Diese Arbeit behandelt kinetische und morphologische Aspekte von Festkörperreaktionen in Oxiden in Dünnschichtgeometrie. Reaktionen bei denen als treibende Kraft nur ein Konzentrationsgradient dient, werden mit solchen verglichen, bei denen zusätzlich ein äußeres elektrisches Feld wirkt.
Im ersten Kapitel wird eine theoretische Beschreibung des Wachstums der Produktphasen im System Al2O3/Y2O3 auf Grundlage der linearen Transporttheorie gegeben. Für den Fall ohne zusätzliches elektrisches Feld (Referenzexperiment) wird eine parabolische Wachstumsrate abgeleitet. Dies ist das bekannte Tammann-Gesetz. Für den Grenzfall einer dominierenden elektrischen Triebkraft wird eine lineare Abhängigkeit der Wachstumsrate mit der Zeit erwartet.
Im experimentellen Teil werden mittels Rasterelektronenmikroskopie aufgenommene Querschnitte der Reaktionszellen ausgewertet. Die Morphologie der Grenzflächen der verschiedenen Phasen unter den beiden experimentellen Bedingungen werden verglichen und die Zeitabhängigkeit der Schichtdicke wird bestimmt. Die kristallographische Orientierung der jeweiligen Proben wurde mit XRD und zum Teil mit EBSD untersucht.
Im Referenzexperiment stimmt die Schichtdicke der drei Produktphasen sehr gut mit dem parabolischen Verlauf des Tammann-Gesetzes überein. Die Tammann-Konstanten jeder Produktphase wurden bestimmt:
kYAG = (3,0 ± 0,2) · 10-12 cm²/s
kYAP = (7,1 ± 0,6) · 10-13 cm²/s
kYAM = (1,2 ± 0,1) · 10-12 cm²/s
Die beobachteten zeitabhängigen Schichtdicken der Produktphasen unter dem zusätzlichen Einfluss eines elektrischen Feldes zeigen eine komplexes Bild. Während bei zwei der drei Produktphasen (Y5Al3O12 and Y4Al2O9 ) keine signifikante Abweichung vom parabolischen Wachstum beobachtet werden kann, weist die YAlO3-Phase ein gegenüber dem Referenzexperiment beschleunigtes Wachstum auf. Es wird argumentiert, dass in diesem System die Reaktionen so langsam sind, dass ein lineares Wachstum innerhalb des betrachteten Reaktionszeitintervalls (bis 72 Stunden) nicht beobachtet werden kann.
In drei Proben konnte eine ungewöhnlich beschleunigte Bildung der YAlO3-Phase an der Kathodenseite beobachtet werden, die linear angepasst wird. Diese Fälle werden durch einen lokal verstärkten Stromfluss erklärt. Dieser entsteht, wenn durch Porenbildung die Kontaktfläche zwischen zwei Phasen reduziert wird. An den verbleibenden Kontaktstellen ist die Stromdichte erhöht.
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