibt. Beim zweiten Knick der Abkühlungskurve kristallisiert auch die zweite Komponente.

Hinweis: Der Haltebereich liegt immer zwischen den Erstarrungstemperaturen der jeweiligen Komponenten.

Beispiel: Gold/Silber
Abb.2
Schmelzdiagramm eines Gold-Silber-Gemisches

Kühlt man eine Gold-Silber-Schmelze ab, beginnt sie zu erstarren, wenn sie die Liquiduskurve bei A erreicht. Es scheiden sich jedoch Gold-reichere Mischkristalle der Zusammensetzung in Punkt B aus. Dadurch verarmt die Schmelze an Gold und der Schmelzpunkt sinkt entlang der Liquiduskurve. Die ausgeschiedenen Mischkristalle verändern ihre Zusammensetzung entsprechend der Soliduskurve.

Die beiden Kurven treffen sich bei 961 °C, dem Schmelzpunkt des reinen Silbers, womit der Rest der Schmelze erstarrt.

Die obere Kurve gibt die Abhängigkeit der Erstarrungstemperatur von der Zusammensetzung der flüssigen Phase wieder (Liquiduskurve), die untere die Schmelztemperatur in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der festen Phase (Soliduskurve).

Übungsaufgaben

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