Phasenbereichen

Phasenbereiche bezeichnet in der Thermodynamik die Bereiche eines Phasendiagramms, in denen eine bestimmte Phase eines Stoffsystems stabil ist. In einem Diagramm, das Temperatur, Druck und oft die Zusammensetzung abbildet, teilt sich der Zustandsraum in verschiedene Homogenphasenfelder. Jeder Phasenbereich entspricht einer Phase, die unter den gegebenen Bedingungen im Gleichgewicht exists. Die Grenzlinien zwischen Phasenbereichen heißen Phasenlinien; an diesen Linien oder an invariant points treten Phasenwechsel oder zweiphasige Gleichgewichte auf, zum Beispiel zwischen fest und flüssig oder zwischen zwei Festphasen.

In mehrkomponentigen Systemen wird die Stabilität einer Phase durch das Minimieren der Gibbschen freien Energie bestimmt. Die chemischen Potenziale jeder Komponente müssen in allen beteiligten Phasen gleich sein. Die Phasenbereiche werden oft durch die Gibbs-Phasenregel beschrieben: F = C - P + 2, wobei C die Anzahl der Komponenten und P die gleichzeitig existierenden Phasen ist. An festen Temperatur- und Druckbedingungen gilt häufig F = C - P + 1. So ergeben sich in binären Systemen typischerweise Einphasen- und Zweiphasenbereiche; an invariant Points kann P größer sein.

Beispiele: Das einfache ein-Komponenten-System Wasser zeigt Phasenbereiche für fest, flüssig und gasförmig, getrennt durch Schmelz- und Verdampfungslinien. In binären Legierungssystemen, wie Eisen-Kohlenstoff, ergeben sich Phasenbereiche mit Phasen wie α-Ferrit, γ-Austenit und Cementit sowie Mischphasen wie α+Fe3C; deren Lage verschiebt sich mit Temperatur und Legierungsanteil. Phasenbereiche ermöglichen so das Verständnis von Zustandskarten, Materialeigenschaften und Verarbeitungsprozessen.