Eutektische Legierung

Zustandsschaubild (Phasendiagramm) eines eutektischen Systems

Eutektikum (griechisch εὐ eu- gut, τήκω teko schmelzen) nennt man eine Legierung, ein Gemisch oder eine Lösung, deren Bestandteile in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, dass sie als Ganzes bei einer bestimmten Temperatur (Schmelzpunkt) flüssig bzw. fest wird.

Eutektika haben einen eindeutig bestimmbaren Schmelzpunkt, der entsprechende Punkt im Phasendiagramm heißt eutektischer Punkt. Andere Mischungsverhältnisse weisen einen Schmelz- bzw. Erstarrungsbereich auf, in dem neben der Schmelze auch eine feste Phase vorliegt. Die Liquidustemperatur kennzeichnet die vollständige Verflüssigung, die Solidustemperatur das vollständige Erstarren der Legierung. Ihr Schmelzpunkt ist zudem der niedrigste aller Mischungen aus denselben Bestandteilen.

Weil 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. Die bei dieser Temperatur niedrige Bewegungsenergie der Atome lässt nur kurze Wege und damit nur die Bildung sehr kleiner Kristalle (auch Kristallite genannt) zu.

Da der Schmelzpunkt einer eutektischen Legierung deutlich unter dem der reinen Metalle liegt, werden solche Legierungen häufig, insbesondere 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 (Al, Schmelzpunkt 658 °C) und Wolfram (W, Schmelzpunkt 3380 °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. Quecksilberfreie analoge Fieberthermometer enthalten ein Eutektikum, z. B. aus Gallium, Indium und Zinn, bekannt als Galinstan.

Ein eutektisches System bezeichnet ein Mehrstoffsystem, bei dem ein Eutektikum auftreten kann. Voraussetzung hierfür ist eine Schmelztemperatur des Mischsystems unterhalb der Schmelztemperaturen der Einzelkomponenten und eine Mischungslücke im Festen, die bis zum Erreichen der Schmelztemperatur des Eutektikums bestehen bleibt.

Eutektische Legierungen werden häufig zum Gießen verwendet. Sie bieten den Vorteil, das gleichmäßigste Gefüge bei der Erstarrung zu bilden und bleiben länger flüssig als andere Legierungstypen.

Siehe auch

Eutektoid, Peritektisch, Monotektisch, Zweistoffsysteme mit vollständiger Unlöslichkeit im festen Zustand