Neuartige Formgedächtniskristall-Glas-Komposite

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Simon Pauly
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392320482

Hochfeste aber gleichzeitig zähe und duktile Kompositwerkstoffe, die aus einer amorphen Matrix und Formgedächtniskristallen bestehen, bergen ein großes Potential für den Einsatz in einer Vielzahl von praktischen Anwendungen. Im Rahmen dieses Projektes sollen grundlegende Fragestellungen in Bezug auf diese Kompositwerkstoffe untersucht werden, um den Zusammenhang zwischen dem kristallinen Volumenanteil, sowie der Morphologie als auch der Kristallgröße und den Verformungs-mechanismen besser zu verstehen. Dazu sollen verschiedene glasbildende Legierungen auf der Basis von CuZr hergestellt und charakterisiert werden. Der von uns gewählte Ansatz besteht aus der systematischen Kombination modernster experimenteller Verfahren (z.B. in-situ Verformung in einem HRTEM oder in-situ Verformung in hochenergetischen Röntgenstrahlen), die durch umfassende Finite-Elemente-Modellierung ergänzt werden. Drei wichtige Aspekte sollen im Wesentlichen geklärt werden: (1) Was ist der Einfluss der Legierungszusammensetzung und der Prozessparameter auf die Keimbildung und das Wachstum der Formgedächtnisphase, B2 CuZr (d.h. die thermodynamischen, kinetischen und strukturellen Aspekte der Kristallisation) und damit auf die Ausbildung der Kompositgefüge? (2) Was ist der Beitrag des Glases, der Formgedächtniskristalle und der Kristall-Glas-Grenzfläche (Dehnungen aufgrund der unterschiedlichen elastischen Eigenschaften der beiden Phasen) auf das Verformungsverhalten des Komposits? (3) Wie beeinflusst die verformungsinduzierte martensitische Umwandlung in den Formgedächtniskristallen die Entstehung und Ausbreitung von Scherbändern im Glas und wie beeinflusst die Kristall-Glas-Grenzfläche wiederum die martensitische Umwandlung?Die genauen Mechanismen, die der irreversiblen Verformung dieser Formgedächtniskristall-Glas-Komposite zugrunde liegen, sollen identifiziert werden und dann gezielt dafür eingesetzt werden, um die Zähigkeit und damit die plastische Verformbarkeit dieser Komposite deutlich zu verbessern. Dieses Projekt wird folglich zu einem deutlich besseren Verständnis bezüglich der Verformungs-mechanismen in dieser Materialklasse führen. Darüber hinaus ist es unser Ziel, die optimalen Kompositgefüge einzustellen und so hochfeste und gleichzeitig zähe Glas-Matrix-Komposite zu erzeugen, für die praktische Anwendungen in greifbare Nähe kommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Mitverantwortlich: Dr. Ivan Kaban
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Guangyu Wang