Aktivierungsvolumen und chemische Umgebung von thermischen Leerstellen in intermetallischen Verbindungen

Abstract

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.

The migration of thermal vacancies in B2 structured Fe61Al39 was investigated by means of positron lifetime measurements after fast temperature changes. From the pressure dependence of the equilibrium time and the vacancy concentration the vacancy formation volume (1,5 mean atomic volume) and the migration volume (4,6 mean atomic volume) could be received. By means of the coincidence doppler spectroscopy the local chemical envireoment of lattice vacancies was studied. In Fe61Al39 the thermal vacancy formation occurs on the iron-sublattice. Further binary and ternary compounds were examined with this highly specific technique.