Defektstrukturen

Defektstrukturen bezeichnet man in der Materialwissenschaft als Unregelmäßigkeiten im Kristallgitter, die von der idealen periodischen Anordnung abweichen. Sie entstehen durch Temperaturänderungen, mechanische Belastung, Strahlung, Phasenumwandlungen oder Legierungsbildung und können in unterschiedlicher Dimension auftreten: Punktdefekte, Liniendefekte, Flächenfehler und Volumenfehler.

Punktdefekte umfassen Vakanzen, interstitielle Atome und substitutionale Atome; Frenkel-Defekte kombinieren eine Vakanz mit einem interstitiellen Atom. Dislokationen sind Linienfehler, die die Plastizität maßgeblich beeinflussen; typischerweise unterscheiden man Kanten- und Schrauben-Dislokationen sowie Mischformen. Flächenfehler umfassen Korngrenzen, Zwillingsgrenzen und Stapelungsfehler (Stapelungsfehler). Volumenfehler beinhalten Poren, Defektcluster und Phasenpräzipitate, die als separierte Phasen auftreten können.

Die Defektstrukturen beeinflussen die Materialeigenschaften wesentlich: Sie verändern Festigkeit, Zähigkeit und Verformbarkeit, regeln Diffusion und damit Alterungsprozesse sowie Korrosions- und Oxidationsverhalten. In Halbleitern steuern Defekte das elektrische Verhalten und die Optik; in Metallen ermöglichen oder behindern sie plastische Verformung. Die Konzentration und Anordnung der Defekte wird durch Wärmebehandlung, Umformung, Legierungen und Bestrahlung gesteuert und gezielt verändert.

Zur Charakterisierung dienen Techniken wie Transmissionselektronenmikroskopie, Röntgenbeugung, Positronen-Annihilation-Spektroskopie und Atomsonden-Tomographie; zudem liefern Modelle und Simulationen der Kristallstruktur wichtige Einblicke in Defektprozesse. Das Verständnis von Defektstrukturen ist zentral für die Auslegung von Werkstoffen in Industrie und Forschung.