Atomare Mobilität in Nanogläsern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Horst Hahn; Professor Dr.-Ing. Gerhard Wilde
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427131164

Nanogläser sind eine relative neue Klasse von amorphen Materialien, die aus zwei unterscheidbaren Regionen mit unterschiedlichen atomaren Anordnungen und charakteristischen Dimensionen von wenigen Nanometern bestehen. Die atomare Struktur von metallischen Nanogläsern ist deutlich verschieden von der Struktur der gut bekannten metallischen Gläser, die durch Schnellabschrecken aus der Schmelze hergestellt wurden. Fluktuationen der Zusammensetzung (Segregation), Unterschiede des freien Volumens und eine erhöhte „medium range order“, aber ohne Kristallisation, sind die wesentlichen strukturellen Unterschiede zwischen schnell abgeschreckten Gläsern und Nanogläsern. Die strukturellen Unterschiede zwischen den beiden amorphen Regionen führen zu drastischen Änderungen der mechanischen und funktionellen Eigenschaften im Vergleich zu schnell abgeschreckten metallischen Gläsern. In dem vorliegenden Projekt soll die atomare Bewegung in Nanogläsern im Vergleich zu konventionell hergestellten metallischen Gläsern untersucht werden, um weitere Informationen zu den strukturellen Details der verschiedenen amorphen Strukturen zu identifizieren. Die Untersuchung der Diffusionsprozesse erfordert die detaillierte Kenntnis der atomaren Struktur in allen Komponenten der amorphen Struktur, und konsequenterweise wird sich ein großer Teil des Projektes der Untersuchung der atomaren Struktur der neuen amorphen Struktur in den Grenzflächen widmen. Proben in drei Materialsystemen, Fe90Sc10, Cu50Zr50 und Pd80Si20, werden durch Edelgaskondensation mit thermischer Verdampfung und Magnetronsputtern hergestellt werden. Zur standardmäßigen Probencharakterisierung werden XRD, SEM und TEM eingesetzt, bei ausgewählten Proben werden zur Charakterisierung der Morphologie, der Mikrostruktur und der atomaren Struktur ergänzend SAXS, EXAFS, Paarverteilungsfunktionen und Mössbauer-Spektroskopie zum Einsatz kommen. In dem komplementären Forschungsansatz werden die Selbstdiffusion, die Fremdatomdiffusion und die Interdiffusion an den drei ausgewählten Nanoglas-Systemen und den jeweiligen schnell abgeschreckten Referenzproben von den beiden Forschungsgruppen am Karlsruher Institut für Technologie und an der Universität Münster gemessen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Sergiy Divinski; Dr. Harald Rösner