Un’interessante caratteristica nei diagrammi di fase delle miscele è rappresentata dalle lacune di miscibilità, evidenziate come regioni in cui una miscela con vari componenti esiste in due o più fasi, mostrando una scarsa miscibilità tra di esse.
Questo fenomeno si manifesta spesso nei sistemi liquidi, come miscele organiche, sistemi metallo-metallo/ossido, polimeri e vetri, dove i componenti non riescono a mescolarsi completamente a causa delle condizioni che non consentono una completa coesistenza nella stessa fase.
L’analisi dei diagrammi di fase binari e delle lacune di miscibilità riveste un’importanza fondamentale a livello industriale. Ad esempio, in presenza di due metalli immiscibili, non è possibile formare una lega. La presenza di una lacuna di miscibilità si manifesta quando la curva di coesistenza in un diagramma di fase binario termina in un punto critico. Questo fenomeno viene sfruttato nello sviluppo di materiali ad alte prestazioni mediante la decomposizione spinodale, un processo in cui una singola fase si divide spontaneamente in due fasi, come ad esempio nell’accoppiamento (Ti, Zr)C o TiAlN. Tuttavia, per alcune leghe come le leghe ad alta entropia, è consigliabile evitare la regione con lacune di miscibilità per ottenere microstrutture monofase.
Andando più in dettaglio, i diagrammi di fase binari rappresentano graficamente i cambiamenti di fase di una sostanza in relazione a variazioni di temperatura e pressione. Questi diagrammi descrivono il rapporto tra temperatura e composizione della miscela, o tra pressione e composizione, all’interno di sistemi composti da due o più componenti. Per correlare lo stato fisico di una miscela con i costituenti del sistema e le relative condizioni, si applica la regola delle fasi, che esprime il numero di gradi di libertà come f = c – p + 2, dove f rappresenta il numero di variabili indipendenti, c è il numero di componenti e p è il numero di fasi stabili.
Nei diagrammi di fase, potrebbe manifestarsi una lacuna di miscibilità anche in un sistema a un solo componente, con il punto critico Tc oltre il quale le fasi diventano indistinguibili. Le linee a-Tc e b-Tc indicano i limiti di solubilità reciproca tra i componenti. In situazioni di lacuna di miscibilità, è presente una temperatura critica inferiore al di sotto della quale le sostanze sono completamente miscibili. Viceversa, esiste anche una temperatura critica superiore, in cui l’energia termica supera la tendenza alla separazione dei componenti, formando una fase omogenea a qualsiasi composizione.
Infine, le leghe con lacune di miscibilità, chiamate MGA (Miscibility Gaps Alloy), sono un innovativo tipo di materiale in grado di accumulare energia termica di seconda generazione. Queste leghe, costituite da due elementi che non reagiscono per formare un composto ma rimangono in una semplice miscela, subiscono un cambiamento di fase entro un intervallo di temperatura specifico. Questi materiali possono immagazzinare energia termica generata da fonti rinnovabili sotto forma di calore latente e funzionano come batterie, fornendo un’alternativa sostenibile all’utilizzo di combustibili fossili nelle centrali elettriche.