Erforschung einer neuen Klasse von Metall-Metall-Kompositen mit sich durchdringenden Phasen synthetisiert durch Liquid Metal Dealloying

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Ilya Okulov; Professorin Dr.-Ing. Jana Wilmers
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577003923

Im Mittelpunkt dieses Forschungsprojekts steht eine neue Klasse von Metall-Metall-Kompositen, die durch Liquid Metal Dealloying synthetisiert werden. Diese neuartigen Kompositmaterialien besitzen eine einzigartige, skalierbare Mikrostruktur bestehend aus sich durchdringenden Metallphasen auf der Nano- oder Mikroskala, die zu charakteristischen, nicht-klassischen Eigenschaftskombinationen, die in anderen synthetischen Materialien nicht auftreten, führt, wie hoher Streckgrenze bei niedrigem Elastizitätsmodul. Die Mechanismen, die diesen ungewöhnlichen mechanischen Eigenschaften zugrunde liegen, sind jedoch unklar und sollen in diesem Projekt systematisch untersucht werden. Die Hypothesen und Ziele des Projekts sind im Folgenden gegeben. Hypothesen: 1. Der nicht-klassisch niedrige effektive Elastizitätsmodul der sich-durchdringenden Metall-Metall-Komposite, die durch Flüssigmetall-Entlegierung synthetisiert werden, hat folgende Ursachen, a. Gleiten an der Grenzfläche aufgrund der geschwächten Interphase; b. Versteckte lokale plastische Verformung einer Komponente/Phase; c. Lokale Porosität in der Interphase zwischen nicht mischbaren Komponenten/Phasen; d. Eine Kombination der oben genannten Effekte. 2. Der effektive Elastizitätsmodul der Komposite ist größenabhängig. Ziele: • Untersuchung der Auswirkungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Phasen auf die Eigenspannungen und die Bildung von Grenzflächenporosität in den Kompositen und Analyse ihrer Auswirkungen auf das mechanische Verhalten; • Untersuchung des Einflusses der Größe der Ligamente auf das mechanische Verhalten der Verbundwerkstoffe mit durchringenden Phasen; • Untersuchung des Einflusses der mechanischen Eigenschaften der Phasen (z.B. Streckgrenze) auf das mechanische Verhalten der Komposite; • Entwicklung zuverlässiger kontinuumsmechanischer Modelle für Grenzflächengleiten und numerische Untersuchung der Auswirkungen des Grenzflächengleitens und der lokalisierten Porosität auf das effektive mechanische Verhalten der Komposite; • Kontinuumsmechanische Modellierung und Simulation von lokalisierter Plastizität in den Ligamenten und im Interphasenbereich zur Untersuchung und Vorhersage des Einflusses der Größe und der mikrostrukturellen Abhängigkeiten dieses Effekts; • Zusammenführung der experimentellen und numerischen Ergebnisse zur Identifizierung der in den Metall-Metall-Kompositen wirksamen Mechanismen und ihrer möglichen Wechselwirkungen. Um die individuellen Auswirkungen der Mikrostruktur und der verschiedenen Phaseneigenschaften auf das effektive Materialverhalten zu untersuchen, werden experimentelle Analysen und numerische Modellierung auf der Längenskala der Strukturmerkmale eingesetzt. Da mehrere Mechanismen gleichzeitig aktiv sein und zu den effektiven Eigenschaften beitragen können, sind die Experimente darauf ausgelegt, diese Effekte zu minimieren, und die numerischen Simulationen sind entscheidend für die Trennung und Quantifizierung dieser Beiträge.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan
• Kooperationspartner: Professor Hidemi Kato, Ph.D.