Korngrenze

Mikrofotografie eines polykristallinen Metalls; die Korngrenzen wurden durch Ätzung sichtbar gemacht.

Illustration von verschieden orientierten Körnern in einem polykristallinen Material

Eine Korngrenze ist in der Kristallographie ein zweidimensionaler Gitterfehler. Die Korngrenze trennt in einem Kristall Bereiche (Kristallite oder auch Körner genannt) unterschiedlicher Ausrichtung mit ansonsten gleicher Kristallstruktur. Korngrenzen können durch chemisches Ätzen an der Oberfläche sichtbar gemacht werden. Je nach Korngröße sind die Korngrenzen mit dem Auge, im Lichtmikroskop oder erst im Elektronenmikroskop sichtbar.

Es wird zwischen Kleinwinkelkorngrenzen und Großwinkelkorngrenzen unterschieden.

Als Großwinkelkorngrenze wird der Grenzbereich bezeichnet, in dem zufällig orientierte Kristallbereiche gegeneinanderstoßen, deren Orientierungsunterschied einen Winkel von 15° übersteigt. Eine solche Korngrenze kennzeichnet nicht mehr nur eine Störung in einem Korn, sondern die Korngrenze zum Nachbarkristallit. Großwinkelkorngrenzen behindern die Bewegung von Versetzungen von einem Korn in das andere. Sie haben daher einen wesentlichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von metallischen Werkstoffen. In den meisten Fällen wird die Festigkeit durch Korngrenzen erhöht, d. h. feinkörnige Werkstoffe sind fester. Ausscheidungen, insbesondere Oxide, die sich bevorzugt an Korngrenzen sammeln bzw. bilden, können aber auch einen negativen Einfluss auf die Festigkeit haben.

Die Energie von Korngrenzen wird in Form von Flächenenergie bei einer Temperatur von 0 K angegeben. Für Gold liegt die Flächenenergie in der Größenordnung von 900 mJ/m², während die Oberflächenenergie bei 2000 mJ/m² liegt. Bei geringem Orientierungsunterschied der benachbarten Körner steigt die Grenzflächenenergie linear an und erreicht die Sättigung materialabhängig aber etwa bei Winkeln größer als 40°. Die Energie in Kleinwinkelkorngrenzen setzt sich aus Selbst- und Wechselwirkungsenergien der beteiligten Versetzungen zusammen und ist i. d. R. proportional zu deren Dichte.^[1]

Literatur

• Günter Gottstein: Physikalische Grundlagen der Materialkunde. Springer Verlag, Berlin 1998, ISBN 3-540-62670-0.

Einzelnachweise