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2025-10-02T19:20:15Z

Parameter fix

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[[Datei:Schema fcc hcp.png|mini|Stapelfehlerbildung in FCC-Materialien]]

Ein '''Stapelfehler''' ist ein 2-dimensionaler [[Gitterfehler]] in bestimmten [[Kristallstruktur]]en. Der Fehler tritt im Allgemeinen in den [[Packungsdichte (Kristallographie)|dichtest gepackten]] [[Kristallebene]]n der [[kubisch dichteste Kugelpackung|kubisch dichtesten Kugelpackung]] (kdP) oder der [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonal dichtesten Kugelpackung]] auf, weil hier die Wechselwirkung zwischen den [[Atom]]en am stärksten ist. Ein Stapelfehler liegt vor, wenn die Stapelung der Kristallebenen, z. B. die Abfolge -A-B-C-A-B-C-, in ihrer Regelmäßigkeit unterbrochen wird.

== Stapelfehler in verschiedenen Kristallsystemen ==
=== Kubisch-flächenzentriertes Kristallsystem ===
In der kdP bzw. einer [[Kubisch-flächenzentriertes Gitter|kubisch flächenzentrierten Struktur]] (engl. ''FCC'') sind die {111}-Ebenen am dichtesten, die in <111>-Richtung gestapelt werden. Sie können als Abfolge -A-B-C-A-B-C- dargestellt werden.

Es existieren zwei mögliche fehlerhafte Stapelfolgen:
* ein [[extrinsisch]]er Stapelfehler wird durch eine hinzugefügte Ebene dargestellt, z. B. -A-B-'''A'''-C-A-B-C-.
* ein [[intrinsisch]]er Stapelfehler ist entsprechend das Fehlen einer Ebene, z. B. -A-B-C-'''B'''-C-A-B-C-.
Üblicherweise bildet sich bei der kfz-Struktur eine lokale [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonale Gitterstruktur]] (engl. ''HCP'') mit der Stapelung -A-B-C-A-B-C- aus. Diese [[Periodizität]] entsteht auch, wenn ein Kristallteil um den unvollständigen [[Gittervektor]] a/6 <112> verschoben wird (a ist die Kantenlänge der [[Elementarzelle]]). Durch die Verschiebung werden die A-Ebenen zu B-Ebenen, die B-Ebenen zu C-Ebenen und die C-Ebenen zu A-Ebenen.<ref name=":1">{{Literatur |Autor=Oettel, Heinrich, Schumann, Hermann |Titel=Metallografie mit einer Einführung in die Keramografie |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=15., überarb. und erw. Auflage |Verlag= |Ort=Weinheim |Datum= |ISBN=978-3-527-32257-2 |Seiten=47}}</ref>

=== Hexagonales Kristallsystem ===
In der hdP bzw. einer hexagonalen Gitterstruktur sind die {0001}-Ebenen am dichtesten, die in <0001>-Richtung gestapelt werden. Hier ist jede zweite Netzebene identisch, -A-B-A-B-.
* Der extrinsische Fehler ist entsprechend -A-B-'''C'''-A-B-C-.
* Das Fehlen einer Stapelebene gibt es hingegen ''nicht'', weil sonst zwei gleiche Ebenen übereinander liegen würden und nicht mehr dichtest gepackt sein könnten. Ein intrinsischer Stapelfehler ist nur möglich durch die Verschiebung eines Kristallteils um den Gittervektor a/3 in Richtung <21-20>, bei der B-Ebenen zu C-Ebenen und A-Ebenen zu B-Ebenen werden, -A-B-'''C-A-C'''-A-.

=== Kubisch-raumzentriertes Kristallsystem ===
Obwohl in [[kubisch raumzentriert]]en Strukturen (krz) ''keine'' dichteste Packung vorliegt, kann eine Stapelung von {211}-Ebenen angenommen werden. Daraus würde eine Periode mit 6 Ebenen folgen: -A-B-C-D-E-F-. Diese Metalle besitzen meist eine hohe Stapelfehlerenergie, weshalb ausgedehnte Stapelfehler selten von Bedeutung sind.

== Bedeutung und Messung ==
{| class="wikitable float-right"
|+Stapelfehlerenergie nach Kristall
!Metall
!SFE <math> \gamma</math> ([[millijoule|mJ]] m<sup>−2</sup>)
|-
!Bronze
|<10<ref name=":0">{{Cite book|last=Hertzberg|first=Richard W.|title=Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials|last2=Vinci|first2=Richard P.|last3=Hertzberg|first3=Jason L.|publisher=John Wiley & Sons, Inc|year=2013|isbn=978-0-470-52780-1|pages=80 |language=en}}</ref>
|-
!Stahl
|<10<ref name=":0" />
|-
!Ag ([[Silber]])
|20–25<ref name=":1" /><ref name=":0" />
|-
!Si ([[Silicium]])
|>42
|-
!Cu ([[Kupfer]])
|60<ref name=":1" /> -78<ref>Venables, J. A. (1964). The electron microscopy of deformation twinning. Journal of physics and chemistry solids, 25, 685–690.</ref><ref>Zhao, Y.H., Liao, Y.Y., Zhu, Y.T. (2005). Influence of stacking fault energy on nanostructure under high pressure torsion. Materials Science and Engineering A, 410–411, 188–193.</ref>, 100<ref name=":2">{{Literatur |Autor=Erhard Hornbogen, Gunther Eggeler, Ewald Werner |Titel=Werkstoffe |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2008 |Reihe=Springer-Lehrbuch |ISBN=978-3-540-71857-4 |DOI=10.1007/978-3-540-71858-1 |Seiten=67 |Online=https://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-540-71858-1 |Abruf=2022-01-05}}</ref>
|-
!Au ([[Gold]])
|10<ref name=":2" />, 75<ref name=":0" />
|-
!Mg ([[Magnesium]])
|125<ref>N.V. Ravi Kumar et al., ''Grain refinement in AZ91 magnesium alloy during thermomechanical processing'', [https://www.elsevier.com/journals/materials-science-and-engineering-a/0921-5093 Materials and Engineering] A359 (2003), 150–157.</ref>
|-
!Fe ([[Eisen]])
|140 ± 40<ref>Hermann Schumann: ''Einfluß der Stapelfehlerenergie auf den kristallographischen Umgitterungsmechanismus der γ/α-Umwandlung in hochlegierten Stählen''. In: ''Kristall und Technik'', Jg. 9 (1974), Heft 10, S. 1141–1152, {{ISSN|0023-4753}} {{DOI|10.1002/crat.19740091009}}.</ref>
|-
!Ni ([[Nickel]])
|90<ref name=":0" /><ref>Luc Remy. PhD thesis, Universite de Paris-Sud, Orsay, France, 1975.</ref> - 300<ref name=":1" />
|-
!Al ([[Aluminium]])
|160–250<ref>Lawrence E. Murr. Interfacial Phenomena in Metals and Alloys. Addison-Wesley Pub. Co., 1975.</ref><ref name=":0" />
|-
!Zn ([[Zink]])
|250<ref name=":1" />
|}
{{Hauptartikel|Stapelfehlerenergie}}
Der Stapelfehler ist ein wichtiger Gitterfehler, da er zur Bildung von [[Korngrenze]]n führt und so die Bildung von [[Einkristall]]en verhindert.

Stapelfehler entstehen z. B. durch [[Zwillingsbildung]] oder wenn eine Partial[[Versetzung (Materialwissenschaft)|versetzung]] durch den Kristall läuft. Je kleiner die dazu nötige [[Stapelfehlerenergie]] (SFE, ''stacking fault energy''), desto leichter bildet sich ein Stapelfehler. Versetzungen können sich deshalb leicht in Partialversetzungen aufspalten. [[Schraubenversetzung]]en müssen dann zum [[Quergleiten]] unter Energieaufwand wieder einschnüren, deswegen steigt die [[Festigkeit]].

Die Aufspaltungsweite spielt weiterhin eine wichtige Rolle bei der [[Warmumformung]]. Da aufgespaltene Versetzungen schlecht quergleiten oder klettern können, ist bei [[Werkstoff]]en mit geringer Stapelfehlerenergie die dynamische [[Kristallerholung]] behindert und es findet eine stärkere [[Verfestigung]] des [[Metall]]s statt. Es kann sich so eine genügend große treibende Kraft für dynamische [[Rekristallisation]] aufbauen, die zu einem Kraftmaximum in der Warm[[fließkurve]] führt.

Bei [[Austenit (Gefügebestandteil)|austenitischen]] [[Stahl|Stählen]] sinkt die Stapelfehlerenergie im Gegensatz zu reinem Eisen z. T. deutlich ab und zeigt deshalb einen [[TWIP-Stahl|TWIP-Effekt]].

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4182907-4}}

[[Kategorie:Gitterfehler]]

Stapelfehler - Versionsgeschichte

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