Metastabile Phasen in intermetallischen Legierungen

Das grundlegende Ziel des Projektes „Metastabile Phasen in intermetallischen Legierungen“ lag in der Charakterisierung, der Erforschung der Entwicklung und der Stabilität von metastabilen Strukturen, die durch extreme plastische Verformung von intermetallischen Legierungen erzeugt wurden. Metastabile Strukturen sind Strukturen weg vom thermodynamischen Gleichgewicht, wobei sie sich nur langsam in die Gleichgewichtsstruktur umwandeln. Sie sind von hohem wissenschaftlichem und technologischem Interesse, da sie häufig neuartige physikalische und mechanische Eigenschaften besitzen. In dem vorliegendem Projekt wurden metastabile Strukturen in Form von nanokristallinen und amorphen Materialien untersucht: nanokristalline Materialien besitzen unterschiedlich orientierte strukturelle Einheiten (Körner) mit Größen im Bereich von 100nm und darunter; amorphe Materialien sind feste Materialien ohne langreichweitige periodische Anordnung der Atome. Diese Strukturen wurden mit geeigneten Charakterisierungsmethoden für Nano-materialien mit Hauptaugenmerk auf der Transmissions-Elektronenmikroskopie untersucht.

Die Untersuchungen lieferten die atomare Endstruktur und Sättigungsmikrostruktur der metastabilen Phase nach extrem plastischer Verformung. Sie sind stark mit der atomaren Struktur von Gitterdefekten (Versetzungen) korreliert, welche die Verformung tragen. Abhängig vom Typ der Versetzungen tritt eine Tendenz zu chemischer Entordnung oder Amorphisierung auf. Ein weiteres wichtiges Ergebnis war die Erklärung der heterogenen, verformungsinduzierten Bildung von verfeinerten Strukturen aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften. Der Übergang zu einer weicheren Phase tritt bei Annäherung an die amorphe Phase auf und ist mit dem Wechsel des Verformungsmechanismus verbunden. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass im Zuge der Verformung der amorphen Phase Nanokristalle entstehen können, die eine zur Umgebung unterschiedliche chemische Zusammensetzung besitzen können. Ein weiterer Schwerpunkt der Projektes – die Untersuchung der Stabilität der metastabilen Phase – klärte den Prozess der Wiederherstellung der chemischen Ordnung und offenbart die Möglichkeit der Korngrößenverkleinerung durch Heizen bei speziellen Bedingungen. Dieses Resultat ist bemerkenswert, da es konträr zum klassischen Kornwachstum ist. Um die Ziele des Projektes zu erreichen, wurden neue Auswertemethoden und die zugehörige Software entwickelt.

Den wissenschaftlichen Ergebnissen entsprechend zeigt sich der allgemeine Erfolg des Projektes in den Veröffentlichungen in hochrangigen Zeitschriften der Material-wissenschaften, den Präsentationen bei zahlreichen internationalen Konferenzen und der Verleihung von nationalen und internationalen Preisen.