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Supramolekulare Mullit-Vorstufen

Im Rahmen der Sol-Gel-Verfahrens zur Herstellung einer oxidischen Keramik werden im allgemeinen Fall geeignete Ausgangsverbindungen in Lösung mit organischen Liganden, etwa Alkoholen, komplexiert und anschließend teilhydrolysiert. Ziel ist es, durch Ausbildung eines Netzwerkes, welches über kovalente und nichtkovalente Wechselwirkungen zusammengehalten wird, die Vorstufe für die weitere Verarbeitung so zu stabilisieren, daß ein optimales Verarbeitungs- und Sinterverhalten erreicht wird [6].

Derartige Gele im Grenzbereich zwischen molekularen und mikroskopischen Zuständen werden den supramolekularen Systemen zugeordnet. Daneben gehören aber auch Micellenbildner (Tenside), Dendrimere oder biologische Membranen zu den supramolekularen Systemen [7].

Die Synthese des technisch wichtigen Mullites über eine supramolekulare Vorstufe erscheint vielversprechend, da die Kristallisationstemperatur des Mullites entscheidend von den während der Mullitisierung zu überbrückenden Distanzen abhängt.

$ Al_2O_3$ und $ SiO_2$ Partikel im Mikrometerbereich wandeln sich bei 1600 bis 1750°C in Mullit um. Verwendet man kollodiale Teilchen der Größe von einigen zehn Nanometern, so sinkt die Kristallisationstemperatur bereits auf 1300 bis 1450°C [8].

Einphasige Gele, in denen eine molekulare Verteilung der Silizium und Aluminiumkomponente vorliegt, kristallisieren bei 980°C zum pseudotetragonalen Mullit der Zusammensetzung $ 2\ Al_2O_3 \cdot SiO_2$ [9].

Dabei hängt die Kristallisationstemperatur erheblich von den supramolekularen Strukturen der Vorstufen ab [10]. Erlauben die Bedingungen in den Vorstufen die Separation einer aluminiumhaltigen Spezies, wird eine epitaktische Nukleation von kubischem Spinell $ 6\ Al_2O_3 \cdot SiO_2$ bei 980°C beobachtet. Durch geeignete Synthesebedingungen kann dies jedoch vermieden werden, so daß man bei dieser Temperatur pseudotetragonalen Mullit erhält [11].

Supramolekulare Systeme geeigneter Stöchiometrie können sich also bei wesentlich niedrigeren Temperaturen im Vergleich zur konventionellen Festkörpersynthese zu Mullit umwandeln. Darüber hinaus sind sie gut in verschiedenen Lösungsmitteln löslich. Somit kann man verschiedene technisch wichtige Eigenschaften, etwa die Viskosität, über die Wahl des Lösungsmittels bzw. die Konzentration einstellen.


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2001-03-17