2 Fragen zu Erstarrung

Dendriten entstehen bei der Erstarrung von Metallen und Legierungen aufgrund von thermodynamischen und kinetischen Prozessen, die während des Phasenübergangs von der flüssigen zur festen Phase ablaufen. **Warum entstehen Dendriten?** 1. **Unterkühlung**: Wenn eine Flüssigkeit unter ihre Schmelztemperatur abgekühlt wird, ohne sofort zu erstarren, spricht man von Unterkühlung. Diese Unterkühlung führt zu einer instabilen Situation, in der die Keimbildung und das Wachstum der festen Phase begünstigt werden. 2. **Wärmeabfuhr**: Während der Erstarrung muss die latente Wärme der Kristallisation abgeführt werden. Inhomogene Wärmeabfuhr kann zu Temperaturgradienten führen, die das dendritische Wachstum fördern. 3. **Konzentrationsgradienten**: In Legierungen können Konzentrationsunterschiede der Legierungselemente zu einer instabilen Erstarrungsfront führen, was das dendritische Wachstum unterstützt. **Wie entstehen Dendriten?** 1. **Keimbildung**: Zunächst bilden sich kleine Kristallkeime in der unterkühlten Flüssigkeit. Diese Keime wachsen weiter, wenn die Bedingungen günstig sind. 2. **Anisotropes Wachstum**: Die Kristallkeime wachsen bevorzugt in bestimmten kristallographischen Richtungen, was zu einer anisotropen (richtungsabhängigen) Wachstumsform führt. Dies ist oft entlang der niedrigsten Energieachsen des Kristallgitters. 3. **Verzweigung**: Während der Kristall wächst, entstehen an den Hauptachsen sekundäre und tertiäre Äste, die das charakteristische dendritische Muster bilden. Diese Verzweigungen entstehen durch lokale Unterkühlung und Konzentrationsunterschiede, die das Wachstum in verschiedene Richtungen fördern. 4. **Wachstumsdynamik**: Die Wachstumsrate der Dendriten wird durch die Balance zwischen der Freisetzung der latenten Wärme und der Diffusion von Wärme und gelösten Stoffen in der Schmelze bestimmt. Dies führt zu komplexen, verzweigten Strukturen. Dendritisches Wachstum ist ein komplexer Prozess, der von vielen Faktoren beeinflusst wird, einschließlich der Abkühlrate, der Zusammensetzung der Legierung und der thermischen und chemischen Bedingungen während der Erstarrung.

Ein Diagramm, das den Erstarrungs- und Schmelzpunkt von destilliertem Wasser zeigt, ist ein Phasendiagramm, das die Temperatur gegen die Zeit oder gegen die zugeführte/entzogene Wärme darstellt. 1. **Erstarrungspunkt**: Dies ist die Temperatur, bei der Wasser von flüssig zu fest (Eis) übergeht. Für destilliertes Wasser liegt dieser Punkt bei 0°C (273,15 K) unter Normaldruck (1 atm). 2. **Schmelzpunkt**: Dies ist die Temperatur, bei der Eis zu flüssigem Wasser schmilzt. Auch dieser Punkt liegt bei 0°C (273,15 K) unter Normaldruck. Ein typisches Diagramm könnte wie folgt aussehen: - **X-Achse**: Zeit oder zugeführte/entzogene Wärme - **Y-Achse**: Temperatur (°C) Das Diagramm zeigt eine horizontale Linie bei 0°C, die den Phasenübergang darstellt. Beim Abkühlen bleibt die Temperatur konstant bei 0°C, während das Wasser zu Eis erstarrt. Beim Erwärmen bleibt die Temperatur ebenfalls konstant bei 0°C, während das Eis schmilzt. Ein Beispiel für ein solches Diagramm kann hier gefunden werden: [Phasendiagramm Wasser](https://de.wikipedia.org/wiki/Phasendiagramm#/media/Datei:Phase_diagram_of_water.svg).