Auswirkung des Sintergefüges von keramischen Mischleitern auf Sauerstoffpermeationsrate und Biegebruchspannung

Aachen / Publikationsserver der RWTH Aachen University (2011) [Doktorarbeit]

Seite(n): III, 150 S. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

Für die Anwendung von Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-x Mischleiterkeramiken als Sauerstoffmembran stehen neben den Sauerstoffpermeationsrate unter anderem auch die Biegebruchspannung im Vordergrund. Diese werden nicht nur durch die chemische Bindung und die atomare Struktur bestimmt, sondern auch das Gefüge keramischer Bauteile zeigt eine Auswirkung auf deren Eigenschaften. Die Sinterung stellt im Bezug auf die Gefügeausbildung keramischer Bauteile ein wesentliches Glied der keramischen Prozesskette dar. Der Einfluss der Sinterparameter auf die Gefügeausbildung und deren Auswirkung auf die Sauerstoffpermeationsrate und Biegebruchspannung wurde detaillierter betrachtet. Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-x sintert auf Grund seines hohen Anteils ionischer Bindung bereits ab Temperaturen von ~800°C. Die vorliegende hohe Ionenbeweglichkeit führt zu einer großen Korngrenzmobilität. Diese unterstützt die Bildung intrakristalliner Poren, wodurch eine Reduzierung der Porosität zur Steigerung der Biegebruchspannung begrenzt wird. Durch Variation der Sinterparameter Aufheizgeschwindigkeit und Sintertemperatur wurde eine Sinterung mit minimaler Porosität und minimaler Korngröße angezielt. Durch Reduzierung der Aufheizgeschwindigkeit im Zwischenstadium der Festphasensinterung konnte die Korngrenzmobilität reduziert werden und eine Porosität von < 1% bereits bei einer Sintertemperatur von 950°C erzielt werden. Ebenfalls wurde durch die niedrige Sintertemperatur das Kornwachstum reduziert, wodurch eine mittlere Korngröße mit einem d50-Wert von ~12 µm bei einem d50-Wert der Pulverkorngröße von ~3 µm erzielt wurde. Zur Bestimmung der gefügeabhängigen Eigenschaften wurden durch Variation der Sinterparameter Proben unterschiedlicher Korngröße und Porosität hergestellt und charakterisiert. Die Porosität wurde zwischen ~3% und ~10% und die mittlere Korngröße zwischen ~10 µm und ~78 µm variiert. Sowohl im Bezug auf die Sauerstoffpermeation, als auch charakteristische Biegebruchspannung, zeigte sich im Variationsbereich der Korngröße keine ausgeprägte Abhängigkeit. Die Sauertstoffpermeationsrate nimmt mit abnehmender Porosität zu, und zeigt keine Abhängigkeit von der Korngröße. Die Biegebruchspannung zeigte keine Abhängigkeit von der Korngröße und Porosität. Als überlagernder Effekt wurde der Spannungsintensitätsfaktor in Abhängigkeit der Korngröße diskutiert.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Zwick, Markus

Gutachterinnen und Gutachter

Broeckmann, Christoph

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-36916
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-125972