Thermodynamische Modellierung der Phasenbildung im System Si-Y-Al-O-C-N und die Nutzung für die Modellierung der Sinterung und der Phasenbildung in LPSSiC-Werkstoffen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurden umfangreiche thermoanalythische Untersuchungen zur Bestimmung der Phasenverhältnisse insbesondere der Schmelzphasenbildung in den Systemen Al2O3-Y2O3-SiC und Al2O3-Y2O3-AlN erfolgreich durchgeführt. Dadurch konnten experimentelle Stützpunkte für die optimierte thermodynamische Beschreibung dieser Systeme, die in der Arbeitsgruppe Seifert erfolgte, gewonnen werden. Darüber hinaus erfolgte die Untersuchung der Diffusion der Komponenten in den Korngrenzenphasen, eine detaillierte Untersuchung des Sinterverhaltens und der Gefügeausbildung insbesondere der Bildung der Randschichten. Diese Ergebnisse und ihre weitere Auswertung im Rahmen der Erstelllung der Promotion von Herrn Neher bilden eine Grundlage für die weitere Entwicklung von SiC, AlN, Si3N4 und Sialonwerkstoffen. Die thermodynamischen Modelle für stöchiometrische Verbindungen sowie feste und flüssige Lösungsphasen im System Si-Y-Al-O-C-N wurden entwickelt. Hierbei wurde der Schwerpunkt auf die für den SiC-Sinterprozess wichtigen Kernsysteme AlN-Y2O3-Al2O3, SiC- Al4C3-AlN und Al2O3-Al4C3-AlN gelegt. Es wurden Untergitter-Modelle und Partiell-Ionische- Schmelz-Modelle im sog. Compound-Energy-Formalismus beschrieben. Die unterschiedlichen Besetzungsanteile der Untergitter mit den aufbauenden Spezies (Kationen, Anionen, neutrale Spezies, Leerstellen) wurden in Abhängigkeit von den physikalisch-chemischen Umgebungsbedingungen ermittelt. Es wurden die analytischen Beschreibungen der Freien-Enthalpie-Funktionen für alle Phasen durch thermodynamische Optimierung entwickelt. Hierzu wurden experimentelle Daten aus der Literatur sowie zahlreiche Projektdaten des Partners IKTS verwendet. Aufbauend auf den Computer-Datensätzen wurden sinterrelevante Phasendiagramme (isotherme Schnitte, Temperatur- Konzentrations-Schnitte), die Liquidusflächen, alle thermodynamischen Funktionen (Cp, S, H, G) sowie Phasenmengendiagramme berechnet. Diese Ergebnisse konnten für die Planung weiterer experimenteller Untersuchungen und für die Interpretation der Analyseresultate verwendet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Micro-segregations in liquid phase sintered silicon carbide ceramics, J. Europ. Ceram. Soc., 30 (2010), 1495-1501
M. Herrmann, R. Neher, K. Brandt, S. Hoehn
- Thermodynamic Evaluation of the Si-C-Al-Y-O System for LPS-SiC Application, Journal of phase equilibria and diffusion, 31, (2010), 238-249
Z. Pan, O. Fabrichnaya, H.J. Seifert, R. Neher, K. Brandt, M. Herrmann
- Liquid phase formation in the system SiC, Al2O3, Y2O3, J. Europ. Ceram. Soc., 31, 1-2, (2011), 175-181
R. Neher, M. Herrmann, K. Brandt, K. Jaenicke-Roessler, Z. Pan, O. Fabrichnaya, H.J. Seifert
- High temperature thermal analysis of sintering SiC with Al2O3 and Y2O3: Really a liquid phase sintering? , 15th International Conference for Thermal Analysis and Calorimetry, Osaka Japan (20.-24.8.2012)
Neher, R.; Gestrich, T.; Herrmann, M.
- Micro segregations in liquid phase sintered silicon carbide, Junior Euromat, Lausanne Schweiz (26.-30.07.2012)
Neher, R.; Herrmann, M.; Brandt, K.; Höhn, S.
- Thermische Analyse im Höchsttemperaturbereich– Sintern von SiC mit Al2O3 und Y2O3: Wirklich ein Flüssigphasensintern?, GefTA –STK – Symposium, Saarbrücken (10.-12.08.2012)
Neher, R.; Gestrich, T.; Herrmann, M.
- Thermodynamic Assessment of the Al2O3-Al4C3-AlN and Al4C3-AlN-SiC Systems, CALPHAD XLI, Berkeley, California, USA, June 3-8, 2012
Pavlyuchkov, D.; Fabrichnaya, O.; Herrmann, M.; Seifert H. J.
- Thermodynamic Assessments of the Al2O3–Al4C3–AlN and Al4C3–AlN–SiC Systems, Journal of Phase Equilibria and Diffusion, 33, 5, (2012) 257-268
D. Pavlyuchkov, O. Fabrichnaya, M. Herrmann, H. J. Seifert
