Fasenvorming

Fasenvorming is het proces waarbij in een materiaal verschillende fasen ontstaan en zich ontwikkelen als gevolg van thermodynamische stabiliteit en kinetische beperkingen. In de materials science verwijst het naar de vorming van kristallijne of chemische fasen door veranderingen in temperatuur, druk of samenstelling. De fasen kunnen naast elkaar bestaan of elkaar opvolgen tijdens verwerking of service.

De belangrijkste mechanismen achter fasenvorming zijn nucleatie en groei, diffusie en coarsening, en in sommige systemen spinodale ontleding. Nucleatie kan homogeen plaatsvinden in een uniforme matrix of heterogeen aan interfaces, korrelgrenzen of inclusies. Na nucleatie groeit de fase door atomaire diffusie, waarbij de microstructuur verandert en fijnkorrelige of grovere morfologie kan ontstaan. Spinodale ontleding verloopt wanneer een uniforme fase instabiel wordt en kleine compositiefluctuaties uitgroeien tot duidelijke fasen.

Fasen verschillen in chemische samenstelling of kristallografie. De verdeling en morfologie van de fasen bepalen eigenschappen zoals sterkte, hardheid, taaiheid en slijtvastheid. Voorbeelden in staal: de combinatie van koolstof en ijzer leidt tot ferriet en cementiet met als eindresultaat perliet; bij snel afkoelen kunnen bainiet of martensiet ontstaan. In keramiek en legeringen kunnen oxide-, carbide- of nitridesfasen voorkomen die de sintertijden, dichtheid en hittebestendigheid beïnvloeden.

De fasenvorming wordt beheerst via temperatuurprogrammering, samenstelling en beoogde verouderingstijden, oftewel warmtebehandeling en legeringsontwerp. Diagnostiek gebeurt met technieken als X-ray diffractie (XRD) voor faseregeling, elektronmicroscopie (SEM/TEM) voor microstructuur en calorimetrie (DSC) voor faseovergangen.