08 Fakultät Mathematik und Physik
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Item Open Access Microscopic calculation of line tensions(2008) Merath, Rolf-Jürgen Christian; Dietrich, Siegfried (Prof. Dr.)In this work the line tension has been determinded with molecular resolution, which in this context marks the forefront of research. A semi-microscopic line tension theory based on the sharp-kink approximation has been further developed. The sharp-kink results concerning wetting and line tension behavior deviate considerably from the fully microscopic results. A hybrid line tension theory has been introduced, which employs an improved effective interface potential for the SK line tension calculation. For most of the studied cases the results from this hybrid method describe the fully microscopic line tension values semi-quantitatively. However, for a tailored system with relatively strong spatial variations of the substrate potential and of the solid-liquid interfacial density the hybrid method fails and does not predict the correct order of magnitude of the line tension values. Hence in general the fully microscopic approach is required, if one is interested in quantitatively reliable line tension values or/and if the validity of the hybrid method for the considered system has not been checked. The calculation of the line tension of a liquid wedge is an important contribution for understanding the shape of very small droplets (below the micrometer range). Furthermore a proposal is given, how axisymmetric sessile droplets can be addressed efficiently within DFT.Item Open Access Ambient pressure oxidation of Ag(111) surfaces : an in-situ X-ray study(2008) Reicho, Alexander; Dosch, Helmut (Prof. Dr.)The oxidation of metals plays an outstanding role in everyday life. Typical phenomena are the formation of rust on steel or oxide scales on copper, showing up as a green patina. The formation of metal oxides is not always an unwanted process. The functionality of many materials is directly related to their controlled oxidation. The most prominent examples are passivating oxide layers on stainless steel. Relevant for this thesis are industrially applied heterogeneous catalytic reactions for the synthesis of many chemical products, where gaseous reactants are in contact with the solid surface of the catalyst. Oxidation reactions are very important in this context, leading to a big need of understanding of these processes in research and development. Thereby, the active oxygen species on the surface and selectivity and poisoning of the catalyst have to be studied on an atomic scale. The high temperature and high pressure oxidation of the 4d transition metals Ru, Rh, Pd and Ag is a matter of particular interest, because these metals are widely used as oxidation catalysts. On Ruthenium one observes the formation of RuO2(110) bulk oxide islands at elevated temperatures and oxygen pressure. In the case of the Pd(100) and Rh(111) surface oxidation can lead to the formation of so-called surface oxides. These oxides are structurally related to the bulk oxide of the respective element. Furthermore, surface oxides are ultra thin oxides containing one metallic layer surrounded by two oxygen layers, giving rise to an oxygen-metal-oxygen sequence perpendicular to the surface plane. A future vision is to get a direct microscopic control of the emerging surface structures and ultimately of the real-time oxidation/reduction dynamics allowing one to tailor such catalytic reactions to better performance. A necessary prerequisite to the microscopic control is the full atomistic understanding of the surface structures which form at high temperature and at high oxygen pressures. Silver plays a unique role in heterogeneous catalysis. Supported Ag catalysts are used for the selective oxidation ('epoxidation') of ethylene and for the partial oxidation of methanol to formaldehyde. Ethylene oxide and its derivates are basic chemicals for industry, used in a many technologies with a world-wide production of more than 10 million tons as in medicine for disinfection, sterilization, or fumigation, or in transport and energy technologies for engine antifreeze and heat transfer. Because of its ability to kill most bacteria, formaldehyde is extensively used as disinfectant and as preservative in vaccinations. Therefore, the optimisation of these two Ag-supported catalytic reactions is of paramount importance. Current strategies employed in the industrial process to enhance selectivity include the empirical use of inhibitors (Cl) and promoters (Cs), however, on the way to a knowledge-based control of these reactions one has first to understand the surface structure of oxidized silver under relevant conditions in full detail. The formation of extended Ag(111) facets is observed on polycrystalline silver during the above industrial catalytic oxidation reactions, in turn fundamental research (experiment and theory) has been devoted to the detailed understanding of oxidation of this surface. The formation of an oxygen induced p(4x4) reconstruction on the Ag(111) surface is known since the early 70s. A surface oxide trilayer model, based on a three-layer slab of Ag2O(111), was proposed. Accordingly, the Ag(111) surface seemed to show a similar behaviour like Pd and Rh, being neighbours in the periodic table. Further theoretical calculations predicted the stability of this reconstruction under industrially relevant conditions. Nevertheless, several questions remained unsolved: the stability of the p(4x4) reconstruction under industrially relevant conditions was not checked experimentally, the structural model of the p(4x4) structure was not proven by a crystallographic method and previously unknown structures might play an important role for the catalytic activity of Ag(111) facets. Our experimental approach is based on the nowadays routinely available highly brilliant x-ray radiation produced by third generation synchrotron light sources. This radiation is used by us in three surface sensitive x-ray techniques. In-situ surface x-ray diffraction (SXRD) allows the identification and determination of structural models of surface reconstructions under industrially relevant conditions. This technique is combined with high resolution core level spectroscopy (HRCLS) and normal incidence x-ray standing wave absorption (NIXSW), giving insight into the local binding geometry of the oxygen and silver atoms.Item Open Access Aktivierungsvolumen und chemische Umgebung von thermischen Leerstellen in intermetallischen Verbindungen(2000) Müller, Markus A.; Schaefer, Hans-Eckhardt (Prof.Dr.)Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit Methoden der nuklearen Festkörperphysik, nämlich der Positronenzerstrahlung, der Positronenlebensdauerspektroskopie und der Dopplerverbreiterung der Elektron-Positron-Zerstrahlungsphotonen, Leerstellen in intermetallischen Verbindungen untersucht. Dabei konnten erstmals spezifisch die Aktivierungsvolumen für die Bildung und Wanderung thermischer Leerstellen und die chemische Umgebung, d.h. das Untergitter dieser Leerstellen bestimmt werden. Für Fe61Al39 wurde im Temperaturbereich von Ta = 681 K bis 610 K die Gleichgewichtseinstellung der Leerstellenkonzentration beobachtet. Dabei wurden zwei Einstellprozesse beobachtet. Für das Leerstellenbildungsvolumen erhält man 1,5 Atomvolumen, während für den hauptsächlichen Einstellprozess ein relativ hohes Leerstellenwanderungsvolumen von 4,6 Atomvolumen gefunden wird. Die koinzidente Dopplerspektroskopie wurde als weitere Messmethode zur spezifischen Untersuchung der chemischen Umgebung von Leerstellen in Festkörpern eingeführt. Es wurde damit möglich, unterschiedliche chemische Umgebungen des in einer Leerstelle zerstrahlenden Positrons aus der elementspezifischen Impulsverteilung der Positronenzerstrahlung mit Rumpfelektronen zu identifizieren. Danach besteht die Umgebung der Leerstelle in Fe61Al39 im thermischen Gleichgewicht bei 770 K vorwiegend aus Aluminiumatomen. Damit ist erstmals der direkte experimentelle Nachweis dafür erbracht, dass die thermische Leerstelle in Fe61Al39 auf dem Eisenuntergitter gebildet wird. Dies stimmt mit theoretischen Untersuchungen überein, wonach die Bildung von Al-Leerstellen energetisch ungünstiger ist. Bei weiteren binären und ternären Legierungen konnte die koinzidente Dopplerspektroskopie ebenfalls erfolgreich zur Defektcharakterisierung eingesetzt werden.Item Open Access In-situ X-ray studies of model electrode surfaces for solid oxide fuel cells(2010) Khorshidi, Navid; Dosch, Helmut (Prof. Dr.)Fuel cells are considered as a promising way to produce clean energy. These cells convert the chemical energy created by the reaction of hydrogen and oxygen to water into electric energy. Regarding the difficulties connected with the production and more importantly storage of hydrogen, solid oxide fuel cells (SOFCs) play an outstanding role among the diverse fuel cell types. SOFCs are able to use not only pure hydrogen as a fuel, but also hydrocarbons. This ability leads to impressive efficiencies and allows to integrate SOFCs into existing structures. SOFCs are usually operated at temperatures above 800°C which leads to extreme conditions for the used materials and limits the lifetime of the cells. One of the major goals in the future is thus to develop low temperature SOFCs. In order to achieve such a goal, an atomic understanding of the chemicals reactions on the electrodes is essential. A typical SOFC is made of a cathode consisting of lanthanum strontium manganate (LSM) and yttria-stabilized zirconia (YSZ). Due to its electronic and thermal isolation and the conduction of oxygen ions, YSZ also serves as an electrolyte and at the same time as a part of the anode, which in addition is covered with nickel particles. An atomic understanding of the respective chemical reactions thus requires to have atomic models of the YSZ surface being present at the cathode and the anode surface. Another fundamental component to know are the nickel particles covering the anode. The superb importance of the anode or fuel cathode is to be found by the diverse fuels to be processed here. The aim of this work is to experimentally determine the atomic surface structure of the two important orientations (111) and (100) of YSZ under relevant conditions. Additionally the growth and shape of Ni nano particles grown on these surfaces as well as their shape changes under related conditions are studied. The gathered knowledge can be assembled to a model anode and a part of a model cathode. The found results are also of importance for the growth of thin films, where YSZ is a frequent substrate. The main experimental tool is surface X-ray diffraction (SXRD), which allows to derive atomic structures of surfaces regardless of their conductivity properties. The experiments were carried out in a mobile ultra-high vacuum chamber using synchrotron radiation.Item Open Access Dynamik von Disklinationen in anisotropen Fluiden(2002) Reichenstein, Michael; Trebin, Hans-Rainer (Prof. Dr.)Flüssigkristalle vereinen das Fließverhalten herkömmlicher Flüssigkeiten mit einer Anisotropie physikalischer Eigenschaften, wie sie in kristallinen Festkörpern auftritt. Die elektro-optische Anisotropie der Flüssigkristalle ist auf die weitreichende Orientierungsordnung der Moleküle zurückzuführen. In dieser Orientierungsordnung ist auch die Ausbildung von linienförmigen Singularitäten möglich, welche als Disklinationen bezeichnet werden. Ihre dynamischen Eigenschaften werden in der vorliegenden Arbeit untersucht. Zu diesem Zweck stellen wir für einen tensoriellen Orientierungsordnungsparameter hydrodynamische Gleichungen auf. Mit Hilfe des Tensorordnungsparameters kann der Kern von Disklinationen physikalisch korrekt wiedergegeben werden. Zusätzlich zur Navier-Stokes-Gleichung für die Fließdynamik erhalten wir aus der Drehimpulsbilanz eine Gleichung, welche die zeitliche Entwicklung des Ordnungsparameters bestimmt. Das gekoppelte Gleichungssystem wird numerisch integriert, wobei wir unsere Aufmerksamkeit auf zwei verschiedene Konfigurationen richten. Zunächst betrachten wir die Bewegung, Nukleation und Annihilation von Disklinationslinien als Ganzes. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an eine sogenannte Multidomänenzelle kann der Schaltvorgang beim Einsatz in der Displaytechnologie simuliert werden, bei dem auch die Defektbewegung eine Rolle spielt. Durch leicht veränderte Randbedingungen können in der Multidomänenzelle auch Nukleation und Annihilation von Disklinationen beobachtet werden. Anschließend untersuchen wir die Reibungskraft, die auf einen Disklinationskern in einer homogenen Strömung wirkt. Um die zugehörigen statischen Ordnungsparameterfelder zu erhalten, verwenden wir als Fernfeld der Disklination den analytischen Ausdruck für einen uniaxialen Tensor. Das Ergebnis der Energieminimierung ist ein oblat-uniaxialer Defektkern, welcher von einem Ring maximaler Biaxialität umgeben ist. Das Feld außerhalb des Kerns bleibt prolat-uniaxial. Die derart erzeugte Disklinationsline bringen wir nun in eine homogene Strömung. Wir berechnen die Stromlinien und die Divergenz des Spannungstensors. Aus letzterer erhalten wir die Reibungskraft pro Längeneinheit der Disklinationslinie. Das Ergebnis ist eine "negative" Reibungskraft, welche entgegen der Strömungsrichtung gerichtet ist.Item Open Access Lattice dynamics of complex metallic alloys(2011) Euchner, Holger; Trebin, Hans-Rainer (Prof. Dr.)Throughout this thesis the lattice dynamics in CMA phases with different structural and dynamical peculiarities have been studied in experiment and simulation. While inelastic neutron and X-ray scattering enabled an experimental approach to dynamical quantities as dispersion curves, vibrational density of states or dynamical structure factors, the theoretical approach was based on ab-initio and molecular dynamics simulations. Experimental results could be analyzed and interpreted by means of computer simulations, thus yielding insight into dynamical processes on an atomistic level. Indeed, this combination of experiment and simulation proved to be a powerful tool for the investigation of different dynamical phenomena. In the Mg-Zn system the impact of structural complexity on vibrational properties was studied. Pure hcp Zn and the MgZn2 Laves phase were used as rather simple reference structures and compared to the structurally more complex Mg2Zn11 Pauling triacontahedral phase. While MgZn2 showed the behavior of an almost perfectly harmonic solid, Mg2Zn11 turned out to exhibit quite unusual dynamical features. In the case of MgZn2 experimental results from INS could be reproduced with high accuracy. For Mg2Zn11 experimental results and DFT calculations first evidenced non-negligible discrepancies. After reinvestigating the structure of Mg2Zn11 with both, experimental and computational methods, a partially occupied Zn site could be spotted as possible source of the occurring discrepancies. Surprisingly, the partially vacant Zn1 position, at the center of the mini-Bergman cluster proved to exert a strong influence on stability and dynamics of this system. After taking vacancy disorder into account, the experimental results could be decently reproduced and differences could be understood. With this knowledge the experimental GVDOS was finally interpreted in terms of distinct atomic motions, thus connecting macroscopic properties with processes on atomistic scale. The second Zn-based CMA phase that was explored, is the ScZn6 1/1-approximant. The structure of this phase is closely related to the Cd-based binary icosahedral quasicrystals in the Cd-Yb and Cd-Ca system, thus making it an interesting phase with respect to structure and dynamics of quasicrystals like Mg-Zn-Sc. Secondly, the ScZn6 1/1-approximant evidences an order-disorder phase transition at about 150 K. The dynamical aspects of this phase transition were investigated throughout this work, using quasielastic neutron scattering and molecular dynamics methods. Interestingly, the phase transition could be shown to be closely related to a freezing in of the tetrahedral shell in the center of the Tsai-type cluster building blocks. In fact, experiment and calculation clearly evidenced a dynamic disorder of the tetrahedral shell above the transition temperature. The tetrahedral shell is constantly reorienting between different, energetically equivalent configurations. From neutron scattering experiments the residence time between two tetrahedron jumps could be estimated to be of the order of a few ps, while it was overestimated by the conducted MD simulations. These results thus answer the controversially debated question about the nature of the disorder in ScZn6 in favor of a dynamic process. Finally the dynamic reorientations of the tetrahedron are highly interesting with respect to entropical stabilization, a possible candidate for quasicrystal stabilization. In the last part of the thesis the clathrate system Ba-Ge-Ni, was studied with respect to its cage-like structure and the resulting effects on its dynamical properties. Inelastic neutron scattering experiments nicely evidenced a flat dispersionless optic-like phonon branch, which by means of DFT could be shown to stem from localized motions of the encaged Ba atoms - so-called rattling modes. The cage structure of the Ba-Ge-Ni clathrates furthermore made a decomposition into different subsystems possible, such that their contributions to the vibrational spectrum could be analyzed. A comparison to a hypothetical Ge46 structure could be used to elaborate the influence of the encaged Ba-atoms and the host-lattice, respectively. Interestingly, the introduction of Ba-atoms creates a localized, dispersionless phonon branch at rather low energy, which interacts with the acoustic modes of the host structure, resulting in a reduction of the velocity of sound. Thus the low lattice thermal conductivity in this phase seems to be related to both, rattling modes of Ba guest atoms and reduced velocity of sound of the host framework.Item Open Access Phasonendynamik in dekagonalen Quasikristallen(2014) Lipp, Hansjörg; Trebin, Hans-Rainer (Prof. Dr.)Quasikristalle weisen mehr an Freiheitsgraden auf als die üblichen phononischen: Es gibt sogenannte phasonische Flips, atomare Sprünge zwischen nahe beieinanderliegenden Minima in der komplexen Energielandschaft dieser Festkörper. Sowohl diese anharmonischen Potentiale als auch die Existenz des phasonischen Freiheitsgrads haben großen Einfluss auf die thermodynamischen und mechanischen Eigenschaften der Quasikristalle. Hierzu gibt es experimentelle Befunde von K. Edagawa et al., die in der vorliegenden Arbeit theoretisch untersucht werden. Einerseits wurde eine über Dulong-Petit hinausgehende Wärmekapazität festgestellt, als deren Ursache der zusätzliche Freiheitsgrad vermutet wurde. Diese Arbeit untersucht eindimensionale Modellsysteme, die Teilchenflips zulassen und in denen Teilchen gemäß einem anharmonischen Doppelmuldenpotential wechselwirken. Dazu werden Molekulardynamiksimulationen durchgeführt und analytische Rechnungen angestellt. Dabei stellt sich heraus, dass die thermodynamischen Eigenschaften dieses Systems hauptsächlich vom Wechselwirkungspotential bestimmt werden. Die Wärmekapazität lässt sich daher analytisch berechnen und weist allein aufgrund der Anharmonizität einen erhöhten Wert auf. Der größere zweite Teil der Arbeit behandelt von Edagawas Gruppe durchgeführte elektronenmikroskopische Aufnahmen von dekagonalem Al-Cu-Co. Hier beobachtete Edagawa helle Flecken, die an den Vertices eines Tilings lagen und sich im Laufe der Zeit ähnlich einem Phasonenflip änderten: Sie erschienen und verschwanden auf erratische Weise. Bemerkenswert war hierbei die Zeitskala: Die Intensitätsschwankungen der Flecken erfolgen im Sekunden- und Minutenregime, während man aus Neutronenbeugungsexperimenten weiß, dass atomare phasonische Flips in diesen Systemen im Pikosekundenbereich vorkommen. Dekagonales Al-Cu-Co besteht aus periodisch angeordneten Doppelschichten. Jede Doppelschicht kann entsprechend einem Strukturmodell von Zeger et al. als Tiling von Rauten betrachtet werden, die mit Atomen dekoriert sind. In übereinander liegenden Rauten können die Atome zwischen verschiedenen Flippositionen springen. Dementsprechend werden statistische Modelle übereinander liegender Rauten erstellt, die verschiedene diskrete Zustände annehmen können. Diese Rauten können ihren Zustand entsprechend umgebungsabhängiger Sprungraten in einem Zufallsprozess ändern, wodurch die Schichten gekoppelt sind. Definiert man nun die mesoskopische Sichtbarkeit eines hellen Flecks über gemeinsame Zustände mehrerer übereinander liegender Rauten, so kann man die Sprungraten und Sichtbarkeitswahrscheinlichkeiten der Flecken untersuchen. Dies erfolgt in der vorliegenden Arbeit analytisch und mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen. Dabei zeigt sich, dass sich im System übereinander liegende Rauten gleichen Zustands, sogenannte Cluster, bilden, welche die Sichtbarkeit der Flecken bestimmen. Diese Cluster werden in der Zeitentwicklung gebildet, zerstört oder verschoben. Die Verteilung der Clustergrößen weist einen stabilen Gleichgewichtszustand auf, der von der Kopplungsstärke der Rauten abhängt. Die Anzahl der Cluster fluktuiert um den Gleichgewichtswert. Die Abweichungen können über einen neuartigen Zufallsprozess, den "harmonischen Random Walk" beschrieben werden, bei dem die Sprungwahrscheinlichkeit proportional zur Entfernung vom Gleichgewicht ist. Dieser Zufallsprozess stabilisiert den Gleichgewichtszustand und wird zum besseren Verständnis des Systems analytisch und numerisch behandelt. Er erlaubt es, Sprungraten und Sichtbarkeitswahrscheinlichkeiten der Flecken in Simulation und analytischer Rechnung zu bestimmen. Daraufhin werden von K. Edagawa zur Verfügung gestellte Beobachtungsdaten eines HRTEM-Experiments analysiert. Sprungraten und Sichtbarkeitswahrscheinlichkeiten werden extrahiert und mit den theoretischen Ergebnissen verschiedener Modelle verglichen. Dabei zeigt sich eine gute Übereinstimmung des Experiments mit einem aus Doppelschichten aufgebauten System, in dem sich Ringe aus zehn Atomen durch kollektive Flips verschieben können. Die langsame Flipdynamik der Flecken lässt sich also statistisch dadurch erklären, dass sich Atome in vielen Schichten kollektiv bewegen müssen.Item Open Access Magnetoelektrischer Effekt in metallischen Nanostrukturen : Ab-initio Elektronentheorie und atomistische Modellierung(2011) Subkow, Sergej; Fähnle, Manfred (Prof. Dr. rer. nat.)Der magnetoelektrische Effekt in metallischen Nanostrukturen wird untersucht. Dabei wird die Veränderung der magnetokristallinen Oberflächenanisotropieenergie dünner Metallfilme als Funktion externer elektrischer Felder im Rahmen der elektronischen Spindichtefunktionaltheorie berechnet. Dadurch wird eine Parametrisierung und Modellierung des Effekt in den Systemen möglich, die wegen ihrer größe einen direkten ab-initio Zugang ausschließen.Item Open Access Crack propagation in decagonal and icosahedral quasicrystals(2004) Rudhart, Christoph Paul; Trebin, Hans-Rainer (Prof. Dr.)In the pressent work the propagation of cracks in two-dimensional decagonal and three-dimensional icosahedral model quasicrystals under mode I loading is studied by means of molecular dynamics simulations. The dependence on temperature, applied load and underlying structure has been investigated in particular. The samples are endowed with an atomically sharp crack and loaded by linear scaling of the displacement field. Subsequently the response of the system is monitored by molecular dynamics simulations. In the decagonal systems three different regimes of propagation are discernable with increasing temperature: For low temperatures the crack velocity grows monotonically with the applied load. We observe that the crack follows the path of dislocations nucleated at its tip. For temperatures above 30% of the melting temperature the crack does not remain atomically sharp but is blunting spontaneously. In the temperature range between 70% and 80% of the melting temperature the quasicrystal fails by nucleation, growth and coalescence of micro voids. This gradual, dislocation-free crack extension is caused by plastic deformation which is mediated by localized rearrangements comparable to so-called shear transformation zones. These are also observed in amorphous solids. In conclusion at low temperatures the crack propagates along crystallographic planes just like in periodic crystals, whereas a glass-like behavior is dominant at high temperatures. In the icosahedral quasicrystals brittle fracture without any crack tip plasticity is observed irrespective of the orientation of the cleavage plane and the propagation direction. The fracture surfaces are not flat but show a pronounced roughness on the atomic scale, comparable to that observed experimentally. The magnitude of the roughness depends on both the cleavage plane and the propagation direction. The clusters inherent in the structure are not strictly circumvented but are cut to some extent by the moving crack. However, a detailed analysis of the fractured samples indicates that the roughness of the fracture surfaces can be assigned to the occurrence of the clusters.Item Open Access Thermische Entwicklung atomarer freier Volumen und Kristallisation in Si-(B)-C-N-Precursorkeramiken(2003) Reichle, Klaus Jürgen; Schaefer, Hans-Eckhardt (Prof. Dr.)Nichtoxidkeramiken auf der Basis von organischen Precursoren weisen günstige Potenziale als zukünftige Hochleistungskeramiken auf. In der vorliegenden Arbeit werden nanoskalige freie Volumen, deren chemische Umgebung sowie deren Entwicklung bei Anlassbehandlungen in Precursorkeramiken des Systems Si-B-C-N mit den spezifischen Methoden der Positronenzerstrahlungsspektroskopie analysiert. Diese freien Volumen sind für Diffusionsprozesse, Festkörperreaktionen oder mechanische Verhalten dieser Keramiken von wesentlicher Bedeutung. Zum besseren Verständnis von freien Volumen in ternären und quaternären Precursor-Keramiken des Si-B-C-N-Systems wurden zunächst in den binären Keramiken Siliziumkarbid, Siliziumnitrid und Bornitrid dieses Systems die Struktur von Einzelleerstellen und freien Volumen (Leerstellenagglomerate bis zur Größe von ca. 1 nm^3) charakterisiert. Im Falle von Siliziumkarbid konnten durch Elektronenbestrahlung Leerstellen selektiv auf dem Kohlenstoff- oder dem Siliziumuntergitter eingeführt und spezifisch mit der Positronlebensdauerspektroskopie und der koinzidenten Messung der Dopplerverbreiterung der Positron-Elektron-Zerstrahlungslinie identifiziert werden. In der ternären Si_{1}C_{1,6}N_{1,3}-Keramik ergaben Messungen der Positronenzerstrahlung mit zusätzlichen Messungen von Dichte und Röntgenbeugung, dass während der Pyrolyse die Größe der freien Volumen drastisch abnimmt und sich im amorphen Bereich (1050 °C-1500 °C) mit den beiden Phasen Silizium-nitrid und Kohlenstoff praktisch nicht ändert. Die Kristallisation bei 1700 °C ist mit einer drastischen Reduzierung der freien Volumen mit gleichzeitiger Zunahme der Massendichte verbunden. In der quaternären Si_{3}B_{1}C_{4,3}N_{2}-Keramik, bei der durch Zugabe von Bor die Zersetzungstemperatur auf ca. 2000 °C angehoben werden kann, ergaben die Messungen der Positronenzerstrahlung und der Dichte, und die Röntgenbeugung, dass im Herstellungszustand die Positronen im wesentlichen in den vorhandenen turbostratischen Borcarbonitrid-Schichten eingefangen werden und mit einer für freie Volumen von ca. 15 fehlenden Atomen typischen Lebensdauer zerstrahlen. Bei 1400 °C bilden sich erste SiC-Kristallite. Die vollständige Kristallisation erfolgt bei 1600 °C mit einer Zeitkonstanten von ca. 10 h und wird wohl durch die Keimbildung bestimmt. Erst bei höheren Temperaturen, nämlich ab 1800 °C wachsen die Kristallite auf mittlere Durchmesser von ca. 50nm auf einer Zeitskala von 20-30 h beim gleichzeitigen Abbau der Verzerrungen. Zudem verschwinden Nanovoids, die sich wohl zwischen den Kristalliten befinden. Für das Kristallitwachstum wird eine Aktivierungsenergie von ca. 3,9 eV abgeleitet und zusammen mit Daten aus Diffusionsexperimenten diskutiert.