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Roland Sterzel

• Ziel dieser Arbeit ist die Herstellung und Charakterisierung von Zn-Mg-SE-Legierungen (SE = Y, Ho, Er, Dy, Tb, Gd), um Informationen über Struktur, Stabilisierung und physikalische Eigenschaften der quasikristallinen Phasen dieses Systems zu erhalten. Die Quasikristalle dieses Systems unterscheiden sich von Quasikristallen anderer Legierungen, die meist Al als Hauptkomponente enthalten. Es konnten bis zu 275 mm3 große Einkristalle der flächenzentriert ikosaedrischen Phase in den Systemen Zn-Mg-Y und Zn-Mg-Ho gezüchtet werden. Außerdem wurden MgZn2- und hexagonale A-Zn70Mg14Y16-Einkristalle hergestellt, deren Existenzbereiche im Phasendiagramm benachbart zu dem der ikosaedrischen Phase liegen. Um polykristalline Proben herzustellen, die unterschiedliche quasikristalline oder verwandte Strukturen als Hauptphase enthalten, wurden verschiedene Herstellungsverfahren getestet und verwendet. So konnte zum Beispiel erstmalig eine Probe hergestellt werden, die dekagonales ZnMgY als Hauptphase enthält. Zudem wurde eine neue kubische (R-Phase) bzw. hexagonale (M-Phase) und eine neue hochgeordnete primitiv ikosaedrische Phase im System Zn-Mg-Er entdeckt, synthetisiert und charakterisiert. Bei Untersuchungen dieser selbst gefertigten Proben konnten Erkenntnisse über magnetische Eigenschaften, elastische Konstanten, optische Leitfähigkeit, Leerstellenverteilung, Oberflächenbeschaffenheit, Diffusionsmechanismen und die Erstarrungsgeschichte der flächenzentriert ikosaedrischen Zn-Mg-SE-Quasikristalle gewonnen werden. Durch vergleichende Messungen an kristallinen Zn-Mg-SE-Legierungen lassen sich die für Quasikristalle spezifischen Effekte identifizieren. Die im Rahmen dieser Arbeit hergestellten und charakterisierten Proben sind aktuell Gegenstand weiterer Untersuchungen. Mit Hilfe von Beugungsexperimenten konnte gezeigt werden, dass die kubische R-Phase strukturell nahe mit der ikosaedrischen Phase im System Zn-Mg-SE verwandt ist. Die R- Phase ist bei Raumtemperatur nicht stabil und bildet die rhomboedrische M-Phase. Es konnte ein Strukturmodell für die R-Phase entwickelt werden, in dem keine ikosaedrischen Cluster als Strukturelement verwirklicht sind. Auch in der hexagonalen A-Phase konnten solche Strukturelemente nicht gefunden werden. Die Resultate dieser Arbeit legen nahe, dass die Struktur der Zn-Mg-SE-Quasikristalle, im Gegensatz zu Quasikristallen anderer Systeme, nicht auf großen ikosaedrischen Clustern basiert. Damit ist gezeigt, dass große ikosaedrische Cluster zur Bildung von Quasikristallen nicht notwendig sind. Messungen an den Proben zeigen, dass sich dadurch auch einige der physikalischen Eigenschaften, zum Beispiel die optische Leitfähigkeit, von Quasikristallen mit Clustern unterscheiden. Keine Unterschiede konnten beim Diffusionsverhalten und bei mechanischen Eigenschaften festgestellt werden. Hier gleichen die Zn-Mg-SE-Quasikristalle anderen strukturell komplexen Legierungen oder Quasikristallen anderer Legierungssysteme.