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Investigations in the aluminium rich part of the ternary phase diagram Al—Fe—Ge

Reisinger, Gabriel (2016) Investigations in the aluminium rich part of the ternary phase diagram Al—Fe—Ge.
Masterarbeit, Universität Wien. Fakultät für Chemie
BetreuerIn: Richter, Klaus

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29924.97211.560470-6
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29924.97211.560470-6

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Abstract in Englisch

In this thesis, the Fe poor part of the ternary Al–Fe–Ge system was investigated with special attention to the existence of new ternary compounds, which were expected in analogy to the related Al–Fe–Si system. Previous investigations in literature on the ternary system Al–Fe–Ge were scarce. Isothermal sections are reported in literature only at Fe contents above 50 at.% on the Al side and 72 at.% on the Ge side of the ternary phase diagram. Several phases, most of them being metastable, were already reported in this system. The according crystal structures were either not given in literature or refined from powder X-ray diffraction patterns. Furthermore, the binary phase diagram Fe–Ge was discussed controversially in literature. Therefore, the critical section of the beta- and eta-phase was reinvestigated in this thesis. Including the reinvestigated eta-phase in the binary Fe–Ge system, six new structures determined by single crystal X-ray diffractometry could be reported. One additional phase was investigated by powder X-ray diffractometry and a structure proposal, which fits all associated powder X-ray diffraction patterns was presented. Two structures (tau6 and tau8), which were reported to be amorphous, could not be properly investigated due to a lack in suitable single crystals and their close vicinity. However, one of them (tau6) yielded an orthorhombic or monoclinic cell, after indexation of the sharp peaks exhibited in the powder patterns. These two structures and the phase tau7, which shows signs of domains or superstructures, require further investigations. The structural motives of the new ternary phases were presented to be related to those featured in the Fe–Ge binary phase diagram. On the one hand tetragonal and pseudo-tetragonal structural features of FeGe2 dominated the phase diagram below 35 at.% Fe. On the other hand pseudo-hexagonal structural features were discussed to be related to Fe6Ge5 and FeGe between 35 and 55 at.% Fe. Two isothermal sections, which are located at 400 ◦C and 800 ◦C were developed in the course of this thesis. A stabilisation to higher temperatures of the cubic polymorph of FeGe was observed. Due to the complexity of the phase diagram in the Al rich part, further investigations are needed in order to yield a proper suggestion on the isopleths as well as to present a liquidus projection. Additional investigations on the magnetic properties of all phases, but especially on the possible superconductivity of the phase tau5 seem promising, as literature reports on extraordinary magnetic properties in TM–X (X = Al, Ga, Si, Ge) systems.

Schlagwörter in Englisch

Aluminides / Ternary alloy systems / High-temperature phase / Phase diagrams / Crystallography / Multiphase intermetallics / Iron aluminides / Phasediagrams

Abstract in Deutsch

In dieser Arbeit wurde im Fe armen Teil des ternären Systems Al–Fe–Ge untersucht. Den neuen ternären Verbindungen, von welchen analoge Strukturen und Zusammensetzungen zu jenen des Systems Al–Fe–Si erwartet wurden, wurde besondere Aufmerksamkeit schenkt. Bisher wurden nur wenige Untersuchungen im ternären System Al–Fe–Ge in der einschlägigen Literatur erwähnt. Berichte über isotherme Schnitte sind nur für Fe-Gehalte über 50 at.% auf der Al Seite, beziehungsweise über 72 at.% auf der Ge Seite, der ternären Phasendiagramme vorhanden. Es sind mehrere Phasen, welche zumeist als metastabil beschrieben werden, in diesem System bekannt. Die zugehörigen Kristallstrukturen, waren jedoch nicht gegeben oder nur aus verfeinerten Röntgen-Pulverdiffraktogrammen gewonnen. Des Weiteren, wird das binäre Phasendiagramm Fe–Ge in der Literatur kontrovers diskutiert. Aus diesem Grund, wurden die betreffenden Ausschnitte der beta- und eta-Phase, im Zuge dieser Arbeit erneut untersucht. Unter Inbetrachtnahme der neu untersuchten eta-Phase des binären Fe–Ge Systems, konnten insgesamt sechs neue Strukturen gefunden werden, welche durch Einkristall-Röntgenstrukturanalyse aufgeklärt wurden. Für eine weitere Phase, wurde ein Strukturvorschlag aus Daten der Röntgen-Pulverdiffraktogrammen erarbeitet; dieser konnte in sämtlichen betreffenden Proben die fehlenden Peaks korrekt beschreiben. Die in der Literatur als amorph beschriebenen Strukturen (tau6 uand tau8), konnten auf Grund ihrer Nachbarschaft und dem Fehlen von passenden Einkristallen, nicht eingehend untersucht werden. Nichtsdestotrotz konnte durch Indizierung der scharfen Reflexe einer der beiden (tau6) Strukturen eine orthorhombische Zelle gefunden werden. Weitere Untersuchungen hinsichtlich der Struktur dieser beiden Phasen und der Phase tau 7, welche Anzeichen von Domänenbildung oder Überstrukturen aufweist, scheinen sinnvoll. Es konnte gezeigt werden, dass strukturelle Beziehungen der neuen ternären Phasen vornehmlich aus dem binären Phasendiagramm Fe–Ge herrühren. Während bei Fe-Gehalten unter 35 at.% Fe, die tetragonalen und pseudo-tetragonalen strukturellen Merkmale der FeGe2 Phase dominieren, wurde gezeigt dass bei Fe-Gehalten zwischen 35 und 55 at.% Fe, die pseudo-hexagonalen Merkmale mit den Phasen Fe6Ge5 und FeGe in Verbindung gebracht werden können. Im Zuge dieser Arbeit wurden Isotherme Schnitte bei 400 ◦C und 800 ◦C erarbeiten. Eine Stabilisierung des kubischen Polymorph von FeGe, hin zu höheren Temperaturen, wurde beobachtet. Auf Grund der Komplexität im Al reichen Teil des Phasendiagramms, sind weitere Untersuchungen notwendig, um die Isopleten sowie eine Liquidusprojektion mit hinreichender Sicherheit beschreiben zu können. Eine Untersuchung der magnetischen Eigenschaften aller Phasen, ins besonders mit Hinblick auf die mögliche Supraleitfähigkeit der Phase tau5 scheinen vielversprechend, da in der einschlägigen Literatur außerordentliche magnetische Eigenschaften in Systemen der Art TM–X (X = Al, Ga, Si, Ge) beschrieben werden.

Schlagwörter in Deutsch

Aluminide / Ternäre Legierungssysteme / Hochtemperatur Phase / Phasendiagramme / Kristallographie / Mehrphasige intermetallischen Verbindungen / Eisenaluminide / Phasendiagramme

Dokumentenart: Hochschulschrift (Masterarbeit)
AutorIn: Reisinger, Gabriel
Titel: Investigations in the aluminium rich part of the ternary phase diagram Al—Fe—Ge
Umfangsangabe: xv, 149 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: Universität Wien
Fakultät: Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Masterstudium Chemie
Publikationsjahr: 2016
Sprache: eng ... Englisch
BetreuerIn: Richter, Klaus
BeurteilerIn: Richter, Klaus
Klassifikation: 35 Chemie > 35.12 Chemische Thermodynamik, Phasenlehre
AC-Nummer: AC13117064
Dokumenten-ID: 40711
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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