Kationendiffusion in kubischem Zirkonoxid

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Ein wesentliches Ziel des Forschungsvorhavbens ist es, zuverlässige Daten für die Diffusion der konstituierenden Kationen in kubischem ZrO2 bei hohen Temperaturen zu ermitteln. Hierzu sollen Tracerdiffusionskoeffizienten im Volumen und in den Korngrenzen als Funktion (1) der Art und der Konzentration des niedervalenten Stabilisatorelementes, (2) der Temperatur und (3) der Gefügeparameter in ein- und polykristallinem Material gemessen werden. Für CaO- bzw. Y2O3-stabilisiertes ZrO2 lagen zu Beginn unseres Vorhabens nur drei zum Teil widersprüchliche Datensätze anderer Autoren vor. Die in der Literatur beschriebenen experimentellen Schwierigkeiten bei der Messung der Kationendiffusion wurden durch den Einsatz einer speziellen sekundärionenmassenspektroskopischen Methode überwunden. Die zu erwartenden Ergebnisse bilden die Grundlage zur Erklärung von Hochtemperaturkriechvorgängen und elektrischer Alterung und deren Wechselwirkung.Ein weiteres Ziel dieses Vorhabens ist die quantitative Erfassung der Wirkung der typischen Hauptkomponenten jener Phasen, die mit dem Ionenleiter in Kontakt sind: Es sind dies der Stickstoff als Hauptkomponente der Gasphase auf der kathodischen Grenzfläche einer Brennstoffzelle und eine Reihe von Übergangsmetallen wie Nickel, Mangan, Chrom usw. auf beiden Seiten als Komponenten der Elektroden bzw. der Interkonnektoren, deren Einfluß auf das Langzeitverhalten des stabilisierten Zirkoniumdioxids zu klären ist.Die gewählte experimentell Methodik ist komplementär zur mechanischen Spektroskopie, zu elektrischen Messungen und zu klassischen Kriechversuchen. Diese Methodenkombination ist auch für andere ZrO2-Werkstoffe geeignet.