Kinetik- und Strukturuntersuchung von unterkühlten Zr-basierten metallischen massivglasbildenden Flüssigkeiten

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Busch; Professor Dr. Andreas Meyer
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 217137571

Neue Studien haben gezeigt, dass es bei verschiedenen glasbildenen Flüssigkeiten eine Abweichung zwischen dem fragilen Verhalten der Schmelze bei hohen Temperaturen und den starke Zustand der tief unterkühlten Flüssigkeiten gibt. Diese Diskrepanz wird einem polymorphen Flüssig-Flüssig (L-L) Phasenübergang zugeschrieben. Busch und Mitarbeitern haben mittels Couette-Rheometrie einem direkten Übergang von Stark-Fragilen (S-F) Schmelzverhalten in die massivglasbildende Legierung Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5 (Vit1) beobachtet. Der Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe arbeitet zusammen mit dem Institut für Materialphysik im Weltraum zur Ergänzung der Untersuchung von S-F Übergänge in verschiedener Zr-basierten mehrkomponentigen glasbildenen Flüssigkeiten. Im Fokus dieser Studie liegt auf der eindeutigen Charakterisierung der thermophysikalischen Aspekte der Fragilitätsübergang durch Viskositäts-, Dichte-, und Wärmekapazitätsmessungen der Gleichgewichtsschmelze und unterkühlter Schmelze. Die Ergebnisse sind in diesem Bericht zusammengefasst und der Unterschied zwischen Fragilität bei Hoch- und Tieftemperaturen ist für alle untersuchten Systeme beobachtet. Allerdings, im Gegensatz zu Vit1, ist der direkte S-F Übergang nicht offensichtlich und ist hinter der Kristallisationsvorgänge bzw. außerhalb des Viskositätsmessbereichs versteckt. Die gerade veröffentlichte Ergebnisse von Kalorimetrie und Synchrotron-Röngtenstreuung an Vit1 Legierung haben die voraussichtliche thermodynamische Anomalie des S-F Übergangs identifiziert. Ähnliche Anomalien werden für Zr58.5Cu15.6Ni12.8Al10.3Nb2.8 (Vit106a) in den ersten Vorarbeiten dieses Projekts hier berichtet. Solche in-situ Röntgenstreuung Experimenten mit Levitation ermöglichen einerseits Kristallisation und Flüssig-Flüssig (L-L) Phasenübergang zu unterscheiden, anderseits Messungen von Strukturfaktor der Flüssigkeiten S(Q) von Gleichgewichts- bis auf Glaszustand. Das Ziel des beantragten Projekts ist die Charakterisierung von thermodynamischen sowie strukturellen Aspekten des S-F Übergangs mittels behälterloser in-situ Synchrotron-Röngtenstreuung und Kalorimetrie. Aufbauend auf die vorausgegangenen Ergebnisse lässt sich so ein umfangreiches Bild der Thermodynamik, Kinetik, und Struktur des Fragilitätsübergangs erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen