Mischkristalle

Mischkristalle,

 

Kristalle beziehungsweise Festkörper, bei denen äquivalente Gitterpunkte in statistischer Weise von Atomen oder Ionen zweier oder auch mehrerer Elemente beziehungsweise von verschiedenartigen Komplexionen oder Molekülen besetzt sind. Wenn die Komponenten in beliebigem Verhältnis mischbar sind, liegt eine lückenlose oder unbeschränkte Mischkristallbildung vor; Voraussetzung hierfür ist die Gleichheit des Kristallstrukturtyps und des chemischen Verhaltens sowie Gleichheit der Ionenradien (Grimm-Regel) der Komponenten. Kann eine Komponente nur bis zu einer gewissen Maximalkonzentration aufgenommen werden (z. B. Gold in Aluminium), so spricht man von beschränkter Mischkristallbildung. Von technischem Interesse sind v. a. die metallischen Mischkristalle, die Legierungen.

 

Man unterscheidet: 1) Substitutionsmischkristalle, bei denen die Bausteine des Grundgitters durch Atome, Ionen u. a. eines oder mehrerer anderer Stoffe ersetzt sind; hierzu gehören die Substitutionsgitterlegierungen (Diadochie). 2) Einlagerungsmischkristalle (interstitielle Mischkristalle), bei denen die Atome des Grundgitters ihre Plätze beibehalten, die Fremdatome hingegen auf Zwischengitterplätzen eingebaut werden. Zu diesen Mischkristallen zählen die Zwischengitterlegierungen, die man als feste Lösungen von nichtmetallischen Elementen mit relativ kleinem Atomradius (v. a. Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Silicium), in einem Metall (z. B. Eisen) betrachten kann. Sind die Fremdatome über eine bestimmte stöchiometrische Zusammensetzung hinaus eingelagert, so spricht man auch von Additions(misch)kristallen. 3) Anomale Mischkristalle oder Adsorptionsmischkristalle sind feste Stoffgemische, die sich nicht auf ein einheitliches Translationsgitter beziehen lassen, in denen jedoch die einzelnen Komponenten in submikroskopischen Bereichen in gesetzmäßiger Weise verwachsen sind beziehungsweise in denen eine Fremdkomponente in orientierten Bereichen in einen Wirtskristall eingelagert ist. 4) Doppelte Mischkristalle, bei denen gleichzeitig eine Substitution von Grundgitteratomen durch Fremdatome und eine Einlagerung von Fremdatomen anderer Art erfolgt (z. B. bei Eisen-Nickel-Kohlenstoff-Systemen).

 

Auf technischen Gebieten wird die Mischkristallbildung zur Verbesserung von Materialeigenschaften gezielt eingesetzt. So lassen sich z. B. durch Legieren von Stählen die Zerreißfähigkeit auf den 10fachen Wert, die Magnetisierbarkeit auf den 200fachen Wert des reinen Eisens steigern.