Fasediagramme

Fasediagramme sind grafische Darstellungen des Phasenverhaltens eines Systems in Abhängigkeit von Zustandsgrößen wie Temperatur, Druck und chemischer Zusammensetzung. Sie zeigen, welche Phasen bei gegebenen Bedingungen stabil sind und wie sich Phasen beim Ändern von Temperatur, Druck oder Zusammensetzung verändern. Typischerweise ermöglichen sie eine Vorhersage von Phasenübergängen, Mischungs- und Erstarrungsprozessen sowie das Verständnis von Legierungen.

Gängige Typen sind PT-Diagramme (Druck-Temperatur) und Zusammensetzungsdiagramme (T-x bzw. x-T) für zweikomponentige Systeme. Bei mehr als zwei Komponenten werden Diagramme oft als Projektionen oder dreidimensionale Darstellungen dargestellt. Die Diagramme bestehen aus Achsen, Phasenfeldern und Phasenlinien, die die Grenzen stabiler Phasen markieren. Typische Merkmale sind eutektische, peritektische oder monotektische Linienführungen, Tripelpunkt und, falls vorhanden, kritische Punkte. Die Gibbs-Phasenregel F = C - P + 2 gibt die Freiheitsgrade eines Systems an, wobei C die Anzahl der Komponenten und P die Anzahl der gleichzeitig vorhandenen Phasen ist.

Beispiele sind das Wasser-Phasendiagramm, das S, L und G sowie Tripelpunkt und kritischen Punkt zeigt, sowie das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (Fe-C), das Phasen wie Ferrit, Austenit und Cementit in Abhängigkeit von Temperatur und Kohlenstoffgehalt darstellt und eine zentrale Rolle in der Metallurgie spielt.

Die Erstellung beruht auf thermodynamischen Berechnungen der Gibbs-Freien Energie sowie auf experimentellen Daten. Die Interpretation erfolgt über die Verteilung der Phasen, Tie-Linien und die Bestimmung der Phasenmengen mittels der Lever-Regel. Fasediagramme dienen der Materialauswahl, Prozessplanung und dem Verständnis geologischer und planetarer Prozesse.