Thermodynamische Modellierung der amorphen Si-(B)-C-N Precursorkeramik

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In dem vorliegenden Vorhaben soll ein thermodynamisches Modell entwickelt werden, das die Fülle des phänomenologischen Wissens möglichst ausführlich beschreibt. Basis der thermodynamischen Modellierung der entmischten amorphen Phase sind die aus den präkermaischen Polymeren resultierenden und die sich bei der Thermolyse bildenden Struktureinheiten. Nach dieser Modellvorstellung kommt es bei der Wärmebehandlung der polymeren Precursoren zur thermischen Zerlegung von schwach gebundenen Einheiten und zum Aufbau anderer Struktureinheiten mit höheren Bindungsenergien. Über die Art der Struktureinheiten in Form von spezifischen atomaren Verbindungen (gemischte Tetraeder) bestehen aufgrund der Ergebnisse von umfangreichen NMR- und Röntgenweitwinkel-Streuexperimenten relativ klare Vorstellungen. Sie werden als Komponenten der zu modellierenden Phase angenommen. In Analogie zu Gläsern wird als weiterer Bestandteil dieser Phase ein aus "Quasipartikeln", in Gestalt von elementaren Löchern, aufgebautes freies Volumen eingeführt. Dabei wird jedoch ein wesentlicher Unterschied erwogen, wonach das freie Volumen als ein Effekt einer ungeordneten Verknüpfung der "Moleküle" direkt von den Bindungsenergien der Struktureinheiten abhängt und auf diese Weise mit dem Enthalpiebeitrag verbunden ist. Als Konsequenz daraus, besteht ein Zusammenhang zwischen Entropie und Enthalpie der amrophen Phase. Unter der Bedingung, dass das plausible Modellieren der amorphen Phase gelingt, können künftig die Parameter der Gibbs-Energie-Modellfunktionen bei den thermodynamischen Optimierungsrechnungen an experimentelle Daten angepasst werden, die in dem DFG-Schwerpunktprogramm ermittelt wurden. Mit diesem Datensatz kann die thermische Stabilität amorpher Precursorkeramiken und deren Umwandlung in die Gleichgewichtsphasen bei der Wärmebehandlung beschrieben werden. Gleichzeitig können Eigenschaften dieser Materialien, wie die Viskosität und die thermische Ausdehnung, vorausgesagt werden.