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Keramische Folien- bzw. Schichtsysteme mit nanoskaligen Gefügen zeigen im Vergleich zu mikronen bzw. submikronen Strukturen teilweise deutlich verbesserte funktionelle Eigenschaften. Das Thema dieser Arbeit war daher die Untersuchung relevanter, grundlegender Einflussfaktoren bei der Entwicklung von foliengegossenen keramischen Ein- und Mehrlagensystemen mit nanoskaligen Gefügen. Als keramische Ausgangsstoffe wurden zwei nano-kristalline, am INM synthetisierte ZrO2 (8 nm) und Y-ZrO2 (7 nm) Pulver sowie ein nanokristallines ZrO2-Pulver von Degussa (25 nm) verwendet. Diese Pulver wurden mit Hilfe einer Oxacarbonsäure bis auf nahezu Primärteilchengröße dispergiert und als wässrige Schlicker über einen Foliengießprozess zu substratgebundenen und freitragenden Schichtsystemen weiterverarbeitet. Die erhaltenen freitragenden und substratgebundenen Schichtsysteme wurden hinsichtlich spezifischer Dichte, mechanischer Kennwerte, Korngröße, Porosität und Porengrößenverteilung in Abhängigkeit von Sintertemperatur und Feststoffgehalt in der Grünfolie charakterisiert. Zudem wurden für die anfänglichen Sinterstadien die Aktivierungs-energien untersucht, um damit Rückschlüsse auf die stattfindenden Sintermechanismen ziehen zu können. Im Gegensatz zu substratgebundenen Schichtsystemen konnte eine freisinternde, nanoskalige INM-ZrO2 / INM-Y-ZrO2 / INM-ZrO2 Trilayerstruktur zu mehr als 97 % über einen Kosinterprozess bei 1100 °C verdichtet werden. Ceramic tape and coating systems with nano scaled microstructures show much better func-tional properties than micron or submicron structures. Hence subject of this work was the analysis and evaluation of essential factors for the development of tape casted mono- and multilayer ceramics with a focus on single layer structures. Two ZrO2-nanopowders from INM (undoped and Yttrium doped ZrO2) with 7 nm and 8 nm primary particle size and a commer-cially available ZrO2-nanopowder (25 nm) from Degussa were used as ceramic raw materi-als. With a carboxylic acid the nanopowders could be dispersed to almost primary particle size. Based on those powders tape casting slurries were prepared for the production of free and substrate-bonded mono- and multilayer systems. The resulting microstructures were characterized by density, mechanical properties, grain size, porosity and pore size distribution as a function of sintering temperature and solid content of the green tape. The activation energies were also investigated for characterizing the sintering mechanisms. In contrast to constrained sintering of ceramic layered systems a densification of more than 97 % of a free sintering trilayer structure consisting of INM-ZrO2 / INM-Y-ZrO2 / INM-ZrO2 was achieved after a co-firing process at 1100 °C.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Herstellung eines transparenten Sinterglases aus einem nanoskaligen Borosilicatglaspulver untersucht. Wesentlicher Vorteil dieser pulvertechnologischen Route im Vergleich zur konventionellen Schmelztechnologie ist die Reduzierung der Prozesstemperatur zur Glasherstellung. Durch Optimierung der drei Prozessschritte Pulverherstellung, Formgebung und Sinterung konnte eine transparente Sinterung bei einer Temperatur von 800 °C realisiert werden. Die Laserablation als Verdampfungs-Rekondensations-Prozess ermöglicht im Gegensatz zur Flammhydrolyse die Herstellung nanoskaliger, sphärischer und chemisch reiner Glaspartikel. Neben der trockenen Formgebung konnten die Möglichkeiten und Grenzen der elektrophoretischen Abscheidung als Formgebungsverfahren aufgezeigt werden. Ferner wurden grundlegend Anwendungsmöglichkeiten des Borosilicatglaspulvers thematisiert. Die Temperaturabsenkung zur Glasherstellung ist nicht nur im Bereich der endmaßnahen Formgebung, sondern auch im Bereich der Beschichtung von thermisch empfindlichen Substraten interessant. Vor diesem Hintergrund wurde die Lasersinterung von Grünschichten aus nanoskaligem Borosilicatglaspulver untersucht. Neben der erfolgreichen Realisierung der Goldrubinfärbung der Sintergläser sollte mit Untersuchungen zur cadmiumfreien Rotfärbung und zur Herstellung bleifreier niedrigschmelzender Lotgläser durch den Einsatz sinteraktiver Teilchen zukunftsweisend zu Forschungsarbeiten motiviert werden. The aim of this work was the production of a transparent sintering glass by using nanosized borosilicate glass powder. The application of powder technology instead of the conventional melting technology enables a significant lowering of the processing temperature. After the optimization of the three process steps which involved powder synthesis, shaping and sintering, a transparent sample was realized at a temperature of 800 °C. Laser ablation, as a gas evaporation method, offers in comparison to the flame hydrolysis the possibility to produce nanoscaled, spherical, non-porous and chemically pure borosilicate glass particles. Besides the dry shaping of the glass powder, it was necessary to show the possibilities and limitations of the electrophoretic deposition process. Furthermore, basic research was conducted concerning the application possibilities of the nanoscaled borosilicate glass powder. The reduction of the processing temperature for the glass production process is not only interesting in the molding of final dimensions but also in the coating of thermally sensitive substrates. Based on this, the laser sintering of green coatings made of nanoscaled borosilicate glass powder was investigated. Besides the successful realization of gold ruby coloration of the sintered borosilicate glass, investigations were made with respect to the cadmium-free red coloration and the production of low-melting lead-free solder glass, which reveal possible fields of further research.

Für eine Reihe von Anwendungen zeichnet sich ein Markt für hochreine Kieselgläser ab, die auf konventionelle Weise nicht mehr hergestellt werden können. Auf der anderen Seite gibt es Verfahren (z.B. bei Lichtleitfasern), die zwar die Herstellung von Gläsern höchster Reinheit im technischen Maßstab ermöglichen, aber auf Grund der relativ geringen Abscheideraten sehr teuer sind. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese Lücke zwischen den konventionellen Schmelzverfahren und den Lichtleitfaser- herstellungsverfahren zu schließen und ein neues, kostengünstiges Verfahren vorzustellen, das die Herstellung von Kieselglas höchstmöglicher Reinheit ermöglicht. Der Grundgedanke bei dem neuen Verfahren ist, die Vorteile der guten Reinigungsmöglichkeiten von offenporigen Formkörpern aus submikroskopischen Kieselglasteilchen auszunutzen. Dies ist von verschiedenen Verfahren zur Herstellung von Lichtleitfasern bekannt. Die Nachteile der geringen Abschei- deraten bei diesen Verfahren werden durch die Trennung von Materialdarstellung und Formgebung überwunden. Dadurch gelingt ein entscheidender Schritt in Richtung Wirtschaftlichkeit. Zur Formgebung des submikroskopischen Ausgangsmaterials bieten sich die aus der keramischen Technologie zur Herstellung von Stäben und Rohren bekannten Verfahren an. Da aber in der Feinkeramik, bedingt durch die begrenzten Mahlmöglichkeiten, nur Teilchengrößen des Ausgangsmateriales bis herab zu etwa 1 ]im eingesetzt werden, ist die bekannte Technologie nicht ohne weiteres auf die hier vorliegenden, submikroskopischen Glasteilchen zu übertragen. Hier liegt ein wesentlicher Teil der Problematik. Bei den folgenden Prozeßschritten, dem Trocknen und Sintern,treten ebenfalls neue Schwierigkeiten auf Grund der geringen Teilchengröße auf, die es zu überwinden gilt und auf die anschließend in dieser Arbeit eingegangen wird.

An emulsion technique and spray drying were used to prepare BaTiO 3 powders coated with additives. Different additive compositions (TiO 2 ; TiO 2 /SiO 2 ; CaO/TiO 2 /SiO 2 ; 2BaO/TiO 2 /2SiO 2 ) were used in the form of their aqueous precursor solutions. The as-received powders were compared with powders of the same composition manufactured by conventional wet-milling. The coating of the BaTiO 3 powder positively influences the sintering behavior. Isothermal dilatometric measurements show that the activation energy δ E of the shrinkage of the coated powders is lower than that of the powders prepared by milling. This is caused by the homogeneous distribution of the additive. The activation energy for the different additives changes in the following sequence: Δ E (2BaO/TiO 2 /2SiO 2 ) E (TiO 2 ) E (CaO/TiO 2 /SiO 2 ) E (TiO 2 /SiO 2 ). This sequence correlates with the amount of Ba ions necessary to diffuse out of the BaTiO 3 matrix to form the secondary phases Ba 2 TiSi 2 O 8 or Ba 6 Ti 17 O 40 , respectively.

Isothermal sintering of SiO 2 aerogels was followed by small angle X-ray scattering using synchrotron radiation. An improved treatment of SAXS data which takes into account the presence of fluctuations explains the discrepancy previously observed with He-pycnometric methods. The matrix density of the gel is shown to increase in several steps, first by a diffusion-controlled mechanism and then by viscous flow.

Auf der Grundlage einer spontanen Versetzungsmultiplikation im Kontaktbereich während des Aufheizens auf isotherme Sintertemperatur werden Hochtemperaturdeformationsvorgänge erörtert, die den Materialtransport im Stadium intensiven Schwindens erklären können. Die Gegenüberstellung von Rechnung und Experiment legt nahe, daß ein durch Versetzungen beschleunigtes Abgleiten von Teilchen in den Porenraum die anfängliche Verdichtung herbeiführt. Gegen Ende des intensiven Schwindens, nach der Eliminierung großer Poren, beschleunigen die Versetzungen die Schwindung vorweigend über Materialausbau aus der Kontaktzone bei gleichzeitiger Teilchenzentrennäherung.