Mittels reaktivem Magnetron-Sputtern hergestellte Indium-Zinn-Oxid-Dünnschichten wurden mit den Methoden der Röntgendiffraktometrie und Röntgenreflektometrie charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Wahl des Arbeitspunktes bei der Schichtabscheidung erheblichen Einfluss auf Kristallitorientierung, Gitterkonstante und Größe der Schichtspannung hat. Zusätzlich wurden mittels des Langford-Verfahrens Korngröße und Mikrospannungen bestimmt. Im Rahmen der röntgenografischen Spannungsmessung zeigten sich nichtlineare Verläufe der Dehnung über sin²Ψ, die mit dem Kornwechselwirkungsmodell nach Vook und Witt erklärt werden.

Zinn- und Zinnlegierungsschichten wurden mittels einer Magnetronquelle auf CuSn6- Substrate aufgebracht. Durch Wahl geeigneter Legierungspartner (Al. Ti), die galvanisch nicht abscheidbar sind, konnten Schichtwerkstoffe mit neuen Eigenschaften hergestellt und hinsichtlich einer Eignung als Kontaktveredelung geprüft werden. Verantwortlich dafür ist eine Umwandlung der grobkristallinen, durch säulenförmige Kristallite geprägten in eine feinkristalline dichte, zur Oberfläche parallel orientierte Struktur.

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Techn. Universiẗat, Diss.--Berlin, 2007.

Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diss., 2009

Chemnitz, Techn. Univ., Diss., 1998.

Das Forschungsgebiet der Zinnchemie erstreckt sich über viele Teilbereiche. Dabei wurde den gemischtvalenten Zinnverbindungen bisher wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Beim Beginn dieser Arbeit war nur eine geringe Anzahl dieser Verbindungen bekannt, welche allesamt Zufallsfunde und nicht Produkte gezielter Synthesen darstellten. Analysiert man diese Verbindungen im Hinblick auf ihren strukturellen Aufbau, so fallen sofort verschiedene molekulare anorganische und organische Bausteine ins Auge, die solche gemischtvalenten Verbindungen prägen. Durch eine Verallgemeinerung diese Bausteine, zeichnet sich ein generelles Aufbauprinzip ab, das durch verwandte oder konzeptionell neue Bausteine leicht erweitert werden kann und damit wie mit einem molekularen LEGO-Baukasten die Möglichkeit eröffnet, neue gemischtvalente Zinn(II)-Zinn(IV)-Verbindungen zu planen und gezielt herzustellen. In diesem Sinne wurden in der vorliegenden Arbeit als Basisbausteine mit vierwertigem Zinn die Verbindungen 4-Trimethylstannylpyridin, Me3SnPy, 1.1, und 4 Trimethyl-stannylpyridin-N-oxid, Me3SnPyNO, 1.2, hergestellt, die - je nach Reaktionsbedingungen bzw. Reaktionsmedium - als Komplexliganden oder Brønsted-Base gegenüber Zinn(II)-Bausteinen in den angestrebten gemischtvalenten Verbindungen fungieren sollten. Um die für die diese Umsetzungen erforderlichen Reaktionsbedingungen zu ermitteln, war es erforderlich, zum einen das Reaktionsverhalten der Stammverbindungen gegenüber Zinn(II)-Bausteinen und zum anderen die Lewis-Base- bzw. Brønsted-Base-Reaktivität der Basisverbindungen zu bestimmen. Im Rahmen der Untersuchungen zur Brønsted-Base-Funktionalität von Pyridin-Derivaten als Stammverbindung konnten zwei neue Verbindungen isoliert und strukturell charakterisiert werden. Auf den Erfahrungen mit den Stammverbindungen aufbauend gelang anschließend mit der Basisverbindung 1.1 die gezielte Synthese der gemischtvalenten, ionisch aufgebauten, organisch-anorganischen Zinn(IV)-Zinn(II)-Verbindung. Zur Überprüfung der Lewis-Base-Funktionalität der Basisverbindungen 1.1 und 1.2 gegenüber Zinn(IV)-Lewis-Säuren wurde exemplarisch deren Komplexbildung mit Trimethylzinn(IV)-halogeniden, Me3SnHal, und Dimethylzinn(IV)-dihalogeniden, Me2SnHal2, näher untersucht. Vor dieser Arbeit lagen als Lewis-Säure-Lewis-Base-Komplexen zwischen Zinn(II)-halogeniden und einzähnigen Lewis-Basen nur ca. 40 strukturell beschriebene Komplexe vor. Diese geringe Anzahl führte zu einer notwendigen und grundlegenden Erforschung der Reaktionsbedingungen für eine erfolgreiche Komplexbildung zwischen Zinn(II)-halogeniden und einzähnigen Lewis-Basen. Um eine Grundlage für die Komplexbildung zwischen Zinn(II)-halogeniden und den Basisbausteinen 1.1 und 1.2 zu schaffen, wurden hierfür verschiedene Pyridin- bzw. Pyridin-N-oxid-Derivate exemplarisch als Lewis-Basen ausgewählt. Dabei konnten insgesamt fünfzehn neue Komplexe erstmals mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse strukturell charakterisiert werden. Dies stellt eine deutliche Erweiterung der Anzahl der bisher beschriebenen Lewis-Säure-Lewis-Base-Komplexe zwischen Zinn(II)-halogeniden als Lewis-Säure und einzähnigen Lewis-Base-Komplexliganden dar. Dabei weisen die Komplexe deutliche Unterschiede in ihrer Synthese und Stabilität auf. Ausgehend von den Erkenntnissen der Komplex-Bildung zwischen den Zinn(II)-halogeniden und den Pyridin- bzw. Pyridin-N-oxid-Liganden gelang erstmals die gezielte Synthese zweier gemischtvalenter, neutraler, anorganisch-organischen Zinn(II)-Zinn(IV)-Lewis-Säure-Lewis-Base-Komplexe. Beide Komplexe weisen keinerlei Erweiterung der Koordinationssphäre am Zinnatom oder intermolekulare Wechselwirkungen auf.

Bei der Produktion von Steckverbinderkontakten für die Elek­tronikindustrie nimmt die Oberflächenvergütung einen entscheidenden Platz ein. Für hohe Anforderungen an die Zuverlässig­keit werden nach wie vor Edelmetalle eingesetzt, die eine sichere Kontaktgabe gewährleisten. Die Entwicklung der Preise und der Verfügbarkeit zwingen jedoch zu weitgehenden Sparmaßnahmen beim Einsatz dieser Materialien bzw. zur völligen Substitution durch Unedelmetalle.

Der Einsatz von Edelmetallen für die Oberflächenveredelung von Steckverbinderkontakten bietet in zunehmendem Maße ökonomische Schwierigkeiten. Die Ursache dafür ist die Entwicklung der Preise und die Verfügbarkeit für diese Materialien. Ein Ausweg ist, sofern das die speziellen Einsatzbedingungen erlauben, eine Beschichtung mit Unedelmetallen. Übereinstimmend mit Veröffentlichungen in der Literatur wurden dafür bisher zunächst Zinn und seine Legierungen verwendet. Zinn und Zinnlegierungen wurden mittels Magnetronzerstäubung abgeschieden. Die chemische Zusammensetzung der Schichten wurde mit der Elektronenstrahlmikroanalyse (ESMA) bestimmt. Die Kontakteigenschaften der Schichten wurden anhand von Korrosionstests und der Messung des Kontaktwiderstandes beurteilt.

Der Werkstoff Gusseisen mit Vermiculargraphit gewinnt aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften, die allgemein zwischen denen von Gusseisen mit Lamellengraphit und Gusseisen mit Kugelgraphit angesiedelt sind, für ausgewählte Bauteile zunehmend an Bedeutung. Insbesondere im Straßenfahrzeugbau, wo aufgrund der steigenden Leistungsdichte der Motoren das Gusseisen mit Lamellengraphit nicht mehr den mechanischen Anforderungen genügt und Gusseisen mit Kugelgraphit aufgrund seiner thermischen Eigenschaften und der schlechten mechanischen Bearbeitbarkeit keine alternative Lösung darstellt, kommt Gusseisen mit Vermiculargraphit zunehmend zum Einsatz. Damit öffnet sich diesem Werkstoff ein Einsatzgebiet, das in den nächsten Jahren eine erhebliche Zunahme der gegenwärtigen Produktionsmengen erwarten lässt. Gusseisen mit Vermiculargraphit ist schon seit etwa 50 Jahre bekannt, aber die Gesamtentwicklung im Hinblick auf die Erzeugung, die Eigenschaften, die gießereitechnische Verarbeitung und den Einsatz ist nicht abgeschlossen. Vor allem die Probleme bei der Herstellung dieses Werkstoffes müssen nochmals angesprochen werden, weil seine Zwischenposition zwischen Gusseisen mit Lamellengraphit und Gusseisen mit Kugelgraphit das metallurgische Prozessfenster stark einengt. Bis jetzt gibt es kein genaues Verfahren, um Gusseisen mit Vermiculargraphit treffsicher zu erzeugen. In mehreren Ländern ist dieser Werkstoff noch nicht genormt, und die großtechnische Erzeugung basiert auf betrieblichen Festlegungen und Vereinbarungen, z.B. in der Bundesrepublik Deutschland ist es VDG-Merkblatt W50 (2002). Ein anderer Aspekt bei der Erzeugung des Gusseisens mit Vermiculargraphit ist die zweckentsprechende Auswahl des Einsatzmaterials. Die Lage auf dem Rohstoffmarkt ist zurzeit dramatisch, weil die Preise für erstklassige Einsatzstoffe stark angestiegen sind. Das fördert die Verwendung solcher Einsatzstoffe, die zu einer Minimierung der Kosten führen sollen, wie zum Beispiel spezielle mikrolegierte oder beschichtete Schrottsorten, wobei Spurenelemente bei der Herstellung von Gusseisen mit Vermiculargraphit nicht nur negative, sondern auch positive Auswirkungen haben, die – sofern Kenntnisse über die Wirkungen dieser Elemente existieren – genutzt werden können. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, Gusseisen mit Vermiculargraphit treffsicher und preisgünstig, d.h. unter hohem Einsatz von Recyclingmaterial, herzustellen. Mit den Untersuchungen ist ein Beitrag zum Einfluss ausgewählter Spurenelemente, die durch bestimmte Stahlschrottsorten in die Basisschmelze gelangen können, auf das Qualitätsniveau von Gusseisen mit Vermiculargraphit im Gusszustand zu leisten. Dabei sind die folgenden Schwerpunkte zu beachten: Die Herstellung von Gusseisen mit Vermiculargraphit soll unter Verwendung von synthetischem Gusseisen und von magnesiumhaltigen Vorlegierungen durchgeführt werden, weil durch weitere Legierungselemente sowie seltene Erden die Wirkung von Spurenelementen beeinflusst werden kann. Außerdem soll das Herstellungsverfahren minimale Kosten erfordern. Da auf dem Markt besonders viel zink- und zinnbeschichtetes Material vorhanden ist und die Tendenz zu Verbrauch solcher Bleche noch steigt, können Schmelzen von Gusseisen mit Vermiculargraphit durch den Schrotteinsatz mit Zink bzw. Zinn angereichert werden. Das zentrale Anliegen dieser Arbeit besteht in der Herstellung des Gusseisens mit Vermiculargraphit unter dem Einsatz von synthetischem Gusseisen mit den Gehalten an Spurenelementen Zink und Zinn, die im Recyclingmaterial vorkommen können. Hierfür wird eine Technologie zur Herstellung von Gusseisen mit Vermiculargraphit erarbeitet und weiterhin optimiert, die auf Abklingen des Magnesiums aus der Schmelze basiert. Die Schmelze wird mit einer Magnesiumvorlegierung behandelt und nach bestimmter Haltezeit, sowie Qualitätskontrolle durch Thermoanalyse und Sauerstoffaktivitätsmessung, zu Probekörper vergossen (Kapitel 3). Anhand dieser Technologie wird das Gusseisen mit Vermiculargraphit mit verschiedenen Gehalten an Zink, Zinn und ihre Kombinationen hergestellt. Dabei wird der Zusammenhang zwischen dem Gefüge und den Thermoanalyseparameter, den EMK-Werten und den mechanischen Eigenschaften von Gusseisen mit Vermiculargraphit ermittelt. Außerdem werden die Zink- bzw. Zinn-Verteilung und der Einfluss dieser Elemente auf die Wanddickenabhängigkeit des Werkstoffes beschrieben. Im Anschluss wird die Zweckmäßigkeit des Weichglühens bei der Herstellung des Gusseisens mit Vermiculargraphit diskutiert.