Stabilität von Sr(Ti0.65,Fe0.35)O3-δ - am IWE

4.3 Chemische Stabilität 43
1.6
1.4
STF in N 2
STF in Luft
1.2
1.0
∆L/L 0
/ %
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0 200 400 600 800 1000
T / °C
Bild 4-2 Dilatometermessung: Ausdehnung von STF über T in Luft und Stickstoff
Bild 4-2 vergleicht die thermische Ausdehnung einer STF-Keramik in Luft und Stickstoff.
Die Ausdehnung in Stickstoff ist größer als die in Luft, was ebenfalls darauf hindeutet, dass
Sauerstoffleerstellen die Ursache für die erhöhte Ausdehnung oberhalb von 450 °C sind.
Diese Beobachtung stimmt mit den Ergebnissen der gasabhängigen HT-XRD-Analyse (Bild
3-13) überein. Je reduzierender die umgebende Atmosphäre, desto größere Gitterkonstanten
werden gemessen.
Obwohl die Ausdehnungskoeffizienten des Multilayersystems nicht als angepasst bezeichnet
werden können, hat sich in der Arbeit von Endler [6] eine gute Haftfestigkeit zwischen den
Schichten gezeigt. Dieser Widerspruch kann durch die hohe Porosität der resistiven Sensorschicht
und durch die Bildung starker Verbundschichten erklärt werden.
4.3 Chemische Stabilität
Laut XRD- (Tabelle 3-3) und TEM-Untersuchungen (Tabelle 3-4, Tabelle 3-5) liegt STF nach
dem Sintern als kubischer Perovskit mit einer Gitterkonstante von a ≈ 3,895 Å vor.
Kommt es während des Betriebs im Automobil zu einer Änderung dieser Phase, ist STF als
resistives Sensormaterial zur Messung des Sauerstoffpartialdrucks nicht einsetzbar. Die Automobilindustrie
gibt als Betriebsbedingung λ = 0,7 vor, was bei 1000 °C einem Sauerstoffpartialdruck
von ca. 10 -15 bar entspricht.
In Kapitel 2.3.1.3 wurde das Modell eines Mischkristallsystems von STO und SFO vorgestellt.
Daraus wurden die Stabilitätsgrenzen von STF abgeleitet. Da STO im gesamten
Einsatzbereich des Sensors als stabil angesehen wird, begrenzt SFO den Stabilitätsbereich von
STF.
In dem Modell des Mischkristallsystems liegt die Stabilitätsgrenze zwischen pO 2 = 10 -8 und
10 -7 bar für T = 900 – 1000 °C, was auf einer Phasenumwandlung der SFO-Einheitszellen