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Properties of the Laves phase C14 (MgZn2) in the quaternary system Al-Fe-Si-Ti

Berger, Patric (2016) Properties of the Laves phase C14 (MgZn2) in the quaternary system Al-Fe-Si-Ti.
Masterarbeit, Universität Wien. Fakultät für Chemie
BetreuerIn: Richter, Klaus

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-20890.31109.277270-1
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Abstract in Englisch

In order to characterize the homogeneity range of the Laves phase Fe2Ti (C14) in the quaternary system Al-Fe-Si-Ti three partial isothermal sections at 900 °C, at constant titanium concentrations of 20, 25 and 33.3 at.%, were investigated by powder X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy. Additionally, the dependence of the site occupancies on the composition of the Laves phase Fe2Ti by addition of Si, respectively, Al and Si was studied by Rietveld refinement of powder diffraction data for the quaternary system Al-Fe-Si-Ti as well as the ternary system Fe-Si-Ti. The lattice parameters a and c as well as the corresponding volume of the Laves phase was investigated with regard to the solubility of Si and Al. The homogeneity range of the Laves phase Fe2Ti in the quaternary system Al-Fe-Si-Ti at the 33.3 at.% Ti-section is limited by the according ternary homogeneity ranges of the Al-Fe-Ti and the Fe-Si-Ti systems at 900 °C and an approximately linear phase boundary through the quaternary system. The spatial extent towards the titanium-poor side was observed to be around 4 at.%, i.e. to a composition of around 29 at.% Ti. In the 25 at.% Ti-section, the Laves phase can only be found in two-, three- and four-phase equilibria. The lattice parameters a and c, as well as the volume of the Laves phase Fe2Ti in the quaternary system Al-Fe-Si-Ti increase with increasing concentrations of aluminium and silicon, with a ratio of 1:1 at the 33.3 at.% Ti-section. These results are in good agreement with the data of the ternary system Al-Fe-Ti [51]. Compared to the ternary system Fe-Si-Ti, where the lattice parameter a increases with increasing amounts of silicon, while the lattice parameter c as well as the volume is decreasing with increasing amounts of the other element, a reverse trend was observed. Investigations on the dependence of the site occupancies on the composition of the Laves phase Fe2Ti in the quaternary system Al-Fe-Si-Ti by addition of aluminium and silicon, with a ratio of 1:1, showed a slight deviation from linearity. Thereby, a positive deviation for the substitution of the 2a iron position by (Al+Si) was observed, while the 6h iron position shows a negative deviation from linearity. This phenomenon was also presented for the substitution of silicon for the two iron positions 2a and 6h in the ternary system Fe-Si-Ti.

Schlagwörter in Englisch

Laves phase / quaternary system / Al-Fe-Si-Ti / lattice parameters / homogeneity range

Abstract in Deutsch

Um den Homogenitätsbereich der Laves Phase Fe2Ti (C14) im quaternären Phasensystem Al-Fe-Si-Ti zu charakterisieren, wurden drei partielle isotherme Schnitte bei 900 °C und konstanten Titankonzentrationen von 20, 25 und 33.3 at.% mittels Röntgenpulverdiffraktometrie, Elektronenmikroskopie und optischer Mikroskopie untersucht. Zusätzlich wurden der Trend für die Besetzung der drei kristallographischen Gitterplätze 2a, 6h und 4f der Einheitszelle der Laves Phase Fe2Ti mit zunehmender Löslichkeit von Silizium bzw. Aluminium und Silizium durch Rietveldverfeinerung von Pulverdaten für die Phasensysteme Al-Fe-Si-Ti und Fe-Si-Ti charakterisiert. Auch die Abhängigkeit der Gitterparameter a und c, sowie das daraus resultierende Volumen wurde in Hinblick auf die Löslichkeit von Silizium bzw. Aluminium und Silizium dargelegt. Der Homogenitätsbereich der Laves Phase Fe2Ti im quaternären System Al-Fe-Si-Ti bei einem konstanten Titangehalt von 33.3 at.% kann mit Hilfe der Löslichkeiten für Aluminium und Silizium aus den entsprechenden ternären Phasensystemen Al-Fe-Ti und Fe-Si-Ti, sowie durch eine leicht gekrümmte Phasengrenze durch das quaternäre System beschrieben werden. Die räumlich Ausbreitung der Laves Phase Fe2Ti in Richtung der Titan-armen Seite des Zusammensetzungstetraeders liegt in einem Bereich von etwa 4 at.%, d.h. sie erstreckt sich bis zu einer Zusammensetzung von ca. 29 at.% Ti. Im partiellen isothermen Schnitt bei 25 at.% Titan wurde die Laves Phase ausschließlich in zwei-, drei- und vier-Phasengleichgewichten gefunden. Die Gitterparameter a und c, sowie das daraus resultierende Volumen der Laves Phase Fe2Ti steigen mit zunehmender Konzentration von Aluminium und Silizium (im Verhältnis 1:1), im partiellen isothermen Schnitt bei 33.3 at.% Titan an. Die erhaltenen Ergebnisse des quaternären Systems Al-Fe-Si-Ti korrelieren gut mit den Resultaten für das ternäre Phasensystem Al-Fe-Ti [51]. Im ternären System Fe-Si-Ti steigt der Gitterparameter a der Laves Phase mit zunehmendem Siliziumgehalt an, wobei ein genau umgekehrtes Verhalten für den Gitterparameter c und das Volumen beobachtet wird. Es hat sich gezeigt, dass die kristallographischen Gitterplätze der Einheitszelle der Laves Phase im quaternären System Al-Fe-Si-Ti durch die Zugabe von Aluminium und Silizium nicht linear besetzt werden. Die Aluminium- und Siliziumatom substituieren bevorzugt die 2a Eisenposition verglichen mit der 6h Eisenposition. Im ternären System Fe-Si-Ti wurde das selbe Phänomen für die Substitution von Siliziumatomen auf die zwei Eisenpositionen 2a und 6h beobachtet.

Schlagwörter in Deutsch

Laves Phase / quaternäres System / Al-Fe-Si-Ti / Gitterparameter / Homogenitätsbereich

Dokumentenart: Hochschulschrift (Masterarbeit)
AutorIn: Berger, Patric
Titel: Properties of the Laves phase C14 (MgZn2) in the quaternary system Al-Fe-Si-Ti
Umfangsangabe: IV, 98 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 > 35.90 Festkörperchemie
35 Chemie > 35.40 Anorganische Chemie: Allgemeines
AC-Nummer: AC13433316
Dokumenten-ID: 42693
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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