Kationenaustausch in K(TiO)PO4-Einkristallen im Kontakt mit Rb-haltigen Nitratschmelzen zur Erzeugung von mikrooptischen Strukturen

Wellendorf, Robert

Das Ziel der Arbeit war die systematische Untersuchung zum Rb/K-Ionenaustauschverhalten von K(TiO)PO4-Einkristallen. Es wurde der Rb-Austauschgrad in Abhängigkeit von der Salzschmelzenzusammensetzung untersucht. Hierbei lag das Augenmerk auf der Einstellung des Austauschgleichgewichtes. Desweiteren wurde die Abhängigkeit des Rb/K-Diffusionskoeffizienten von der Salzschmelzenzusammensetzung untersucht. Die Austauschzeit wurde im Bereich 8 min - 16 h variiert. Mit einer Nitratschmelze aus 75 mol-% RbNO3 - 25 mol-% KNO3 wurde ein Rb-Austauschgrad von 0,29 +- 0,06 gefunden. Mit mehrfach geladenen Kationen betrug die Austauschzeit 8 min. Der höchste Rb-Austauschgrad wurde mit BiONO3 in der Schmelze gefunden (0,66) Der Rb/K-Diffusionskoeffizient erreicht mit mehrfach geladenen Kationen in der Schmelze Werte von etwa 1,0 * 10E-9 cm²/s. Die gefundene Anisotropie der Austauschgeschwindigkeit beträgt bei RbNO3-KNO3-Schmelzen etwa 100/1 und bei zweifach geladenen Kationen in der Schmelze etwa 250/1. Mittels Ionenaustausch wurde eine vorgegebene Gitterstruktur etwa 20 µm in die Tiefe eingebracht. Durch rein thermischen Ionenaustausch können extrem schmale und zugleich tiefe Austauschareale erzeugt werden.

The diffusion behaviour of Rb/K in K(TiO)PO4 single crystals has been investigated in the temperature range 350 °C - 450 °C in detail. After a contact of the crystals with Rb containing nitrate melts (8 min - 16 h) the degree of ion exchange and the counterdiffusion coefficient are anyalyzed in relevant crystallographic directions. The reached degree of ion exchange for Rb was found between 0.29 (75 mol-% RbNO3-25 mol-% KNO3 melts) and 0.66 (75 mol-% RbNO3-12.5 mol-% Ba(NO3)2-12.5 mol-% BiONO3). With multivalent cations were found Rb/K counterdiffusion coefficients of about 1.0 * 10E-9 cm²/s. The anisotropy of the exchange velocity was found between 1000/1 (RbNO3-KNO3-melts) and 250/1 (melts with Ba- or/and Pb-ions). It was possible to reach very narrow and deep exchange areas by a thermical ion exchange with a deepness of about 20 µm.

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Wellendorf, Robert: Kationenaustausch in K(TiO)PO4-Einkristallen im Kontakt mit Rb-haltigen Nitratschmelzen zur Erzeugung von mikrooptischen Strukturen. 1999.

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