Study of the phosphorus embrittlement in heavy metal alloys by a combination of SIMS and TEM

Summary The embrittlement of heavy metals of the type W96FeNi4 at phosphorus concentrations above 100 g/g is a phenomenon of considerable scientific and technical interest. In order to obtain information on the cause of embrittlement the behaviour of phosphorus as a function of technological parameters, particularly the cooling rate after sintering, has to be investigated. By application of SIMS and TEM it could be shown that phosphorus segregates to the grain boundary tungsten-binder during cooling, and that segregation increases with decreasing cooling rate. By quantitative micro trace analysis with SIMS the solubility limit of P in W could be determined. TEM showed that microprecipitates of a typical diameter of 5 nm are formed in the binder phase during cooling. Larger precipitates in the range 100–1000 nm occur at the grain boundaries tungsten-binder. By electron diffraction with computerized evaluation of the patterns these precipitates could be identified as NiP₂ phases. A major methodological result is that the combination of SIMS and TEM exhibits a great potential for the study of the influence of trace elements on material properties.

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Untersuchung der Phosphor-Versprödung von Schwermetallen mittels SIMS and TEM

Zusammenfassung Die Versprödung von Schwermetallen des Typs W96FeNi4 bei Phosphorkonzentrationen von größer als 100 g/g ist von beträchtlichem technischen und wissenschaftlichen Interesse. Um die Ursache für die Versprödung aufzuklären, müssen Informationen über das Verhalten von Phosphor als Funktion technologischer Parameter, insbesondere der Abkühlgeschwindigkeit nach dem Sintern gewonnen werden. Durch kombinierten Einsatz von SIMS und TEM konnte gezeigt werden, daß Phosphor bei der Abkühlung an die Korngrenze Wolfram — Binderphase segregiert und daß die Segregation mit langsamerer Abkühlgeschwindigkeit zunimmt. Weiterhin konnte die Löslichkeit von Phosphor in den Wolframphasen durch quantitative Mikrobereichsanalyse mit SIMS bestimmt werden. Mittels TEM wurde festgestellt, daß beim Abkühlen Mikropräcipitate mit einem typischen Durchmesser von 5 nm gebildet werden. Größere Präcipitate von ca. 100–1000 nm Durchmesser finden sich an den Korngrenzen. Mittels Elektronenbeugung und Computerauswertung der Beugungsmuster können diese Präcipitate als NiP₂ identifiziert werden. Ein weiteres methodisch orientiertes Ergebnis dieser Untersuchungen ist, daß die Kombination SIMS und TEM ein großes Potential für die Untersuchung des Einflusses von Spurenelementen auf Werkstoffeigenschaften aufweist.

     

Diffusion of deuterium into silicon single crystals: An investigation with SIMS

Summary Silicon single crystals were annealed at various temperatures between 25 and 350° C in a deuterium discharge and were subsequently analyzed with Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS). Beginning at the surface, the deuterium signal decays exponentially to the interior (decay length 30 nm under bombardment with 9-keV O ₂ ⁺ J ions). The influence of the bombarding energy on the decay length and the disappearance of the deuterium signal after a treatment with HF show that the deuterium profile is due to an ion beam-induced effect. It is concluded from investigations of boron-doped crystals (both implanted and diffused B) that a surface barrier exists for the indiffusion of deuterium, probably the native oxide layer. The permeation rate of deuterium through this barrier is 2×10¹¹ atoms/cm²s at 350° C and decreases strongly with decreasing temperature.

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Diffusion von Deuterium in Silicium-Einkristalle: eine Untersuchung mit SIMS

Zusammenfassung Silicium-Einkristalle wurden bei verschiedenen Temperaturen zwischen 25° C und 350° C in einer Deuteriumentladung getempert und anschließend mittels der Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) untersucht. Ausgehend von der Oberfläche nimmt das Deuteriumsignal exponentiell mit der Tiefe ab (Abklinglänge 30 nm bei 9 keV O ₂ ⁺ -Beschuß). Das Verschwinden dieses Oberflächenpeaks nach einer Behandlung mit HF und die Abhängigkeit der Abklinglänge von der Beschußenergie zeigen, daß ein Ionenstrahl-induzierter Effekt vorliegt. Untersuchungen Bor-dotierter Kristalle lassen auf die Existenz einer Oberflächenbarriere, wahrscheinlich die Oxidschicht, für die Eindiffusion von Deuterium schließen. Die Permeation von Deuterium durch diese Barriere beträgt 2×10¹¹ Atome/cm² s bei 350°C und nimmt mit abnehmender Temperatur stark ab.

     

Angle-dependent SIMS artifact in the analysis of InP/InGaAs layers

Summary A hump-like distortion was observed in SIMS depth profiles of the beryllium dopant in an InGaAs layer of a MOVPE-grown structure, when the SIMS analysis was done with oxygen primary ions. In order to identify the origin of this effect, investigations were carried out with SIMS, SEM, TEM, and AES. The effect is correlated with the sputter-induced build-up of a ripple-topography in the sputter crater bottom and its influence on the dynamic equilibrium surface concentration of implanted oxygen primary ions. It is strongly dependent on the angle of primary ion incidence and can be avoided by oblique beam incidence with 45° (with reference to the sample normal).     

Aufnahme von Spurenmengen Antimon (Radioantimon) durch einige Metalloxidhydrat-Niederschläge

Zusammenfassung Mit trägerfreiem¹²⁵Sb bzw. trägerarmem¹²⁴Sb wurde die Aufnahme von Spurenmengen Antimon(III) durch Fe(III)-, Al-, Zr- und Ti-Oxidhydrat untersucht. Für die Aufnahme von Antimon durch Mitfällung wurde gefunden: ZrTi>Fe Al. Bei Mitfällung aus 1M-NaCl und bei pH 7 sind etwa folgende Metallionenmengen erforderlich, um Antimon zur Hälfte mitzufällen: Zr oder Ti 0,02 mMol/l, Fe 0,1 mMol/l bzw. Al 3 mMol/l. Bei Fe-, Zr- und Ti-Oxidhydrat beträgt die Radioantimonaufnahme durch Mitfällung das 5- bis 8fache der Aufnahme durch Sorption an vorgebildeten Niederschlägen. Bei Mitfällung überwiegt daher hier Einbau in das Innere des Niederschlags sehr stark gegenüber Adsorption an der Oberfläche. Versuche mit Radiostrontium (trägerarmem⁸⁵Sr) ergeben im Gegensatz hierzu, daß bei Fe-, Al- und Ti-Oxidhydrat Mitfällung und Sorption an vorgebildeten Niederschlägen zu ungefähr gleich starker Aufnahme führen. Ferner wurde die Abhängigkeit der Radioantimonaufnahme vom pH und von der NaCl-Konzentration der Lösungen ermittelt und daraus Schlüsse auf die Natur des Aufnahmeprozesses gezogen.

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Uptake of trace amounts of antimony (radioantimony) by precipitates of some hydrated metal oxides

Uptake of trace amounts of antimony(III) by the hydrated oxides of Fe(III), Al, Zr and Ti was investigated using carrier-free¹²⁵Sb or¹²⁴Sb of high specific activity. For uptake of antimony by coprecipitation, the following order was found: ZrTi>FeAl. The amounts of metal ions required to coprecipitate half of the antimony from 1M-NaCl at pH 7 are: Zr or Ti-0.02 mMol/l, Fe-0.1 mMol/l, Al-3 mMol/l. With the hydrated oxides of Fe, Zr and Ti, uptake of radioantimony by coprecipitation is 5 to 8 times as great as uptake by sorption on preformed precipitates. In coprecipitation, incorporation into the interior of these precipitates thus exceeds adsorption on the surfaces considerably. In contrast, experiments with radiostrontium (⁸⁵Sr of high specific activity) have shown that for the hydrated oxides of Fe, Al and Ti uptake by sorption on preformed precipitates is about equal to that by coprecipitation. Dependance of uptake of radioantimony upon pH and concentration of NaCl was also determined and conclusions regarding the nature of the processes responsible for uptake were drawn.

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Mit 7 Abbildungen

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FürE. B. (Univ.-Prof. Dr.Engelbert Broda) mit herzlichen Wünschen zum 60. Geburtstag.     

Interface distribution analysis of P in W-NiFe-alloys with SIMS

Summary Microdistribution analysis with SIMS was applied to investigate the segregation mechanism of P in heavy metal alloys. Since P is present in the W-NiFe-alloy as a trace element, analytical techniques for high lateral resolution distribution analysis with maximum sensitivity were developed. This allows the measurement of the distribution of P across grain boundaries and individual phases with a spatial resolution of 1.4 m down to the low g/g-range. Analysis of samples sintered at 1540° C and cooled at different rates showed that P concentrations up to 100 g/g in 96% W heavy metal remain in solid solution whereas excessive phosphorus is precipitated preferentially at the W-NiFe interfaces, this segregation being the more pronounced the lower the cooling rate. A good correlation of P enrichment at the W-NiFe-interfaces with the mechanical properties of the heavy metals was found [3].

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Grenzflächen-Verteilungsanalyse von P in W-NiFe-Legierungen mit SIMS

Zusammenfassung Die Mikrobereichs-Verteilungsanalyse mit SIMS wurde zur Aufklärung des Segregationsmechanismus von P in Schwermetallen eingesetzt. Da P in W-NiFe-Legierungen nur als Spurenelement auftritt, mußten analytische Techniken für die Verteilungsanalyse mit hohem lateralen Auflösungsvermögen und maximaler Empfindlichkeit entwickelt werden. Durch eine chemische Oberflächenreaktion mit O₂ während des Sputterns konnte eine Verbesserung der Signalintensität um drei Größenordnungen erzielt werden. Dies ermöglichte es, die Verteilung von P entlang der Korngrenzen und verschiedenen Phasen mit einer lateralen Auflösung von 1,4 m bis in den unteren g/g-Bereich zu studieren. Die Analyse von bei 1540° C gesinterten und verschieden abgekühlten Proben erlaubte es zu zeigen, daß P-Konzentrationen bis 100 g/g im 96%-W Schwermetall in fester Lösung verteilt sind, wogegen größere P-Mengen bevorzugt an der Phasengrenze W-NiFe ausgeschieden werden. Diese Segregation ist um so ausgeprägter, je langsamer die Proben abgekühlt werden. Insgesamt wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den P-Anreicherungen an der W-NiFe-Korngrenze mit den mechanischen Eigenschaften der Schwermetalle erzielt [3].

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Symbols PI primary ion - E_o excitation energy - i_B beam intensity - d_A diameter of analyzed area - d_B beam diameter     

Analysis of Antimony Doping in Tin Oxide Thin Films Obtained by the Sol-Gel Method

The antimony doping in SnO₂ thin films prepared by the sol-gel dip-coating method has been studied using two characterization techniques. In order to determine the actual doping level directly in the deposited layers, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and secondary ion mass spectrometry (SIMS) have been used. We found that this doping level is systematically lower than expected from the starting solutions composition, and that two oxidation states are present: Sb³⁺ and Sb⁵⁺. As the antimony content increases, there is a competition between Sb⁵⁺ and Sb³⁺ species.The SnO₂: Sb thin films have also been observed by transmission electron microscopy (TEM), showing that the measured mean size of crystallites decreases as the Sb content increases in the oxide. No precipitates of either Sn or Sb oxides (other than SnO₂) could be detected.     

Nitrogen depth distribution, interface and structure analysis of SiNx layers produced by low-energy ion implantation

Thin silicon nitride (SiN _x ) layers with the stoichiometric N/Si ratio of 1.33 in the maximum of the concentration depth distributions of nitrogen were produced by implanting 10 keV¹⁵N ₂ ⁺ in 100 silicon at room temperature under high vacuum conditions. The depth distribution of the implanted isotope was measured by resonance nuclear reaction analysis (NRA), whereas the layer structure of the implanted region and the geometrical thickness of the layers were characterised by high resolution transmission electron microscopy (TEM). SiN _x layers with a thickness of about 30 nm were determined by NRA. Channeling Rutherford backscattering spectrometry was used to determine the disorder in the silicon substrate. Sharp interfaces of a few nanometers between the highly disordered implanted region and the crystalline structure of the substrate thickness were observed by TEM. The high thermal stability of SiN _x layers with N/Si ratios from under to over stoichiometric could be shown by electron beam rapid thermal annealing (1100 °C for 15 s, ramping up and down 5 °C/s) and NRA.     

Adsorption of antimony(III) and antimony(V) on bentonite: Kinetics, thermodynamics and anion competition

This research attempted to study the adsorption of Sb(III) and Sb(V) on bentonite using batch experiments. The effects of reaction time, temperature, initial Sb concentration, and competitive anions at different concentrations on the adsorption of Sb(III) and Sb(V) were investigated. Kinetic studies suggested that the adsorption equilibriums for both Sb(III) and Sb(V) were reached within 24 h. The desorption of Sb adsorbate on the bentonite was observed following Sb(III) adsorption, probably due to the oxidation of Sb(III) on the bentonite surface and subsequent desorption of Sb(V). In addition, oxidation of Sb(III) can occur in the solution medium also, which decreases the concentration of Sb(III) in the solution thereby driving the equilibrium in the direction of desorption from the surface. The adsorption data at three temperatures were successfully modeled using Langmuir (r² > 0.82) and Freundlich (r² > 0.99) isotherms. The thermodynamic parameters (ΔG⁰, ΔH⁰, and ΔS⁰) were calculated from the temperature dependence, suggesting that the adsorption process of Sb(III) is spontaneously exothermic, while the adsorption process of Sb(V) is spontaneously endothermic. Competitive anions such as , , and hardly affected the Sb(III) adsorption on bentonite, while and could compete with for adsorption sites. The competition between and on adsorption sites was presumably due to the formation of surface complexes and the surface accumulation or precipitation of on bentonite surface.     

Dynamic range optimization in SIMS analyses of arsenic and antimony dopants in silicon

Summary The application of two sample preparation techniques leads to a better understanding of the profile tailing in SIMS analyses of As and Sb distributions measured with Cs primary ions. The dynamic range in the SIMS depth profiles in terms of the detected concentration range is improved nearly by three orders of magnitude on samples with extremely high surface concentrations compared to measurements without preparation. More than five orders of magnitude are obtained. The application of the preparation techniques to As ion implants in silicon reveals a channeling tail below a concentration level of 5·10¹⁶ at/cm³ which is nearly independent of the implanted ion dose if it exceeds 5·10¹² at/cm².     

Electrical Properties of Transparent Doped Oxide Films

In the present study n-type and p-type transparent conductive TiO₂ films were prepared by using sol-gel method. The n-type TiO₂ films were obtained by using Ti(OC₃H ₇ ⁱ )₄ solutions co-doped with Ru and Ta. The films were uniform and transparent in all the conditions, and their crystalline phases were anatase when HCl or HNO₃ was used as a catalyst. The resistivity decreased with increasing Ta content and increased with increasing Ru content. Most of the films showed resistivity minima at a heat-treatment temperature of 700°C. The lowest resistivity of 10¹ 10² cm was attained. The p-type TiO₂ films were obtained by using Ti(OC₃H ₇ ⁱ )₄ solutions co-doped with Co and Nb (Sb). The films were also uniform and transparent when AcAc was used, while samples heat-treated at 800°C became opaque when HCl was added. Rutile single phase appeared when the films were heat-treated at 700°C. Logarithmic resistivity of films co-doped with Co and Nb was directly proportional to the reciprocal absolute temperature. On the other hand, the slopes for films co-doped with Co and Sb were different below and above 200°–220°C. The activation energy at the low-temperature region is as low as 0.17 eV, and the resistivity at room temperature is 10⁴ 10⁵ cm.     

Röntgenstrahlenbeugung bei hohen Temperaturen zur Untersuchung der thermischen Ausdehnung von MnSe und MnSe2

Zusammenfassung Durch Röntgenstrahlenbeugung mit Hilfe einer 190 mm Unicam-Hochtemperaturkamera wurde die thermische Ausdehnung von MnSe und MnSe₂ von Zimmertemperatur bis 710° bzw. 522° C untersucht. Der thermische Ausdehnungskoeffizient wurde aus den Meßdaten nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate erhalten und beträgt für MnSe: =24,5·10^–6°C^–1 (94–450° C) und =14,3·10^–6°C^–1 (450–710° C). Die Ausdehnung von MnSe₂ verläuft bis zum Bereich, in dem Zersetzung eintritt, linear. Die Methode der kleinsten Fehlerquadrate ergibt den Wert =20,0·10^–6°C^–1 (73–522° C).

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High temperature X-ray studies of the thermal expansion ofMnSe andMnSe ₂

The thermal expansion of MnSe and MnSe₂ has been studied above room temperature up to 710° and 522° C, resp., by X-ray diffraction techniques using a 190 mm Unicam high temperature camera. The thermal expansion coefficients, , obtained from a linear least-squares analysis of the data are for MnSe: =24.5·10^–6°C^–1 (94–450° C) and =14.3·10^–6°C^–1 (450–710° C). The expansion of MnSe₂ is linear up to the temperature range of decomposition. A least-squares analysis yields a value for of 20.0·10^–6°C^–1 (73–522° C).

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Mit 2 Abbildungen

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Herrn Prof.H. Nowotny gewidmet.     

Investigation of the automated determination of As,Sb and Bi by flow-injection hydride generation using in-situ trapping on stable coatings in graphite furnace atomic absorption spectrometry

Flow-injection hydride generation and in situ concentration of As, Sb and Bi hydrides in graphite furnace atomic absorption spectrometry can be automated by means of a long-term stable trapping reagent replacing the Pd modifier. In a systematic study, carbide-forming elements (Zr, Nb, Ta, W) and noble metals (Ir, Ir/Mg, Pd/Ir) were investigated as stable adsorbers which require only a single application. Trapping temperature curves indicate high signals for trapping of As at 750–800°C, Sb at 450–8000°C and Bi at 100–500°C on Zr-coated tubes. Ir- and Ir/Mg-coated tubes showed a high response for Sb and Bi at lower temperatures, but based on signal stability and reproducibility (over 400 trapping and atomization cycles tested) the better performance was found with the Zr-coated tubes. The radiotracers Sb-125 and Bi-207 were used to measure the hydride generation (>95% for both elements) and trapping efficiency (91% for Sb and 56% for Bi) on the Zr-coated tube. An adsorptive carry-over effect was observed with Sb and Bi but not with As, and trapping temperatures above 450°C with Sb and 350°C with Bi (the critical temperatures) can lead to errors in absorbance values. On a Zr-coated tube the characteristic mass was about 16 pg for As, 15 pg for Sb and 9 pg for Bi (peak height) and the detection limits (3 sigma) were about 0.015, 0.010 and 0.027 ng, respectively, with a 1 ml sample loop. The method was tested by the determination of the elements in NIST low-alloy steel certified reference materials.     

Polarographic study of composition and stability constants of Pb(II) N-(2-acetamido) imino diacetate complexes

Summary The complexation of Pb(II) by N-(2-acetamido) imino diacetate (ADA) has been studied polarographically (dc and ac polarographic techniques). Ac polarographic studies have been particularly helpful in deciding the reversibility of the reduction of both simple and complexed metal ions and for confirmation of the overall stability constants. A weighted least squares numerical technique has been applied for the calculation of the overall stability constants using both dc and ac techniques. The reduction of Pb(II) in N-(2-acetamido) iminodiacetate solutions has been found to be reversible and diffusion controlled, involving a two electron transfer process. Potential vs. concentration data at =0.1 mol dm^–3 (KNO₃) are interpreted on the basis of the formation of two complex species PbADA and Pb(ADA)^2– in thepH range 6.85–8.50. The logarithms of the stability constants (calculated from ac measurements) of these complexes are 8.73±0.12, 10.86±0.18 at 25°C, 8.31±0.28, 10.31±0.09 at 35°C and 7.61±0.20, 10.10±0.11 at 45°C, respectively. The thermodynamic parameters G, H and S have been calculated at 35°C.

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Polarographische Untersuchung von Zusammensetzung und Stabilitätskonstanten von Pb(II) N-(2-Acetamido)iminodiacetat-Komplexen

Zusammenfassung Es wurde die Komplexierung von Pb(II) mit N-(2-Acetamido)iminodiacetat (ADA) polarographisch mittels DC- und AC-Techniken untersucht. Insbesonders AC-Polarographie ergab eine klare Entscheidung bezüglich der Reversibilität der Reduktion von einfachen und komplexierten Metallionen und für die Bestätigung der Stabilitätskonstanten. Zur Bestimmung der Gesamtstabilitätskonstanten wurde eine gewichtete mittlere Fehlerquadrat-Methode auf Basis von DC- und AC-Messungen herangezogen. Die Reduktion von Pb(II) in N-(2-Acetamido)iminodiacetat-Lösung stellte sich als ein reversibler und diffusionskontrollierter Zweielektronen-Transferprozess heraus. Die Abhängigkeit des Potentials von der Konzentration bei =0.1 mol dm^–3 (KNO₃) läßt sich mit der Bildung von zwei Komplex-Spezies PbADA und Pb(ADA)^2– impH-Bereich 6.85–8.50 erklären. Die Logarithmen der Stabilitätskonstanten dieser Komplexe (aus AC-Messungen) sind 8.73±0.12 und 10.86±0.18 bei 25°C, 8.3 ±0.28 und 10.31±0.09 bei 35°C bzw. 7.61±0.20 und 10.10±0.11 bei 45°C. Die thermodynamischen Parameter G, H und S wurden für eine Temperatur von 35°C berechnet.

     

Analytische Charakterisierung von Phosphor in Hartmetallen und Rohstoffen

Zusammenfassung Es wird über die metallurgische Bedeutung und die analytische Charakterisierung von Spurengehalten von Phosphor in Hartmetallen und deren Ausgangsprodukten berichtet. Für die quantitative Durchschnittsanalyse von Phosphorgehalten von wenigen g/g kann SIMS erfolgreich eingesetzt werden. Diese Methode verfügt über die entsprechende Nachweisstärke sowie ausreichende Richtigkeit und ermöglicht es, die Herkunft der Phosphorspuren und die Änderung des Phosphorgehaltes beim Sintern zu ermitteln. Die Verteilungsanalyse an Bruchflächen mit Scanning-AES liefert die wichtige Information, daß P in einer nur wenigen Nanometer dicken Interfacezone zwischen den Carbidphasen angereichert vorliegt.

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Analytical characterization of phosphorus in hard metals and raw materials

Summary The metallurgical significance and the analytical characterization of trace amounts of P in hard metals and raw materials is discussed. For quantitative bulk analysis in the low (g/g-range SIMS can be used sucessfully. This method provides the necessary detection power and results of sufficient accuracy and enables to explain the origin of these trace contents of P and the study of the change of the P-concentration during sintering. Distribution analysis of fracture surfaces with Scanning AES yields the important information that P is mainly present in an interface zone of a few nanometers thickness between the carbide phases.

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Hartmetall eine metallurgische Signifikanz haben und die mechanischen Eigenschaften des resultierenden Hartmetalls verändern können.     

Interferences of hydride forming elements and of mercury in the determination of antimony, arsenic, selenium and tin by hydride-generation AAS

Summary By means of the radiotracer technique supplemented by conventional absorption measurements, the interferences of As, Bi, Hg, Pb, Sb, Se, Sn and Te in amounts between 10 g and 1 mg with the determination of As, Sb, Se and Sn by hydride generation AAS using heated quartz tube were investigated during the hydride-generation and the atomization stages. Amounts up to 100 g of Hg and Pb do not cause any detectable interference. The interference of Bi and Te is dominant in the hydride-generation stage and that of As, Se, Sb and Sn in the atomization stage. Tin is retained to a considerable extent in the quartz tube and the resulting memory effect makes the determination of As, Sb, and Se impossible. In the absence of interfering elements, the efficiency of the formation of hydrides of As, Sb, Se and Sn was close to 100%. However, a reduction of Sb(V) to Sb(III) prior to the hydride-generation is necessary for which an improved procedure was developed.

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Störungen von Hydridbildnern und von Quecksilber bei der Bestimmung von Antimon, Arsen, Selen und Zinn durch die Hydrid-AAS

Zusammenfassung Mittels der Radiotracertechnik und Atomabsorptionsspektrometrie wurde der Störeinfluß unterschiedlicher Mengen (10–1000 g) von As, Bi, Hg, Pb, Sb, Se, Sn und Te auf die Bestimmung von As, Sb, Se und Sn mit der Hydrid-AAS untersucht. Durch diese Verfahrenskombination war es möglich, das Ausmaß der Störungen durch diese Elemente sowohl im Hydrierungs- als auch im Atomisierungsschritt zu bestimmen sowie zum großen Teil auch die Gründe für ihr Auftreten aufzuklären. Keine nachweisbare Störung verursachen Hg und Pb bis zu jeweils 100 g. Die Störung durch Bi und Te tritt hauptsächlich im Hydrierungsgefäß auf, hingegen die durch As, Sb, Se und Sn im wesentlichen in der Quarzabsorptionszelle. Bei Zinn wurde ein starker Memoryeffekt festgestellt, der aus der Ablagerung dieses Elements in der Quarzküvette resultiert und der die Bestimmung von As, Sb und Se völlig unmöglich macht. Ohne diese Störelemente liegen die Hydrierungsausbeuten für As, Sb, Se und Sn bei nahezu 100%. Bei Antimon ist allerdings eine vorherige Reduktion von Sb(V) zu Sb(III) notwendig, für die ein verbessertes Verfahren vorgeschlagen wurde. Denn durch die Radiotracertechnik konnte nachgewiesen werden, daß die während der Alterung von Sb(V)-Lösungen durch Kondensationsprozesse entstehenden Polysäuren nicht mehr hydriert werden können.

     

Thermal analysis study of the influence of rapid solidification on the precipitation kinetics of theδ′ (Al3Li) Metastable phase in an Al-Mn-Li Alloy

The precipitation kinetics of the (Al₃Li) phase in two rapidly solidified and one conventionally cast samples of an Al-2.3Li-6.5Mn (in wt%) alloy are compared. Following high cooling rates, manganese is retained in solid solution in the aluminium matrix (Al) up to 6.0 wt%, far beyond the thermodynamic equilibrium value (0.36 wt% at 500°). Extended solid solution of manganese in aluminium induces strain gradients, similar to those produed by dislocations. The effect of such gradients, the size of which is proportional to the solute atomic fraction, is to enhance lithium precipitation, by lowering the activation energy, as observed, and also by affecting the rate parameter. Kinetic thermal analysis has been performed in a series of nonisothermal DTA experiments, operated in the heat flux DSC mode. The precipitation of the (Al₃Li) phase is evidenced by an exothermic peak whose characteristics were analyzed. The rate of transformation (precipitation) is assumed to obey the Johnson-Mehl-Avrami equation. The activation energy for the precipitation process, as well as the kinetic rate parameter have been evaluated for the rapidly solidified and the conventionally cast specimens. The activation energy for precipitation is lowered, from 105 kJ·mol^–1 for the conventionally cast material, down to 77 kJ·mol^–1 for a sample that exhibits manganese solid solubility extension of 6.00 wt%. The rate parameter for the precipitation reaction is reduced from about 1.40 for the slowly cast sample to 1.20 the rapidly solidified sample, as a result of additional stress-assisted precipitation.

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Zusammenfassung Es wird die Präzipitationskinetik der (Al₃Li) Phase in zwei schnell erstarrten und einer gewöhnlich gegossenen Probe einer Al-2.3Li-6.5Mn (in Gew.%) Legierung miteinander verglichen. Bei hohen Abkühlgeschwindigkeiten wird Mangan in der Aluminiummatrix (Al) bis zu 6.0 Gew.% als feste Lösung zurückbehalten, weit über den thermodynamischen Gleichgewichtswert (0.36 Gew.% bei 500°C) hinaus. Derart ausgedehnte feste Lösungen von Mangan in Aluminium erzeugen Spannungsgradienten, ähnlich wie die durch Versetzung hervorgerufen. Die Wirkung solcher Gradienten, deren Größe sich proportional zum gelösten Atombruch verhält, steigert, wie beobachtet durch Minderung der Aktivierungsenergie und auch durch Beeinflussung des Geschwindigkeitsparameters die Präzipitation von Lithium. Die kinetische Thermoanalyse wurde mittels einer Reihe von nichtisothermen DTA-Versuchen durchgeführt. Die Präzipitation der (Al₃Li) Phase wird durch einen exothermen Peak bewiesen, dessen Charakteristik analysiert wurde. Die Geschwindigkeit der Umwandlung (Präzipitation) scheint der Johnson-Mehl-Avrami-Gleichung zu unterliegen. Aktivierungsenergie des Präzipitationsvorganges als auch der Geschwindigkeitsparameter wurden sowohl für schnell verfestigte als auch für gewöhnlich gegossenen Proben ermittelt. Die Aktivierungsenergie für die Präzipitation wird von 105 kJmol^–1 für das gewöhnlich gegossene Material auf einen Wert von 77 kJmol^–1 für eine Probe mit einem gelösten Mangangehalt von 6.00 Gew.% gesenkt. Der Geschwindigkeitsparameter für die Präzipitationsreaktion wird von etwa 1.40 für die langsam gegossene Probe auf 1.20 für die schnell verfestigten Proben gesenkt.

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Dedicated to Professor Dr. H. J. Seifert on the occasion of his 60^th birthday     

Hydrodynamically induced crystallization of polymers from solution

Summary This paper primarily describes an investigation into the origin of persistent lamellar overgrowth of fibrillar crystals with a Shish-kebab morphology. Fibers grown from stirred p-xylene solutions of high molecular weight polyethylene at 108 °C exhibited an average spacing of 1 x 10³ Å between the lamellae when cooled down to room temperature in a normal way. Fibers quenched in liquid nitrogen displaved smaller lamellae with a periodicity of 0.4 x 10³ Å.It was found that the lamellae could be dissolved at 108 °C and recrystallized isothermally on the backbones at temperatures up to 94.6 °C. The spacing between the lamellae increased strongly with temperature in the range between 90.0 °C and 94.6 °C.The temperature dependence of this periodicity could be accounted for by the theory of secondary nucleation in polymer crystallization. The Poisson distribution of the numbers of lamellae along the backbones also suggests that lamellar growth is essentially controlled by the crystallization kinetics.The fibrillar polyethylene crystals grown at elevated temperatures from flowing solutions may be visualized as backbones constituted by partially crystallized polymer molecules and dangling ends extending from the backbones into the surrounding solution resembling centipedes.

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Zusammenfassung Dieser Bericht befaßt sich mit einer Untersuchung des Ursprungs von persistenter lamellarer Überwachsung von Faser-Kristallen mit Schaschlik-Morphologie.Faser-Kristalle, gewachsen aus geruhrten Xylol-Lösungen von hochmolekularem Polyäthylen bei 108 °C, zeigen ein mittleres Intervall zwischen den Lamellen von 1 x 10³ Å, wenn auf normae Weise abgekühlt zur Zimmertemperatur. Fasern, abgeschreckt im flüssigen Stickstoff, zeigen kleinere Lamellen mit einem Zwischenraum von etwa 0.4 x 10³ Å. Es wurde festgestellt, daß die Lamellen bei 108 °C gelöst werden können und von neuem auf den Faserkernen bis zu 94.7 °C kristallisieren. Die Temperaturabhangigkeit dieser Periodizität kann erklärt werden auf Grund der Theorie der sekundären Keimbildung bei polymerer Kristallisation. Wie sich zeigt, gruppiert sich die lamellare Überwachsung um den Kern entsprechend einer Poisson-Verteilung, was darauf hinweist, daß die lamellare Überwachsung wesentlich durch die Kristallisationskinetik bedingt wird.Die faserigen Polyathylenkristalle, bei erhöhter Temperatur hergestellt aus gerührten Lösungen, kann man sich als teilweise kristallisierte Moleküle, im Faserkerne aufgenommen, vorstellen mit langen Kettenenden im umgebenden Lösungsmittel, so ziemlich als einen Tausendfüßler.

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With 12 figures     

Conditions for S′-formation in an Al-Cu-Mg alloy

DSC-measurements show in a simple and convincing manner that the precipitation of the metastableS-phase in an Al-2.1% Cu-1.3% Mg alloy is enhanced in the presence of lattice defects (dislocation loops, helices, dislocations), but is little influenced by pre-existing GPB-zones.

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Zusammenfassung DSC-Untersuchungen zeigen auf einfache und überzeugende Weise, da\ die Bildung der metastabilen S-Phase in einer Al-Cu-Mg-Legierung (Al-2.1%, Cu 1.3 %Mg) in Gegenwart von Gitterdefekten (Versetzungsringe, Wendeln, Versetzungen) gesteigert, aber durch vorherige GPB-Zonen nur wenig beeinflu\t wird.

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We are greatly indebted to Centre de Recherches de Voreppe S. A. for the preparation of the alloy.     

Untersuchungen über Chlorierungsprodukte des Cyclohexans

Zusammenfassung In Fortsetzung früherer Versuche wird diestufenweise Chlorierung aller von uns aus Cyclohexan-Chlorierungsprodukten isolierten bzw. darin nachgewiesenen Chlorkohlenwasserstoffe studiert, und zwar einmal, um die Stellung und die räumliche Lage der Cl-Atome in dem bei 125 bis 126° schmelzenden Tetrachlor(I)-, dem bei 109 bis 110° schmelzenden Hexachlor(II)-und dem Heptachlorcyclohexan vom Schmp. 119 bis 120°(III) aufzuklären, zum anderen, um neue Cl-substituierte Cyclohexane aufzufinden bzw. die Existenz nur einmal beschriebener [z. B. Trichlor- und Tetrachlorcyclohexan vom Schmp. 65°⁵ bzw. 110 bis 111°⁴ (IV und V)] zu überprüfen. Die Konstitutions- und Konfigurationsbestimmung von I, II und III soll gleichzeitig darüber Aufschluß geben, wie groß die Tendenz zur Ausbildung von CCl₂-Gruppen bzw. zum Intaktbleiben von CH₂-Gruppen bei der Chlorierung von Cyclohexan-Substitutionsprodukten ist. Dieses Ergebnis interessiert z. B. im Zusammenhang mit der Frage, von welcher Cl-Zahl an bei der Cyclohexan-Chlorierung Substitutions-produkte entstehen, die anallen C-Atomen Cl-Atome tragen. Außer der stufenweisen Halogenierung werden Umsetzungen von I, II und III mit Alkali und Zinkstaub angestellt. Dipolmomentmessungen der genannten Cyclohexan-Substitutions-produkte laufen parallel.Gleichzeitig Mitt. XXXII der Reihe Zur Chemie von Polyhalocyclohexanen.     

Nachweis und Bestimmung von Spuren toxikologisch wichtiger Metallionen mit Hilfe der Ringofenmethode

Zusammenfassung Es wird eine Methode zum Nachweis und zur Bestimmung von Metallen aus hochverdünnten Lösungen (Konzentrationsbereich 10^–4 bis 10^–7 Mol/l) beschrieben, bei welcher die Metallspuren zur Anreicherung gefÄllt, filtriert und mit Hilfe der Ringofenmethode auf Papierfilter übertragen werden.Das besonders für toxikologische Untersuchungen bestimmte spurenanalytische Verfahren ist sowohl für den qualitativen Nachweis von Cu, Cd, Sb, Pb, Bi, Hg, Fe, Zn, Mn, Cr und Tl geeignet (Nachweisgrenze in 5 ml Probelösung von 0,1–0,8 g), wie auch für die halbquantitative Bestimmung von Cu, Cd, Sb, Pb, Bi, Hg, Fe, Zn und Tl nach der Methode der Ringofentüpfelcolorimetrie.Die halbquantitativen Bestimmungen lassen sich noch mit insgesamt 4–8 g des entsprechenden Metalls in 10 ml Probelösung ohne Schwierigkeiten durchführen. Die Genauigkeit der Methoden entspricht den Anforderungen bei spurenanalytischen Untersuchungen.

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Summary A method for the identification and determination of metals from highly dilute solutions (concentrations of 10^–4–10^–7 Moles/l) is described; the traces of the metals are precipitated, filtrated and transferred to filter-paper by means of the ringoven method.This trace analytical procedure is especially determined for qualitative and semiquantitative toxicological investigations. Cu, Cd, Sb, Pb, Bi, Hg, Fe, Zn, Mn, Cr and Tl can be identified (identification limits between 0,1–0,8 g in 5 ml of test solution).The semi-quantitative determination of Cu, Cd, Sb, Pb, Bi, Hg, Fe, Zn, and Tl can likewise be carried out. 4–8 g only of the respective metal in 10 ml of test solution are needed. The reproducibility of the various determinations is satisfactory for trace analytical investigations.

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Herrn Prof. Dr. Ing. Fritz Feigl zum 75. Geburtstag herzlichst gewidmet.