Scandiumoxid
Eigenschaften
Chemische Formel: Sc₂O₃
Bezeichnung: Scandium(III)-oxid / Scandiumoxid / Scandia
CAS-Nr.: 12060-08-1
Molare Masse: 137,91 g/mol
Dichte: 3,86 g/cm³
Schmelzpunkt: ca. 2.485 °C
Farbe: weiß
Form: feines Pulver
Kristallstruktur: kubische Bixbyiit-Struktur
Löslichkeit: praktisch unlöslich in Wasser, löslich in heißen Mineralsäuren
Scandium(III)-oxid (Sc₂O₃), auch als Scandiumoxid oder Scandia bezeichnet, ist eine anorganische Verbindung aus der Gruppe der Seltenerdoxide und zählt zu den wichtigsten Handels- und Rohstoffformen von Scandium. Das Material liegt als feines, geruchloses weißes Pulver vor. Mit einem Schmelzpunkt von etwa 2.485 °C besitzt Scandiumoxid eine außergewöhnlich hohe thermische und chemische Stabilität.
Bei Raumtemperatur kristallisiert Sc₂O₃ in einer kubischen Bixbyiit-Struktur. Das Oxid ist amphoter und in Wasser sowie verdünnten Laugen praktisch unlöslich. In heißen Mineralsäuren löst es sich dagegen unter Bildung entsprechender Scandiumsalze.
Eine besonders wichtige Eigenschaft von Scandiumoxid ist seine Funktion als Stabilisator und Dotierstoff in keramischen Kristallgittern. Bei der Dotierung von Zirkondioxid entsteht Scandia-stabilisiertes Zirkondioxid (ScSZ), das eine sehr hohe Sauerstoffionenleitfähigkeit unter den Feststoffelektrolyten bei moderaten Betriebstemperaturen ermöglicht.
Scandiumoxid besitzt außerdem eine breite Bandlücke von etwa 6,0 eV und einen hohen Brechungsindex von ungefähr 1,98 bis 2,05 im sichtbaren und infraroten Bereich. Gleichzeitig weist das Material eine ausgezeichnete optische Transparenz vom nahen UV- bis in den mittleren IR-Bereich auf.
Die großtechnische Herstellung von Scandiumoxid erfolgt überwiegend durch Fällung von Scandiumhydroxid oder Scandiumoxalat aus aufbereiteten Extraktionslösungen mit anschließender Hochtemperatur-Kalzinierung bei Temperaturen oberhalb von 800 °C.
Scandium und seine Verbindungen spielen insbesondere in Festoxid-Brennstoffzellen, optischen Beschichtungen, Hochleistungskeramiken, Elektronik und Halbleitertechnik eine wichtige Rolle. Scandiumoxid dient außerdem als zentraler Ausgangsstoff zur Herstellung von Scandiumfluorid und hochreinem Scandium.
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Vorteile
• Sehr hohe Sauerstoffionenleitfähigkeit in ScSZ-Elektrolyten
• Verbesserung der elektrochemischen Effizienz von Festoxid-Brennstoffzellen
• Außergewöhnlich hohe thermische Stabilität
• Schmelzpunkt von etwa 2.485 °C
• Hoher Brechungsindex
• Optische Transparenz vom nahen UV- bis zum mittleren IR-Bereich
• Geeignet als Stabilisator und Dotierstoff für Hochleistungskeramik
• Wichtiger Rohstoff für hochreines Scandium und Scandiumverbindungen
Anwendungsbereiche
• Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC)
• Scandia-stabilisierte Zirkondioxid-Elektrolyte (ScSZ)
• Laser- und Dünnschichtoptik
• Verdampfungs- und Sputtermaterialien
• Antireflexbeschichtungen und UV-Filter
• Hochleistungs-Spiegelschichten
• Spezial- und Hochleistungskeramik
• Siliciumnitrid- und Zirkondioxid-Keramiken
• Elektronik und Halbleitertechnik
• Sputtertargets für piezoelektrische AlScN-Schichten
• High-k-Dielektrika
• Herstellung von Scandiumfluorid und hochreinem Scandium
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