Substitutionsmischkristall

Als Substitutionsmischkristall oder Austauschmischkristall wird ein Mischkristall bezeichnet, bei dem mindestens zwei Stoffe einen gemeinsamen Kristall bilden und die Atome der zweiten Komponente (die Fremdatome) auf regulären Gitterplätzen der ersten Komponente sitzen,^[1][2] sie ersetzen also an bestimmten Stellen die Atome der ersten Komponente.

Beispiele für Austauschmischkristalle

schwarz = Atome des Elementes 'A' rot = Atome des Elementes 'B'

Notwendige Voraussetzungen 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; Metalle müssen im Periodensystem benachbart, Elektronegativitäten ähnlich sein)^[3]

Häufig sind die Fremdatome im Kristall vollkommen regellos (also statistisch) verteilt. Ein Substitutionsmischkristall mit statistischer Anordnung stellt keine stöchiometrische Verbindung der einzelnen Komponenten dar.

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

Spezialfälle der Substitionsmischkristalle sind:

• Überstrukturen (oder Fernordnung), die bei bestimmten stöchiometrischen Mischungsverhältnissen der Komponenten auftreten (Beispiel: CuAu, Cu₃Au). Hierbei liegen die Fremdatome in einer geordneten Verteilung / regelmäßigen Anordnung vor.^[3]
• Nahordnung, bei der die Wirtsatome größere, zusammenhängende Bereiche bilden, die Fremdatome dagegen seltener direkt nebeneinander liegen bzw. keine völlig regellose Anordnung haben.^[3]
• einphasige oder kohärente Entmischung (Clusterbildung): die gelösten Fremdatome liegen in bestimmten Bereichen, den Zonen, in größerer Konzentration vor (Anreicherung); dies hat besondere Bedeutung bei ausscheidungsgehärteten Werkstoffen (z. B.: AlCuMg, AlMgSi).^[3][5]

Beispiele

• Legierungen:
  • Cu-Ni
  • Cu-Au
  • Ag-Au
  • Aluminium-Lithium-Legierungen

Siehe auch

• substitionelle Fehlstelle

Literatur

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

Einzelnachweise

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. 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).