Prakt. Met. Sonderband 47 (2015) 289 
SHS Chemisches Atzen von perowskitischen Diinnschichtmembranen 
hy Dr M. Kappertz, F. Schulze-Küppers, S. Baumann, D. Sebold, O. Guillon 
2G Fuge Forschungszentrum Jülich GmbH, y Institut für Energie und Klimaforschung, Materialsynthese und 
Herstellungsverfahren (IEK-1), 52425 Jülich 
Jülich Aachen Research Alliance: JARA-Energy 
X. Drautz, G. 
Ni-base 1 Einführung 
Sauerstoff ist eines der wichtigsten technischen Gase und wird in vielen Bereichen vom Kraftwerk, 
Stahlwerk bis hin zu medizinischen Anwendungen benötigt. Die Sauerstoffbereitstellung geschieht 
bei sehr hohem Bedarf durch die kryogene Luftzerlegung (Linde-Verfahren) und bei mittlerem 
Bedarf durch Druckwechseladsorption. Als alternatives Verfahren bieten sich keramische 
Membranen an. Die Sauerstoffabtrennung geschieht bei Temperaturen von ca. 800°C durch die 
Diffusion von Elektronen und Sauerstoffionen durch das Kristallgitter. Besonders gute Flüsse 
werden durch Materialien mit Perowskitstruktur erzielt z.B. Bao.sSro.sCoo.gFeo.2O3.4 (BSCF) [1]. Die 
Triebkraft für den Sauerstoff durch die Membran zu permeieren ist ein Unterschied im 
Sauerstoffpartialdruck, da die Natur versucht solch einen Unterschied auszugleichen. Der Sauerstoff 
fließt also von einem Gas mit hohem Sauerstoffanteil, in der Regel (Druck-)Luft, durch die 
Membran auf die so genannte Permeatseite mit niedrigerem Sauerstoffanteil. Hierzu wird entweder 
ein Unterdruck erzeugt, oder die Membran mit einem Gas gespült, das mit Sauerstoff angereichert 
werden soll. Außer der entsprechenden Turbomaschinen (Kompressoren, Pumpen) und der 
Bereitstellung der Temperatur wird keine weitere Energie wie z.B. externe Stromquelle benötigt, 
wodurch der Prozess sehr energie-effizient ist. 
Um die für eine bestimmte Anwendung benötigte Membranfläche und damit die Kosten möglichst 
gering zu halten, muss der spezifische Sauerstofffluss pro Membranfläche so groß wie möglich 
sein. Neben dem Material, der Temperatur und der Triebkraft hängt der Fluss noch wesentlich von 
der Membrandicke ab. Deshalb werden die Membran als dünne Schicht auf einem mechanisch 
stabilen porösen Träger hergestellt [2]. 
2 Motivation 
Der Sauerstofffluss durch die Membranschicht selber wird unter anderem durch die Korngröße 
beeinflusst, da die Diffusion über die Korngrenzen häufig langsamer abläuft als durch das Korn [3]. 
Um die Korngröße quantitativ zu bestimmen, können dichte Probenkörper eingebettet, poliert, 
ausgebettet und anschließend thermisch geätzt werden [4]. Dies ist bei dünnen Membranschichten 
auf einem porösen Träger so aber nicht möglich. 
Um für die Gefüge-Analyse eine hochwertige Schliff-Qualität solcher Proben zu ermöglichen, wird 
eine Vakuumimprägnierung genutzt. Da das Einbettmittel nicht rückstandsfrei aus dem porösen