Untersuchung von Einzelausscheidungen in Aluminiumlegierungen ...

26 KAPITEL 2. THEORETISCHE GRUNDLAGEN
Erfolgt die Phasenumwandlung vor- und rückwärts, z.B. der Übergang 4 des
trigonal kristallierenden Quarz (SiO 2 , Punktgruppe 32) beim Erhitzen auf
573 ∘ C in den hexagonalen Hochquarz (SiO 2 , Punktgruppe 622) - umgekehrt
kommt es beim Abkühlen auf diese Umwandlungstemperatur wieder prompt
zur Bildung von Quarz - , spricht man von einer enantiotropen Phasenumwandlung
Quarz (trigonal) 573∘ C
↔ Hochquarz (hexagonal) (2.14)
Entstehen aus α zwei Phasen z.B. β und γ , spricht man von einer eutektoiden
Umwandlung
α → β + γ (2.15)
Bei einer Ausscheidung wird ausgenutzt, dass die Löslichkeit für ein oder
mehrere Legierungselemente (Fremdatome) mit sinkender Temperatur abnimmt.
Überschreitet der Fremdatomgehalt einen kritischen Wert bzw. die
Löslichkeitsgrenze, erfolgt eine Entmischung, indem sich der mit gelösten B-
Atomen übersättigte einphasige α-Mischkristall α MK durch Diffusion in eine
Zweiphasenlegierung α + β umwandelt.
α MK −→ α + β (2.16)
Der Kristall β (Ausscheidung) wird in α (Matrix) neu gebildet. Dabei ändert
das Letztere nur seine Zusammensetzung von übersättigtem α MK auf α
(Gleichgewicht), jedoch nicht seine Kristallstruktur [Hor08].
In den Kristallen werden in der Regel nur Atome gelöst. Liegen molekulare
Gase, wie H 2 , N 2 oder molekulare Flüssigkeit wie H 2 O vor, so müssen diese
erst dissoziieren, bevor sie in Lösung gehen. Da es bei Ausscheidung um Atome
geht, wird infolge des angestrebten thermodynamischen Gleichgewichtes
eine neue Phase als Reaktionsprodukt erwartet. Um den Gleichgewichtszustand
zu erreichen, müssen Atome vor allem diffusiongesteuert die Plätze
tauschen. Begünstigt werden diese zur Entstehung einer neuen Phase beitragenden
Prozesse durch Kristallkeime, deren Bildung eine Aktivierungsenergie
ΔG zum Überwinden der Energiebarriere erfordert. Die Zahl der
wachstumfähigen Keime verhält sich dabei einem Boltzmannfaktor proportional,
dessen Exponent durch das Verhätnis der Aktivierungsenergie ΔG zur
4 Diese in der Keramik als Quarzsprung bezeichnete Umwandlung vollzieht sich bei
573 ∘ C, wobei der trigonal kristallisierende Quarz in den hexagonalen übergeht. Dies
macht sich durch eine abrupte Änderung der Symmetrieelemente bzw. Symmetrieeigenschaften
bemerkbar und ist mit einer beträchtlichen Volumenkontraktion bzw. Expansion
der Quarzkörner verbunden, da dies zu erheblichen Spannungen im Gefüge führt, werden
quarzhaltige Produkte zur Vermeidung der Haarrisse in keramischen Glasuren über diesen
Quarzsprung langsam abgekühlt bzw. aufgeheizt [Str77].