Metallurgische Elektrochemie

ISBN-13: 9783642874772 / Niemiecki / Miękka / 2013 / 525 str.

W. A. Fischer; D. Janke;W. a. Fischer

Opis

Bei der Beurteilung eines neu erscheinenden wissenschaftlichen Buches stellt man gewohnlich die Frage: Fullt dieses eine Lucke? Oder wenn dies nicht der Fall ist: Bringt es neue Gesichtspunkte? Nun - das vorliegende Werk flillt definitiv eine Lucke in der physikalisch-chemischen Literatur und, wo es sich zu Beginn in der Darstellung der Grundlagen mit anderen Werken inhaltlich uberschneidet, bewahrt es seine Eigenart der Darstellungsweise. Zugute kommt dem Buch die langjahrige Erfahrung des Seniorautors auf dem Gebiet der elektrochemischen Kontrolle der Sauerstoffkonzentration in flussigen Metallen in Labor und Praxis. lch erinnere mich, daB Professor Fischer schon Anfang der 50er Jahre auf die Moglichkeit einer solchen Analyse bei der Stahlherstellung mit Nachdruck hinwies. Seitdem war er flihrend an der Entwicldung der Sauerstoffsonde beteiligt. Die Erforschung stabiler ionen lei tender Oxide zur Messung chemischer Aktivitaten in Legierungs- und Oxid-Systemen (z. B. durch Kiukkola und Wagner, 1957) trug ihrerseits erheblich zur Entwicklung der Sauerstoffsonden bei. Heute haben wir Sonden zur Bestimmung der Sauerstoffaktivitat in fast allen technisch wichtigen Metallen."

Spis treści

1. Einführung.- Literatur.- Liste häufig verwendeter Symbole.- 2. Potentialbildung in galvanischen Zellen.- 2.1. Potentialdifferenz in galvanischen Zellen.- 2.2. Messung der elektromotorischen Kraft.- 2.3. Thermodynamische Grundlagen.- 2.4. Stromdurchgang in einer galvanischen Zelle.- 3. Eigenschaften elektrolytisch leitender Stoffe im festen Zustand.- 3.1. Fehlordnung und Fehlordnungstypen.- 3.1.1. Stöchiometrisch zusammengesetzte binäre Verbindungen.- 3.1.2. Nicht stöchiometrisch zusammengesetzte binäre Verbindungen.- 3.1.3. Ternäre Mischphasen und Verbindungen.- 3.1.3.1. Binäre Verbindungen mit einer Dotierung durch Fremdkationen.- 3.1.3.2. Ternäre Verbindungen vom Spinelltyp.- 3.2. Fehlordnung und Energie-Bändermodell.- 3.3. Stoff- und Ladungstransport in festen ionenleitenden Verbindungen.- 3.3.1. Allgemeine Zusammenhänge.- 3.3.2. Die elektrische Leitfähigkeit und ihre Temperaturabhängigkeit.- 3.3.3. Ionenleitfähigkeit, Elektronenleitfähigkeit und elektrolytische Überführung.- 3.3.3.1. Messung der elektrischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck der Gasphase.- 3.3.3.2. Teilleitfähigkeiten von Ionen und Elektronen.- 3.3.3.3. Überführungszahlen von Kationen und Anionen.- 3.3.3.4. Polarisationserscheinungen.- 3.3.3.5. Coulometrische Titration.- 3.3.4. Ionenselbstdiffusion.- 3.3.5. Thermoelektrizität.- 3.4. EMK-Messungen an Festelektrolytzellen.- 3.5. Ionenleitende Oxide.- 3.5.1. Reine Oxide.- 3.5.1.1. Zirkonoxid und Thoriumoxid.- 3.5.1.2. Erdalkalioxide.- 3.5.1.3. Aluminiumoxid, Yttriumoxid und Oxide der Seltenen Erdmetalle.- 3.5.2. Mischoxide und Oxidverbindungen.- 3.5.2.1. Mischoxide auf der Basis von ZrO2 und ThO2.- 3.5.2.2. Dotiertes Magnesiumoxid und Kalziumoxid.- 3.5.2.3. Aluminiumsilikate.- 3.5.2.4. Magnesiumsilikate.- 3.5.2.5. Magnesium-Aluminium-Spinell.- 3.5.2.6. Natrium-Aluminate.- 3.5.2.7. Kalziumphosphate.- 3.6. Ionenleitende Halogenide.- 3.6.1. Alkalihalogenide.- 3.6.2. Silberhalogenide.- 3.6.3. Erdalkalihalogenide.- Literatur.- 4. Eigenschaften elektrolytisch leitender Stoffe im schmelzflüssigen Zustand.- 4.1. Oxidschmelzen.- 4.1.1. Silikatschmelzen.- 4.1.1.1. Alkalisilikatschmelzen.- 4.1.1.2. Erdalkalisilikatschmelzen.- 4.1.1.3. Bleisilikatschmelzen.- 4.1.1.4. Al2O3-SiO2-Schmelzen.- 4.1.1.5. CaO-Al2O3-SiO2-Schmelzen.- 4.1.1.6. Eisen- und mariganoxidhaltige Silikatschmelzen.- 4.1.2. Phosphatschmelzen.- 4.1.3. Aluminatschmelzen.- 4.1.4. FeOn-CaO-Schmelzen.- 4.2. Halogenidschmelzen.- 4.2.1. Alkalihalogenidschmelzen.- 4.2.2. Erdalkalihalogenidschmelzen.- 4.2.3. Mischungen flüssiger Halogenide und Oxide.- 4.2.3.1. Schmelzelektrolyte für die Aluminiumelektrolyse.- 4.2.3.2. Elektroschlacken für das Umschmelzen von Sonderstählen.- Literatur.- 5. Zellen mit festen Oxidelektrolyten auf der Basis von Zirkonoxid und Thoriumoxid.- 5.1. Entwicklung der Sauerstoff-Festelektrolytzelle zur Messung in Metallschmelzen.- 5.2. Anwendung von Sauerstoff-Festelektrolytzellen in der Grundlagenforschung.- 5.2.1. Messung der Aktivität des Sauerstoffs in reinen Metallschmelzen.- 5.2.2. Messung der Aktivität des Sauerstoffs in legierten Metallschmelzen.- 5.2.3. Messung der Aktivität metallischer Komponenten in Metallschmelzen.- 5.2.4. Sättigungslöslichkeit des Sauerstoffs in Metallschmelzen.- 5.2.5. Diffusion des Sauerstoffs in festen und flüssigen Metallen.- 5.2.5.1. Messung der Sauerstoffdiffusion in flüssigen Metallen.- 5.2.5.2. Messung der Sauerstoffdiffusion in festen Metallen.- 5.2.6. Messung des Anteils an gelöstem Sauerstoff während der Desoxydation von Metallschmelzen.- 5.2.7. Elektrolytische Desoxydation von Metallschmelzen.- 5.2.8. Messung des Sauerstoffpotentials in Oxidschmelzen.- 5.2.9. Messung der Bildungsdrücke von Oxiden und Mischoxiden.- 5.2.9.1. Reine Metalloxide.- 5.2.9.2. Binäre Mischoxide.- 5.2.9.3. Ternäre Oxidverbindungen.- 5.2.10. Messung der Freien Bildungsenthalpien nichtoxidischer Verbindungen.- 5.2.11. Messung der Aktivität metallischer Komponenten in festen Metalllegierungen.- 5.2.12. Messung der Sauerstofflöslichkeit in festen Metallen.- 5.2.13. Messung von Sauerstoffpartialdrücken in Gasphasen.- 5.2.13.1. Zelltypen zur Sauerstoffpartialdruckmessung in Gasen.- 5.2.13.2. Messung des Sauerstoffpartialdrucks im Vakuum und in Inertgas—Sauerstoff-Gemischen.- 5.2.13.3. Messung des Sauerstoffpotentials von Reaktionsgasgleichgewichten.- 5.2.13.4. Coulometrische Sauerstoffdosierung in Gasen.- 5.2.13.5. Temperaturmessung mit Gas-Festelektrolyt-Zellen.- 5.2.14. Messung des Sauerstoffpotentials in heterogenen Reaktionssystemen.- 5.2.14.1. Sauerstoffpotentiale im System Metallschmelze—Gas.- 5.2.14.2. Sauerstoffpotentiale im System Festkörper—Gas.- 5.3. Anwendungsmöglichkeiten von Sauerstoff-Festelektrolytzellen in der industriellen Technik.- 5.3.1. Zellen zur Anwendung in Metallschmelzen.- 5.3.1.1. Elektrochemische Bestimmung der Sauerstoffaktivität in Stahlschmelzen.- 5.3.1.2. Elektrochemische Bestimmung der Sauerstoffaktivität in Kupferschmelzen.- 5.3.1.3. Elektrochemische Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Natriumschmelzen.- 5.3.2. Zellen zur Anwendung in Gasen.- 5.3.2.1. Zellen zur Messung und Regulierung des Sauerstoffpotentials in Gasen.- 5.3.2.2. Zellen zur Erzeugung und Speicherung elektrischer Energie.- 5.4. Ursachen für EMK-Fehlmessungen an Festelektrolytzellen.- 5.4.1. Elektronische Teilleitfähigkeit der Oxidelektrolyte.- 5.4.2. Porosität der Oxidelektrolyte.- 5.4.3. Elektrochemische Sauerstoffpermeation.- 5.4.3.1. Grundlagen.- 5.4.3.2. Auswirkungen.- 5.4.4. Reaktionen an den Grenzflächen zwischen Oxidelektrolyt und Elektroden.- 5.4.4.1. Festkörperreaktionen.- 5.4.4.2. Abscheidung von Gasen aus Metallschmelzen.- 5.4.4.3. Reaktionen an der Drei-Phasen-Grenze Gas/Edelmetall/Oxidelektrolyt.- 5.4.5. Temperatureinflüsse.- 5.4.5.1. Temperaturmeßfehler.- 5.4.5.2. Thermospannungen.- Literatur.- 6. Zellen mit weiteren festen Eletrolyten.- 6.1. Reine und dotierte Oxide als Festelektrolyte in galvanischen Zellen.- 6.1.1. Erdalkalioxide.- 6.1.2. Aluminiumoxid.- 6.1.3. Sc2O3, Y2O3 und Oxide der Seltenen Erdmetalle.- 6.2. Mischoxide und Oxidverbindungen als Festelektrolyte.- 6.2.1. Mischoxide auf der Basis von CeO2, HfO2 und La2O3.- 6.2.2. Aluminiumsilikate.- 6.2.3. Magnesiumsilikate.- 6.2.4. Magnesium-Aluminium-Spinell.- 6.2.5. Kalziumphosphate.- 6.2.5.1. Elektrolyte aus Gemengen von CaO und Kalziumtetraphosphat 4CaO-P2O5.- 6.2.5.2. Kalziumtriphosphat 3CaO-P2O5.- 6.2.6. Kalziumvanadat.- 6.3. Feste Glaselektrolyte.- 6.4. Feste Sulfidelektrolyte.- 6.5. Feste Nitridelektrolyte.- Literatur.- 7. Zellen mit festen Halogenid-Elektrolyten.- 7.1. Grundlegende Untersuchungen an galvanischen Zellen mit Halogenid-Elektrolyten.- 7.2. Ermittlung thermodynamischer Kennwerte.- 7.2.1. Zellen mit Schwermetall-Halogeniden als Festelektrolyt.- 7.2.2. Zellen mit Erdalkali-Halogeniden als Festelektrolyt.- 7.2.2.1. Freie Bildungsenthalpien von Metallfluoriden.- 7.2.2.2. Thermodynamische Kennwerte binärer Metallegierungen.- 7.2.2.3. Freie Bildungsenthalpien von Silikaten, Titanaten und Aluminaten.- 7.3. Coulometrische Titration an Zellen mit festen Halogenid-Elektrolyten.- 7.4. Kinetische Untersuchungen.- 7.4.1. Schwefelverdampfung aus Metallsulfiden.- 7.4.2. Bildungsreaktion von Metallsulfiden.- 7.4.3. Diffusion in festen Metallen.- 7.5. Stromliefernde Elemente.- Literatur.- 8. Schmelzelektrolytzellen.- 8.1. Schmelzelektrolytzellen in der Grundlagenforschung.- 8.1.1. Oxidschmelzen als Elektrolyte.- 8.1.1.1. Beispiele für Bildungszellen.- 8.1.1.2. Beispiele für Konzentrationszellen.- 8.1.2. Sulfid-, karbid- und phosphidhaltige Schmelzen als Elektrolyte.- 8.1.3. Halogenidschmelzen als Elektrolyte.- 8.2. Anwendung von Schmelzelektrolytzellen in der industriellen Technik.- 8.2.1. Gewinnung und Raffination von Leichtmetallen durch die Schmelzflußelektrolyse.- 8.2.1.1. Aluminium.- 8.2.1.2. Magnesium und Beryllium.- 8.2.1.3. Metalle der Seltenen Erden (Ceritmetalle).- 8.2.2. Raffination von Schwermetallen durch die Schmelzflußelektrolyse.- Literatur.- Namenverzeichnis.