Aluminium- und Sauerstofftracerdiffusion in dotiertem alpha-Al2O3

• Antragsteller: Dr. Peter Fielitz
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327835639

Alpha-Al2O3 ist ein wichtiger Hochtemperaturwerkstoff mit vielseitigen technischen Einsatzmöglichkeiten: z. B. als in situ wachsende selbstheilende Oxidationsschutzschicht, als einkristallines oder polykristallines Massivmaterial für die unterschiedlichsten Anwendungen oder als Verstärkungsfasern in Verbundwerkstoffen. Zur Modellierung der dabei auftretenden Hochtemperaturprozesse (Kriechen, Sintern, Schichtwachstum) sind Daten zur Volumendiffusion von Sauerstoff und Aluminium unumgänglich. Eine Dotierung mit niederwertigen bzw. höherwertigen Fremdelementen erlaubt eine zielgerichtete Einflussnahme auf die Sauerstoff- und Aluminiumdiffusion und ist somit ein sehr wichtiges Konzept, um Hochtemperaturprozesse beeinflussen zu können. Methodenbedingt liegen jedoch bisher nur sehr wenige Aluminiumdiffusionsdaten vor, so dass der Einfluss von Dotierelementen auf die Aluminiumdiffusion noch unerforscht ist. Betrachtet man die bis zum heutigen Tag veröffentlichten Sauerstoffdiffusionsdaten verschiedener experimentell arbeitender Gruppen in dotierten Alpha-Al2O3-Einkristallen, dann ist der Vergleich dieser Datensätze (und somit eine mögliche quantitative Abschätzung des Einflusses der Dotierungskonzentration auf die Sauerstoffdiffusion) in sehr hohem Maße erschwert, weil Einkristalle mit verschiedenen Grundverunreinigungen sowie verschiedene Diffusionsmessmethoden miteinander verglichen werden müssen.Im Gegensatz zu den Messprogrammen der bekannten Literaturarbeiten wird in diesem Vorhaben die erstmals gegebene Möglichkeit konsequent genutzt werden, an demselben Probenmaterial sowohl die Sauerstoff- als auch die Aluminiumtracerdiffusion als Funktion der Konzentration eines niederwertigen (Mg) bzw. eines höherwertigen (Ti) Dotierelementes sowie als Funktion der Temperatur zu quantifizieren. Die aus diesem gemeinsamen Datenmaterial hervorgehenden Korrelationen erlauben erstmals belastbare Aussagen über die wirksamen Punktdefekte in den untersuchten Einkristallen. Die Daten werden des weiteren erlauben, die Werte zu Defektbildungsenergien und Bewegungsenergien einzuordnen, die von verschiedenen theoretisch arbeitenden Gruppen veröffentlicht worden sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen