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Dynamik der Siliziumkarbid - Bildung in Graphitelektroden durch karbothermale Reduktion in der Gasphase

Dynamics of silicon carbide formation in graphite electrodes through carbothermal reduction in gas phase

  • Aufgrund des fortschreitenden Klimawandels müssen neue Wege gefunden werden, um diesen zu verlangsamen, bzw. die Emission von Treibhausgasen zu reduzieren. Ein Weg dieses Ziel zu erreichen ist das CO2-Recycling direkt an der Quelle. Durch die hohe thermische und chemische Beanspruchung der hierfür eingesetzten Elektroden bieten sich gerade technische Keramiken als Elektrodenmaterialien an. Eine jener in Frage kommenden Keramiken ist Siliziumkarbid (SiC). Bei SiC handelt es sich um einen Wide-Bandgap-Halbleiter mit hoher thermischer und chemischer Stabilität. Da die Herstellung, des für Elektroden benötigten, hochreinen, porösen SiC sehr aufwendig und damit auch teuer ist, wird schon seit einiger Zeit nach anderen Verfahren, als den industriell eingesetzten Standardverfahren, zur Herstellung von hochreinem SiC geforscht. In der vorliegenden Arbeit wird die Bildung von Siliziumkarbid in isostatisch gepressten Graphiten mittels karbothermischer Reduktion verschieden dotierter Sol-Gel-Granulaten und cerschiedener poröser Graphite untersucht. Zu diesem Zweck werden die Proben unterschiedlichen Anzahlen an Zyklen des in einem Induktionsofen, durchgeführten Hochtemperaturprozesses ausgesetzt. Dabei wird das Granulat thermisch zersetzt, wobei es unter anderem zu einer Gasphasenreaktion mit dem Kohlenstoff der Graphittemplates kommt und damit zur Umwandlung von Kohlenstoff zu SIC. Von den so gewonnenen Proben werden in einem Micro-CT Schichtaufnahmen erstellt. Das Ergebnis soll ein Erkenntnisgewinn bezüglich der Umwandlungstiefe und entstandenen Strukturen in den unterschiedlichen Graphittemplates, je nach Anzahl der durchlaufenen Zyklen und verwendetem Precursorgranulat, sein. Nicht untersucht wird das elektrische Verhalten der unterschiedlichen, auf diese Weise örtlich dotierten, Templates.
  • Due to the progressing climate change new ways have to be found to decelerate this trend and to reduce the emission of greenhouse gases. One way to achieve this is recycling of the CO2 directly at its source. Because of the high thermal and chemical stress of the used electrodes, ceramics are the materials of choice. A ceramic material, which is suitable for this use is silicon carbide (SiC). SiC is a wide-gap semiconductor with high thermal and chemical stability. The production process of highly pure, porous SiC is very complicated and expensive. Hence, new techniques of producing this material are investigated. In this thesis the formation of SiC in graphite templates, using different sorts of porous graphite and doped sol gel precursors at a carbothermal reduction process is studied. For this purpose, different numbers of cycles of the carbothermal reduction process at an induction furnace are performed on the different graphite templates. In this process the precursor gets pyrolyzed. One result of this pyrolysis is a gas phase reaction of the pyrolysis products with the carbon within the graphite templates converting carbon to SiC. The samples gathered this way are scanned with a micro tomography device. As a result we gain knowledge regarding the depth of conversion and the formed structures inside the different graphite templates, depending on the number of cycles of the high temperature process performed on them and the used doped precursor. The electrical properties of the different templates are not discussed in this thesis.

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Metadaten
Author:Nikolas Kroell
DOI:https://doi.org/10.25924/opus-3154
Advisor:Bettina Friedel
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Year of publication:2019
Publishing Institution:FH Vorarlberg
Granting Institution:FH Vorarlberg
Release Date:2019/11/18
Tag:Silicon Carbide; Siliziumkarbid; Siliziumkarbid-Bildung; karbothermale Reduktion
Number og pages:XII, 93
DDC classes:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 600 Technik
Open Access?:ja
Course of Studies:Energietechnik und Energiewirtschaft
Licence (German):License LogoUrhG - The Austrian Copyright Act applies - Es gilt das österr. Urheberrechtsgesetz