Nanogläser - Ein Weg zu verbesserten mechanischen Eigenschaften amorpher Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Karsten Albe; Professor Dr.-Ing. Horst Hahn
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 224504410

Nanogläser sind vollständig amorphe Materialien mit einer dichten inhomogenen Mikrostruktur, die aus glasartigen Partikel aufgebaut ist, welche durch Glas-Glas Grenzflächen verknüpft sind. Diese beiden unterschiedlichen Kompntenten unterscheiden sich im Bezug auf ihr freies Volumen und können auch unterschiedliche Zusammensetzungen haben. Nanogläser lassen sich durch Konsolidierung von amorphen Nanopartikeln bei Raumtemperatur herstellen, durch modizifierte Sputterdeposition oder auch Clusterdeposition. Im Rahmen der ersten Förderperiode des SPP 1954 konnten wir zeigen, dass die Aktivierung von Schertransformationszonen in Glas-Glas-Grenzflächen bevorzugt ist, so dass Nanogläser homogen verformen und im Vergleich zu konventionell durch Rascherstarrung hergestellten Massivgläsern eine deutliche verbesserte Duktilität zeigen. Auf Basis der Computersimulationen konnte ein mikrostrukturelles Model entwickelt werden, dass mit den experimentellen Beobachtungen im Einklang ist.Das Ziel für die folgende Förderperiode ist, die mechanischen Eigenschaften der Nanogläser gezielt durch Modifikation der Topologie auf der mikrostrukturellen Ebene (Korngröße), durch den Einbau chemischer Gradienten in Nanoglaskompositen und durch Mikrosegregation von Fremdatomen an die Glas-Glas-Grenzflächen einzustellen. Neben verschiedenen metallischen Gläsern (Cu-Zr-Al, Fe-Sc) sollen auch oxidische Nanogläser präpariert und im Hinblick auf ihre mechanischen Eigenschaften getestet werden. Durch die in der ersten Förderperiode etablierten verschiedenen Herstellungsmethoden sind wir nun in der Lage im Experiment und der Computersimulation identische Materialien zu betrachten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1594: Topologisches Design hochfester Gläser