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Projekt
Bruchmechanismen in heterogenenen Strukturen - Verknüpfung der Mikrostruktur der EnAM mit dem Bruch- bzw. Aufschlussverhalten
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Urs Peuker
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470551727
Die übergreifende Idee zielt auf ein neues Prozessmodell, das Informationen über die innere Heterostruktur des EnAM-Systems, die z. B. partiell amorphe Strukturen enthält, mit dessen makroskopischer Bruchwahrscheinlichkeit korreliert. Um das Bruchverhalten der Heterostruktur des EnAM-Systems, die aus amorphen und kristallinen Phasen besteht, zu verstehen, werden Untersuchungen mit Einzelpartikeln aus verschiedenen Chargen der Schlackenbildung durchgeführt. Der Fokus liegt dabei auf den meso- und mikroskopischen Effekten während der Verformung und Rissbildung vor dem Bruchereignis sowie auf den Eigenschaften der Bruchstücke. Die Oberflächen der Bruchstücke geben Aufschluss über das Aufbrechen der atomaren Bindungen innerhalb der Kompositstruktur bzw. der Schlacke. Die elastische und plastische Verformung der verwachsenen Schlacke, die mehrere EnAM-Kristalle enthält, unter kompressibler Belastung gibt Auskunft über die lokal gespeicherte mechanische Energie, die später zum Bruch des Materials führt. Es werden drei wesentliche experimentelle Methoden angewandt: in-situ Belastungsexperimente mit Computertomographie (CT), Charakterisierung der Bruchebenen über Raster-Kraft-Mikroskopie und statistische Validierungsexperimente über Einzelpartikel-Druckversuche. Die experimentellen Daten werden aggregiert und analysiert, um charakteristische strukturelle Eigenschaften des Ausgangspartikels, das EnAM-Kristalle enthält, sowie der resultierenden Bruchstücke dieses Partikels nach dem Bruch zu identifizieren. Mit Hilfe der CT-Daten wird das Partikel aus den Bruchstücken virtuell in 3D rekonstruiert, so dass alle Bruchebenen identifiziert und lokalisiert werden können. Durch den Vergleich der Bruchebenen mit der Ausgangsstruktur der EnAM-Probe erhält man ein detailliertes Bild über das Auftreten von transgranularen oder intergranularen Brüchen. Im Mikrobereich liefern die AFM-Untersuchungen Informationen über die Topologie der Bruchebenen, was eine mikroskopische Information über die Wechselwirkungs-geometrien liefert, die die Grundlage für die Modellierung in der zweiten FP ist. Basierend auf der Datenanalyse wird ein tieferes Verständnis des Bruchgeschehens in der Mikro- und Mesoskala abgeleitet, das in ein Material- und Prozessmodell mündet.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
