Einfluss der umgebenden Matrix bei größenabhängigen Schmelz- und Erstarrungsvorgängen von Pb-Nanopartikeln im System Al(Ga)-Pb

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Gerhard Wilde
• Subject Area: Thermodynamics and Kinetics as well as Properties of Phases and Microstructure of Materials
• Term: from 2011 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 200934250

Nanopartikel, welche in eine inerte, nicht-mischbare Matrix eingebettet sind, bieten ideale Voraussetzungen, um den Einfluss von Grenzflächen auf reversible Phasenumwandlungen (in den Nanopartikeln) experimentell zu untersuchen. Hier haben wir den Prozess des Schmelzens (und damit als Sekundärprozess automatisch die Erstarrung) als Modell für eine allgemeine reversible Phasenumwandlung erster Art (nach der Ehrenfest’schen Klassi-fikation) ausgewählt, da dieser sowohl in experimentellen mikroskopischen als auch in makroskopisch mittelnden Verfahren gut zugänglich ist. Trotz der konzeptionell klaren Konfiguration und umfangreicher theoretischer und experimenteller Studien, welche in der Literatur belegt sind, ist bis heute nicht geklärt, welche Konfiguration einer derartigen Heterophasen-Grenz-fläche unter welchen äußeren Randbedingungen durch das System selek-tiert wird und wie die Topologie der Grenzfläche und die damit inhärent ver-bundene Ausbildung der Defektstruktur an der Grenzfläche mit der Modifizie-rung der Phasenumwandlung durch die atomistischen Details der Grenzflä-che zusammenhängen.An dieser Stelle setzt das vorliegende Vorhaben an, dessen Ziel es ist, die Mikrostruktur samt der Anordnung von Fehlpassungsversetzungen und der Ausprägung der mikroskopischen Verzerrungsfelder für eine Serie von Al(Ga)-Pb Legierungen quantitativ zu vermessen, um so die im Raum stehende Frage zu beantworten:Kann die Verschiebung reversibler Phasenumwandlungen eindeutig als Funktion der Topologie der Grenzfläche beschrieben werden?Da der Parameterraum bei eingebetteten Nanopartikeln eine Vielzahl von Einflussgrößen (spezifische Grenzflächenenergie, Grenzflächenspannung, Druck, Form und Größe der Partikel) bezüglich des Schmelz- und Erstar-rungsverhaltens umfasst, soll in diesem Projekt gezielt der direkte Einfluss der umgebenden Matrix durch Variation der Gitterfehlpassung (über die Variation des Ga-Gehaltes der Legierung) systematisch durch höchstauf-lösende mikroskopische Methoden (aberrations-korrigierte Transmissions-elektronenmikroskopie sowie tomographische Atomsonde (TAP)) untersucht und verstanden werden. Wir konzentrieren uns dabei auf das Modell-System Al-Pb, in dem nanometergroße Pb- Einschlüsse durch Schmelzspinnen in eine Al-Matrix eingebunden werden. Al und Pb sind im festen sowie teilweise im flüssigen Zustand nicht mischbar, sodass bei diesem binären System der chemische Einfluss auf das Schmelzen vernachlässigbar ist. Die experimen-tell erzielten Resultate fließen dann als Grundlage in ein Modell zum Grenz-flächenkontrollierten Schmelzen ein.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Dr. Harald Rösner