8 Zustandsdiagramme Flashcards
Grundlagen
- Zustandsgrößen oder Zustandsvariablen eines Systems abhängig von:
- Druck p
- Temperatur T
- bei Mehrkomponentensystemen: Zusammensetzung/Konzentration c
Phase und Komponente
- Komponente: voneinander unabhängige Ausgangsstoffe
- # Komtponente:
- Einstoff-,
- Zweistoff- oder
- Mehrstoffsysteme
- Phase: einzelne, in sich homogenen Bestandteile eines heterogenen Systems (mehrere Bestanteile, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden und durch Grenzflächen voneinander getrennt sind)
- gasförmiger Aggregatzustand: Atome und Moleküle sind vollständig mischbar ⇒ Zustand immer homogen
- flüssig/fest: können mehrere Phasen nebeneinander ⇒ heterogen
Thermodynamisches Gleichgewicht
- im thermodynamischen GG sind Phasen (#, Art, Mengenverhältnis) bei vorgegebenen Zustandsgrößen stabil
- innere Energie U
- thermische Engerie TS
- mechanische Energie pV
- chemische Engergie ⇒ freie Enthalpie G oder chemisches Potential
- in einem System laufen Vorgänge freiwillig ab, wenn:
- ∆G ≤ 0, also “wenn die freie Energie nicht erhöht wird”
- und stoppen, wenn G ein Minimum hat, d.h. im thermodyn. GG
Konzentrationsabhängigkeit der freien Enthaplie
- damit thermodyn. GG
- auf Konzentrationsänderung bezogenen Potentialänderung in beiden Phasen gleich
- ⇒ im GGszustand haben Ga und Gb die gleiche Steigung/Tangente
Darstellung Einstoffsystem - Zustandsdiagramm Wasser
- F=0: nonvariantes GG (Triplepunkt)
- F=1: univariantes GG (auf Phasengrenzlinie)
- F=2: bivariantes GG (innerhalb Phasengebiet)
Darstellung Zweistoffsystem
- bei völliger Mischbarkeit der Komponenten
- Herleitung aus den G-c-Diagrammen
- TSA < TSB
- Liquiduslinie: Grenzlinie zwischen homogener Schmelze und heterogenem Zweiphasenbereich Schmelze+Mischkristall
- Soliduslinie: Grenzlinie zwischen Mischkristall und Zweiphasenbereich
Wenn 2 G-Kurven sich schneiden
- dann Minimum der freien Enthalpie des Systems nach Formel suchen
- cs und cKsind die Gleichgewichtskonzentrationen (zugleich Berühungspunkte der Tangente)
- Übertragen auf Temperatur-Konzentrations-Diagramm:
- 0≤c≤cs: Schmelze thermodynamisch stabil
- cK≤c≤1: Mischrkistall stabil
- cs≤c≤cK: beide Phasen im Gleichgewicht
Gibbsche Phasenregel
- F = K + 2 - P
- bei p const: F = K + 1 - P
- (vlt. analog) bei Einstoffsystem: c const. mit c=1
Freiheitsgrad F
- # frei wählbare Zustandgrößen p, T und c,
- die unabhängig voneinander verändert werden können, ohne dass sich die #der Phasen ändert
- Bsp.: Wasser
- F=0: nonvariantes GG (Triplepunkt, Zustandsgrößenänderung führt sofort zu Phasenänderung)
- F=1: univariantes GG (auf Phasengrenzlinie, ändert man eine, so wird die andere Zustandsgröße mitbestimmt)
- F=2: bivariantes GG (innerhalb Phasengebiet, freie Wahl)
Zweistoffsysteme
- eigentlich 3-dimesional
- da zu T und p nohc c
- aber: zur Vereinfachung Normaldruck p=0,1MPa wird konstat gehalten
Phasendiagramm mit… im festen und flüssigen Zustand
- vollständiger Mischbarkeit der Komponenten…
- daher MK = Substitutionsmischkristall
- Legierung L:
- kontinuierliche Abkühlung bis Liquiduslinie
- dort scheiden sich (mit sinkenter T mehr und mehr) MK aus der Schmelze aus (c1’)
Hebelregel
Vollständige Mischbarkeit im flüssigen und vollständige Unmischbarkeit im festen Zustand
Eutektikum
- Schnittpunkt Solidus- und Liquiduslinie
- Minimum des Schmerlzpunktes
- 3 Phasen im Gleichgewicht
- F = 0, nonvarianter Punkt
- eutektische Reaktion
Ausbildung eutektisches Gefüge
vollständige Mischbarkeit der Komponeten im flüssigen und vollständige Unmischbarkeit im festen Zustand - Legierungsvergleich
Vollständige Mischbarkeit im flüssigen und teilweise Mischbarkeit im festen Zustand
Vollständige Mischbarkeit im flüssigen und teilweise Mischbarkeit im festen Zustand - Legierungsbeispiel
- Löslichkeit von Komponente A bei eutektischer Temperaturim Maximum,
- danach steigend
- danach fallend
- B-Atome diffundieren in energetisch günstigere Bereiche und scheiden sich als alpha-Mischkristall in Form von Korngrenzensegregaten aus
vollständiger Mischbarkeit der Komponenten im flüssigen und teilweiser Mischbarkeit im festen Zustand – Peritektisches System
Peritektikum
- F = 0, nonvarianter Punkt
- wandeln Schmelze und bereits ausgeschiedene MK in eine andere Mischkristallart um
