Phasenkoexistenz in Systemen endlicher Größ e

Jörg Weissmüller, Peter Bunzel und Gerhard Wilde
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Institut für  Nanotechnologie, Postfach 3640, D-76021 Karlsruhe und Universität des Saarlandes, Technische Physik, Postfach 151150, D-66041 Saarbrücken

Wir diskutieren die Gleichgewichtsbedingungen für die Koexistenz zweier Phasen eines endlich groß en binären Legierungssystems, unter expliziter Berücksichtigung der Kapillarterme für die externe Oberfläche und für die interne Grenzfläche zwischen den Phasen. Wir zeigen, dass bei fester Zusammensetzung der koexistierenden Phasen die freie Energie eine nichtlineare Funktion des relativen Phasenanteils ist, im Gegensatz zum linearen Zusammenhang in makroskopischen Systemen. Dies hat weitreichende Konsequenzen für das Phasengleichgewicht, darunter (i) die Entartung des eutektischen Punkts in ein Intervall für diskontinuierliches Schmelzen, in scheinbarem Widerspruch zur Gibbsschen Phasenregel, (ii) der Verlust der Invarianz der Solidustemperatur, (iii) der Verlust der Invarianz der Zusammensetzung der koexistierenden Phasen bei konstanter Temperatur und (iv) das Auftreten eines Sprungs in der Zusammensetzung der Majoritätsphase beim Durchgang durch die Liquiduslinie.