3.5 Tempern
Die Temperung ist ein wirkungsvolles Mittel zur Verbesserung der Probenqualität.
Zunächst soll deren Notwendigkeit erläutert werden.
Der Erstarrungsvorgang der Probe
Beim Abkühlen der Proben kann es zu zweierlei Problemen kommen: Zum
einen führt das schnelle Abkühlen zu Defekten des Kristallgitters,
die die Probenqualität beeinträchtigen und damit Meßergebnisse
verfälschen können. Gitterdefekte sind einerseits Fehl- oder
Nichtbesetzung einzelner Gitterplätze sowie die Besetzung von Zwischengitterplätzen
und andererseits Stapelfehler, Versetzungen und Korngrenzen. Die zweite
Möglichkeit ist, daß es sich bei der hergestellten Probe um
eine inkongruent schmelzende Verbindung handelt. Beim Abkühlen bildet
sich beim Unterschreiten der Liquidusfläche (das ist die dreidimensionale
Fläche in einem ternären Phasendiagramm, oberhalb der das gesamte
Probenmaterial flüssig ist; dieses Phasendiagramm gilt für konstanten
Druck und verwendet als Parameter die Konzentration der drei Elemente
aufgetragen in Dreieckskoordinaten sowie die Temperatur) zunächst
eine feste Phase mit abweichender Stöchiometrie, und eine flüssige
Phase mit ebenfalls geänderter Zusammensetzung bleibt zurück.
Bis zum völligen Erstarren des Probenmaterials können weitere
feste Phasen ausfallen. Am Ende hat man eine Probe, die neben der Hauptphase
mit der erwünschten Stöchiometrie sogenannte Fremdphasen enthält.
Unter Umständen ist die Phase mit der beabsichtigten Zusammensetzung
sogar gar nicht vorhanden, obwohl sie existiert. Eine Einführung in
die ternären Phasendiagramme sowie eine genauere Beschreibung dieses
Vorganges steht in [Schank94]
und speziell anhand des Beispiels CeCu2Si2 in [Müller-Reisener95].
Vorgang der Temperung
Um den Anteil solcher Fremdphasen deutlich zu mindern oder Gitterdefekte
(zumindest der ersten Art) auszuheilen, nutzt man die Diffusion der Ionen
innerhalb der Probe. Dazu bringt man die Probe für eine längere
Zeit (meist eine bis drei Wochen) auf eine Temperatur knapp unterhalb ihres
Schmelzpunktes. Die Proben werden in Schiffchen aus Wolfram gelegt und
zusätzlich mit Zirkonfolie umwickelt. Zirkon ist ein sehr gutes Getter
für Sauerstoff und Stickstoff. Das bedeutet, daß Zirkon leicht
große Mengen an Sauerstoff und Stickstoff in sein Kristallgitter
aufnehmen kann, so daß diese Gase längere Zeit von der Probe
ferngehalten werden. Ytterbiumhaltige Proben gibt man dagegen in einen
Aluminiumoxidtiegel und schweißt diesen unter Argonatmosphäre
in einen Tiegel aus Eisen. Er kann ein Abdampfen von Ytterbium verhindern.
Das ganze heizt man in einem auf einige 108 mbar evakuierten
Quarzrohr auf Temperaturen von etwa 600 - 1200 °C, je nach Art der
Probe.
