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SFB 1394:  Strukturelle und chemische atomare Komplexität – Von Defekt-Phasendiagrammen zu Materialeigenschaften

Fachliche Zuordnung Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Förderung Förderung seit 2020
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409476157
 
Neue metallische Materialien sind unerlässlich für die Verwirklichung wachsender und bestehender Schlüsseltechnologien von der effizienten Energieumwandlung über Leichtbau im Transportwesen bis hin zu sicherer Medizintechnik. Zwei Herangehensweisen haben sich für das Materialdesign als herausragend erfolgreich erwiesen: Auf der einen Seite ermöglicht die thermodynamische Beschreibung kristalliner Phasen Forschenden in den Material- und Ingenieurwissenschaften die Entwicklung und Herstellung maßgeschneiderter Materialien mit der gewünschten Mikrostruktur. Auf der anderen Seite haben ein besseres Verständnis und die Manipulation von Kristalldefekten, welche die Festigkeit, Formbarkeit und Korrosion von Materialien bestimmen, zu neuen Legierungs- und Prozessierungskonzepten geführt und ermöglichen damit einige der fortschrittlichsten Hochleistungslegierungen, die heute zur Anwendung kommen. Diese zwei Konzepte sind jedoch bis heute weitestgehend voneinander entkoppelt. Die Vision des SFBs ist es, diese beiden mächtigen Herangehensweisen in einem konzeptuellen Rahmen zu vereinen, um die Defekte gemeinsam mit ihrer thermodynamischen Stabilität als Defektphasen zu betrachten. Dadurch soll Forschenden in den Material- und Ingenieurwissenschaften ein neues Materialdesignkonzept ausgehend von der atomaren Skala gegeben werden, welches die lokale kristalline Struktur der Defekte (strukturelle Komplexität), die atomare Verteilung der beteiligen Elemente in den verschiedenen Typen von Defekten (chemische Komplexität) und deren Stabilität unter den gegebenen Rahmenbedingungen, wie globale Zusammensetzung, Temperatur, angelegte mechanische Spannung oder Elektrodenpotential, gemeinsam betrachtet. Der SFB untersucht und klärt nicht nur die Wechselbeziehung zwischen struktureller Komplexität, chemischer Komplexität und Defektphasen, sondern unterstützt auch die Entwicklung neuartiger Materialdesignkonzepte durch die Bereitstellung neuer quantitativer Deskriptoren für die lokale Struktur und Chemie von Defektphasen, die die Eigenschaften eines Materials bestimmen. In der ersten Förderperiode hat der SFB erfolgreich mehrere Defektphasen in Theorie und Experiment identifiziert und beschrieben. Beispiele hierfür sind planare Defektphasen, die nicht zu Ausscheidungen wachsen, und chemisch induzierte strukturelle Übergänge von Korngrenzendefektphasen in Mg, sowie ein Mechanismenübergang in Versetzungsdefektphasen der Ca(Mg,Al)2-Laves Phasen. Strukturelle und chemische Komplexität auf atomarer Ebene ist in Materialien allgegenwärtig. Wir sind überzeugt, dass dies einen Paradigmenwechsel in der physikalischen Beschreibung von metallischen Materialien zur Folge haben wird. Gleichzeitig wird damit ein starkes Werkzeug für die zukünftige Entwicklung von Konstruktionswerkstoffen mit maßgeschneiderten Eigenschaften hinsichtlich sowohl der mechanischen als auch der korrosiven Leistungsfähigkeit zur Verfügung gestellt werden.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche

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