Korrelation der atomistischen Beschaffenheit von Korngrenzphasenumwandlungen mit ihren makroskopischen kinetischen Eigenschaften

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Beschreibung

Der vorliegende Antrag zielt darauf ab, die atomistischen Grundlagen von Strukturumwandlungen an metallischen Korngrenzen mit deren Auswirkungen auf die Transporteigenschaften zu korrelieren. Ziel ist es, ein grundlegendes Verständnis von temperaturinduzierten Korngrenzphasenumwandlungen in reinen metallischen Korngrenzen, sowie von segregationsinduzierten Phasenumwandlungen, und deren direkten Einfluss auf die Grenzflächeneigenschaften zu etablieren. Die Struktur und Umwandlungen von Korngrenzen werden auf der atomaren Skala mittels aberrationskorrigierter Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) erforscht und deren makroskopischen Transporteigenschaften werden durch Tracerdiffusionsexperimente bestimmt. Die experimentellen Ergebnisse werden systematisch durch atomistische Simulationen von der Struktur und Diffusionseigenschaften ausgewählter Grenzflächen unterstützt. Segregationsinduzierte Korngrenzübergänge und ihr Einfluss auf die kinetischen Eigenschaften werden in den Systemen Cu-Ag, Cu-Co und Cu-Zr untersucht. Definierte [001]-Kippkorngrenzen werden durch Bi-Kristallwachstum erzeugt, was es erlaubt, die Kornmisorientierung und Korngrenzneigung nach Bedarf einzustellen. Dies ermöglicht auch die skalenübergreifende Charakterisierung von der atomaren Ebene bis zu µm-Längenskalen. Die erhaltenen Cu-Korngrenzen werden unter kontrollierten Bedingungen mit Ag, Co und Zr dotiert und mit fortgeschrittener TEM werden ihre temperaturabhängige Struktur, Segregation und Übergänge aufgelöst. Die selben Korngrenzen werden durch Tracerdiffusionsexperimente untersucht, um deren Diffusionseigenschaften parallel und senkrecht zur Kippachse zu bestimmen. Darüber hinaus wird der Einfluss von Abweichungen in der Korngrenzneigung auf Korngrenzphasenübergänge und deren Transporteigenschaften erforscht, um ein ganzheitliches Verständnis des Einflusses von Korngrenzphasenumwandlungen auf die Grenzflächeneigenschaften zu schaffen.