MgO-C based refractory materials, often used in secondary steel making, are exposed to variouswear mechanisms in its application. The wear could be divided into oxidative, chemical andabrasive categories, all behaving differently and all being influenced by different factors. Dueto the importance of minimizing material loss and to the environmental challenges to run asustainable industry, it is of interest to gain more knowledge of the behavior of the refractorymaterial in use. The present thesis work specifically investigated slag designed of the CaOSiO2-Al2O3-MgO (CSAM) system as well as the chemical and oxidative wear mechanisms ofthree different MgO-C based refractory materials from Höganäs AB, Halmstadverken, whichcontained 5, 10 and 12 wt% carbon (labeled T05, T10 and T12). Different CSAM slags weredesigned to meet certain process criteria such as MgO and CaO saturations and wereinvestigated through thermodynamic calculations using the FactSage software and throughlaboratory scaled slag smelting experiments. The oxidation effect on the refractory material wasalso studied through pre-heating simulations in chamber furnaces, similar to the pre-heating ofa re-built ladle furnace.The thermodynamic calculations made in FactSage 7.0, using the FactPS and FToxid databases, resulted in a few different slag designs with different properties. A few different slagsfulfilled the CaO and MgO saturation limits proposed by Höganäs AB and could be consideredto test experimentally for further evaluation. The simulations also showed trends on how theliquid viscosity behaved with different slag compositions and how the solids content changedwith temperature.The oxidation experiments were performed on the different MgO-C refractory types, where thebricks with 10% carbon also contained Al2O3 antioxidants. The experiments showed that themass loss during the pre-heating is greater for refractory with higher carbon content, withexception to T10, where the mass losses were measured to 3.76 – 4.01%, 1.06 – 1.28% and6.28 – 6.33% for T05, T10 and T12 respectively. Further, the oxidation depth of each materialwas measured to 9-10 mm, 2-3 mm and 2-5 mm for the T05, T10 and T12. The experimentsalso showed that T12 refractory in particular was very susceptible to abrasive wear after beingoxidized.The slag smelting experiments were carried out through two different methods, by melting slagin MgO-C crucibles and by melting pressed slag briquettes on top of refractory bricks. Theformer tests mainly showed that the methodology was not suitable for this type of refractorymaterial due to the crucibles cracking during the experiments. The latter experiments showedsome general behaviour of the different components in the slag, where Ca, Al and Fe stayednear the surface, and Si and Mg penetrated deeper. The spinel formation at the refractory surfacewas then concluded to be the reason for Al not penetrating deeper. Further it was concludedthat no significant difference in refractory dissolution was seen between slags with- and withoutMgO, other than possibly a small increase in refractory dissolution for the latter.

Ce travail porte sur l'étude des propriétés optiques de l'oxyde de zinc (ZnO), matériau semi-conducteur à grand gap. La technique de caractérisation principale de ce travail est la spectroscopie par photoluminescence, technique non destructive permettant d'obtenir des informations relatives à la structure électronique d'un matériau. Après avoir présenté les propriétés du ZnO, de ses alliages, et rappelé quelques principes de base associés à la luminescence des matériaux semi-conducteurs., nous comparerons dans un premier temps les propriétés optiques de différents types de ZnO monocristallin, selon leur mode d'élaboration : matériaux massifs de différentes origines, couches épitaxiées et nanofils. Ces comparaisons ainsi que l'étude des effets sur les spectres de photoluminescence des traitements tels que recuit et passivation nous permettront d'avancer différentes hypothèses quant à l'origine de la luminescence visible dans ce matériau grand gap, sujet encore controversé dans la littérature. Dans un deuxième temps, nous présenterons notre contribution à l'étude du dopage p du matériau, qui est encore aujourd'hui le verrou pour l'obtention de diodes électroluminescentes à base de ZnO. Nous examinerons le problème du dopage intrinsèque de type n et de la compensation, préalable indispensable avant d'aborder le dopage de type p. Le dopage p est traité ici principalement au travers des études optiques d'échantillons implantés et recuits. Plusieurs variantes liées à l'implantation d'azote seront présentées et l'obtention de paires donneur accepteurs clairement mise en évidence pour des conditions de recuit optimisées. La nature des accepteurs présents est discutée par référence aux travaux antérieurs. . / We have studied the optical properties of Zinc Oxide (ZnO), a wide band gap semiconductor material. The main characterization technique used in this work is the photoluminescence spectroscopy, a non destructive technique which gives information about the electronic structure of the material. After presenting the properties of ZnO, its alloys, and reminding some basic principles relative to the luminescence in semiconductor materials, we will compare the optical properties of ZnO single-crystals from different growth methods: bulk material from different origins, epitaxial layers and nanowires. These comparisons and the effects of different treatments (annealing, passivation...) on the PL spectra unable us to emit hypothesis about the origin of the visible luminescence, which is a controversial subject in the literature. Secondly, we will present our contribution to the study of the p doping of ZnO, which is indispensable for device applications based on the p–n junction. We will take a look at the n type intrinsic doping problem before examining the p type doping. We investigate here p type doping through optical studies of implanted and annealed samples. We present here some variants of nitrogen implantation and the presence of donor acceptor pairs has been proven, leading to the optimization of the annealing conditions. Nature of the acceptors is discussed with the literature.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung des genetischen Starrkörper-Algorithmus (rigid body genetic algorithm, RGBA), und seine Anwendung zur Untersuchung der Kohlenwasserstoff-Adsorption auf der MgO (001) Oberfläche. Die RBGA Methode ist ein modifizierter hybrid-genetischer Algorithmus mit Starrkörper-Optimierung im lokalen Optimierungsschritt. Diese Modifikation führt zu einer großen Vereinfachung des Optimierungsproblems und ermöglicht damit, eine große Anzahl von möglichen Konfigurationen zu analysieren. Die zentrale Annahme der Methode ist, dass die einzelnen Teile des Systems (starrer Körper) während der gesamten globalen Optimierung nicht ihre interne Konfiguration ändern. Daher ist diese Methode ein geeignetes Werkzeug, um Phänomene wie Adsorption zu studieren, in dem alle Teilsysteme - Oberfläche und einzelne Moleküle - ihre interne Struktur bewahren. Der Algorithmus ermöglicht das Auffinden der globalen Minima für die Starrkörper, die dann im nächsten Schritt vollständig optimiert („relaxiert“) werden, um Verformungen aufgrund der Entspannung der Oberfläche und des Adsorbats auszumachen. / The present work was concentrated on developing the Rigid Body Genetic Algorithm (RBGA), and applying it to investigate the hydrocarbon adsorption on the MgO(001) surface. The RBGA method is a modified hybrid genetic algorithm with rigid body optimization at the local optimization step. The modification allows for a vast simplification of the optimization problem, and, in turn, to search a large number of possible configuration. The key assumption of the method is that individual parts of the system (rigid bodies) do not change their internal configuration throughout the global optimization. Therefore, this method is a perfect tool to study phenomena like adsorption, where all the subsystems – surface and individual molecules – preserve their internal structure. The algorithm allows to obtain global minima, which then can be fully optimized and to account for deformations due to the relaxation of the surface and adsorbate molecules.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-03-11T20:36:23Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) THAYS ALLANA OLCOSKI.pdf: 2638999 bytes, checksum: 786ecaaa8b03350890f4a8a81ad27819 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-03-11T20:36:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) THAYS ALLANA OLCOSKI.pdf: 2638999 bytes, checksum: 786ecaaa8b03350890f4a8a81ad27819 (MD5) Previous issue date: 2018-10-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A mulita é a única fase cristalina formada no sistema SiO2-Al2O3, sendo um material refratário, com elevado ponto de fusão, excelente resistência ao choque térmico, resistividade elétrica e baixa condutividade térmica. Pode ser usada tanto em aplicações tradicionais quanto avançadas. Para a sua obtenção são necessárias elevadas temperaturas e longos tempos de sinterização, devido a necessidade de alta energia de ativação para ocorrer a difusão dos íons na rede da mulita. Para otimizar o processo, pode ser usado precursores em pó com tamanho de grãos submicrométricos ou usar aditivos de sinterização. Neste estudo foi usado como aditivo o MgO, para obter a mulita por sinterização reativa, a partir da mistura de Al(OH)3 e SiO2 coloidal, e da mistura de Al2O3 e SiO2 coloidal. Para verificar o seu efeito na mulitização e sinterização da mulita nessas composições, foram adicionadas 0,8; 1,6; 2,4; 3,1 e 3,9 % em peso de MgO. As composições foram sinterizadas à 1350, 1450 e 1550 ºC por 4 horas. Inicialmente as composições foram analisadas por dilatometria e análise térmica diferencial e termogravimétrica. E após sinterização foram analisadas por difração de raios X, fluorescência de raios X, medidas de densidade e porosidade aparentes, microscopia eletrônica de varredura, resistência à flexão em três pontos e espectroscopia de impedância. Pelos resultados obtidos, observou-se que a adição de MgO reduziu a temperatura de mulitização e a temperatura de sinterização das composições estudadas, de 1400 ºC para em torno de 1350 ºC. Além disso, observou-se que, quanto maior o teor de MgO e a temperatura de sinterização, maiores e mais anisotrópicos são os grãos de mulita formados e maior é a sua resistência a flexão. Sendo que a composição M5 sinterizada à 1550 ºC obteve o maior valor de resistência de 28 MPa. Houve uma redução drástica da porosidade à 1450 e 1550 ºC, ao contrário do que ocorreu à 1350 ºC, podendo ser observado nas imagens de MEV e pelos valores de porosidade aparente. Sendo que a composição M5 sinterizada à 1550 ºC obteve o menor valor de porosidade de 2 %, sendo que a composição M0 sinterizada na mesma temperatura obteve 13,1 %. As composições derivadas da mistura com alumina, obtiveram microestruturas mais densas, com menor porosidade e maior resistência à flexão. A composição MA1 sinterizada à 1450 ºC, obteve o maior valor de resistência no valor de 65,2 MPa, devido ao aparecimento da fase vítrea, que reforçou a sua microestrutura. Com o aumento da quantidade de MgO, houve a formação da fase espinélio, juntamente com a mulita, restando ainda α-alumina residual em algumas composições. No ensaio de espectroscopia de impedância, obteve-se apenas um semicírculo na representação de Nyquist, associado a contribuição apenas do interior do grão, com uma capacitância em torno de 10-11-10- 12 F. Notou-se que a condutividade elétrica do material é dependente da temperatura de ensaio, que quanto maior a temperatura maior a condutividade. Além do que, o aparecimento de fases como, espinélio, alumina e fase vítrea favoreceram a resistividade elétrica do material, consideravelmente. / The mullite is the only crystalline phase formed in the SiO2-Al2O3 system, being a refractory material with high melting point, excelente resistance to termal shock, electrical resistivity and low termal conductivity. It can be used traditional and advanced applications. High temperatures and long sintering times are required due to the high activation energy required to diffuse the ions in the mullite network. To optimize the process, power precursors with submicron grain size or using sintering additives. In this study, MgO was used to obtain the reactive sintering mullite from the mixture of Al(OH)3 and coloidal SiO2, and the mixture of Al2O3 and coloidal SiO2. To verify its effect on mulitization and sintering of mullite in these compositions, 0,8; 1,6; 2,4; 3,1 and 3,9 wt% MgO were added. The compositions were sintered at 1350, 1450 and 1550 ºC for 4 hours. Initially the compostions were analyzed by dilatometry and differential termal and thermogravimetric analysis. After sintering, they were analyzed by X ray diffraction, X ray fluorescence, apparent density and porosity measurements, scanning eléctron microscopy, three-point flexural strength and impedance spectroscopy. From the obtained results, it was observed that the addition of MgO reduced the mulitization temperature and the sintering temperature of the compositions studied, from 1400 ° C to around 1350 ° C. In addition, it has been observed that the higher the MgO contente and the sintering temperature, the larger and more anisotropic the mullite grains are formed and the greater their flexural strength. The composition M5 sintered at 1550 ºC obtained the highest resistance value of 28 MPa. There was a drastic reduction of porosity at 1450 and 1550 ºC, contrary to what happened at 1350 ºC, which can be observed in the SEM images and the values of apparent porosity. In which the composition M5 sintered at 1550 ºC obtained the lowest porosity value of 2%, and the composition M0 sintered at the same temperature obtained 13,1%. The composition MA1 sintered at 1450 ºC, obtained the highest value of resistance in the value of 65,2 MPa, due to the appearance of the glassy phase, which reinforced its microstructure. With the increase of the amount of MgO, there was formation of the spinel phase, together with the mullite, remaining residual α-alumina in some compositions. In the impedance spectroscopy test, only a semicircle was obtained in the Nyquist representation, associated with the contribution of only the interior of the grain, with a capacitance around 10-11-10-12 F. It was noted that the electrical conductivity of the material is dependent on the test temperature, that the higher the temperature the higher the conductivity. In addition, the appearance of phases such as spinel, alumina and vitreous phase favored the electrical resistivity of the material, considerably.

<p>A new NO_x sensor for high-temperature applications has been developed and thouroghly characterised. The sensor layers are a mixed oxide of CoO, MgO and MgO₂ deposited by thermal evaporation with a porous platinum gate on top, deposited by thermal evaporation or sputtering. The sensitivity and selectivity of the sensor is promising and is shown to depend upon the ratio between Co and Mg in the film and a number of competing mechanisms are shown to take place on the sensor surface. Response and recovery of the device is still slow and there are some drift, which are suggested to be due to a restructuring sensor surface during operation that was found by SEM-studies. Finally,the oxide surface has been characterized by XPS and a novel process for deposition of the sensor layers by lift-off technique has been developed.</p>

A new NOx sensor for high-temperature applications has been developed and thouroghly characterised. The sensor layers are a mixed oxide of CoO, MgO and MgO2 deposited by thermal evaporation with a porous platinum gate on top, deposited by thermal evaporation or sputtering. The sensitivity and selectivity of the sensor is promising and is shown to depend upon the ratio between Co and Mg in the film and a number of competing mechanisms are shown to take place on the sensor surface. Response and recovery of the device is still slow and there are some drift, which are suggested to be due to a restructuring sensor surface during operation that was found by SEM-studies. Finally,the oxide surface has been characterized by XPS and a novel process for deposition of the sensor layers by lift-off technique has been developed.

In dieser Arbeit wurde die Textur- und Mikrostrukturentwicklung von MgO bei der ionenstrahlunterstützten Laserdeposition auf amorphen Substraten untersucht. Das Wachstum der Schichten wurde in-situ mit Hilfe der hochenergetischen Elektronenbeugung verfolgt. Eine Auswertung der Beugungsaufnahmen ermöglicht qualitative und quantitative Aussagen zur Texturausbildung während des Wachstums. Anschließend erfolgte eine Charakterisierung mit Röntgenmethoden, mit dem AFM und dem REM. Zur Untersuchung aktiver Mechanismen wurden ergänzende Experimente an MgO-Einkristallen durchgeführt. Bei der Abscheidung von MgO auf amorphen Substraten ohne Ionenstrahlunterstützung können zwei Temperaturbereiche unterschieden werden. Unterhalb von 250°C entwickelt sich aus einer amorphen Keimschicht eine &amp;lt;110&amp;gt;-Fasertextur. Oberhalb dieser Temperatur wird in der Keimbildung eine &amp;lt;100&amp;gt;-Fasertextur beobachtet. Mit wachsender Schichtdicke führt ein Texturwechsel zu einer &amp;lt;111&amp;gt;-Fasertextur. Als treibende Kraft für diesen Prozeß werden innere Spannungen angesehen. Bei Verwendung eines unterstützenden Ionenstrahls findet eine orientierte Keimbildung statt, bei der biaxiale Texturen in einer Schichtdicke unterhalb von 10 nm ausgebildet werden. Unterhalb von 250°C werden Texturkomponenten mit einer &amp;lt;100&amp;gt;-Richtung parallel zum Ionenstrahl bevorzugt. Oberhalb dieser Schwellentemperatur wurde bei einem Ioneneinfallswinkel zwischen 35° und 55° und Ionenenergien zwischen 400 und 800 eV eine Würfeltextur mit einer &amp;lt;110&amp;gt;-Richtung parallel zum Ionenstrahl auf verschiedenen amorphen und glatten Substraten gefunden. Der optimale Ioneneinfallswinkel liegt bei einem Winkel von 45°, wobei Würfeltexturen mit in-plane Halbwertsbreiten von &amp;lt; 21° erreicht. Ursache für die in-plane Texturierung ist eine anisotrope Sputterrate, die bei Experimenten an MgO-Einkristallen gefunden wurde. Ein Vergleich mit molekulardynamischen Simulationen zeigt, daß entlang der &amp;lt;110&amp;gt;-Richtung ein Channeling möglich ist. Da in diesem Temperaturbereich die &amp;lt;100&amp;gt;-Richtung parallel zur Substratnormalen thermodynamisch bevorzugt ist, werden auf Grund des Channeling Keime mit einer &amp;lt;110&amp;gt;-Richtung parallel zum Ionenstrahl weniger gestört als anders orientierte Körner und dominieren so die Oberflächentextur. Oberhalb einer Schichtdicke von ca. 5 nm wird eine Texturänderung beobachtet, die zu Komponenten mit einer &amp;lt;100&amp;gt;-Richtung parallel zum Ionenstrahl führt und für die die starke Anisotropie der Sputterrate verantwortlich gemacht werden kann. In Experimenten an Einkristallen wurde das Minimum der Sputterrate für eine Ausrichtung der &amp;lt;100&amp;gt;-Richtung parallel zum Ionenstrahl gefunden. Auslöser für die Texturänderung ist der Einbau von Defekten auf Grund der Ionenstrahlunterstützung. Dadurch entstehen Subkörner mit einer breiten out-of-plane Orientierungsverteilung, aus denen über eine sputterbedingte Wachstumsauslese Körner mit einem minimalen Winkel zwischen Ionenstrahl und &amp;lt;100&amp;gt;-Richtung bevorzugt werden. Diese Argumentation wird zusätzlich durch eine beobachtete Zunahme von Korngröße und Rauhigkeit gestützt. Um dickere, würfelorientierte Schichten zu erhalten, muß die Keimschicht epitaktisch weitergewachsen werden. Voruntersuchungen an Einkristallen zeigten, daß mit PLD eine Homoepitaxie ab einer Temperatur von 300°C möglich ist. Allerdings wurde bei der Deposition auf würfelorientierten MgO-Keimschichten ein Texturwandel zu &amp;lt;111&amp;gt;-Fasertexturen beobachtet. Als Ursache kommen Spannungen oder eine schlechter Bedeckungsgrad der würfelorientierten Bereiche in Frage. Die epitaktische Deposition anderer Oxide führte nicht zum Erfolg. Das auf die MgO-Keimschicht direkt deponierte YBCO wies dagegen eine biaxiale Textur mit einer Halbwertsbreite von ca. 40° auf. In Vergleichsexperimenten mit TiN wurde in der Keimbildung ebenfalls eine Würfelorientierung gefunden. Dies weist darauf hin, daß die beobachteten Mechanismen der Texturentwicklung auf andere Substanzen mit NaCl-Struktur verallgemeinert werden können.

Dans le manuscrit, nous étudions l’impact des défauts sur le transport électronique dépendant du spin dans les jonctions tunnel magnétiques (JTM). Ces études ont été effectuées sur des hétérostructures possédant des barrières tunnel composé de SrTiO3, TiO2 et de MgO. Dans le cas des deux premières structures, nous montrons comment l’oxydation à l’interface induit réduction très prononcée de la magnétorésistance tunnel (TMR). Dans le cas du MgO, des études optiques sur les états induits par les défauts dans la barrière isolante ont été effectué. Nous avons montré qu’il est possible de contrôler la densité de certain type de défaut (lacune d’oxygène) en altérant les conditions de dépôts du MgO. Les études électriques et optiques effectué sur ces échantillons permettent de remonter à l’énergie des défauts au sein de la barrière. Les méthodes d’analyses des mesures électrique Î (I chapeau), qui représente la variation relative ou absolue du courant électrique en fonction de la température, permet de définir différents régime de transport à travers les jonctions CoFeB/MgO/CoFeB. Le régime intrinsèque observé à basse température s’explique par les effets de structure de bande du CoFeB et du MgO (filtrages des électrons de différente symétrie par la barrière de MgO), tandis que le régime « extrinsèque » observé aux températures intermédiaires résulte d’une activation thermique progressive des lacunes d’oxygène et est accompagné d’une réduction de la résistance ainsi que du signal TMR. Nous avons également montré dans des études préliminaires qu’une excitation optique des défauts a un impact sut le magnéto-transport. / In the manuscript it is presented how the spin-polarized transport across magnetic tunnel junctions (MTJ) is affected by presence of structural defects within the barrier and at its interfaces. Studies concern structures incorporating SrTiO3, TiO2 and MgO insulators. In case of the first two structures it is shown how interfacial oxidation results in the drastically reduced value of the tunnelmagnetoresistance (TMR). In case of the MgO barrier, extensive studies on defect sites within the crystalline network of the insulator are performed. It is shown that one may control density of certain types of oxygen vacancies by altering growth conditions of the MgO layer. Further electrical and optical studies give insight into energetical positioning of these defect sites. Extension of the Î magnetotransport analysis method from the ‘absolute’ to the ‘relative’ case reveals several regimes of transport across CoFeB/MgO/CoFeB junctions. The low-temperature ‘intrinsic’ regime is attributed exclusively to the band structure effects of the CoFeB electrodes, whereas the mid- to room-temperature ‘extrinsic’ regimes result from the gradual incidence of thermally activated defect sites on the spin-polarized transport, which is accompanied by an increased reduction of both the resistance and the TMR signal. Initial experiments show that optical excitation of the defect sites has a crucial impact on the magnetotransport.

In dieser Arbeit wurde die Textur- und Mikrostrukturentwicklung von MgO bei der ionenstrahlunterstützten Laserdeposition auf amorphen Substraten untersucht. Das Wachstum der Schichten wurde in-situ mit Hilfe der hochenergetischen Elektronenbeugung verfolgt. Eine Auswertung der Beugungsaufnahmen ermöglicht qualitative und quantitative Aussagen zur Texturausbildung während des Wachstums. Anschließend erfolgte eine Charakterisierung mit Röntgenmethoden, mit dem AFM und dem REM. Zur Untersuchung aktiver Mechanismen wurden ergänzende Experimente an MgO-Einkristallen durchgeführt. Bei der Abscheidung von MgO auf amorphen Substraten ohne Ionenstrahlunterstützung können zwei Temperaturbereiche unterschieden werden. Unterhalb von 250°C entwickelt sich aus einer amorphen Keimschicht eine &amp;lt;110&amp;gt;-Fasertextur. Oberhalb dieser Temperatur wird in der Keimbildung eine &amp;lt;100&amp;gt;-Fasertextur beobachtet. Mit wachsender Schichtdicke führt ein Texturwechsel zu einer &amp;lt;111&amp;gt;-Fasertextur. Als treibende Kraft für diesen Prozeß werden innere Spannungen angesehen. Bei Verwendung eines unterstützenden Ionenstrahls findet eine orientierte Keimbildung statt, bei der biaxiale Texturen in einer Schichtdicke unterhalb von 10 nm ausgebildet werden. Unterhalb von 250°C werden Texturkomponenten mit einer &amp;lt;100&amp;gt;-Richtung parallel zum Ionenstrahl bevorzugt. Oberhalb dieser Schwellentemperatur wurde bei einem Ioneneinfallswinkel zwischen 35° und 55° und Ionenenergien zwischen 400 und 800 eV eine Würfeltextur mit einer &amp;lt;110&amp;gt;-Richtung parallel zum Ionenstrahl auf verschiedenen amorphen und glatten Substraten gefunden. Der optimale Ioneneinfallswinkel liegt bei einem Winkel von 45°, wobei Würfeltexturen mit in-plane Halbwertsbreiten von &amp;lt; 21° erreicht. Ursache für die in-plane Texturierung ist eine anisotrope Sputterrate, die bei Experimenten an MgO-Einkristallen gefunden wurde. Ein Vergleich mit molekulardynamischen Simulationen zeigt, daß entlang der &amp;lt;110&amp;gt;-Richtung ein Channeling möglich ist. Da in diesem Temperaturbereich die &amp;lt;100&amp;gt;-Richtung parallel zur Substratnormalen thermodynamisch bevorzugt ist, werden auf Grund des Channeling Keime mit einer &amp;lt;110&amp;gt;-Richtung parallel zum Ionenstrahl weniger gestört als anders orientierte Körner und dominieren so die Oberflächentextur. Oberhalb einer Schichtdicke von ca. 5 nm wird eine Texturänderung beobachtet, die zu Komponenten mit einer &amp;lt;100&amp;gt;-Richtung parallel zum Ionenstrahl führt und für die die starke Anisotropie der Sputterrate verantwortlich gemacht werden kann. In Experimenten an Einkristallen wurde das Minimum der Sputterrate für eine Ausrichtung der &amp;lt;100&amp;gt;-Richtung parallel zum Ionenstrahl gefunden. Auslöser für die Texturänderung ist der Einbau von Defekten auf Grund der Ionenstrahlunterstützung. Dadurch entstehen Subkörner mit einer breiten out-of-plane Orientierungsverteilung, aus denen über eine sputterbedingte Wachstumsauslese Körner mit einem minimalen Winkel zwischen Ionenstrahl und &amp;lt;100&amp;gt;-Richtung bevorzugt werden. Diese Argumentation wird zusätzlich durch eine beobachtete Zunahme von Korngröße und Rauhigkeit gestützt. Um dickere, würfelorientierte Schichten zu erhalten, muß die Keimschicht epitaktisch weitergewachsen werden. Voruntersuchungen an Einkristallen zeigten, daß mit PLD eine Homoepitaxie ab einer Temperatur von 300°C möglich ist. Allerdings wurde bei der Deposition auf würfelorientierten MgO-Keimschichten ein Texturwandel zu &amp;lt;111&amp;gt;-Fasertexturen beobachtet. Als Ursache kommen Spannungen oder eine schlechter Bedeckungsgrad der würfelorientierten Bereiche in Frage. Die epitaktische Deposition anderer Oxide führte nicht zum Erfolg. Das auf die MgO-Keimschicht direkt deponierte YBCO wies dagegen eine biaxiale Textur mit einer Halbwertsbreite von ca. 40° auf. In Vergleichsexperimenten mit TiN wurde in der Keimbildung ebenfalls eine Würfelorientierung gefunden. Dies weist darauf hin, daß die beobachteten Mechanismen der Texturentwicklung auf andere Substanzen mit NaCl-Struktur verallgemeinert werden können.

Steel industries consume refractory materials on a large scale. High temperature resistant refractory materials are essential for linings of the steelmaking vessels, to protect them from corrosive environments, high temperatures, molten steels and slags during transportation and steelmaking operations. Furthermore, with the increasing demand in steel production the usage of refractory materials has substantially increased, resulting in an increasing demand for refractory raw materials. However, with the hike in prices and abundancy for raw materials there is a need for recycling and reusing of spent refractory materials, which are otherwise sent to landfill. Nowadays the environmental as well as economic aspect regarding the recycling of spent refractories are of interest for the steel industries for achieving a solution towards zero waste. Several projects have been launched to investigate and generate new ideas with different ways to recycle refractory materials, but there is much more research and planning that needs to be done in order to find a large scale solution towards achieving zero waste. One of the simplest solutions to avoid landfilling of spent refractory is to introduce and manage a good sorting of the breakout scrap refractory, which can later be recycled or reused depending on their condition. The thesis work was carried out in collaboration of KTH – The Royal Institute of Technology/ Stockholm/ Sweden and Jernkontoret – The Swedish Steelmaking Association / Stockholm / Sweden. The work includes a collection of information regarding the current refractory waste management situation within some of the Swedish steel producers as Ovako AB, Uddeholm AB and SSAB. The information were collected on the basis of their refractory usage and practises. The thesis as well provides some suggestions for recycling and reusing of spent refractory waste materials collected from literature. Additionally some experimental work was carried out on whether an MgO-C refractory brick made of recycled materials can perform similarly against slag as a brick made from virgin materials. Experimental corrosion trials with one industrial slag composition were carried out using a hot-finger test apparatus for bricks with different amounts of recycling content in comparison to a brick made of virgin materials. After experiments, the samples were analysed using a Light Optical Microscope (LOM). A similar performance of all bricks against the slag composition was observed. Additional laboratory tests with different slag compositions, holding times and stirring rates are required to reach more profound conclusions. Industrial trials are essential with bricks containing recycled raw materials to reach a final performance status. / Stålindustrin konsumerar eldfasta material i stor skala. Högtemperatur resistenta eldfasta material är nödvändiga för att fodra skänkugnen, för att skydda den från frätande miljöer, höga temperaturer av smält stål och slagg, samt transport och blandning av smält stål under ståltillverkning. Vidare har användningen av eldfasta material ökat avsevärt med den ökande efterfrågan inom stålproduktion, vilket har resulterat i en ökande efterfrågan på eldfasta råvaror. Men i och med prishöjningen och avhållsamheten för råvaror behövs en idé om återvinning och återanvändning av eldfasta material som annars skickas till deponi. Numera är den miljömässiga och ekonomiska aspekten av återvinning av förbrukade eldfasta ämnen av intresse för stålindustrin för att kunna nå en lösning mot zero waste. Flera projekt har påbörjats för att undersöka och generera nya idéer med olika sätt att återvinna eldfasta material, men det finns mycket mer forskning och planering som behöver göras för att hitta en storskalig lösning mot netto noll avfall. En av de enklaste lösningarna för att undvika deponering av använt eldfast material är att införa och hantera en bra sortering av använt eldfast avfall, som senare kan återvinnas eller återanvändas beroende på dess tillstånd. Avhandlingsarbetet utfördes i samarbete med KTH – Kungliga tekniska högskolan / Stockholm / Sverige och Jernkontoret – Svenska stålföreningen / Stockholm / Sverige. Informationen samlades in angående användning och praxis av eldfasta material. Avhandlingen innehåller också några förslag för återvinning och återanvändning av använt eldfast avfall som samlats in från litteraturen. Dessutom utfördes experiment för huruvida en eldfast infodring av återvunnen MgO-C kan motstå reaktioner mot slagg som en infodring tillverkad av ny utvunna råvaror. Experimentella korrosionsförsök med en industriell slaggkomposition utfördes av en ugn designad för hot finger test för eldfasta material gjorda av olika mängd återvunnet material samt inget återvunnet material alls. Efter experimenten analyserades proverna med ett ljusoptiskt mikroskop (LOM). En liknande prestanda för alla tegelstenar mot slaggkompositionen observerades. Ytterligare laboratorietester med olika slaggkompositioner, hålltider och omrörningshastigheter krävs för att nå en djupare slutsats. Industriella försök är väsentliga med eldfast tegel som innehåller återvunna råvaror för att kunna nå en slutlig prestandastatus.