Interstitialstellen

Interstitialstellen bezeichnet in der Kristallographie die Positionen zwischen den regulären Gitterpunkten eines Festkörpers, die von kleineren Atomen besetzt werden können. In dicht gepackten Metallstrukturen treten vor allem zwei Typen auf: octaedrale und tetraedrale Interstitialstellen. Die octaedrale Stelle ist von sechs Nachbaratomen umgeben; die tetraedrale Stelle von vier. In vielen Kristallsystemen existieren je Host-Atom unterschiedliche solcher Höhlen; besonders häufig in kubisch dichtest gepackten (fcc) und hexagonal dichtest gepackten (hcp) Strukturen.

Die Besetzung der Interstitialstellen führt zu interstitiellen Legierungen oder Phasen wie Carbide, Nitride und Hydride. Ein bekanntes Beispiel ist Kohlenstoff in Eisen, der in Interstitialstellen des Gitterkerns sitzt und Härte sowie Festigkeit maßgeblich beeinflusst. Wasserstoff und Stickstoff diffundieren häufig über Interstitialstellen und ermöglichen schnelle Diffusionswege durch das Metallgitter.

Die Anwesenheit von Interstitialatomen bewirkt Gitterverzerrungen, verändert Gitterabstände und führt oft zu wesentlichen Änderungen der mechanischen Eigenschaften, etwa einer Erhöhung der Festigkeit oder einer veränderten Duktilität. Die Stabilität einer interstitiellen Phase hängt von Größe und Kompatibilität des interstitiellen Atoms mit dem Gitter ab und wird durch Temperatur und Druck beeinflusst.

Interstitielle Diffusion ist ein zentraler Mechanismus in vielen Werkstoffenprozessen, zum Beispiel bei der Karbonisierung, Hydrierung oder Bildung von Hydriden. Interstitialstellen spielen damit eine wesentliche Rolle in der Materialchemie, Legierungen und in der Technik der Metalle.