Wachstum und Grenzflächenbeschaffenheit oxidischer Ausscheidungen in Silber

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden MgO (bzw. Mn3O4)- Ausscheidungen, die sich während der Inneren Oxidation einer Ag-1At.%Mg- (bzw. Ag-1At.%Mn)- Legierung bilden, mit Hilfe der Tomographischen Atomsonde (TAP) und der Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS) untersucht.Um eine systematische Untersuchung der Metall/Oxid (M/O)- Grenzfläche zu gewährleisten, wurde zunächst die Bildungs- und Wachstumskinetik der Oxidausscheidungen im Zuge der Inneren Oxidation untersucht. Die gewonnen Ergebnisse weisen darauf hin, daß unmittelbar nachdem die Oxidationsfront die Probe durchlaufen hat, alle Mg (bzw. Mn)- Atome bereits durch O- Atome gebunden sind. Die Vergröberung der Oxidteilchen verläuft dabei über eine Diffusion von MgOx- und MnOx- Molekülen und nicht über die Diffusion einzelner Atome. Ein wesentlicher Teil dieser Arbeit bestand darin, das Segregationsverhalten von Wasserstoff und Deuterium an den mittels Innerer Oxidation hergestellten M/O- Grenzflächen zu untersuchen. Da die Menge des an den Grenzflächen haftendenden Wasserstoffes direkt auf die dortige Menge an Exzeß-O hindeutet, kann der Wasserstoff als Sonde zur Charakterisierung der M/O-Grenzfläche benutzt werden. Das Streuverhalten von H (bzw. D)- beladenen, innenoxidierten Proben lies sich dabei durch ein sog. Kugel-Schale- Modell beschreiben. Die SANS- Experimente lassen den Schluß zu, daß sich der gesamte Wasserstoff der Probe an den M/O- Grenzflächen befindet. Die Ergebnisse stehen im Einklang mit einem strukturellen Modell, wonach zwei Wasserstoffatome pro ein Exzeß-O- Atom an der (111)- orientierten Grenzfläche gebunden werden. Die H- Segregation verursacht zudem eine starke Verdrängung der Matrixatome an der Grenzfläche. Im System Ag/MgO beträgt die Volumenzunahme 9,3 cm3/mol H, im System Ag/Mn3O4 sogar 18,5 cm3/mol H. Durch die Verwendung von H als Sonde konnte schließlich auch die Veränderung der Teilchenmorphologie mit steigendem Teilchenradius beschrieben werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde damit SANS erstmals erfolgreich benutzt um eine Segregation an inneren Grenzflächen nachzuweisen.