Department of Physics of Materials PHASENUMWANDLUNGEN Pavel Lukáč Department of Physics of Materials Charles University P r a h a lukac@met.mff.cuni.cz

Literatur P. HAASEN: Physikalische Metallkunde. Springer, 1984. G. GOTTSTEIN: Physikalische Grundlagen der Materialkunde. Springer, 1998. E. HORNBOGEN: Werkstoffe. Springer,

Mikrostruktur Kristalline (metallische) Materialien Mikrostruktur (ein Gefüge) microstructure Körner a) ein homogenes System Grain(s) b) ein heterogenes System Phasen Korngrenzen Phasengrenzen Grain boundaries Phase boundaries

Eigenschaften Kristallstruktur Zusammensetzung Volumenanteil Die Form und Gröβe Reine Stoffe, Legierungen, Vielphasenstoffe

Grenzflächenenergie Der Übergang aus dem flüssigen Zustand in den festen Zustand. (Erstarrung einer Schmelze) Kristallisation aus der Dampfphase. Rekristallisation Glühung bei höheren Temperatur (der Übergang im festen Zustand)

Lokales mechanisches Gleichgewicht Korngrenzen E12/sinα3 = E23/sinα1 = E31/sinα2 E12 1 E31 2 3 E23

Kristallbaufehler Lattice defects Leerstellen cV = exp(SvF/k)exp(-UFV/kT) Vacancies ΔG = (Aber: Strukturellen Leerstellen) Unbesetzte normale Gitterplätze Sie entstehen unter hohen Temperaturen oder bei der Bestrahlung (auch durch Einbau von Fremdatomen). Zwischengitteratome nicht normale Gitterplätze

Strukturellen Leerstellen (FeAl, NiAl, TiAl, Fe3Al,…) d ln CV dp = V F

Versetzungen nicht im thermodynamischen Gleichgewicht Dislocations Stufenversetzungen und Schraubenversetzungen Burgers-Vektor Die Versetzungsbewegung = Verformung = Gleitvorgang Quergleitung (cross slip); Klettern (climb) X Punktfehler Stapelfehler --- die Aufspaltung einer Versetzung Stacking fault Zwillingsgrenze --- Zwillinge twins Flächendefekte Oberflächen Korngrenzen Phasengrenzen

Kleinwinkelkorngrenzen --- Aufreihung der Stufenversetzungen Bereiche mit höheren Versetzungsdichten nach der Verformung Die Zustand des verformtes Materials ist instabil – Inhomogenitäten Einfluß der Temperatur und Wechselwirkung der Versetzungen miteinander (Interaction)

Verformte Material ist grundsätzlich instabil, weil die durch Verformung erzeugte Versetzungsstruktur ist in keinem thermodynamischen Gleitgewicht. Niedrige Temperaturen  die Versetzungen bleiben nach Beendigung der Verformung auf ihrer Gleitebene im mechanischen Kraftgleitgewicht. Höhere Temperaturen  die Versetzungen können energetisch günstigere Positionen annehmen, sich gegenseitig auslöschen oder den Kristall verlassen. Erholung führt zu einer Abnahme der Versetzungsdichte und zu ganz speziellen Versetzungsmustern (Kleinwinkelkorngrenzen, Polygonisation) Die Orientierungsdifferenz der angrenzenden Körner Die Zahl der Versetzungen pro m in der KWKG Kleinwinkel-Kippkorngrenze

Phasengrenzenflächen Nicht nur andere Orientierung Sondern andere Gitterstruktur und/oder auch andere Zusammensetzung  Bezeichnung: , ,  Phase; Oder auch z.B. Θ, Θ1    

Eine kohärente Phasengrenze, (gleiche Orientierung, verschiedene Gitterkonstante, leichte elastische Verzerrungen sind unvermeindlich) (Grenze – Stuffenversetzungen) Eine semikohärente – teilkohärente Phasengrenze, (der Gitterparameterunterschiede sind groß) Eine inkohärente Phasengrenze (verschiedene Gitterstrukturen)

Oberflächenspannung LG  SG SL Tropchen auf fester Oberfläche S (solid); L (liquid); G (Gas)  ist Benetzungswinkel

SG = SL+ LGcos  = 0° → Film  = 180° → Kugelform Grenzflächenspannung  (J/m2) oder (N/m) Das Kraftgleichgewicht SG = SL+ LGcos  = 0° → Film  = 180° → Kugelform

Verbundwerkstoffe Composites Matrix; Faser; Teilchen matrix; fibres (fibers); particles;

Diffusion