In-situ Detektion von Phasenübergängen in Hochtemperaturschmelzlösungen

Im Zuge dieser Arbeit konnte ein System für die Analyse und Züchtung intermetallischer Phasen erfolgreich erstellt und optimiert werden. Dies umfasst sowohl die Tiegelkontaktierung zur Steigerung der Sensitivität, wie auch die zuverlässige thermische Stabilität durch die Verwendung temperaturbeständiger Kontaktdrähte. Ebenso wurde eine einfache und gleichzeitig nahezu störungsfreie Verbindung zwischen einem Messdraht und in die Heizzone führenden Metallstäben ausgearbeitet. Hierbei wird eine Klemmung des Messdrahts an die Spitzen der Metallstäbe mittels einer Edelstahl bzw. Molybdänschraube und einer zugehörigen Mutter genutzt. Die Anwendbarkeit und Reproduzierbarkeit in allen Temperaturbereichen wurde dabei anhand von 8 binären Systemen unter Beweis gestellt. Weiterhin wurde ein direkter Vergleich mit dem etablierten Detektionssystem der DTA erbracht und die Vergleichbarkeit beider Systeme gezeigt. Im Weiteren wurde das neue Züchtungssystem an der Phase PdBi aus dem Schmelzfluss angewendet, sowohl für Pd-arme Schmelzlösungen im Verhältnis 37(Pd):63(Bi), als auch Pd-reiche Schmelzlösungen im Verhältnis 53(Pd):47(Bi). In beiden Fällen konnten reproduzierbar alle im Phasendiagramm vorhergesagten Phasenübergänge anhand entsprechender Anomalien im Aufheizen und Abkühlen nachgewiesen werden. Über spezielle Vorversuche konnte im Anschluss die genaue Temperaturgrenze zwischen vollständigem und partiellem Aufschmelzen der zu züchtenden Phase ermittelt und anhand derer, für jede Probe, ein passendes Züchtungsprogramm unter Nutzung von Temperaturoszillationen zur Keimauslese und Unterdrückung von Unterkühlung erstellt werden. Hierdurch wurde der Temperaturbereich zwischen Liquidustemperatur und vollständiger Erstarrung der Schmelzlösung deutlich effizienter genutzt. Das Auftreten bzw. Ausbleiben von Unterkühlung konnte dabei wie erhofft auch während der Züchtungen beobachtet werden. Die Schmelzlösungen im Pd-armen Bereich ergaben in allen Fällen Kristalle, welche ausnahmslos stabförmig waren. Innerhalb dieser war eine Vergrößerung von Länge und Durchmesser mit sinkender Kühlrate während der Züchtung nachweisbar. Diese Proben wurden mit über lineares Abkühlen hergestellten Proben sowohl aus dem Züchtungssystem wie auch aus einem herkömmlichen Muffelofen verglichen. Aus jeweils 2 Proben konnten nur in Einer vergleichbare Kristalle nachgewiesen werden, während in den anderen 3 Proben Konglomerate kleiner, verwachsener Kristalle vorlagen. Im Fall der Pd-reichen Schmelzlösungen wurde nur eine Probe hergestellt. In dieser konnte α-PdBi sowohl in Plättchenform wie auch in eher isometrischer Form nachgewiesen werden. Stäbchenförmige Kristalle wie aus den Pd-armen Schmelzlösungen konnten dagegen überhaupt nicht nachgewiesen werden. Auch hierfür wurden zwei Vergleichsproben identischer Einwaage hergestellt. In beiden Fällen deutete das Ergebnis auf ein unkontrolliertes, schnelles Ausfallen hin. Im Fall der Referenzprobe aus dem Züchtungssystem konnte zudem passend zu diesem Ergebnis deutliche Unterkühlung nachgewiesen werden. dHvA-Oszillationen wurden an mehreren PdBi-Proben sowohl aus Pd-armer wie Pd-reicher Schmelzlösung gemessen. Dabei wurden an einer Probe aus dem Pd-armen Bereich Messungen bis 14 T in allen drei Hauptrichtungen sowie in der [101]-Richtung erfolgreich durchgeführt. Für einen Teil der auftretenden Frequenzen konnte dabei die zugehörige effektive Masse, wie auch die Dingle-Temperatur ermittelt werden. Des Weiteren konnte unter Nutzung der dominanten Frequenz in [101]-Richtung ein effizienter Vergleich der ausgewählten Kristalle untereinander, wie auch mit den Proben einer weiteren Arbeitsgruppe, welche über das Bridgman-Verfahren hergestellt wurden, gezogen werden. Dieser Vergleich zeigt für alle Proben aus Pd-armer Seite eine deutlich höhere Probenqualität zugunsten der Bridgman-Proben. Die Kristalle aus Pd-reicher Seite wiesen jedoch eine deutlich bessere Qualität auf, welche jene der Bridgman-Proben teilweise erreicht. Ein möglicher Zusammenhang der Kristallqualität, ausgedrückt durch die Amplitude der dHvA-Oszillationen konnte dabei mit im Kristall gelöstem Bismut ermittelt werden. Neben dem Nachweis der dHvA-Oszillationen und deren Nutzung zum Qualitätsvergleich der Kristalle wurde zudem ein direkter Zusammenhang des supraleitenden Volumenanteils von α-PdBi mit der Amplitude der im jeweiligen Kristall auftretenden dHvA-Oszillationen nachgewiesen. Des Weiteren wurde im Zuge dessen eindeutig ein Ausheilungsprozess von α-PdBi bei Raumtemperatur entdeckt. So wiesen Proben, welche zwischen 10 und 20 Monate unbehandelt gelagert wurden, bei erneuter Messung der Magnetisierung bis 7 T ausnahmslos deutliche Erhöhungen der Oszillationsamplitude um bis zu 176% sowie des supraleitenden Volumenanteils um bis zu 11% auf