Intermetallische Verbindung

Eine intermetallische Verbindung (auch intermetallische Phase oder intermediäre Phase) ist eine homogene chemische Verbindung aus zwei oder mehr Metallen. Sie zeigen im Unterschied zu Legierungen Gitterstrukturen, die sich von denen der konstituierenden Metalle unterscheiden. In ihrem Gitter herrscht eine Mischbindung, aus einem metallischen Bindungsanteil und geringeren Atombindungs- bzw. Ionenbindungsanteilen.

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Aufbau und Eigenschaften

Es gibt intermetallische Verbindungen mit stöchiometrischer Zusammensetzung gemäß den üblichen Wertigkeiten der Metalle und es gibt intermetallische Verbindungen, die mehr oder weniger ausgedehnte Homogenitätsbereiche im Phasendiagramm besitzen. Die Homogenitätsbereiche, auch Phasenbreite genannt, gibt dabei den Bereich an, in dem das Mengenverhältnis der verschiedenen Metalle variieren kann.

Intermetallische Verbindungen sind häufig hart (große Härte, Sprödigkeit, Festigkeit) und auch chemisch recht beständig (Korrosionsbeständigkeit). Sie besitzen in der Regel einen hohen Schmelzpunkt und ihr elektrischer Widerstand ist meist Größenordnung höher als die reiner Übergangsmetalle. Es gibt aber auch Verbindungen mit Halbleitereigenschaften und einige Verbindungen zeichnen sich sogar durch besondere magnetische oder Supraleitungseigenschaften aus.

Die besonderen physikalischen und mechanischen Eigenschaften solcher Verbindungen resultieren aus der besonders starken Bindung zwischen den ungleichartigen Atomen, die überwiegend metallisch ist mit mehr oder weniger großen Anteilen anderer Bindungsarten (Ionen-, kovalente Bindung).

Sie nehmen somit eine Zwischenstellung zwischen metallischen Legierungen und Keramiken ein.

Herstellung

Hergestellt werden intermetallische Phasen sowohl durch pulvermetallurgische, als auch durch herkömmliche Schmelzverfahren, wobei gerade wegen ihrer mechanischen Eigenschaften die Herstellung und Verarbeitung schwierig sein kann.

Manche Metalle können miteinander sehr heftig reagieren. So reagieren Zink und Nickel bei Temperaturen über 1000 Grad Celsius explosionsartig.

Beispiele

Beispiele für intermetallische Phasen sind:

• NiTi (Formgedächtnislegierung)
• SmCo₅ (magnetischer Werkstoff)
• Nb₃Sn (Supraleiter)
• Ni₃Al, TiCr₂, TaFeAl (experimentelle Hochtemperaturwerkstoffe)
• Mg₂Si, Titanaluminide Ti₃Al und TiAl (experimentelle Hochtemperatur-Leichtbauwerkstoffe)

Auch die bekannten Kupferlegierungen Bronze und Messing bestehen aus intermetallischen Phasen, die allerdings hier bei verschiedenen Mischungsverhältnissen in unterschiedlicher Ausprägung entstehen können (Beispielsweise Cu₃Sn und Cu₃Sn₅). Wird das passende Mischungsverhältnis nicht exakt erreicht, so bilden sich klassische Legierungen, allerdings aus den verschiedenen intermetallischen Phasen, die dem Mischungsverhältnis am nächsten liegen.

Verwendung

Intermetallische Verbindungen besitzen in ihrer Verwendung als hochschmelzende, hochfeste Legierungen, Supraleiter, Dauermagnetwerkstoffe, metallische Gläser u.a.m. große technische Bedeutung.

Literatur

• J. H. Westbrook und R. L. Fleischer (Herausgeber): Intermetallic Compounds, Vol. 3: Progress, John Wiley & Sons, Chichester (2002), 1086 Seiten.
• J. H. Westbrook und R. L. Fleischer (Herausgeber): Intermetallic Compounds - Principles and Practice, John Wiley & Sons, Chichester (1995), 2 Bände.
• G. Sauthoff: Intermetallics, Wiley-VCH, Weinheim (1995), 165 Seiten.