Nanostrukturen

Motivation

Werkstoffe mit Korngrößen deutlich unterhalb von einem Mikrometer weisen herausragende mechanische Eigenschaften auf, da die inneren Grenzflächen das Werkstoffverhalten zunehmend bestimmen. Einsatzfelder solcher Werkstoffe sind Anwendungen mit besonderen Anforderungen bezüglich Duktilität und Festigkeit. Wir unterscheiden dabei nanokristalline Werkstoffe mit einer mittleren Korngröße bis zu 100nm und ultrafeinkörnige Materialien mit mittleren Korngrößen im Bereich 100nm bis 1μm.

Forschungsschwerpunkt

Eine elegante Methode massive nanokristalline Materialien herzustellen ist die Einbringung einer starken plastischen (Scher-)Verformung, vornehmlich das "Equal Channel Angular Extrusion" (ECAP). Die ECAP-Methode wurde in UFA / Russische Föderation entwickelt und speziell von der Gruppe um Prof. Valiev umfangreich publiziert. Mit diesem Verfahren ist es möglich, sehr kleine Korngrößen im Material zu erzielen. Die Verformungsstrukturen dieser hochgradig verformten Material sowie deren thermische Stabilität sollen analysiert werden.

Methoden
  • REM (EBSD)
  • TEM

Simulation und Modellierung von Verbundwerkstoffen

Motivation

Der Al2O3 langfaserverstärkte NiAl-Verbundwerkstoff ist ein viel versprechendes Material, das beispielsweise für Gasturbinenschaufel genutzt wird. Verglichen mit Experimenten können mit numerischer Simulation die optimalen Parameter für den Fertigungsprozess viel effektiver und kostengünstiger bestimmt werden. Die Finite-Element-Methode (FEM) ist ein geeigneter Weg, um die thermische Restspannung und die Eigenschaften der Grenzflächen herzuleiten, besonders bei hohen Temperaturen, bei denen Experimente teilweise schwer durchzuführen sind.

Forschungsschwerpunkt
  • Parameteroptimierung während des Konsolidierungsprozesses bei Verbundwerkstoffe (Diffusion bonding model)
  • Eigenspannung während des Konsolidierungsprozesses bei Verbundwerkstoffen
  • Risse und Brüche von Grenzflächen (Cohesive element model)
Methoden
  • Finite-Element-Methode (FEM) mit ABAQUS
  • Analytische Simulation mit MATLAB

Grenzflächenstruktur, Chemie und mechanische Eigenschaften von NiAl-Verbundwerkstoffen

Motivation

Die durch einkristalline Aluminiumoxidfasern (Saphire) verstärkte NiAl und NiAl-Legierung zeigen äußerst viel versprechende Eigenschaften für die Verwendung als Basiswerkstoff für die Schaufelblätter in Gasturbinen, welche eine Spannung von 150 MPa für 500,000 Stunden bei 1000°C aushalten müssen. Um die Grenzflächenstruktur und ihre Eigenschaften zu verändern wurde eine BN (Boron-Nitrit) Mittelschicht in den Verbundwerkstoff eingesetzt. Nun unterliegen Al2O3/NiAl (FG75) und Al2O3/BN/NiAl (FG75) als Verbundwerkstoffsysteme ausgedehnten Untersuchungen.

Forschungsschwerpunkt

Die Grenzflächenstruktur und -eigenschaften sind von höchster Bedeutung bezüglich der Eigenschaften der Verbundwerkstoffe. Daher richtet sich das Augenmerk der Untersuchungen besonders auf die Grenzflächenstruktur, sowie die Grenzflächenchemie, genau wie mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur und unter erhöhten Temperaturen.

Methoden
  • Mikrostrukturuntersuchungen mit optischen Mikroskop
  • Elektronenmikroskop (REM, TEM)
  • Mikroanalyse (XEDS, EELS, SAD und EBSD) mechanische Eigenschaften werden bestimmt durch Zugversuche, Biegeversuche und Dehnversuche