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Werkstofftechnik 1

Heterogene Gleichgewichte

Phasengemische haben immer die Bestrebung im Rahmen der Diffusion ihren Zustand, entweder durch Entmischung, Kristallisation, oder chemische Verbindungen zu ändern. Dennoch gibt es Mischungen, die sich im Gleichgewicht befinden und daher unverändert bleiben. Hierbei existieren Bedingungen, die ein derartiges Gleichgewicht gegründen. 

Gleichgewichtsbedingungen und Annahmen:

  • Vorab Unterscheidung von homogenen und heterogenen Gleichgewichten
  • Heterogene Gleichgewichte besitzen mehr als eine Phase,
  • Sind alle Teile in Ruhe und ist die potentielle Energie minimal, so liegt ein mechanisches Gleichgewicht vor,
  • Bei einem metastabilen Gleichgewicht, befinden sich die Teile in Ruhe, können aber infolge einer Aktivierung energetisch noch weiter gesenkt werden,
  • Ist die Temperatur in allen Bereichen konstant, so spricht man von einem thermischen Gleichgewicht, 
  • Ein chemisches Gleichgewicht liegt hingegen vor, wenn keine Bestrebungen zu chemischen Reaktionen bestehen,
  • Ist sowohl ein mechanisches, thermisches, als auch chemisches Gleichgewicht vorhanden, beschreibt man dieses umfassend als thermodynamisches Gleichgewicht

Eigenschaften des Thermodynamisches Gleichgewicht:

  • Druck p = konstant
  • Volumen V = konstant
  • Temperatur T = konstant
  • Zusammensetzung der Komponenten c = konstant
  • Minimum der Freien Enthalpie G
  • G = H - TS

    H = Wärmeinhalt, [ideal $\downarrow $ ]
    T = Temperatur
    S = Entropie [ideal $\uparrow $]

Gleichgewichtsarten:

Gleichgewichtsarten
Gleichgewichtsarten

Beim heterogenen Gleichgewicht unterscheidet man mehrere Ausprägungen:

  • Vollständige Mischbarkeit im flüssigen und kristallinen Zustand, da kein Schmelzpunkt sondern ein Temperaturintervall vorliegt
  • Vollständige Mischbarkeit im flüssigen Zustand und begrenzte Mischbarkeit im kristallinen Zustand, gemeinsamer eutektischer Punkt [Übergang flüssig $\rightarrow $ kristallin]
  • Vollständige Unmischbarkeit im flüssigen und kristallinen Zustand, Mischbarkeit erst im gasförmigen Zustand gegeben,
  • Bildung von Verbindungen. Hierbei bilden Komponenten einen neue Phase, deren Schmelzpunkt über oder unter dem der einzelnen Komponenten liegt. 
  • Dreistoffsysteme [ternäres System], hierbei stehen 3 Phasen im Gleichgewicht miteinander.
Dreistoffsystem
Räumliche Darstellung eines Dreistoffsystems (schematisch)
  • Vielstoffsysteme. Dieses System ist auf sechs Zweistoffsysteme und vier Dreistoffsysteme begrenzt.