CL_TEM-Phasendetektion - Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

Transcription

Doktorandenseminar Vertiefung
Metallische Werkstoffe
Phasenanalyse
im
Transmissions-ElektronenMikroskop
Christian Liebscher
09.06.2008
Gliederung
• Geschichte der Elektronenmikroskopie
• Transmissionselektronenmikroskopie
• ALCHEMI an Ni- und Pt-Basis Legierungen
• ELCE an einer Ni-Basis Legierung
• In-situ TEM
University Bayreuth, 09.06.2008
2
Christian Liebscher, Metals and Alloys
Transmissionselektronenmikroskopie:
Geschichte
• Geschichtliche Entwicklung des Elektronenmikroskops:
- 1924 DE BROGLIE Beziehung: Zuordnung der Wellenlänge λ eines
Teilchens mit Impuls p und der Ruhemasse m0
h
h
λ= =
p
2m0 Ekin
λrelativistisch
h
= =
p
h⋅c
Ekin (2 Eo + Ekin )
- 1927 H. BUSCH: Berechnung der Elektronenbahnen im Einfluss eines
Magnetfelds längs einer Spule → Bündelung der Elektronen wie
Lichtlinse (Sammellinse) mit definierter Brennweite
3
Geschichte
- 1931 Entstehung des ersten Elektronenmikroskops (E. Ruska):
• 1925: Studium Elektrotechnik
• ab 1928: Hochspannungs- und
Vakuumtechnik
• 1929: Studienarbeit zur rechnerischen
und experimentellen Überprüfung der
Busch‘schen Theorie
• 1930: Elektrostatischer Ersatz zur
Bündelung eines divergenten
Elektronenstrahlbündels
E. Ruska: 1906 - 1988
• 1931: Erfindung des ersten
Elektronenmikroskops
• 1933: Entwicklung „Übermikroskop“
(75kV, 12.000-fache Vergrößerung)
• 1986: Nobelpreis in Physik
Gesamtvergrößerung: 3,6x4,8=17,6
4
Geschichte
• Das Elektronenmikroskop von Ernst Ruska (Nachbau):
• Drei magnetische Linsen
• Acht Objektivblenden
• 75kV Beschleunigungsspannung
• 12.000-fache Vergrößerung
• Auflösung 50nm
5
Eckdaten moderner Mikroskope
• Aufteilung in 4 optische Systeme (Bsp. Libra200FE):
1.) Elektronen Quelle (FEG)
2.) Beleuchtungs- (Kondenser-) system
(2 oder 3 magnetische Linsen)
3.) Objektivsystem (i.d.R. 2 magn. Linsen)
4.) Projektivsystem
(2 Systeme a 3 magn. Linsen, Regelung d.
Vergrößerung)
6
Field Emission Gun (200kV)
EDS Detector
Goniometer
Ion getter pumps
Selected area aperture
Specimen changer
Objective aperture
In column omega
energy filter
Spectrometer
slit aperture
Spectrometer entrence
aperture
HAADF Detector
CCD Camera
Viewing Chamber
7
Gun (Feld Emission): elektrostatische Linse bildet Cross-over auf optische Achse ab
Kondenser: hier 3 Kondenserlinsen (wegen Köhler Beleuchtung, sonst 2), 9 Kondenserblenden Æ
Einstellung des Beleuchtungsmodus ob konvergent oder „parallel“
Objektiv: 2 Linsen (vor und nach Präparat), 9 Objektivaperturblenden (Kontrastblenden); Objektivlinse
wichtigste Linse zur „fehlerfreien“ Abbildung der Probe Æ Einstellung ob Beleuchtungs- oder
Beugungsmodus (Fokussierung der hinteren Brennebene)
Projektiv: besteht hier aus insgesamt 6 Linsen; oberes Projektiv regelt die Vergrößerung und
Einstrahlbedingung in den Energiefilter; unteres Projektiv bildet auf Leuchtschirm ab
Energiefilter: hier korrigierter Ω-Filter (90°-Filter) in der Säule
Leuchtschirm: Fluoreszenzschirm; danach CCD-Kamera
8
• Beschleunigungsspannungen zwischen 100keV-400keV (CTEM) und
1MeV-3MeV (HVTEM):
E0 [keV]
γ
[relativistische
Korrektur]
λ [pm]
v/c
50
1.098
5.362
0.412
100
1.119
3.706
0.548
200
1.391
2.511
0.695
500
1.978
1.423
0.862
1000
2.957
0.873
0.941
• Theoretische Auflösung: Raleigh-Kriterium
0,61 ⋅ λ
λ [pm]
g (Punktabstand)
g=
sin α
[nm]
α [mrad]
0.153
2.511
10
0.053
0.873
10
Æ Limitierung durch Linsenfehler!!
HVTEM (3MeV)
9
Elektronenquelle
• Thermische Emission: Wolframglühkathode oder LaB6-Kristall
Wolframglühkathode
LaB6
• Heizen des W-Drahtes (T~2800K)
• Wehnelt-Zylinder negativer geladen (-100V) Æ elektrostatische Abstoßung Æ konzentriert Elektronen vor Anode
• Anode: anlegen der üblichen Beschleunigungsspannung (100-400kV)
• LaB6 analog W-Glühkathode
• Vorteile: höherer Strahlstrom möglich Æ bis zu 10-mal höhere Helligkeit, kleinerer Cross-over, geringere Streuung
der Elektronen Æ höhere Auflösung, längere Lebensdauer
• Nachteile: höheres Vakuum notwendig, 10-100 mal höhere Kosten
10
Elektronenquelle
• Feld Emission: Wolframspitze (T~1800K bei geheizter Emission)
- Verzicht auf Wehnelt Zylinder
- Anode mit kurzem Abstand vor Spitze Æ anlegen der Extraktionsspannung von ca. 5kV
Æ hohe elektrische Feldstärken (108 V/cm) Æ Potentialbarriere wird schmal Æ Elektronen können Potentialwall
durchtunneln
- Vorteile:
1. 1000-mal höhere Helligkeit als W-Glühkathode
2. sehr kleiner Cross-over
3. Streuung d. Elektronen um Faktor 10 kleiner als bei W-GK
4. bis 100-mal höhere Lebensdauer als W-GK
- Nachteile:
1. Vakuum besser 10-9 mbar
2. sehr teuer
11
magnetische Linsen
• elektromagnetische Linsen:
Cu-Wicklungen
(I~mA)
Fe-Kapselung
(Verdichtung
des Magnetfelds
Æ kürzere Brennweite)
12
Zur Korrektur der erheblichen
Linsenfehler werden Stigmatoren
verwendet
CCD-Kamera
• Prinzipieller Aufbau einer CCD (Charge Coupled Device) Kamera:
Umwandlung e- in Photonen
Transport Photonen zu CCD-Chip
CCD-Chip
13
Wechselwirkungsprozesse
• Wechselwirkung der Elektronen mit einem kristallinen Festkörper:
- elastische Elektronenstreuung: Elektronenbeugung (kinematischer Ansatz)
Bragg-Bedingung:
n ⋅ λ = 2 ⋅ d ⋅ sin ϑ
R ⋅d = L⋅λ
R: Punktabstand der Beugungsreflexe mit Indizes hkl
L: Kameralänge des Mikroskops
14
- elastische Elektronenstreuung: Elektronenbeugung (kinematischer Ansatz)
15
- elastische Elektronenstreuung: Ewald-Konstruktion
200
0-20
020
000
-200
Feinbereichsbeugungsbild der γ‘-Phase einer
Ni-Basis Legierung in [001] Richtung
16
- inelastische Elektronenstreuung:
EDX
50 – 200 nm
EELS
(~1 mrad)
Elektronenbeugung
(0-100 mrad)
17
Energie Dispersive Röntgenanalyse
• Energie Dispersive Röntgenanalyse (EDX):
• einfallende Primärelektronen wechselwirken
mit Elektronen Hüllenelektronen
• Anregung der Hüllelektronen zu höheren
Energiezuständen
• zusätzlich Generierung von Elektronenlöchern
• Wiederauffüllen der Löcher durch
Elektronen bestimmter Energiezustände
führt zur Erzeugung der charakteristischen
Röntgenstrahlung
Vereinfachtes Schalenmodell
eines Atoms zur Erzeugung von
charakteristischen Röntgenquanten
18
EDX-Detektor
• Energie Dispersive Röntgenanalyse (EDX): Detektor
• einfallende Röntgenquanten heben Elektronen
aus dem Valenz- in das Leistungsband
(innerer photoelektrischer Effekt)
Æ Generierung von Elektron-Loch-Paaren
• ablegen einer Spannung führt zu Stromimpuls
• Verstärkung und Digitalisierung Æ Spektrum
• Kollimator dient zur Erzeugung „paralleler“
Strahlen und begrenzt den Probenbereich
aus welchen Röntgenquanten detektiert
werden
Feld-Effekt-Transistor
(Verstärkung des Signals)
19
EDX - Quantifizierung
• Energie Dispersive Röntgenanalyse (EDX): Quantifizierung (Unterschiedlich in REM und TEM !!!!!!)
relative Intensity [%]
100
Ni-K α1
s>0
s<0
TEM: Korrektur nach Cliff-Lorimer
CA
I
= k AB A
CB
IB
80
Al-K α
60
Ta-M α1
W-M α1
40
Ci = Konzentration des Elements i
Ii = Intensität des Elemts i unter dem Peak
kij = Cliff-Lorimer-Faktor (hinterlegt in der EDXAuswertesoftware, meistens normiert auf Si; genaue
Bestimmung anhand von Standards)
Ti-K α
Ti-K β1
Cr-K α
Cr-K β1
Mo-L α1
20
Co-K α
Ni-K β1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
X-ray energy [keV]
EDX-Spektren einer einkristallinen Ni-Basis Legierung (CMSX-4)
20
Vorgehen:
• Bestimmung des Untergrunds (Bremsstrahlung, …)
• Korrektur von „Störpeaks“
• Bestimmung der Nettointensität (Integration,
Entfaltung)
• Berechnung Elementkonzentration
Elektronen Energie Verlust Spektroskopie
• Elektronen Energie Verslust Spektroskopie: EELS
Zero-Loss
Verstärkungssprung wegen
exponentiell abfallendem Untergrund
B-K Absorptionskante
(192eV)
Verlust an Energie der Primärelektronen
Durch inelastische Streuung an
Hüllenelektronen
Plasmonenpeak
Ausschnitt des EEL-Spektrums
von B in einer Pt-Legierung
21
EELS – Filter
• EELS: Filter
Gatan Imaging Filter (GIF) nach Leuchtschirm
Korrektoren:
• Quadrupol Æ Fokussierung (lineare Optik)
Magnetisches Prisma
• Sextupol Æ Kompensation Chromatizität (2. Ordn.)
• Octupol Æ Korrektur von Feldfehlern und Strahlinstabilitäten (3. Ordn.)
Nicht korrigierter Ω-Energiefilter in der Säule des TEM
22
EFTEM
• Energy Filter Transmission Electron Microscopy: EFTEM
- Aufnahme von Bildern einer Probe mit definiertem Energieverlust um die
Absorptionskante des zu untersuchenden Elements
Prinzip der 3 Fenstermethode
Prinzip Image EELS
23
ELNES
• Feinstruktur der Absorptionskanten: ELNES (Electron Loss Near Edge Structure)
- Streuquerschnitt eines Elektrons proportional zur Dichte der angeregten
Elektronenzustände (DOS: abhängig von chemischer Umgebung der Atome)
L23-Kanten der Übergangsmetalle (white lines)
O-K Absorptionskante
K-Kante: s Æ p Übergänge
• L-Kante: p Æ d Übergänge
• spin orbit splitting
L2: 2p1/2 Æ 3d Anregung
L3: 2p3/2 Æ 3d Anregung
• crystal field splitting (Aufspaltung der L2 bzw. L3
Bestimmung der Oxidationsstufe
Kante durch nichtsphärische elektrostatische Felder
der Nachbaratome)
24
Vergleich EDX - EELS
• Begrenzung der lateralen Auflösung:
E0=200kV
Emissionsvolumen
charakteristischer
Röntgenquanten
b~10nm in Mg
bei t=100nm
E0=200kV
b~90nm in Pt
bei t=100nm
Strahlaufweitung nach Goldstein et al.:
Z
b = 6,25 ⋅105 ⋅
E0
ρ
A
Pt3Al
⋅ t 2/3
Pt
25
Vergleich EDX - EELS
EDX
EELS
Elemente
qualitativ ab B (quantitativ ab Na)
ab Li (H, He möglich)
Nachweisgrenze
> 1 Atom-%
0.1 – 1 Atom-% (auch bis ppm)
Laterale Auflösung
> 5 nm (abh. von t, ρ, …)
EFTEM < 1 nm
Energieauflösung
> 100 eV
< 0.5 eV
Probendicke
t > 150 nm möglich
t < 100 nm notwendig
EDX
EELS
Vorteile
Nachteile
Vorteile
Nachteile
geringe Anforderung an Probe
geringe laterale Auflösung
hohe laterale Auflösung
hohe Anforderung an Probe
einfache Quantifizierung
geringe Energieauflösung
Hohe energieauflösung
quantitative Auswertung schwierig
„einfache“, gut erforschte Methode
geringe Nachweisgrenze
Nachweis von leichten Elementen
bis in ppm
geringe Nachweisgrenze
Evaluierung der elektronischen
Struktur von Elementen
komplizierte Methode
leichte Elemente nicht detektierbar
keine Erkenntnis über elektronische
Struktur
komplizierte Auswertung
(Untergrundabzug, Dekonvolution,
…
26
Wege der Probenpräparation
Aufbau einer Dünnzelle für elektrolytisches Dünnen
1. Schritt – Schneiden und Schleifen
2. Schritt – Spärisch Schleifen (Dimpling)
3. Schritt – elektrolytisch Dünnen oder Ionendünnen
oder Zielpräparation mittels FIB
Aufbau einer Ionenmühle
27
Exkurs: Pt-Legierungsentwicklung
•
Copy the successful strengthening mechanism of Ni-based superalloys:
development of γ’-hardened Pt-based alloys with superior oxidation resistance
Why Pt as base element?
pros:
–
–
–
–
cons:
–
–
high melting (1770°C), Ni 1455°C
best corrosion and oxidation resistance amongst metals
good ductility even at room temperature
output about 150 t/year
high price (ca. 69 $/g)
high density (21,5 g/cm³)
Ni- / Pt- atoms
Al- atoms
L12-ordered Pt3Al stabilized
by additions of Cr, Ti, Ta,…
28
Tetragonally distorted Pt3Al
below 350°C
•
Application of Pt-base alloys:
– Bushings – Glasfiber Extraction Cones (Pt, PtRh, ODS)
– Catalyzer (PTFE-Manufacturing)
Defibration Basket
Outletcones
Bushing
29
•
Microstructure of Ni- and Pt-base superalloys
γ‘
γ-matrix
γ-matrix
γ‘
TEM-darkfield pattern of CMSX-4
BSE pattern of a polycristalline Pt82Al12Cr6 alloy
30
ALCHEMI
Atomic site Location by CHanneling Enhanced MIcroanalysis
in the TEM
Principle procedure:
Host lattice of known structure where host elements are located at specific lattice sites
(e.g. L12-structure)
The emission of characteristic X-rays varies with orientation of the crystal
(„Electron channeling“)
Æ acquisition of X-ray spectra near a zone axis orientation
Comparison of intensity ratios leads to a quantitative
designation of the site partitioning of the alloying element
31
ALCHEMI:
Experimentelles Vorgehen
•
„Zweistrahlfall“:
Bragg-Fall: s = 0
Off-Bragg-Fall: s > 0
G
(000)
32
Conventional ALCHEMI:
Experimental procedure
•
Acquisition of EDS-spectra with s > 0, s < 0 and s >> 0 or s << 0:
s > 0: θ2
s < 0: θ1
take off angle
33
ALCHEMI:
Experimentelles Vorgehen
Einstrahlrichtung
s > 0:
s < 0:
34
Conventional ALCHEMI:
Double ratio method
•
Partitioning coefficient Φi/α,β of atom i on host lattice site α,β
with antisite occupation of host atoms:
Φ i / α , β = 1 + (qα , β − 1)
Ri − RA, B
∑ x (R
k
k
− R A, B )
k
Crystal
structure
Lattice planes parallel to
(001)
qα
qβ
1/2
1/2
B2
(100)
(010)
L10
(001)
(110)
1/2
1/2
L12
(001)
(110)
1/4
3/4
[Source: Horita et al.]
35
ALCHEMI:
Rocking beam method
•
Stationary probe is tilted around a zone axis orientation with about
4000 different beam incidence directions
[Source: Rossouw et al.]
Incoherent Channelling Patterns
36
Statistical ALCHEMI
•
Theory of statistical ALCHEMI:
N xs = K x c x ⋅ ∑ f ix Fixs
N is = K i ⋅ (ci − ∑ c x f ix ) ⋅ Fi s
i
x
⎡
⎤
s
⎢
⎥
f
N
ix
i
⎥
N xs = c x ⋅ ∑ ⎢
⎛
⎞⎥
i ⎢
⎢ k xi ⋅ ⎜ ci − ∑ c x f ix ⎟ ⎥
x
⎝
⎠⎦
⎣
Crucial approximation:
Fixs = Fi s
Statistical approach:
N = ∑ aix N + C x
s
x
f ix =
s
i
i
[Source: Rossouw et al.]
37
ci aix k xi
⎛
⎞
c x ⋅ ⎜1 + ∑ aix k xi ⎟
x
⎝
⎠
Statistical ALCHEMI
•
Theory of statistical ALCHEMI:
Fitting of aix (aAlx, aNix) by χ2-minimisation:
χ ( x) = ∑
2
s
a Alx ⋅ N + a Nix ⋅ N + C x − N
σ s ( x)
σ s2 ( x) = N x's + abx2 N bxs
s
Al
s
Ni
2
s
x
⎡
2
's
2
s ⎤
+
+
a
N
a
N
bi bi ⎥
⎢ ∑ ix i
⎣ i
⎦
(
)
Definition of Channelling Strength E and Qualitiy of Fit QoF:
N Alrand N Alchan
−
N xrand N xchan
E=
N Alrand
N xrand
a Alx N Als + a Nix N Nis + C x
QoF =
N xs
s
38
Statistical ALCHEMI
Fitting of aAlTi, aNiTi of experimental data of a Ni82Al12Ti6 alloy:
0,92
0,16
χ2R
0,14
aAlTi
0,90
0,12
0,88
χ 2R
aAlTi / aNiTi
•
0,10
0,86
0,08
aNiTi
0,06
0,84
0,04
0,82
-20
-10
0
10
20
Cx
39
ALCHEMI:
Limitierung der quantitativen Analyse
Delokalisierung der Generierung von
charakteristischen Röntgenquanten
Æ geringe Variation der Emission von
Al-K Quanten mit Veränderung der Einstrahlbedingung
Absorption der Röntgenstrahlung in der Probe
Æ starker Unterschied von Ti-K und Cr-K Quanten in
Ni- und Pt-Basis Legierungen
Attenuation length: Abfall der Intensität auf 1/e (~40%)
des Ausgangswerts
40
ALCHEMI:
Limitierung der quantitativen Analyse
• Erzeugung eines kinematischen Untergrunds durch
Absorption (Dechannelling) von Elektronen
• Stark abhängig von der Kernladungszahl der
untersuchten Elemente
• die thermische Bewegung der Atome trägt zusätzlich
zu dem kinematischen Untergrund bei
41
ALCHEMI:
Experimental setup
•
CM200: 200kV, smallest Condenser Aperture, Tsample=-170°C
g=-400
g=-200
g=-100
g=400
g=200
g=100
42
ALCHEMI:
Experimental results
Ternary Ni79Al15Cr6 alloy:
Normalised Intensity (to Ni-K peak) [%]
•
Al-K
Ni-K
s>0
s<0
30
γ‘
20
Cr-K
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
TEM-brightfield pattern
X-Ray Energy [keV]
43
ALCHEMI:
Normalised Intensity [a.u.]
1,4
5
100 band
Normalised Intensity [a.u.]
•
Cr-K
Al-K
1,2
Ni-K
1,0
4
3
200 band
Al
2
Ni
1
0
0,8
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
kx/g100
0,6
Al
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Ni
5
kx/g100
LACBED pattern for the
Al- and Ni-sub lattice (001 ZA)
44
4
ALCHEMI:
•
E<0,15
E>0,15
2,5
Arithmetic Mean: -22 %
Standard Deviation: 78 %
1
0
QoF
fCrAl
2,0
fCrAl / QoF [a.u.]
Partitioning Coefficient fCrAl
2
Arithmetic Mean: 125 %
-1
1,5
1,0
0,5
-2
0,0
Statistical ALCHEMI
0,00
Double ratio method
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
Channeling Strength E
→ Statistical ALCHEMI
provides reproducible results
45
fCrAl (E<0,15)
fCrAl (E>0,15)
Arithmetic Mean
147 %
117 %
Standard Deviation
40 %
20 %
Experimentelle Ergebnisse
Vergleich der
EDX-Spektren
bei unterschiedlichen
Einstrahlbedingungen
von CMSX-4:
40
100
Ni-K α1
s >s 0
>0
s <s 0
<0
30 80
Al-K α
•
20
Al-K αTa-M α1
60
40
Ta-M α1 W-M α1 Ti-K α
Ti-K β1 Ti-K α
W-M α1
Cr-K α
20
0
0
1 1
Cr-K β1
Mo-L α1
Mo-L α1
10
22
3
3
4
Co-K α
5
46
Cr-K
α
Ni-K β1
7 5 8
96
X-ray
X-rayenergy
energy[keV]
[keV]
46
ALCHEMI:
Ternary Ni82Al12Ti6 alloy
and
single crystal CMSX-4 alloy:
4,0
0,7
3,5
Partioning Coefficient fxAl [%]
Partitioning Coefficient fTiAl [a.u.]
•
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5 Standard Deviation: 24 %
0,0
Statistical ALCHEMI
0,6
0,5
0,4
31%
0,3
0,2
16%
0,1
0,0
Double ratio method
Ti
Ta
Ni
Cr
Co
γ‘
TEM Brightfield-pattern Ni82Al12Ti6
TEM-Brightfield-pattern CMSX-4
47
ALCHEMI:
Ternary Pt82Al12Cr6
and
quaternary Pt77Al12Cr6Ni5 alloy:
1,0
1,0
Partitioning Coefficient [a.u.]
Partitioning Coefficient [a.u.]
•
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Cr on Al
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Cr on Pt
Cr on Al
48
Ni on Al
ALCHEMI:
•
Calculation of enthalpy of formation of γ‘ using VASP:
32-atomic supercell
with the stoichiometry Pt3Al
as basis for ab-initio calculations
Pt82Al12Cr6
Pt77Al12Cr6Ni5
49
ALCHEMI:
•
Calculation of the total density of states of the Pt3Al phases using VASP:
Destabilisierung der (Pt72Cr3)(Al25) Phase durch
erhöhte Anzahl an Elektronen an Fermi-Energie
Nähere Infos: Liebscher et al., Acta Materialia 2008
50
ELCE:
Experimentellen Vorgehen
•
Electron Loss Channelling Experiments (ELCE) an einer Ni82Al12Ti6 Leg.
entlang der [110]-Zonenachse
Kristallprojektion in [110] Richtung
der Ni3Al Phase
Ti-Atome okkupieren
das Al-Untergitter
Al-Ebenen
Ni-Ebenen
51
ELCE:
Ergebnisse
•
kx/g=000: Elektronenwellenmaxima an Ni-Ebenen
kx/g=002: Elektronenwellenmaxima an Al-Ebenen
Ti-L23 Kante:
- reduzierte L2-Peakintensität für kx/g=000
Æ deutet auf niedrigere Oxidationsstufe (geringere
Besetzung des 3d-Orbitals) hin
Ni-L23 Kante:
- L3 Kante um 1eV für kx/g=002 zu höheren Energien
verschoben (chemical shift) Æ deutet auf geringere
Besetzung des 3d-Orbitals auf Al-Ebenen hin
52
ELCE:
Ergebnisse
•
Al-Ebenen
Ni-Ebenen
• L3/L2-Verhältnis gibt Aufschluss über Oxidationsstufe
• höhere Oxidationsstufe (geringere Besetzung 3d-Orbital)
mit höherem L3/L2-Verh.
- Ti: höheres L3/L2-Verh. an Ni-Ebenen Æ
Valenzelektronen hin zu Ni-Ebenen verschoben
- Ni: höheres L3/L2-Verh. an Al-Ebenen
Æ Ladungsübertragung von Ti auf Ni Atome
Al-Ebenen
53
WIEN2k:
Ergebnisse
•
Berechnung der elektronischen Struktur der Ni3Al-Phase mit Ti Atomen auf Al
Gitterplätzen mit WIEN2k: Partial Density of States (PDOS)
Aufspaltung der
Ti d-Orbitale
In d-eg und
d-t2g Orbitale
nur unbesetzte Elektronenzustände über EF werden
bei EELS Analysen angeregt
Hauptanteil d-t2g
54
Hauptanteil d-eg
WIEN2k:
Ergebnisse
•
Gitterplätzen: Elektronen Dichte in der (110)-Ebene
Al-Ebene
Ni-Ebene
Ti
Al
Ni
55
WIEN2k:
Ergebnisse
•
Gitterplätzen: Elektronen Dichte in der (110)-Ebene
Al-Ebene
Al-Ebene
Ni
Ti
Ni
ρe,max=0.18
ρe,max=0.38
Ti
d-t2g Orbitale
Ni-Ebene
d-eg Orbitale
56
Ni-Ebene
In-situ TEM: Phase determination at
high temperatures
The Pt-Cr system:
bcc
•
•
•
•
•
fcc
Cr
Pt
Cr3Pt
CrPt
CrPt3
bcc
fcc
A15
L10
L12
L10
A15
•
L12
57
[Venkatraman 1990]
[Waterstrat 1973]
high temperatures
•
The Pt-Cr system:
Pt fcc
L12
L12
L10
Preußner
Is there an additional phase appearing?
58
high temperatures
•
DSC measurment of Pt50Cr50:
Phase transformation
to Pt fcc at 1280°C
Is there a second phase
appearing above 1120°C?
Preußner
59
high temperatures
•
In-situ heating experiments:
SADP at 25°C
Simulated diffraction pattern
using the L10-ordered PtCr structure
Zone axis 100
TEM-Brightfield pattern at 25°C
60
high temperatures
•
In-situ heating experiments – Selected Area Diffraction:
750°C
850°C
950°C
1035°C
1150°C
1200°C
61
high temperatures
•
In-situ heating experiments – TEM Imaging:
T=850°C
T=950°C
62
T=1050°C
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!!
63

CL_TEM-Phasendetektion - Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

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