Aluminium- und Sauerstofftracerdiffusion in polykristallinem alpha-Al2O3

• Antragsteller: Dr. Peter Fielitz
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237775578

Alpha-Al2O3 ist ein wichtiger Hochtemperaturwerkstoff mit vielseitigen technischen Einsatzmöglichkeiten: als in situ wachsende selbstheilende Oxidationsschutzschicht, als massives Material und als Faserverstärkung in Verbundwerkstoffen. Dies bedeutet, dass polykristalline Gefüge von alpha-Al2O3 einen besonders hohen Stellenwert in der technologischen Anwendung von alpha-Al2O3 haben. Aus diesem Grund ist es besonders nachteilig, dass es erst sehr wenige direkt gemessene Sauerstoffkorngrenzendiffusionsdaten gibt und dass für Aluminium noch keine (!) Korngrenzendiffusionsdaten in alpha-Al2O3 vorliegen. Der Mangel an diesen Daten erschwert die quantitative Modellierung diffusionskontrollierter Vorgänge in polykristallinem alpha-Al2O3 erheblich. So wird bei der Modellierung diffusionskontrollierter Vorgänge (Kriechen, Sintern, Wachstum von alpha-Al2O3-Oxidschichten auf aluminiumhaltigen Fe- oder Ni-Basislegierungen) generell vermutet, dass in Analogie zu der Lage bei der Diffusion im Volumen die Sauerstoffkorngrenzendiffusion in alpha-Al2O3 wesentlich langsamer ist als die Aluminiumkorngrenzendiffusion. Direkte Tracerdiffusionsexperimente sind daher dringend erforderlich, um diese Vermutung quantitativ zu überprüfen. Innerhalb dieses Projekts werden erstmalig (!) Daten zur 26Al-Korngrenzen-Tracerdiffusion in polykristallinem alpha-Al2O3 ermittelt. Damit kann die für theoretische Überlegungen wichtige Frage quantitativ beantwortet werden, welchen Wert das Tracerdiffusionskoeffizientenverhältnis Db-Al/Db-oxy bei der Korngrenzendiffusion hat.Der Zusatz von Yttrium hat, technologisch gesehen, einen sehr positiven Effekt, denn er verlangsamt sowohl die Kriechrate von polykristallinem alpha-Al2O3 als auch das Wachstum von alpha-Al2O3-Oxidationsschutzschichten auf aluminiumhaltigen Fe- oder Ni-Basislegierungen. Um direkt zeigen zu können, dass eine Dotierung mit Yttrium die Sauerstoffkorngrenzendiffusion beeinflusst, haben zwei Arbeitsgruppen erste 18O-Tracerdiffusionsexperimente durchgeführt, deren Ergebnisse jedoch teilweise umstritten sind. Um den technologisch wichtigen Effekt der Yttrium-Dotierung wirklich zu verstehen, sind jedoch auch Daten zum Einfluss der Yttrium-Dotierung auf die Aluminiumkorngrenzendiffusion notwendig. In diesem Projekt werden deshalb ebenfalls Daten zur Aluminiumkorngrenzendiffusion in Yttrium-dotiertem polykristallinem alpha-Al2O3 ermittelt, und es werden die umstrittenen Daten zur Sauerstoffkorngrenzendiffusion experimentell überprüft.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen