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Thermodynamic investigations of the ternary Al-Ge-Zn system

Steiner, Jakob (2011) Thermodynamic investigations of the ternary Al-Ge-Zn system.
Diplomarbeit, Universität Wien. Fakultät für Chemie
BetreuerIn: Mikula, Adolf

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29630.20598.572969-9
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Abstract in Englisch

The present thesis gives a review about the current need of new lead free solder alloys. A short introduction into the EMF (electromotive force) technique is also given. The practical aspects of EMF measurements with liquid and solid electrolytes are described. Requirements as well as advantages and disadvantages of the different methods are explained. Concerning the ternary Al-Ge-Zn system the current work deals with the following aspects: In terms of the possible use of Al-Ge-Zn alloys as lead free solders, the thermodynamic properties of this intermetallic system were investigated by using the EMF method with liquid electrolytes. This work describes the setup of the galvanic cell and the execution of the measurements. Also the preparation of the electrolyte for the galvanic cell is described. A suitable salt for the investigation of the particular Al-Ge-Zn system was found in the form of an eutectic mixture of KCl, LiCl and KAlCl4. The preparation of the investigated alloys is also described. The experimental data were mathematically evaluated to obtain information regarding the thermodynamic properties of this particular system. By using the measured EMF values, the activity of aluminum and the change of the Gibbs free energy were calculated. It was also possible to determine the partial molar enthalpy (∆H_Al ) ̅ and the partial molar entropy (∆S_Al ) ̅. Since parts of this work were carried out during an Erasmus semester abroad at the RIM-Lab (Reactivity of Inorganic Materials Laboratory) of the Facolta di Chimica at the Universita La Sapienza di Roma, measurements with solid electrolytes which I performed during my stay in Italy are also described. The focus of this part of the work was set on the investigation of alloys consisting of rare-earth elements and cobalt. A suitable EMF cell for measurements with a solid CaF2 electrolyte was set up. In this case, the preparation of the investigated intermetallics was achieved by a modified electron-gun. It was possible to investigate the thermodynamic properties of the Pr2Co17 alloy.

Schlagwörter in Englisch

thermodynamics / alloy / aluminum / germanium / zink / elektromotive force / emf / ternary / lead free solders / elektrochemical cell

Abstract in Deutsch

Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über den derzeit bestehenden Bedarf für neue bleifreie Lotmaterialien und einige, für diesen Zweck bereits entwickelte intermetallische Systeme. Des weiteren wird eine Einführung in die EMK-Messungen (Messungen der elektromotorischen Kraft) gegeben. Zusätzlich werden praktische Aspekte der EMK-Technik mit flüssigen und festen Elektrolyten erörtert. In der Arbeit werden die Voraussetzungen für derartige Messungen beschrieben und auch Vor- und Nachteile der einzelnen Methoden ausgeführt. Bezüglich des ternären Al-Ge-Zn Systems behandelt diese Arbeit folgende Aspekte: Im Hinblick auf den möglichen Einsatz von Al-Ge-Zn Legierungen als bleifreie Lotmaterialien wurden deren thermodynamische Eigenschaften mit Hilfe von EMK-Messungen mit flüssigen Elektrolyten untersucht. Die Arbeit beschreibt den Aufbau der galvanischen Zelle und die Durchführung der entsprechenden Messungen. Weiters wird die Herstellung des verwendeten Elektrolyten erklärt. In diesem Zusammenhang konnte in einer eutektischen Mischung welche aus KCl, LiCl und KAlCl4 besteht, ein geeigneter Elektrolyt gefunden werden. Zusätzlich wird die Herstellung der untersuchten Legierungen beschrieben. Die experimentellen Werte wurden mathematisch ausgewertet um Informationen über die thermodynamischen Eigenschaften des Systems zu erhalten. Mit Hilfe der Messwerte konnten die Aktivität von Aluminium und die Änderung der Gibbsschen freien Enthalpie berechnet werden. Außerdem war es möglich die partielle molare Enthalpie (∆H_Al ) ̅ und die partielle molare Entropie (∆S_Al ) ̅ zu ermitteln. Da Teile der vorliegenden Arbeit während eines Erasmus Auslandssemesters am RIM-Lab (Reactivity of Inorganic Materials Laboratory) der Fakultät für Chemie an der Universität La Sapienza in Rom entstanden sind, sind zusätzlich Beschreibungen von Messungen mit festen Elektrolyten welche während dieser Zeit in Italien durchgeführt wurden, enthalten. Der Fokus dieses Teiles der Arbeit war auf die Untersuchung von Legierungen bestehend aus Seltenerdelementen und Cobalt gerichtet. Eine geeignete EMK-Zelle für Messungen mit festem CaF2 als Elektrolyt wurde hierfür aufgebaut. In diesem Fall wurden die entsprechenden Legierungen unter Zuhilfenahme einer modifizierten Elektronenkanone hergestellt. Es war möglich die thermodynamischen Eigenschaften einer Legierung mit der Zusammensetzung Pr2Co17 zu untersuchen.

Schlagwörter in Deutsch

Thermodynamik / Legierung / Aluminium / Germanium / Zink / elektromotorische Kraft / EMK / ternär / bleifreie Lotmaterialien / elektrochemische Zelle

Dokumentenart: Hochschulschrift (Diplomarbeit)
AutorIn: Steiner, Jakob
Titel: Thermodynamic investigations of the ternary Al-Ge-Zn system
Umfangsangabe: 77 S. : Ill., graph. Darst.
Institution: Universität Wien
Fakultät: Fakultät für Chemie
Publikationsjahr: 2011
Sprache: eng ... Englisch
BetreuerIn: Mikula, Adolf
BeurteilerIn: Mikula, Adolf
Klassifikation: 35 Chemie > 35.10 Physikalische Chemie: Allgemeines
35 Chemie > 35.14 Elektrochemie
33 Physik > 33.90 Physik in Beziehung zu anderen Fachgebieten
AC-Nummer: AC08925998
Dokumenten-ID: 14641
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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