Fasefraksjoner

Fasefraksjoner er størrelser som beskriver hvor stor andel av en gitt fase som finnes i et flerfase-materiale. De kan oppgis som volumfraksjon (andelen av volumen tilhørende fasen) eller som massefraksjon (andelen av massen). Fasefraksjoner er et viktig mål på mikrostrukturen og påvirker materialegenskaper som styrke, duktilitet, korrosjon og varmeledning.

Definisjoner og forhold: Volumfraksjon fi for en fase i er Vi / Vtot. Massefraksjon wi er mi / mtot. For to eller flere faser er forholdet mellom fi og wi gitt av fi ρi = wi Σj fj ρj, der ρi er tettheten til fase i og Σ j fj ρj er sum av tettheter vektet etter faseandeler. Omvendt kan volumfraksjoner beregnes fra massefraksjoner hvis tetthetene kjennes.

Tilstanden ved likevekt i et to-faseområde av et fasediagram følger leverregelen. For et binært system i et område med to faser α og β, og en total sammensetning C0 mellom Cα og Cβ ved en gitt temperatur, er andel av α gitt av fα = (Cβ − C0) / (Cβ − Cα), og fβ = 1 − fα. Disse verdiene refererer vanligvis til volumfraksjoner i den konstant-komposisjonslinjen.

Måling og beregning: volumfraksjoner kan estimeres fra bildedokumentasjon ved planimetri eller stereologi, der andelen av området tilsvarer volumandel dersom tykkelsen antas uniform. Massefraksjoner kan utledes fra vekter og kjente tettheter. Avanserte metoder inkluderer kvantitativ metallografi og Rietveld-analyse av røntgendiffraksjon for å bestemme fasefraksjoner, samt røntgen- eller CT-baserte 3D-volumfraksjoner.

Betydning: Fasefraksjoner brukes i vurdering av materialegenskaper og i prosessdesign, for eksempel ved herding, keramiske kompositter og andre flerfase-systemer hvor fasenes andeler styrer ytelse og oppførsel.