Techniklexikon

Erstarrung

Festkörperphysik, die Phasenumwandlung von der flüssigen Schmelze (S) in die feste Phase (a). Der Vorgang wird in die drei Phasen Keimbildung, Keimwachstum und Vergröberung unterteilt. Unter einem Keim versteht man einen durch thermische Fluktuation entstandenen Phasenbereich, der sich in einem kritischen Zustand befindet. Ein Keimwachstum führt zu einem stabileren Phasenbereich, wird jedoch durch Umwandlungshemmungen begrenzt. Zur Überwindung dieser Hemmungen muss Keimbildungsarbeit aufgewandt werden, die aus der freien Enthalpie DG der Schmelze gewonnen wird. Da die Enthalpieerniedrigung beim Keimwachstum proportional der dritten Potenz des Keimradius ist, die Umwandlungshemmungen jedoch mit dem Quadrat des Keimradius wachsen, existiert ein minimaler Keimradius r^*, der zum Wachstum und zur Phasenausbildung nötig ist (Abb.).

Erstarrung: Freie Energie des fest/flüssigen Zweiphasensystems in Abhängigkeit vom Keimradius r; s ist die freie Oberflächenenergie, DG die freie Volumenenergie.