Eutektische und peritektische Phasendiagramme

Abbildung 3.5: Herleitung eines mischbaren Phasendiagramms aus den Kurven der freien Enthalpie

Aus dem Verlauf der freien Enthalpie mit der Temperatur können schematisch die wichtigsten Grundtypen von Phasendiagrammen hergeleitet werden. Abb. 3.5 zeigt am Beispiel eines vollständig mischbaren System, wie die freien Enthalpien der flüssigen und der festen Phase etwa verlaufen müssen: Oberhalb $T_m^A$ ist nur die Schmelze stabil. Ab $T_2$, der Schmelztemperatur der $A$-Komponente bildet sich festes Material, das mit der Schmelze im Gleichgewicht steht ($T_3$, $T_4$). Unterhalb $T_5$ ist die feste Phase allein stabil.

Abbildung 3.6: Herleitung eines eutektischen Phasendiagramms aus den Kurven der freien Enthalpie

In analoger Weise erhält man ein eutektisches Phasendiagramm: Wir nehmen an, daß zwei kristalline Phasen in Konkurrenz mit der Schmelze stehen. Bei hoher Temperatur wird die flüssigen Phase für alle Konzentrationen unter denen der festen Phasen liegen (Abb. 3.6a). Erniedrigt sich nun die Temperatur, wird zunächst die freie Enthalpie der einen kristallinen Phase unter die der flüssigen rutschen, so daß nach der Doppeltangentenregel in einem gewissen Konzentrationsbereich flüssige und feste Phase koexistieren (Abb. 3.6b,c). Bei der eutektischen Temperatur schließlich werden alle drei Phasen im Gleichgewicht stehen. Dies ist nach der Gibbsschen Phasenregel nur bei einer Temperatur möglich, wie man auch sofort am Verlauf der Kurven der freien Enthalpie sieht (Abb. 3.6d). Bei noch tieferer Temperatur schließlich hat man nur noch die zwei festen Phasen, die innerhalb der Berührungspunkte der Doppeltangente im Gleichgewicht miteinander stehen (Abb. 3.6e). Trägt man diesen Ablauf in ein Phasendiagramm ein, erhält man die typische Gestalt eines eutektischen Phasendiagramms(Abb. (3.6f).

Merkmale eines eutektischen Systems:

• etwa gleiche Schmelzpunkte beider Reinkomponenten,
• mit sinkender Temperatur nimmt die Stabilität der kristallinen Phasen gegen die der flüssigen zu
• in beiden kristallinen Phasen findet durch Zulegieren der jeweiligen Minoritätskomponenten an den Rändern des Phasendiagramms eine Schmelzpunkterniedrigung statt

Abbildung 3.7: Eutektische Legierung AgCu

Ein Beispiel einer Legierung mit einem einfachen Eutektikum, nämlich Ag-Cu, zeigt Abb. 3.7.

Abbildung 3.8: Herleitung eines peritektischen Phasendiagramms aus den Kurven der freien Enthalpie

Sind die Schmelzpunkte sehr unterschiedlich, so erhält man auf einer Seite eine Schmelzpunkterhöhung, damit ein peritektisches Phasendiagramm, das im folgenden beschrieben wird (Abb. 3.8):

Die eine Phase erstarrt vollständig bevor die zweite beginnt. Die zweite Phase beginnt mit hoher A-Konzentration zu erstarren und hat ihren tiefsten Schmelzpunkt als reine B-Phase. Dies bewirkt, daß das eine ''Ohr'' des eutektischen Diagramms nach unten geklappt wird, und das Feld der reinen Phase sich entsprechend verschiebt.

Liegen mehr als zwei kristalline Phasen vor, erhält man durch Kombination der obigen Prinzipien kompliziertere Phasendiagramme mit intermetallischen Phasen, die jedoch im einzelnen keine neuen Strukturen aufweisen.

Schließlich können auch im festen Zustand noch Umwandlungen stattfinden, die ebenfalls obigem Schema folgen. Die zugehörigen Drei-Phasen-Gleichgewichte werden als eutektoide / peritektoide Punkte bezeichnet (Bsp. AlZn).