TP 1: Schockwellensynthese, -sintern und -zerkleinern

Schockwellensynthese, Schockwellensintern und Schockwellenzerkleinern

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind im untertägigen Schockwellenlabor der TU Bergakademie Freiberg Materialsynthesen im Bereich von 20 bis 86 GPa unter vollständiger Probenrückgewinnung möglich. Die Probenmengen betragen dabei bis zu 2 g Hochdruckphase. Es wurden dabei maximal 1000 g Sprengstoff eingesetzt. Stand der Technik ist dabei die plane-wave-Methode mit hoch­brisantem Plastiksprengstoff. Sämtliche Vorgänge können dabei mit aus­reichender Genauigkeit berechnet werden.

Um die Menge an synthetisiertem Werkstoff deutlich zu erhöhen, ist es erforderlich, so genannte Zylinderladungen zu verwenden. Deren Entwicklung stellt eines der Hauptziele der zukünftigen Arbeiten dar. Eine vollständige Probenrückgewinnung vorausgesetzt, ist diese Methode sowohl für die Hochdrucksynthese unter teilweise sehr hohen Drücken (> 100 GPa), die Schockwellen-zerkleinerung spröder Materialien als auch für das Hochdrucksintern (z. B. für keramische Werkstoffe) verwendbar. Um diese Ziele zu erreichen, ist es erforderlich, sowohl Schutzgastechniken als auch die Vakuumtechnik einzusetzen. Speziell das Sintern des empfindlichen g-Si3N4 setzt spezielle Techniken, z. B. die Evakuierung des Probenbehälters, voraus. Die für einen möglichen Erfolg des Sintervorganges erforderlichen Drücke betragen dabei fast das Dreifache des für die Synthese erforderlichen Druckes von ca. 35 GPa. Es ist der Einsatz von bis zu 20 kg hochbrisantem Plastik­sprengstoff nach Militärstandard möglich und gelegentlich auch erforderlich. Dies hat in der Probe wesentlich extremere Bedingungen als im Verlauf der Synthese zur Folge.

Für Tests zur Synthese unterschiedlicher Nitride bleibt die Schockwellen­synthese mit plane-wave-Apparatur die Methode der Wahl. Es ist theoretisch möglich, diese z. B. mittels der Reflektionsmethode und der Methode der kollidierenden Schockwellen in den Druckbereich > 300 GPa (3 Mbar) zu erweitern. Durch eine erfolgreiche Entwicklung dieser Methode könnten weitere Hochdruckphasen mit besonderen Eigenschaften herstellbar und damit neue Anwendungsfelder erschlossen werden.

Bereich: Institut für Mineralogie
Teilprojektleiter: Prof. Dr. G. Heide
Bearbeiter: Thomas Schlothauer