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Lattice dynamics in Hydrogenated Austenitic Stainless Steels and in the Superionic Conductor Cu 2-δ Se

Rajevac, Vedran :
Lattice dynamics in Hydrogenated Austenitic Stainless Steels and in the Superionic Conductor Cu 2-δ Se.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2005)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Lattice dynamics in Hydrogenated Austenitic Stainless Steels and in the Superionic Conductor Cu 2-δ Se
Language: English
Abstract:

The objects of research are lattice dynamics in fcc systems; austenitic stainless steels, hydrogenated austenitic stainless steels and superionic conductor Cu2-δSe. The thesis can be divided into three parts: modelling of lattice dynamics in austenitic stainless steels with different composition; modelling of optic modes of hydrogen vibrations in austenitic stainless steels with variation in alloying composition and hydrogen contents; investigation of structure and lattice dynamics of copper selenide Cu2-δSe compounds with different compositions. Firstly were investigated non-hydrogenated austenitic stainless steels. The experimental data phonon dispersion curves for the steels Fe-18Cr-12Ni-2Mo and Fe-18Cr-16Ni-10Mn are very similar. The Born-von-Karman model calculation together with the generalized force matrices (5 neighbouring shells) fits well to the experimental data. Using the Born-von Karman model with only two neighbouring shells and introducing the electron gas contribution instead, a significant improvement of the fit can be achieved. With this approach a satisfactory fitting with only few fitting parameters was obtained. In the further work INS study was performed on hydrogenated austenitic stainless steels. The experimental data for inelastic neutron scattering in highly hydrogenated austenitic stainless steels show significantly different results from the samples with medium and low hydrogen content. The fully hydrogenated samples have obviously a two peak structure due to the hydrogen-hydrogen interaction. In this system is used Born-von-Karman model(2 neighbour shell). In the samples with medium and low hydrogen content only one non-symmetric peak exists. Dominant term in this samples is due to influence of different alloying elements. The model which fit experimental data well is model of Einstein oscillators. The structure in α-copper selenide is determined as a function of composition . In Cu1.75Se, Cu1.78Se and Cu1.8Se at room temperature the cations occupy tetrahedral and octahedral interstices within the fcc anion sublattice. In Cu1.85Se and Cu2Se at elevated temperature no octahedral occupation has been detected, although considerable copper density is localised near the tetrahedral-octahedral boundary. The phase diagram of the system Cu-Se is not completely determined yet, especially on the low and high temperature regions. Diffraction studies gave indication that exsolution of copper in copper selenide occurs.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In dieser Arbeit wurde die Gitterdynamik der fcc-Systeme von austenitischen Edelstählen, hydrierten austenitischen Edelstählen und ionenleitendem Cu2-δSe untersucht. Die Dissertation besteht im wesetlichen aus drei Teilen: der Modellierung der Gitterdynamik austenitischer Edelstähle mit unterschiedlicher Zusammensetzung, der Modellierung verschiedener hydrierter austenitischer Edelstähle und der Untersuchung von Struktur und Gitterdynamik unterschiedlicher Kupferseleniden Cu2-δSe. Zuerst wurden Untersuchungen an den austenitischen Edelstählen Fe-18Cr-12Ni-2Mo und Fe-18Cr-16Ni-10Mn durchgeführt, wobei die experimentell ermittelten Phononenspektren der beiden Proben sehr ähnlich sind. Die Berechnungen mit dem Born- von Karman -Modell unter Berücksichtigung von fünf Nachbarschalen führten zu einer guten Übereinstimmung mit den experimentellen Daten. Durch den Einsatz eines Born- von Karman- Modells mit zwei Nachbarschalen, aber unter Berücksichtigung des Elektronengases wurde eine signifikante Verbesserung der Übereinstimmung erreicht und somit erhält man eine angemessenen Übereinstimmung mit wenigen Fitparametern. Anschließend wurden hydrierte austenitische Edelstähle untersucht, wobei die experimentellen Daten der hoch hydrierten Proben im Vergleich zu den Proben mit mittel und niederem Wasserstoffgehalt große Unterschiede aufweisen. Für die hoch hydrierten Proben, die auf Grund der Wasserstoff-Wasserstoff-Wechselwirkung zwei Maxima in dem Phononenspektrum zeigen, wurde ein Born- von Karman- Modell mit zwei Schalen verwendet. Im Vergleich dazu haben die Dispersionsrelationen der Proben mit mittel und niedrigem Wasserstoffanteil nur ein asymetrisches Maxima, daß haupsächlich von den Elementen der Legierung bestimmt wird. Diese Proben wurde mittels Einstein-Modell mit guter Übereinstimmung gefittet. Abschließen wurde die Struktur von α-Kupferselenid in Abhängikeit der Zusammensetzung untersucht. In den Proben Cu1.75Se, Cu1.78Se und Cu1.8Se besetzen die Kationen bei Raumtemperatur die Tetraeder- und Oktaederlücken des Anionengitters. Bei höheren Temperaturen wurde in den Proben Cu1.85Se und Cu2Se keine Besetzung der Oktaederlücken durch die Kationen festgestellt, obwohl zwischen den Tetraeder- und Oktaederlücken eine Besetzung durch Kupferatome beobachtet wird. Das Phasendiagramm des Cu-Se-Systems wurde bis heute noch nicht vollständig bestimmt, vor allem die Bereiche von niedrigen und hohen Temperaturen sind lückenhaft. Beugungsexperimente geben Hinweise, daß eine Entmischung des Kupfers aus Kupferselenid auftritt.German
Divisions: Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:50
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000523
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-5235
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Rauh, Prof.Dr. Hermann
Advisors: Fueß, Prof.Dr. Hartmut
Refereed: 6 August 2004
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/523
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