PhasenDiagrammen

PhasenDiagramme sind grafische Darstellungen des Phasenverhaltens eines Stoffsystems. Sie zeigen, welche Phasen bei bestimmten Temperaturen, Zusammensetzungen und meist konstantem Druck im Gleichgewicht existieren und wie sich die Anteile der Phasen ändern, wenn Temperatur oder Zusammensetzung verändert werden. Typischerweise werden sie mit der Temperatur als y-Achse und der Zusammensetzung als x-Achse dargestellt.

Grundelemente sind Phasenbereiche, Grenzlinien zwischen diesen Bereichen (zum Beispiel Liquidus, Solidus, Solvus) sowie invarianter Punkte, an denen mehrere Phasen gleichzeitig vorhanden sind, etwa Eutektik- oder Peritektikpunkte. In Binärsystemen werden zwei Komponenten dargestellt; ternäre Systeme erfordern dreidimensionale Darstellungen oder Projektionsmethoden auf Ebenen.

Die Phasenregel von Gibbs beschreibt, wie viele Freiheitsgrade F ein System bei gegebener Zusammensetzung C und Anzahl Phasen P besitzt: F = C − P + 1 (bei konstantem Druck). Mit dem Lever-Rule lassen sich die Anteile der beteiligten Phasen in einem Mehrphasenbereich aus dem Diagramm bestimmen.

Anwendungen finden sich vor allem in der Metallurgie (Legierungsentwurf, Wärmebehandlung), der Keramik- und Polymerwissenschaft sowie in der Geologie. PhasenDiagramme dienen der Vorhersage von Schmelzpunkten, Mischbarkeit, Gefügeentwicklung und Verhaltensänderungen bei Wärmebehandlung.

Das bekannteste Beispiel ist das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, das Beziehungen zwischen Ferrit, Austenit, Zementit und festen Lösungen zeigt und grundlegende Transformationspfade in Stählen und Gusslegierungen illustriert. PhasenDiagramme verbinden experimentelle Daten mit thermodynamischer Modellierung und werden durch Methoden wie CALPHAD ergänzt.