fasomvandling

Fasomvandling är en process där ett material ändrar sin fas eller sin kristallstruktur som svar på förändringar i omgivningen, till exempel temperatur, tryck eller sammansättning. Den kan ske i fasta material, vätskor och blandningar där olika faser har olika struktur och egenskaper. Vanliga exempel är övergångar mellan olika kristallstrukturer i fasta ämnen eller omvandlingar mellan fast och flytande fas.

Drivkraften är förändringen i Gibbs fria energi mellan faserna. När den nya fasen är lägre i energi under givna betingelser uppstår omvandlingen. Omvandlingen sker ofta via nucleation: små regioner av den nya fasen bildas och växer sedan genom att nya delar av materialet omvandlas. Temperatur, tryck, sammansättning och hastighet spelar viktig roll för omvandlingens start, dess utbredning och vilka faser som bildas.

Fasomvandlingar kan delas in i olika mekanismer. Diffusionsstyrda omvandlingar kräver atomtransport, exempelvis bildandet av perlit i järn-kolsystemets stål där kol diffunderar och ferrit och cementit ombildas vid eutektiska eller eutektoida temperaturer. Diffusionslösa eller displaciva omvandlingar sker snabbt utan omfattande atomdiffusion, exempelvis martensitbildning vid snabb nedkylning där kristallstrukturen förändras genom skjuvning. Reconstructiva omvandlingar är mer omfattande och kräver ombyggnad av atomkonfigurationen.

Även om fasomvandlingar är vanliga i metalliska material används begreppet också för keramiska och polymera system, där olika faser kan ge olika mekaniska, elektriska eller optiska egenskaper. För att studera och kontrollera fasomvandlingar används verktyg som fasdiagram, differential scanning kalorimetri (DSC), röntgendiffraktion (XRD) och elektronmikroskopi.

Kunskap om fasomvandling är central inom värmebehandling och materialdesign, då man kan styra mikrostrukturen för att uppnå önskade egenskaper såsom hårdhet, duktilitet eller korrosionsbeständighet.