Formgebende Festkörpersynthese
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bei der Herstellung eines Werkstücks aus einem bestimmten Material geht man stets so vor, dass in einem ersten Schritt das Material hergestellt wird (Synthese) und in einem zweiten Schritt in die notwendige Form gebracht wird (Formgebung). Bei bestimmten Materialien, zum Beispiel solchen mit besonders hohen Schmelztemperaturen, ist die Formgebung ggf. schwierig, zeitaufwändig oder - bei Sinterprozessen - mit hohem Energieeinsatz verbunden. In diesem Projekt wurde, basierend auf der zufälligen Beobachtung, dass aus einem Eisendraht bei der Reaktion mit Siliciumchlorid in kurzer Zeit ein formidentischer Draht aus Eisensilicid (FeSi) gebildet wird, untersucht, ob diese Beobachtung auf andere Stoffsysteme übertragbar ist. Der Schwerpunkt der Arbeiten lag in der Untersuchung der Bildung einiger Materialien, die als Hochtemperaturwerkstoffe genutzt werden, den Boriden und Siliciden von Titan, Zirconium, Hafnium, Niob, Tantal, Molybdän und Wolfram. Bei den Reaktionen dieser Metalle mit bestimmten Verbindungen von Bor und Silicium bildeten sich - entgegen der Erwartung aus thermodynamischer Sicht - auf der Oberfläche der Metalle Schichten der Zusammensetzung ME2 (M = Metall, E = B, Si). Die Bildung erfolgt bei Temperaturen oberhalb von 1000 °C innerhalb weniger Stunden, die Schichtdicken liegen im Bereich von 100 μm. Im Regelfall sind diese Schichten dicht und auf dem Metall fest haftend, sodass sie als Schutzschichten gegen aggressive Medien, insbesondere bei hohen Temperaturen, sehr wohl infrage kommen. In diesen Fällen kommt es nach einigen Stunden zu einem Stillstand der Reaktion bzw. einer starken Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit. In einigen Fällen werden jedoch mit dem eingesetzten Metall formidentische Diboride bzw. Disilicide der genannten Metalle gebildet. Diese eröffnet die Möglichkeit, zumindest kleine Formkörper solcher Materialien aus metallischen Vorformen formidentisch herzustellen. Bei der Reaktion einer ganzen Anzahl von Metallen mit Nichtmetallen wie Sauerstoff, Schwefel oder Phosphor haben wir die Bildung verschiedener Metall/Nichtmetallverbindungen unter Erhalt der ursprünglichen Form des eingesetzten Metalls beobachtet. Manche dieser Reaktionen verliefen unerwartet schnell. Da es sich bei diesen Stoffen jedoch nicht um materialwissenschaftlich interessante Verbindungen handelt, werden diese Beobachtungen wohl Laborkuriositäten ohne praktische Bedeutung bleiben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Verfahren zur Beschichtung von Molybdänmetall mit Molybdändisilicid und Eigenschaften der beschichteten Materialien (DE 2005 025 076 A1 2006.12.07)
