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Mischkristalle SS 2008 B. Sc. GMG Isabella Marek, Frauke Petersen, Martin Hönig, Jean – Marc Söldner, Manuel Höttges.

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Präsentation zum Thema: "Mischkristalle SS 2008 B. Sc. GMG Isabella Marek, Frauke Petersen, Martin Hönig, Jean – Marc Söldner, Manuel Höttges."—  Präsentation transkript:

1 Mischkristalle SS 2008 B. Sc. GMG Isabella Marek, Frauke Petersen, Martin Hönig, Jean – Marc Söldner, Manuel Höttges

2 Inhalt 1.Einleitung mit Definition 2.Ionenradien 3.Substitutions- und Einlagerungsmischkristalle 4.Kugelpackungen 5.Tetraeder- / Oktaederlücke 6.Vergardsche Regel 7.Mischbarkeit / Mischungslücke am Beispiel der Feldspäte 2

3 Definition - Kristall, der aus mind. zwei chemischen Elementen besteht - Fremdatome/ - ionen sind statistisch verteilt - höhere Zugfestigkeit und Härte, geringere Schmelztemperatur 3

4 Ionenradien - Radius für die eff. Größe eines einatomigen Atoms im Ionengitter - werden in Å oder pm angegeben 1Å = 100 pm = 10¯¹ m - wird aus Abständen zw. Ionen berechnet (mit Hilfe der Röntgenbeugung) - allg.: Ionenradien von Metallen sind größer als die von Nichtmetallen Ionenradien im PSE: abnehmender Radius zunehmender Radius 4

5 Bildung von Mischkristallen im Hinblick auf den Ionenradius -Richtwert für Bildung sind Abweichungen der Ionenradien der Partner bis zu 15% - Silber (r Ag = 1,44 Å) und Gold (r Au = 1,44 Å) sind lückenlos mischbar, da Δr 0 % - Kupfer (r Cu = 1,28 Å) und Gold sind nur bei höheren Temperaturen lückenlos mischbar, da Δr 11% 5

6 Substitutions- und Einlagerungsmischkristalle Faktoren während der Bildung - Austausch in den Lücken - Druck - Temperatur - Abkühlungsgeschwindigkeit - Solidus- / Liquiduskurve - Mischbarkeit Voraussetzungen für die Bildung - Annähernd gleich große Atome (max. 15% Differenz) - gleiche Gitterkonfiguration - geringe chemische Affinität der Komponenten Metalle im PSE müssen benachbart sein 6

7 Substitutionsmischkristalle - einfache Substitution: bestimmte Ionen werden durch andere der selben Wertigkeit und ähnlichem Ionenradius ersetzt Bsp.: Mg 2+ ersetzt durch Fe 2+ in Olivin von Fayalit (Fe 2 [SiO 4 ]) zu Fosterit (Mg 2 [SiO 4 ]) - Gekoppelte Substitution: an bestimmter Position im Kristallgitter wird ein (z. B. ) 4- wertiges Ion durch ein 3- wertiges Ion ähnlicher Größe und gleichzeitig ein 1- wertiges durch ein 2- wertiges Ion an anderer Stelle ausgetauscht Bsp.: Ca 2+ und Al 3+ ersetzen Na 1+ und Si 4+ von Albit (Na[AlSi 3 O 8 ]) zu Anorthit (Ca[Al 2 Si 2 O 8 )] 7

8 Tschermaks - Substitution - Monokline Pyroxene beinhalten Al- Ionen, die Si- Ionen substituieren wird mit sog. Tschermaks - Pyroxen- Komponente CaAl(AlSiO) beschrieben - ist in den meisten Augiten enthalten - allg. Formel der Pyroxene: Ca(Mg, Fe, Al) (Si, Al) O AlSi CaAlSiO 8

9 Einlagerungsmischkristalle - Üblicherweise Verbindung aus Metall und Nicht- Metall - kleine Atome des Nicht- Metalls lagern sich in Zwischenräume der Kristallstruktur des Metalls ein - durch zusätzliche Aufnahme meist Verformung des Körpers Gitterverzerrungen - Verbindung nur möglich, wenn Fremdatome max. Durchmesser von 41% des Wirtsatoms haben Relativ geringe Aufnahmefähigkeit von Fremdatomen 9

10 Kugelpackungen - 3 Typen: 1.Kubisch innenzentriert 2.Hexagonal dichteste Kugelpackung 3.Kubisch dichteste Kugelpackung 10

11 Kubisch innenzentriert - Atom in der Mitte der Elementarzelle - ist von 8 Atomen in den Ecken der Zelle umgeben - ein Atom in der Ecke hat die gleiche Umgebung - Weniger dicht als die anderen Kugelpackungen - Metallischer Atomradius: r = ¼ a 3 - Raumfüllung: 68% 11

12 Hexagonal dichteste Kugelpackung - Stapelfolge: AB AB - Stapelung von hexagonalen Kugelschichten - versetzt gestapelt, damit die Lücken der vorangegangenen Schicht deckungsgleich gefüllt werden - Raumfüllung: 74% 12

13 Kubisch dichteste Kugelpackung - Stapelfolge: ABC ABC - Stapelung von hexagonalen Kugelschichten versetzt gestapelt - Atomradius: r = ¼ a 2 - Raumfüllung: 74% 13

14 Tetraeder- / Oktaederlücke - Bildung der Lücken lässt sich aus Stapelung der hexagonalen Schichten der dichtesten Kugelpackungen ableiten - In den dichtesten Kugelpackungen hat ein Atom die Koordinatenzahl 12 14

15 Tetraederlücke - Gruppe von 3 Atomen einer hexagonalen Schicht A + Atom der nächsten Schicht B über der Lücke = tetraedrische Anordnung - In die Lücke passt eine Kugel mit ( ½ 6 1) r = 0,225 r 15

16 Oktaederlücke - bildet sich zwischen 3 Kugeln einer hexagonalen Schicht und den 3 Kugeln der nächsten Schicht - In die Lücke passt eine Kugel mit (2 1 ) r = 0,414 r Die Oktaederlücke ist größer als die Tetraederlücke 16

17 Vergardsche Regel - beschreibt lineare Abhängigkeit der Gitterkonstante eines Mischkristalls/ einer Legierung von den Gitterkonstanten der Komponenten - Bsp. für Mischkristall aus zwei Komponenten: a AB = a A (1 x B ) + a B x B a AB Gitterkonstante des resultierenden Mischkristalls a A, a B Gitterkonstanten der Komponenten x B Gehalt der Legierungskomponente B 17

18 Mischbarkeit/ Mischungslücke Def. am Bsp. Feldspäte: - An dieser Stelle keine natürlichen Feldspäte, deren Zusammensetzung innerhalb dieses Gebietes liegt Solvus - T, P und Wassergehalt der Schmelze haben Einfluss 18


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