Fakultätsbericht 2016-2017

Lehrstuhl für Glaschemie I Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Christian Rüssel Forschungsschwerpunkte Kernkompetenz des Lehrstuhls ist das Erschmelzen von Glas in optischer Qualität und die Herstellung von Glaskeramiken. Neben grundlegenden Themen insbesondere zu Keimbildung und Kristallisation und zu Herstellungs-Struktur-Eigenschaftskorrelation sind neue Materialien für Anwendungen in Optik und Photonik von besonderer Bedeutung.  Fluoreszierende Gläser und Lasergläser, Gläser für Quantum Cutting, Gläser für up-conversion  Neue Gläser und Glaskeramiken mit besonderen mechanischen Eigenschaften  Keimbildung und Kristallisation: erstmals Konzept zur Keimbildung, das die Struktur der Schmelze berücksichtigt; Keimbildungsinhibitoren; Nanokristallisation und gerichtete Kristallisation  Nano Glaskeramik, auch für photonische Anwendungen, z. B. Breitband Infrarotverstärker, up-conversion Materialien. Neue Photo Thermal Refraktive Glasses  Neue Glaskeramiken mit eingestellten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, auch mit Nullausdehnung 82 — FORSCHUNG Glaskeramiken bzw. kristallisierende Glaslote mit sehr hoher thermischer Dehnung werden z. B. zum Fügen von Metallen gebraucht. Dies ist beispiels- weise für Hochtemperaturbrennstoffzellen von entscheidender Bedeutung. Diese hohe thermische Dehnung kann durch Kristallisation von Phasen, wie z.B. von Bariumsilicaten oder Bariumzinksili- caten, erreicht werden. Letztere zeigen eine Pha- senumwandlung bei ca. 280 °C, die unter hoher Volumenzunahme erfolgt. Die Temperatur der Phasenumwandlung kann durch Substitution von ZnO durch MgO, CoO, NiO, CuO oder MnO zu hö- herer Temperatur verschoben werden. Hierdurch können feste Lösungen hergestellt werden, die dann bis zu Temperaturen von 1000 °C einen Aus- dehnungskoeffizienten von 14-15  10 -6 K -1 besitzen. Neue Glaskeramiken mit Nullausdehnung oder sehr hoher thermischer Dehnung Wenn man hingegen BaO durch SrO substitu- iert, wird die Temperatur der Phasenumwandlung zu niedrigeren Temperaturen verschoben und man erhält über weite Temperaturbereiche sehr niedrige, je nach Zusammensetzung auch nega- tive thermische Dehnungen. Eine teilweise Sub- stitution von ZnO durch MgO, CoO, NiO, MnO oder CuO ist weiterhin möglich, ebenso eine Substitution von SiO 2 durch GeO 2 . Trotz Substitu- tion kann auch hier Nullausdehnung erzielt wer- den. Dies sind die ersten neuen negativ dehnenden silicatischen Phasen, die in den letzten 50 Jahren in der Literatur beschrieben wurden. Gegenwärtig werden Arbeiten im Rahmen eines VIP+ Projektes des BMBF durchgeführt, die zum Gegenstand haben, innerhalb von insge- samt zwei Jahren ein marktfähiges Produkt zu erarbeiten. Die Arbeiten sind auf Untersuchungen zur Kristallisation fokussiert. Vor allem durch die Anisotropie der thermischen Ausdehnung muss hierbei eine effektive Keimbildung erfolgen, die zu einem nanokristallinen Gefüge führt. [1] Thieme, C., Rüssel, C. (2016): Very High or Close to Zero Thermal Expansion by the Variation of the Sr/Ba Ratio in Ba1-xSrxZn2Si2O7 Solid Solutions, Dalton Trans. 45, 4888-4895. DOI 10.1039/c5dt04970a. [2] Thieme, C., Schlesier, M., Bocker, C., de Souza, G. B., Rüssel, C. (2016): Thermal Expansion of Sintered Glass Ceramics in the System BaO-SrO-ZnO-SiO2 and its Dependence on the Particle Size, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8, 20212-20219. DOI 10.1021/acsami.6b07353. Abb. 1. EBSD Mapping (IPF-map) einer BaO/SrO/ZnO/ SiO 2 Glaskeramik. Foto: T. Zscheckel.