In the present dissertation the formation of microstructure, the kinetics of densification and the formation of surface layers developing during liquid phase sintering of silicon carbide are studied. The focus is on the additive systems Al2O3 plus Y2O3 and AlN plus Y2O3. Phase and especially liquid phase formation in both of the systems SiC, Al2O3 , Y2O3 and AlN, Al2O3 , Y2O3 are investigated in detail examining 12 espectively 17 different compositions per system. Melting temperatures have been determined by TG/DTA, in both systems for the first time. Phase composition of samples was analysed by the combination of XRD, SEM and EDX. In the system SiC, Al2O3 , Y2O3 the formation of the phases expected from the quasibinary Al2O3 , Y2O3 could be observed thus silicon carbide has to be in equilibrium with the oxide additives. The low solubility of SiC in the oxide melt, which was suggested by Hoffmann and Nader, could be confirmed. In the system AlN, Al2O3 , Y2O3 the formation of phases as stated by Medraj was confirmed, except for the dimension of the stability region of the γ- spinel and YAG which is wider in the present work. For the first time diffusion coefficients of the species Y3+ and Al3+ in the oxide melt formed by Al2O3 and Y2O3 at temperatures above 1825 ◦ C were determined. The values are in the order of 2 · 10−6 cm2 /s which results in a diffusion length of 14.1 μm for a diffusion time of one second. This allows the fast equilibration of Y and Al deficiencies. Kinetics of densification was modeled by kinetic field, master curve and thermokinetic method, based on detailed experimental investigation of the shrinkage during liquid phase sintering of SiC. It could be proved that the first 30 − 40 % of densification are controlled by solid phase reactions which accelerate particle rearrangement without presence of a liquid phase. During the remaining 60 − 70 % of densification a liquid is present, resulting in the predominance of mechanisms of liquid phase sintering. The models deliver activation energies in the range from 608 KJ/mol to 1668 kJ/mol and allow, within the scope of validity of each method the prediction of densification during liquid phase sintering of silicon carbide. When sintering silicon carbide with Al2O3 plus Y2O3 the formation of several surface layers, depending on atmosphere, maximum temperature, dwelling time and amount and composition of additives was observed. In nitrogen atmosphere with low partial pressures a surface layer consisting of AlN is forming whilst at high partial pressures SiAlON- polytypes occur. After sintering in Argon or Ar-CO- atmosphere three main types of surface layers are present. One consists of alumina, one contains only YAG and one shows highly porous, additive depleted regions. An explanation for the formation of the several surface layers could be given by the combination of the determined diffusion coefficients with the results achieved in the thermodynamics part. The results achieved in this work can be a contribution to the knowledge based design of the production process of liquid phase sintering of silicon carbide.

In der vorliegenden Arbeit wird das Konzept einer druckbasierten Analyse von Fest-Gas-Gleichgewichten hinsichtlich theoretischer wie experimenteller Zusammenhänge untersucht. Hierfür erfolgt eine gezielte Nutzung der Beziehungen von theoretischen und experimentell zugänglichen physikalischen Parametern, um so die Grundlage für eine spätere Anwendung im Kontext der Syntheseplanung zu ermöglichen. Im Speziellen handelt es sich im vorgestellten Konzept um die aus festkörperanalytischer Sicht häufig vernachlässigte Beziehung zwischen dem Dampfdruck von Festkörpern und dem chemischen Potenzial. Neben der theoretischen Erarbeitung des Analysekonzeptes befasst sich die vorgestellte Arbeit zusätzlich mit dessen experimenteller Umsetzung anhand der Entwicklung bzw. Optimierung der Analyseverfahren der Hochtemperatur-Gasphasenwaage sowie des automatisierten Membrannullmanometers. Abgeschlossen wird die Arbeit zudem durch die anschauliche Vorstellung der praktischen Anwendung des Konzeptes hinsichtlich unterschiedlicher Fragestellungen (Theorie vs. Experiment: Quecksilber/Phosphor/Iod, Analyse der Phasenbildung: Arsen/Phosphor, rationale Syntheseplanung: IrPTe, Syntheseoptimierung: Bi13P3I7, Kinetik: FeAs).

Hochentropielegierungen stellen einen neuen Entwicklungsansatz metallischer Werkstoffe ohne ein eigenschaftsbestimmendes Hauptelement dar. Die zielgerichtete Übertragung der bisher überwiegend an Massivwerkstoffen ermittelten Eigenschaften in die Beschichtungstechnik erfordert die Kenntnis der bestimmenden Einflussfaktoren. Für die Schichtherstellung werden die Verfahren des thermischen Spritzens betrachtet. Hierfür wird eine geeignete Prozessroute ermittelt. Die detaillierten Untersuchungen zu den Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen erfolgen an Legierungen mit variabler Struktur. Diese werden anhand von thermodynamischen Parametern sowie Untersuchungen an schmelzmetallurgisch hergestellten Massivwerkstoffen ausgewählt. Zur Bewertung des Einflusses der Größe der Strukturmerkmale, der Heterogenität und möglicher Ungleichgewichtszustände werden schmelz- und pulvermetallurgisch hergestellte Massivwerkstoffe als Referenz betrachtet. Die geplanten Forschungsarbeiten tragen zu einem Verständnis der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehung von Hochentropielegierungen bei. Weiterhin wird eine geeignete Prozessroute für die pulvermetallurgische Verarbeitung sowie für Anwendungen in der Oberflächentechnik ermittelt.

Solution combustion synthesis (SCS) with its origin at IPC department of IISc has been widely practiced for synthesis of oxide materials. It is simple and low cost process, with energy and time savings that can be used to produce homogeneous, high purity, uniformly doped, nano crystalline ceramic powders. The powders characteristics such as crystallite size and surface area are primarily governed by enthalpy, flame temperature of combustion, fuel and fuel to oxidizer ratio ( F/O). In the present work an attempt has been made to investigate the process in order to exercise a control over the phase formation and nature of the product. Initial part of the work deals with the effect of fuel to oxidizer ratio on the powder properties of binary oxides with urea as fuel. The variation of adiabatic flame temperatures are calculated theoretically for different F/O ratios according to thermodynamic concept and correlated with the observed flame temperatures. Difference in the measured flame temperature and theoretical flame temperature in the fuel rich region is explained on the basis of incomplete combustion model. The effect of decomposition temperature difference of fuel and oxidizer, solubility of reactants on exothermicity of combustion reaction taking aluminiumnitrate system for various fuels is investigated. The effect of mixed fuel approach is studied by using the urea-glycine mixed fuel system using aluminium nitrate as oxidizer and employed for successful synthesis of the gamma alumina. Further Compaction behavior of SCS nano ceramic powders is studied by using Universal testing machine and the effect of F/O ratio, on agglomeration strength, aggregation strength of powder is investigated. Very few reports can be found on usage of SCS ceramic powder for biomaterial applications. By using these investigations a pyroxene series Diopside (CaMgSi2O6) silicate material is synthesized by SCS. Effect of different fuels on Diopside (DP) phase formation is investigated. Finally the DP and DP-ZnO composites, made by using Uniaxial hot pressing are investigated for their antibacterial, cytocompatibility properties. Antibacterial activity of E.Coli bacterium of Diopside powders was dose dependent type. Results of the bioactivity investigations shown flattened MC3T3 mouse osteoblast cells and MC C2C12 Myoblast cells and linkage bridges formed between them on Diopside and DP-ZnO surfaces show cyto compatibility and MTT results showed that percentage of ZnO needs to be tailored between 0-10 in order to achieve maximum cytocompatibility coupled with antibacterial property.

Das Anwendungsfeld der Luft- und Raumfahrtindustrie kennzeichnet sich durch eine konstante Nachfrage nach Materialien mit einer hohen spezifischen Festigkeit. Die metastabile Beta-Titanlegierung Ti-5553 ist ein aussichtsreicher Werkstoffkandidat, um der Forderung nach geringer Dichte bei gleichzeitig hoher Festigkeit gerecht zu werden. Bereits jetzt findet er Anwendung in strukturell-belasteten Bereichen. Der Herstellungsprozess für die dafür verwendeten Bauteile ist charakterisiert durch einen oftmals materialintensiven Zerspanungsprozess zur Erzeugung der gewünschten Geometrie und eine mehrstufige und zeitintensive Wärmebehandlung zur Einstellung des gewünschten Gefüges sowie den damit verbundenen Eigenschaften. Durch den Einsatz des selektiven Laserschmelzens (SLM) als Vertreter der additiven Fertigungsverfahren sollen diese zwei Problemstellungen adressiert werden. Einerseits wäre es möglich, durch den schichtweisen Aufbau der Bauteile, komplexe Geometrien endkonturnah zu fertigen und damit den Zerspanungsprozess zu minimieren. Andererseits können durch die im SLM-Prozess auftretenden hohen Erstarrungsraten metastabile Gefügezustände geschaffen werden. Daher besteht großes Interesse daran, die Verknüpfung von Prozessbedingungen und dem entstehenden Gefüge zu untersuchen und zu verstehen. Das Prozessieren und Optimieren der Legierung Ti-5553 auf das Verfahren des selektiven Laserschmelzens stellen den Ausgangspunkt dieser Arbeit dar. Durch die anschließende Variation der Belichtungsstrategie beziehungsweise der Anwendung einer Substratheizung konnten Korngröße sowie Textur respektive Phasenbildung im Gefüge beeinflusst werden. Somit war es möglich das Potenzial des selektiven Laserschmelzens aufzuzeigen, indem durch Prozessparameter Bauteileigenschaften während des Herstellungsprozesses aktiv beeinflusst werden. Die Analyse der hergestellten Proben umfasste eine tief greifende Gefügeanalyse sowie die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften.