Untersuchungen zur modellmäßigen Beschreibung und Vorhersage der Gefügeausbildung beim Gefriergießen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Britta Nestler; Dr.-Ing. Rainer Oberacker
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 160462612

Basierend auf der Phasenfeldmodellierung des Eis-Wasser Gefrierens soll die mehrskaligen Gefügeausbildung aus nanoskaligen Keramikpartikeln und mikroskaligen Eislamellen durch Formulierung großkanonischer Potenziale als binäre Erstarrung simuliert werden. Die Herausforderung der Mehrskalenmodellierung soll durch einen Homogenisierungsansatz gelöst werden, bei dem die Partikel durch geeignete thermodynamische Energien als Partikelkonzentration beschrieben werden. In großskaligen 3D Simulationsstudien sollen die Mechanismen der Mikrostrukturausbildung beim Gefriergießen und die Wirkzusammenhänge zwischen Prozess-/Materialbedingungen (Erstarrungsgeschwindigkeit, Partikelgröße, Partikelverteilung, Festphasenanteil) und den Übergängen der Morphologien (planare Gefrierfront, Lamellenbildung und isotrope Strukturen) erarbeitet werden. Die Ergebnisse der Simulationen können mit vorliegenden Experimentaldaten über Lamellenabstände und Konzentrationsverhältnisse aus dem ersten Förderzeitraum verglichen und validiert werden. Aus den Simulationsstudien werden Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Strukturkenngrößen systematisch hergeleitet und Gefügevorhersagen in einem breiten, experimentell schwer zugänglichen Parameterbereich abgeleitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen