Synthese und Eigenschaften neuer (Oxid)nitrid-Keramiken: Spinell-Nitride und -Sialone

• Antragsteller: Professor Dr. Edwin Kroke
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5403979

Die Substanzklasse der "klassischen" Spinelle umfasst zahlreiche Verbindungen de Typs AB2X4, wobei X i.d.R. ein Chalkogenidion - meist O2- - repräsentiert. Viele Vertreter dieser Stoffgruppe sind sehr genau untersucht worden. Sie sind für verschiedene Anwendungen als Struktur- und Funktionskeramiken von großer Bedeutung. 1999 wurden nahezu gleichzeitig die ersten Nitrid-Spinelle g-Si3N4, g-Ge3N4 und g-Sn3N4 entdeckt. Nach theoretischen Vorhersagen sollten diese Phasen, ähnlich wie die Nitride der dritten Hauptgruppe, sehr interessante elektronische und optische Eigenschaften aufweisen. Darüber zeigen erste experimentelle Untersuchungen, dass sich die Feststoffe durch herausragende mechanische Eigenschaften - insbesondere sehr hohe Härten - auszeichnen. Basierend auf diesen Ergebnissen und Prognosen sollen im Rahmen des hier beantragten Projektes neue Spinell-Oxidnitride erzeugt werden. Dazu müssen zunächst geeignete Vorstufen synthetisiert werden, die möglichst homogen aufgebaut sind. Sie sollen im Idealfall die gleiche Zusammensetzung wie die angestrebten Produkte aufweisen und frei von Heteroelementen sein. Durch Hochdruck-Hochtemperatur-Verfahren sollen die Precusoren in Hochdruckphasen umgewandelt werden. Um ausreichend große Produktmengen für eine umfassende Charakterisierung zu erhalten, sollen ausschließlich Multi-Anvil-Pressen und Stoßwellen zum Einsatz kommen. Die genannten Festkörper sind strukturell und im Hinblick auf ihre Materialeigenschaften detailliert zu untersuchen. Für Spinellphasen gilt es, neben der Bestimmung der Gitterkonstante a, des Anionenparameters u und des Inversionsgrades i möglichst genau die Elementzusammensetzung zu bestimmen. Daneben sollen Härte, Bruchzähigkeit, Transparenz, elektronische Bandlücke, thermische Beständigkeit und weitere Eigenschaften ermittelt werden. Ziel ist es, den Einfluss der Substitution im Kationen- und Anionengitter auf Umwandlungsdruck, Struktur und Eigenschaften zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Ralf Riedel