Eutektikum (griechisch εὐ eu- gut, τήκω teko schmelzen) ist ein Phasengleichgewicht, das sich dadurch auszeichnet, dass sich die Umgebungsbedingungen (Freiheitsgrade) nur in einem sehr kleinen Bereich frei wählen lassen. Häufigste Darstellung eines Eutektikums ist in einem Phasendiagramm mit nur zwei Freiheitsgraden, nämlich Temperatur und Konzentration der beteiligten Komponenten, siehe Abbildung. Im Eutektischen Punkt (wo sich Solidus- und Liquiduslinie berühren) sind drei Phasen des Systems im Gleichgewicht (in diesem Beispiel Schmelze, A & B), diese Erscheinung nennt man das Eutektikum. Es gibt auch andere Erscheinungsformen mit ähnlichen Namen, z. B. sobald die beteiligten Phasen alle im festen Aggregatzustand vorliegen nennt man das Eutektoid. Das grundlegende Prinzip ändert sich dabei nicht.
Eutektische Legierungen
Eigenschaften
Eutektische Legierungen haben einen eindeutig bestimmbaren Schmelzpunkt. Andere Mischungsverhältnisse mit denselben Bestandteilen weisen dagegen einen Schmelz- bzw. Erstarrungsbereich auf, in dem neben der Schmelze auch eine feste Phase vorliegt. Ihr Schmelzpunkt ist zudem der niedrigste aller Mischungen aus denselben Bestandteilen.
Aufgrund der Tatsache, dass alle Bestandteile gleichzeitig erstarren und dies bei einer viel niedrigeren Temperatur geschieht als dies bei den reinen Komponenten der Fall wäre, entsteht ein feines und gleichmäßiges Gefüge, das in der Regel charakteristische lamellare Struktur aufweist. Ursache dafür ist die bei dieser Temperatur niedrige Bewegungsenergie der Atome, die nur kurze Wege und damit nur die Bildung sehr kleiner Kristalle (auch Kristallite genannt) zulässt.
Verwendung
Ein technisch häufig genutztes Eutektikum ist z. B. der Ledeburit des Fe-C Systems (4,3 % C/1147 °C) das zum Gießen von Grauguß genutzt wird. Ein technisch häufig genutzter Eutektoid ist z. B. der Perlit des Fe-C Systems (0,80 % C/723 °C).
Da der Schmelzpunkt einer eutektischen Legierung deutlich unter dem der reinen Metalle liegt, werden solche Legierungen bevorzugt zum Löten verwendet. Dies hat den Vorteil, dass man relativ wenig Wärme einbringen muss und bei der Wahl des Lotes die Materialverwandtschaft von Lot und Fügepartner nutzen kann.
Weiterhin nutzt man den herabgesetzten Schmelzpunkt zum Erstellen von Legierungen, bei denen die Schmelzpunkte der beiden Komponenten weit auseinander liegen. Dies ist zum Beispiel bei Aluminium (Schmelzpunkt 660 °C) und Wolfram (Schmelzpunkt 3422 °C) der Fall. Versuchte man, eine Aluminium-Wolfram-Legierung direkt herzustellen, indem man beide Bestandteile einfach „in einen Topf wirft“ und erhitzt, so wäre das Aluminium bereits verdampft, ehe das Wolfram geschmolzen ist. Fertigt man jedoch erst eine Vorlegierung aus Wolfram und einem Metall mit hohem Schmelzpunkt an, ist die Herstellung möglich. Bedingt durch die Vorbehandlung entstehen so natürlich keine reinen Legierungen.
Beispiele für Eutektika sind das System Sn-Pb („Lötzinn“) z. B. mit einer Zusammensetzung von 62/38, das System Ag-Cu (Silber-Kupfer-Legierung) mit einer Zusammensetzung von 72/28, Roses Metall, das Woodsche Metall, bestimmte Quarzporphyre oder eine Lösung von 30,9 g Kochsalz auf 100 g Wasser (Kryohydrat). Verwendung finden diese gut schmelzenden Legierungen in Sprinkleranlagen, als Lötlegierungen oder in Scherzartikeln.
Einen besonders niedrigen Schmelzpunkt weist die als Galinstan bekannte eutektische Legierung aus 68 bis 69 % Gallium, 21 bis 22 % Indium und 9,5 bis 10,5 % Zinn auf, die erst bei −19,5 °C kristallisiert und in quecksilberfreien, analogen Fieberthermometern verwendet wird.
Siehe auch
- Peritektisch
- Monotektisch
- Eutektoid
- Zweistoffsysteme mit vollständiger Unlöslichkeit im festen Zustand
Literatur
- Dieter Kohtz: Einführung in die Werkstoffkunde für Metallschweißer. In: Der Praktiker: das Magazin für Schweißtechnik und mehr. 9/1982 bis 1/1985, DVS-Verlag, ISSN 0554-9965.
Weblinks
Commons: Eutektikum – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
