Atomarer Transport in homogenen Mischphasen im System (Zr,Me)-(O,N) und in weiteren anionensubstituierten Oxiden

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Stickstoff- und kationendotiertes Zirkoniumdioxid hat aufgrund seiner hohen Ionenleitfähigkeit ein großes anwendungstechnisches Potential als Sensormaterial sowohl für Sauerstoff als auch für Stickstoff. Die Kenntnis der Diffusion der beiden konstituierenden Anionen in stickstoffdotiertem Zirkoniumdioxid bestimmt dessen Einsatzmöglichkeit als Sensor. In diesem Projekt soll die Selbstdiffusion von Stickstoff und Sauerstoff in kationendotiertem ZrO2 als Funktion des Stickstoffpartialdrucks, des Sauerstoffpartialdrucks, der Kationendotierung (5-20 mol % Mg2+, Ca2+, Y3+, Sc3+, gerechnet als Oxid) und der Temperatur quantitativ bestimmt werden. Dazu sollen geeignete stabile Isotope dieser Elemente in das Probenmaterial eingebracht werden und deren Tiefenverteilung nach einer Diffusionsglühung mit der Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) vermessen werden. Die gewählte experimentelle Methodik ist komplementär zu elektrischen und zu spektroskopischen Messungen und zu klassischen Kriechversuchen, wie sie in anderen Projekten im Rahmen dieses Schwerpunktprogramms an ähnlichem Probenmaterial durchgeführt werden sollen. Im weiteren Verlauf des Gesamtprojekts sollen auch die Diffusionskoeffizienten der konstituierenden Kationen gemessen werden und ein übergreifendes theoretisches Verständnis für die (vermutlich korreliert) ablaufenden Transport- und Ordnungsvorgänge in dem Material entwickelt werden.