Substitutionsmischkristall

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Als Substitutionsmischkristall oder Austauschmischkristall wird ein Mischkristall bezeichnet, bei dem mindestens zwei Stoffe einen gemeinsamen Kristall bilden und die Atome der zweiten Komponente auf regulären Gitterplätzen der ersten Komponente sitzen.[1][2]

Beispiele für Austauschmischkristalle
Austausch MK kfz.png
Austausch MK krz.png
schwarz = Atome des Elementes 'A'

rot = Atome des Elementes 'B'

Notwendige Voraussetzungen dafür sind:

  1. annähernd gleich große Atome (Differenz max. 15 %)[3]
  2. gleiche Gitterkonfiguration (Die Kristallart A und B muss dieselbe sein)[3]
  3. chemische Affinität der Komponenten (etwa gleiche Anzahl an Valenzelektronen bei beiden Komponenten; die Metalle müssen im Periodensystem benachbart sein, Elektronegativitäten müssen ähnlich sein)[3]

Die Verteilung der Fremdatome im Kristall kann vollkommen regelos (also statistisch verteilt) sein. Ein Substitutionsmischkristall mit statistischer Anordnung stellt keine stöchiometrische Verbindung der einzelnen Komponenten dar. Dem gegenüber sind Überstrukturen (oder Fernordnung) ein Spezialfall der Substitionsmischkristalle, die bei bestimmten ganzzahligen Mischungsverhältnissen der Komponenten auftreten (Beispiel: CuAu, Cu3Au). Bei diesen liegen die Fremdatome in einer geordneten Verteilung vor. Es gibt auch eine Nahordnung, bei der die Wirtsatome größere, zusammenhängende Bereiche bilden, die Fremdatome dagegen seltener direkt nebeneinander liegen. Eine vierte Möglichkeit ist, dass die gelösten Fremdatome in bestimmten Bereichen in größerer Konzentration, in sogenannten Zonen, vorliegen.[3]

Für die Gitterkonstante des Mischkristalls gilt näherungsweise die Vegardsche Regel, nach der sich diese aus dem arithmetischen Mittel der Gitterkonstanten der Komponenten ergibt.[4]

Sonderfälle für Substitutionsmischkristall[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Nahanordnung: Keine völlig regellose Anordnung von B-Atomen im A-Gitter.[3]
  • Überstruktur: Regelmäßige Anordnung von B-Atomen im A-Gitter; stöchiometrisches A-B-Verhältnis.[3]
  • Einphasige Entmischung (Clusterbildung) oder koheränte Entmischung: Örtliche Anreicherung von B-Atomen im A-Gitter hat besondere Bedeutung bei ausscheidungsgehärteten Werkstoffen (z. B.: AlCuMg, AlMgSi)[5]

Beispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Charles Kittel: Einführung in die Festkörperphysik. Oldenbourg, 11. Auflage 1996, ISBN 3-486-23596-6.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Rainer Schwab: Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung für Dummies. John Wiley & Sons, 2011, ISBN 978-3-527-70636-5, S. 94 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. Frank Hahn: Werkstofftechnik-Praktikum Werkstoffe prüfen und verstehen. Carl Hanser Verlag GmbH Co KG, 2015, ISBN 978-3-446-44494-2, S. 18 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. a b c d e f Tarsilla Gerthsen: Chemie für den Maschinenbau. KIT Scientific Publishing, 2006, ISBN 978-3-86644-079-1, S. 255 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  4. Bernhard Ilschner: Werkstoffwissenschaften Eigenschaften, Vorgänge, Technologien. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-10911-3, S. 49 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  5. Wolfgang Bergmann: Werkstofftechnik 1 Struktureller Aufbau von Werkstoffen – Metallische Werkstoffe – Polymerwerkstoffe – Nichtmetallisch-anorganische Werkstoffe. Carl Hanser Verlag GmbH Co KG, 2013, ISBN 978-3-446-43581-0, S. 61 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).