Skalierungs- und Transfereffekte in reaktiven Materialien

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Anne Jung; Dr. Jörg Pezoldt
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426337931

Ziel dieses Projektes ist es, grundlegende Regeln und Gesetzmäßigkeiten zur Kontrolle oder Verlangsamung des Ablaufs der Reaktion und der Phasenbildung durch zwei- und dreidimensionale Strukturierung der reaktiven Mehrlagenschichsystemen zu erforschen. Der Einfluss der lateralen Dimensionen, der räumlichen Anordnung und der geometrischen Form der strukturierten Elemente der reaktiven Mehrlagenschichsystemen auf das Zündverhalten, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Reaktionsfront und die Phasenbildung wird untersucht. Bei flachen binären reaktiven Mehrlagenschichsystemen mit unendlicher Abmessung sind die wichtigsten Parameter, die die Reaktionsgeschwindigkeit steuern, die Materialkombinationen, die Doppelschichtdicke sowie die Dicke der einzelnen Schichten und ihrer Mikrostrukturen. Die auftretenden Eigenspannungen, die für eine zuverlässige Auslegung zukünftiger Geräte entscheidend sind, werden durch thermomechanisch gekoppelte numerische Simulationen und Parameteridentifikation durch inverse Modellierung identifiziert. Das Projekt wird die folgenden Fragen beantworten: Wie wirken sich laterale und vertikale Engstellen und der damit verbundene Reaktionsweg auf die maßgeschneiderte Morphologie aus? Wie können freie Oberflächen und eine Materialumgebung mit lokal angepassten Wärmeleitfähigkeiten genutzt werden, um den Reaktionsweg und die Morphologie zu steuern? Wie wirken sich lokale Veränderungen in der Morphologie auf die Reaktion aus und können sie für die Prozesskontrolle genutzt werden? Wie wirkt sich die Strukturierung von reaktiven Multilayern auf die Reaktion und Wärmeausbreitung aus? Wie können der Fügeprozess und die mechanischen Eigenschaften unter Anwendung der definierten Grundregeln gesteuert werden? Mit dem Fokus auf Skalierungs- und Transferprozesse trägt das Projekt in Zusammenarbeit mit "Phasenfeldsimulation und experimentelle Mikrostrukturforschung" und "Maßgeschneiderte Wärmefreisetzungseigenschaften für reaktive Fügeprozesse" zur Erforschung und Formulierung von Grundregeln als Voraussetzung für die Integration von reaktiven Materialien in die Fügetechnik für verschiedene Anwendungsbereiche bei.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen