Fasediagrammen

Fasediagramme sind grafische Darstellungen des Phasenzustands eines Stoffsystems als Funktion von Temperatur, Zusammensetzung und oft Druck. Sie zeigen, welche Phasen bei gegebener Zusammensetzung und Temperatur stabil sind und wie Phasenübergänge wie Schmelzen, Erstarrung oder Sublimation verlaufen. In der Materialwissenschaft dienen sie der Vorhersage von Löslichkeiten, Gefügebildung und der temperaturabhängigen Stabilität von Phasen.

Aufbau: In binären Diagrammen (zwei Komponenten) liegt die Zusammensetzung auf der x-Achse, die Temperatur auf der y-Achse; Druck wird üblicherweise auf 1 bar festgesetzt. Die Diagrammbereiche bestehen aus ein- oder mehrphasigen Feldern. Liquidus- und Soliduslinien trennen die Phasenfelder, und Tie-Linien verbinden die Phasen in Zweiphasenbereichen. Dreikomponenten-Systeme verwenden ternäre Diagramme (Dreiecksdiagramm).

Gibbs-Phasenregel: F = C - P + 2. Bei konstantem Druck erklärt diese Regel die Anzahl der Freiheitsgrade in einem Diagramm. In binären Diagrammen mit zwei Komponenten und typischen Zweiphasenbereichen lassen sich Temperatur und Zusammensetzung entlang der Tie-Linien frei variieren.

Wichtige Phasenphänomene sind Eutektoid, Eutektikum, Peritektikum sowie kongruentes oder inkongruentes Schmelzen. Beispiele: Das Pb-Sn-System besitzt einen Eutektpunkt bei ca. 183 °C und 61,9 Gew% Sn; das Eisen-Kohlenstoff-System (Fe-C) zeigt Cementit- und Austenit-Phasen und verschiedene Gefügeübergänge.

Anwendungen und Grenzen: Fasediagramme unterstützen das Legierungsdesign, keramische Werkstoffe und Polymerien; sie dienen als Grundlage für thermodynamische Modellierung (CALPHAD). Grenzen ergeben sich durch kinetische Verzögerungen, Nicht-Gleichgewichtszustände und Druckabhängigkeiten.