Phasenbildung

Phasenbildung bezeichnet in der Materialwissenschaft den Prozess, bei dem in einem Mehrphasen-System neue Phasen entstehen. Typische Situationen sind die Abkühlung einer Schmelze, die Ausscheidung feiner Partikel in Legierungen, oder die Phasentrennung in Polymergemischen. Ziel der Phasenbildung ist oft eine Veränderung der Materialeigenschaften durch eine neue Gefügestruktur.

Die Mechanismen umfassen Nucleation (Kernbildung) und Wachstum sowie alternative Wege wie die spinodale Zerlegung. Bei der Nucleation unterscheiden man zwischen homogener Kernbildung im Inneren einer Phase und heterogener Kernbildung an Defekten oder Grenzflächen. Es gibt eine kritische Körnergröße, die größer als der Aktivierungsbarriere sein muss, damit die Phase wachsen kann. Die spinodale Zerlegung kennzeichnet eine spontane, periodische Strukturbildung innerhalb eines Homogengemischs. Danach kann Ostwald-Ripening die Größe der Partikel durch Ab dissolution kleinerer und Wachstum größerer Partikel verändern.

Thermodynamik und Kinetik bestimmen, welche Phasen stabil sind und wie schnell sie entstehen. Das Phasendiagramm verdeutlicht stabile Phasenbereiche als Funktion von Temperatur, Zusammensetzung und Druck. Wichtige Faktoren sind Diffusion, Temperatur und Zeit; höhere Temperaturen erhöhen die Diffusionsgeschwindigkeit und beeinflussen die Morphologie des Gefüges.

Anwendungen reichen von der Festkörpermetallurgie (Härten durch feine Ausscheidungen, grobkörnige Gefüge vermeiden) über die Halbleiter- und Polymertechnik bis zur Optimierung mechanischer, elektrischer oder optischer Eigenschaften.

Siehe auch: Phasendiagramm, Nukleation, Kristallisation, Ausscheidung, Spinodalzerfall, Ostwald-Reifung.