Department of Physics of Materials

Präsentation zum Thema: "Department of Physics of Materials"—  Präsentation transkript:

1 Department of Physics of Materials
PHASENUMWANDLUNGEN Pavel Lukáč Department of Physics of Materials Charles University P r a h a

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

3 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

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

5 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)

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

7 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

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

9 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

10 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)

11 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

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

13 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)

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

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

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

17 Diffusion