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Projekt
Der Einfluß hoher Stromdichten und magnetischer Felder auf die Mikrostrutur nanokristalliner Eisen- und Nickel-Legierungen und auf zugehöriger Effekte während des Spark-Plasma-Sinterns.
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Reiner Kirchheim; Professorin Dr. Cynthia A. Volkert
Fachliche Zuordnung
Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
Förderung
Förderung von 2016 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319441864
Im vorliegenden Projekt soll die Stabilität der nanokristallinen Struktur metallischer Legierungen, die hohen elektrischen Stromdichten und hohen magnetischen Feldern ausgesetzt werden, untersucht werden. Interstitielle, nanokristalline Eisen- und Nickel-basierte Legierungen (Eisen mit Kohlenstoff und Nickel mit Sauerstoff) werden als dünne Filme auf Silizium durch Sputtern erzeugt und als Modellsysteme genutzt, um Korngrößen und Phasenseparationen als Funktion der elektrischen Stromdichte und der magnetischen Feldstärke zu messen. Die hohe thermische Leitfähigkeit des Siliziumsubstrates erlaubt es hohe elektrische Stromdichten zu verwenden und die interstitiellen Atome über weite Distanzen zu bewegen. Erste Ergebnisse haben gezeigt, dass Stromdichten so hoch wie 4 MA/cm2 zu erhöhtem Kornwachstum führen mit Eisenkörnern, die in der Richtung des elektrischen Stromes lang gestreckt sind. Die Bildung dieser langgestreckten Körner wird durch Karbide hervorgerufen, die sich zuerst ausscheiden und dann durch Elektromigration aufgelöst werden. Wenn ein starkes Magnetfeld parallel zur Filmoberfläche eingeschaltet wird, orientieren sich die Körner sehr stark in eine kristallographische Richtung parallel zu Filmoberfläche. Um diesen Effekt sowohl qualitativ als auch quantitativ zu verstehen, müssen Kontrollexperimente durchgeführt werden. Ein vertieftes Verstehen dieses neuen Effektes wird den Weg zur Anwendung dieser neuen Mikrostrukturen einleiten.Zusätzlich zu den fundamentalen Aspekten des Vorhabens werden die nanokristallinen Fe-C Legierungen auch durch Sintern von Pulvern in Gegenwart von elektrischen Feldern (FAST/SPS) hergestellt. Das technische Ziel besteht in einer neuartigen Herstellung von nanokristallinen Eisen- und Nickel Basislegierungen (z.B. nanokristallinem Stahl) bei tieferen Temperaturen, bei denen das Kornwachstum unterdrückt oder gleichmäßig erfolgt. Diese kompakten Proben können zusätzlich verwandt werden, um das Kornwachstum in 3 Dimensionen zu verfolgen und mit dem in 2 Dimensionen der dünnen Filme zu vergleichen.Der Einfluss von Temperatur, Stromdichte und magnetischer Feldstärke während der Verdichtung der Pulver mit FAST und SPS kann ermittelt werden, indem die Mikrostruktur mit der in den Modellsystemen verglichen wird. Somit kann der Einfluss der Stromdichte, die bei FAST/SPS gegenwärtig ist und beim konventionellen Sintern fehlt, ermittelt und mit den Ergebnissen der grundlegenden Untersuchungen an Modellsystemen verglichen werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
