4.2 Strukturchemie

• α-Phasen kristallisieren im f.c.c-Gitter (Cu-Typ) mit statistischer Elementverteilung.
• β-Phasen bilden den W-Typ (kubisch innenzentriertes Gitter) ebenfalls mit statistischer Elementverteilung.
• Die β'-Phasen sind geordnete b.c.c.-Strukturen vgl. die Überstrukturen bei Substitutionsmischkristallen.
• Die sog. γ-Messing-Struktur (Stichwort: kubisch kompliziert?) besteht aus einer kubischen Elementarzelle mit 52 Atomen, die in der folgenden Weise als Defekt-Typ der kubisch innenzentrierten Packung beschrieben werden kann:
  

  Abb. 4.2.1. Struktur von γ-Messing ‣SVG

  Setzt man 3x3x3 = 27 b.c.c. Zellen (mit je 2 Atomen) zu einer großen kubischen Zelle mit dann 54 Atomen zusammen (Abb. 4.2.1. links) und entfernt die Atome an den Würfelecken- (d.h. 8/8=1 Atom) und das Atom im Zentrum (1 Atom), dann verbleiben 52 Atome in der Elementarzelle. Dadurch ergeben sich insgesamt drei verschiedene Atomsorten, die um die entstehenden 'Löcher' wie folgt angeordnet sind:
  • Würfel um das Loch (in Abb. 4.2.1. blaue und gelbe Kugeln)
  • Oktaeder um das Loch (schwarz)
  • Kuboktaeder um das Loch (rot)
  Die Verzerrung um die Lücken führt zu einer Symmetrieerniedrigung von der Raumgruppe Im3̅m zur Raumgruppe I4̅3m, aus dem inneren Würfel werden zwei Tetraeder (gelb und blau). Durch die Verzerrung der beiden inneren Tetraeder entsteht ein Gebilde aus vier einander durchdringenden Ikosaedern (um die 8c-Lage), die alle das kleine Tetraeder als gemeinsames Element haben (s. Abb. 4.2.2.).

  Tetraeder und 1. Ikosaeder	mit einem 2. Ikosaeder	und das 3. dazu	vollständiger Cluster !
  Abb. 4.2.2. Die Ikosaedercluster in der Struktur von γ-Messing.

  
  Die Atome der Wyckoff-Lage 24g (in Abb. 4.2.2. in rot) bilden einen Kuboktaeder um die vier Ikosaeder. Die Koordinationszahlen (CN) der einzelnen kristallographischen Lagen nach der Verzerrung sind wieder sehr ausgeglichen (am Beispiel von γ-Messing selber):
  • Zn auf 8c: 9+1 (schwarz, bzw. dunkelgrau in Abb. 4.2.2.)
  • Zn auf 24g: 11 (weiss bzw. rot)
  • Cu auf 8c: 12 (blau bzw. lila)
  • Cu auf 12e: 12 (gelb bzw. dunkelblau in Abb. 4.2.2.)
  In anderen Systemen kommt es auch noch zu einer weiteren Symmetrieerniedrigung z.B. in primitive Elementarzellen. Die Kuboktaeder selber (Abb. 4.2.3. rot) bilden eine b.c.c.-Anordnung. Sie berühren sich nicht, zwischen ihnen gibt es aber auch keine weiteren Atome. Als Lücken zwischen den Clustern findet man leere Dodekaeder (hellgelb transparent). Wenn man die Zentren dieser Dodekaeder verbindet, erhält man eine b.c.c.-Packung von β-Käfigen (cyan) und damit eine Anordnung von Polyedern, die den Raum komplett parkettieren. Eine Beschreibung von vier kubischen Strukturen auf Basis dieser Raumparkettierung gibt es in der Tonspur zur Abbildung unten.

  Abb. 4.2.3. Zerlegung einfacher Metallpackungen zur Erklärung der Strukturen von α-Mn und γ-Messing Abkürzungen: c: Zentrum T: Tetraeder O: Oktaeder C: Cube=Würfel TT: truncated tetrahedron=gekapptes Tetraeder CO: Cuboctahedra=Kuboktaeder TO: Truncated Octahedron=gekapptes Oktaeder)

• Die δ-Phasen sind mit den γ-Phasen strukturell eng verwandt, es liegt ebenfalls eine große kubische Zelle vor.
• Die ζ-Phasen sind hexagonal dichte Kugelpackungen mit einer großen Überstrukturzelle.
• Die ε-Phasen kristallisieren in hexagonal dichten Packungen.
• η-Phasen bilden die β-Mn-Struktur mit statistischer Elementverteilung.

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