Polycrystalische

Polycrystalische Materialien bestehen aus vielen Kristallkörnern, den sogenannten Körnern, deren Kristallgitter innerhalb jedes einzelnen Körners eine bestimmte Orientierung besitzt. Zwischen benachbarten Körnern liegen Korngrenzen, Grenzflächen zwischen den kristallinen Bereichen. Da die Orientierung der Körner variiert, sind polycrystalische Materialien makroskopisch anisotrop. Die Struktur entsteht typischerweise durch Erstarrung aus der Schmelze, durch Phasenabscheidung oder durch Rekristallisation nach plastischer Verformung.

Bildung und Strukturentwicklung: Diese Strukturen entstehen typischerweise beim Erstarren aus der Schmelze oder durch Phasenwechsel, bei dem neue Körner nucleieren und wachsen. Rekristallisation nach Verformung verändert die Kornstruktur; durch Wärmebehandlung oder thermomechanische Behandlung lassen sich Körner vergrößern oder verkleinern (Kornwachstum). Die Verarbeitungstemperaturen und -lasten bestimmen maßgeblich die Endstruktur.

Eigenschaften: Die Kornstruktur beeinflusst mechanische, elektronische und thermische Eigenschaften eines Materials. Korngrenzen wirken als Barrieren für Versetzungen, wodurch feinkörnige Materialien in der Regel höhere Festigkeit und Härte aufweisen (Hall-Petch-Effekt), jedoch oft geringere Duktilität. Diffusion, Korrosion und Zersetzung können an Korngrenzen bevorzugt ablaufen. Die Orientierung der einzelnen Körner führt zu makroskopisch anisotropen Eigenschaften, solange die Orientierung der Körner nicht zufällig gemischt ist.

Beispiele und Anwendungen: Polycrystalische Materialien sind die häufigste Form von Metallen (Stahl, Kupfer, Aluminium), keramischen Werkstoffen (Aluminiumoxid, Siliziumcarbid) und polykristallinem Silizium in der Halbleitertechnik. Ihre Kosteneffizienz und die einfacheren Herstellungsprozesse machen sie gegenüber Einzelskristallen oft bevorzugt; dennoch kann die Leistungsfähigkeit durch Korngrenzen eingeschränkt sein. Die Kontrolle der Kornstruktur durch Wärme- und Verformungsprozesse ist ein zentrales Thema der Werkstoffkunde.