Anionen- und Kationen-Substitution in Nitridosilicaten, Oxonitridosilicaten und Oxonitridoalumosilicaten und deren Einfluss auf die Materialeigenschaften

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Nitridosilicate und Oxonitridosilicate (Sione) können als Untergruppe der Oxonitridoalumosilicate (Sialone) aufgefaßt werden, in denen partiell Stickstoff-Atome des Gerüstes durch O bzw. Tetraederzentren (Si) durch Al substituiert wurden. Es existieren einige Beispiele aus diesen Verbindungsklassen, die eine erhebliche Kationen- bzw. Anionen-Substitution erlauben. An ausgewählten Beispielen der Nitridosilicate, Oxonitridosilicate und Oxonitridoalumosilicate sollen die Einflußfaktoren für die Synthese definierter Substitutions-Vertreter erarbeitet werden und gleichzeitig die Grenzen der Substituierbarkeit (Phasenbreiten) herausgefunden werden, so daß gezielt definierte Vertreter dieser Verbindungen synthetisiert werden können. Parallel zu den synthetischen Untersuchungen soll der Einfluß von Kationen- und Anionen-Substitution auf die Materialeigenschaften (insbes. mechanische und optische Eigenschaften) der untersuchten Verbindungen quantitativ ermittelt werden. Da druckinduzierte strukturelle Änderungen häufig sehr viel größer sind als Änderungen durch 'chemischen Druck', d.h. durch Substitution struktureller Baueinheiten mit unterschiedlichem Platzbedarf, sollen in situ-Hochdruckuntersuchungen die Experimente zur Substitution ergänzen und erweitern. Neben den druck- und temperaturabhängigen in situ-Untersuchungen sollen außerdem parameterfreie, quantenmechanische Rechnungen bzgl. der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Nitridosilicaten, Oxonitridosilicaten und Oxonitridoalumosilicaten durchgeführt werden. Die Bestimmung von Bindungsstärken und -typen, von elastischen Eigenschaften und von strukturellen Variationen als Funktion der Zusammensetzung sowie des Druckes wird ein Verständnis der Substitutionseffekte in dieser Substanzklasse ermöglichen und somit einen wesentlichen Schritt zur Synthese von Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften ermöglichen. Grundlage der Untersuchungen sind die von den Antragstellern in den letzten Jahren erzielten signifikanten Fortschritte in der Präparation der Nitridosilicate, Oxonitridosilicate und Oxonitridoalumosilicate. Die etablierten Syntheseverfahren sollen hier apparativ und methodisch weiter entwickelt werden. Dazu sollen auch zeitaufgelöste Messungen während der Kristallisation durchgeführt werden sowie die Kiel-Berlin-Hochdruck/Hochtemperaturzelle und ein neu entwickelter Widerstandsofen eingesetzt werden.