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Fünf verschiedene Messverfahren wurden zur Partikelgrößenanalyse von nanodispersen ZrO₂-Pulver verglichen. Mit der Laserstreulichtanalyse, der dynamischen Lichtstreuung (heterodyne DLS und homodyne DLS-PCS), der Sedimentationsanalyse im Zentrifugalfeld und der Ultraschallspektrometrie wurden wässrige ZrO₂-Suspensionen mit verschiedenen Feststoffkonzentrationen hinsichtlich ihrer Partikelgrößenverteilung analysiert. Als Referenz diente die REM-Analyse zur Ermittlung der Primärpartikelgröße (ca. 40 nm). Mit den hier vorgestellten Messverfahren konnten in den entsprechenden Suspensionen nur Sekundärpartikel im Bereich von 105 nm bis 224 nm detektiert werden, die somit auf das Vorhandensein von Aggregaten bzw. harten Agglomeraten hinweisen.
Die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung mittels Laserstreulichtverfahren hat sich bei den verschiedensten Pulvern im Mikrometer- und Submikrometerbereich insbesondere wegen der kurzen Messdauer und des breiten Messbereichs zu einem der führenden Verfahren entwickelt. In den letzten Jahren gab es eine Reihe von gerätetechnischen Weiterentwicklungen durch die Hersteller, die der Tatsache Rechnung tragen, dass die Anwender immer feinere Ausgangsprodukte einsetzen und damit auch charakterisieren wollen. Die aktualisierte Fassung der ISO 13320 von 2009, welche die normative Basis der Methode bildet, gilt grundsätzlich im Größenbereich von 3000 gm bis hinunter zu 0,1 gm. Es sind aber zusätzliche Ausstattungsmerkmale beschrieben, die diesen Bereich unter Umständen erweitern können.
Weltweit gibt es etwa zehn etablierte Hersteller von Lasergranulometern, deren modernste Modelle jeweils über derartige Zusatzeinrichtungen verfügen. Die eingesetzten Geräte unterscheiden sich in ihrem Aufbau damit nicht nur zwischen den einzelnen Herstellern, sondern auch innerhalb verschiedener Gerätegenerationen ein und desselben Herstellers. Hinzu kommt der mathematische Prozess der Konvertierung der gewonnenen Streulichtdaten in eine Partikelgrößenverteilung (Dekonvolution), bei dem die Hersteller verschiedene Ansätze und Glättungsmethoden nutzen. Seit 2004 hat die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung drei Ringversuche zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung mittels Laserstreulichtverfahren initiiert. Neben dem eigentlichen Zweck - der Eignungsbewertung der teilnehmenden Labore - wurden die erhobenen Daten genutzt, um Aussagen zur Präzision der Ergebnisse zu gewinnen und Ursachen für Abweichungen zu finden.
Die Wiederholbarkeit der Messergebnisse innerhalb der Labore war unabhängig vom eingesetzten Gerätetyp sehr gut und erfüllte die Anforderungen der ISO 13320. Geringe Abweichungen bei der Reproduzierbarkeit wurden nur zwischen Laboren gefunden, die identische Gerätetypen desselben Herstellers verwendeten. Über alle Labore betrachtet, ergaben sich Vergleichstandardabweichungen, die in Abhängigkeit von der Größe der gemessenen
Glaskeramische Komposite, deren Herstellung von Glas- und kristallinen Pulvern ausgeht, bieten vielfältige Möglichkeiten, Werkstoffeigenschaften, wie z.B. Sinterverhalten, thermische Dehnung, mechanische Eigenschaften, chemische Beständigkeit, dielektrische Eigenschaften und Oberflächenqualität für spezielle Anwendungszwecke gezielt einzustellen. Glaskeramische Kompositpulver können zu Folien verarbeitet werden, aus denen mittels der LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)- Technologie keramische Multilayer hergestellt werden, die insbesondere für das Electronic Packaging von Mikrosystemen eingesetzt werden. Problematisch ist die beim freien Sintern der LTCC-Multilayer auftretende laterale Schwindung, die von relativ hohen Schwindungstoleranzen begleitet ist. Zur Vermeidung der lateralen Schwindung werden Zero Shrinkage-Techniken eingesetzt. Eine neue Möglichkeit Zero Shrinkage beim Sintern von LTCC-Multilayern zu erreichen, besteht in der Anwendung eines self-constrained Laminates. Hierbei wird ein Multilayer eingesetzt, der aus zwei unterschiedlichen Folienarten für innere und äußere Lagen mit deutlich verschiedenen Sintertemperaturen (ΔT > 50 K) aufgebaut wird. Die Entwicklung von LTCC -Werkstoffen, die als innere Lagen eines self-constrained Laminates zur Verringerung der lateralen Sinterschwindung auf nahezu Null eingesetzt werden können, war Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Es wurden hierfür LTCC - Werkstoffe aus dem Stoffsystem CaOLa2O3-Al2O3-B2O3 untersucht, die bei Temperaturen unterhalb 800 °C dicht gesintert werden können. Ausgehend von der Entwicklung geeigneter Gläser auf der Basis von Calciumlanthanborat- sowie Calciumlanthanalumoboratgläsern wurden glaskeramische Komposite unter Zusatz von Korundpulver hergestellt. Die Komposite kristallisieren während des Brennprozesses nahezu vollständig. Aus der Glasphase kristallisiert Lanthanborat aus und aufgrund der festkörperchemischen Reaktion der calciumboratreichen Restglasphase mit dem Korund bilden sich vor allem Calciumalumoborat bzw. Calciumalumoboratoxid. Die Anteile an neuen Phasen bestimmen die thermischen und dielektrischen Eigenschaften der Werkstoffe. Die wichtigsten der sich bildenden kristallinen Phasen der Komposite, Lanthanborat und Calciumalumoboratoxid wurden separat hergestellt und charakterisiert. Das Sinter- und Kristallisationsverhalten sowie die thermischen und dielektrischen Eigenschaften der glaskeramischen Komposite wurden in Abhängigkeit von den entwickelten Gläsern, dem Volumenverhältnis von Glas- und kristalliner Komponente im Kompositpulver und der Brenntemperatur untersucht. Die entwickelten LTCC-Werkstoffe wurden bzgl. ihrer thermischen Eigenschaften an einen zuvor ausgewählten LTCC-Werkstoff für die äußeren Lagen eines self-constrained Laminates angepasst. Erzielt wurden die Eigenschaftswerte: TEC: ca. 5 x 10-6/K, εr: ca. 7 und tan δ: ≤ 1 x 10-3. Zur Überprüfung der Anwendbarkeit wurde der entwickelte LTCC- Werkstoff als innere Lagen in einem LTCC-Multilayer verarbeitet. Dadurch konnte die laterale Schwindung des Multilayers beim Sintern auf < 0,4 % verringert werden.