Oxidschichten

Oxidschichten sind dünne chemische Verbindungen, die sich an Oberflächen von Metallen, Halbleitern oder Keramiken durch Reaktion mit Sauerstoff bilden. Sie können als nativer Oxid bei Raumtemperatur entstehen oder als absichtlich erzeugte Schutzschicht auftreten. Je nach Material und Umwelt kann die Schicht dicht und fest oder porös und spröde sein.

Bildung und Mechanismen: Die Oxidbildung erfolgt durch Reaktion mit Sauerstoff aus der Umgebung. Die Schichtdicke wächst durch Diffusion von Ionen durch das Oxid. Bei bestimmten Metallen bildet sich eine passive, dichte Oxidschicht, die die weitere Korrosion hemmt; andere Oxide sind porös oder spröde und verlieren Schutzwirkung, insbesondere in Gegenwart von Chlorid-Ionen oder saurem Medium.

Eigenschaften: Oxidschichten haben typischerweise Dicken von wenigen Nanometern bis zu einigen zehn Nanometern. Sie können elektrisch isolierend wirken, die Farbe des Metalls durch Interferenz verändern oder als Barriere gegen weitere Reaktion dienen.

Beispiele: Aluminium bildet eine dünne Al2O3-Schicht, Chrom Cr2O3, Eisen Fe2O3 oder Fe3O4, Silizium SiO2 und Titan TiO2. Solche Schichten bilden die Grundlage für Passivierung oder Schutz und finden breite Anwendung in Technik und Industrie.

Anwendungen und Bedeutung: Schutz gegen Korrosion, in der Halbleitertechnik als Gate- oder Isolationsschicht, in der Optik für Interferenzfarben sowie als Oberflächenstruktur in Katalysen.

Stabilität und Schadensmechanismen: Oxidschichten können unter mechanischer Belastung, Temperaturwechseln oder aggressiven Umgebungen abblättern oder spalten. Ihre Regeneration erfolgt durch erneute Oxidation der freiliegenden Fläche.

Charakterisierung: Dicke, Struktur und Qualität werden mit Methoden wie XPS, Ellipsometrie, TEM oder Rastersondenmikroskopie untersucht.