Oberflächeninitiierte Mikrostrukturbildung in Glaskeramiken

• Antragsteller: Dr. Christian Patzig; Dr.-Ing. Stefan Reinsch
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382920141

Bis heute sind die Mechanismen von Oberflächenkeimbildung und oberflächeninduzierter Mikrostrukturbildung nicht verstanden. In der Fachliteratur finden sich bestenfalls hypothetische, zum Teil kontroverse Erklärungen, und die bisher durchgeführten Untersuchungen sind auf wenige Gläser beschränkt. Die überwiegende Mehrheit der Untersuchungen zur orientierten Oberflächenkristallisation zieht die möglichen Einflüsse der Natur der Glasoberfläche (z.B. Polierdefekte, angelagerte Fremdpartikel) auf Keimbildung und Wachstum genauso wenig in Betracht wie die Temperumgebung (Atmosphäre, Vakuum). Zudem wurden kaum Beobachtungen an separat wachsenden Kristallen unternommen. Damit existieren bis heute keine systematischen Untersuchungen über die orientierte Kristallisation an definierten keimbildenden Defekten.Ziel des Projektes sind daher grundlegende Erkenntnisse zu den Mechanismen der oberflächeninduzierten Mikrostrukturbildung in Glaskeramiken. Insbesondere soll untersucht werden, ob das gerichtete Wachstum von Oberflächenkristallen das Resultat einer orientierten Keimbildung oder anderer orientierungsselektiver Mechanismen während der Frühphase des Wachstums einzelner Oberflächenkristalle ist. In beiden Fällen könnte die Orientierung der Glasoberfläche selbst, oder die Anisotropie bzw. Orientierung des keimbildenden Defekts orientiertes Kristallwachstum verursachen.Dabei werden neuartige experimentelle Techniken zur Charakterisierung des frühen Wachstums separater Oberflächenkristalle auf kontrolliert erzeugten Glasoberflächen und definierten keimbildenden Defekten entwickelt und angewandt. Hierzu zählen etwa die chemisch kontrastierte Röntgenmikroskopie (XRM) inklusive laserbasierter Probenpräparation für XRM, als auch 3D-Elektronenrückstreubeugung. Speziell die Verwendung von XRM als zentraler Technik für die zerstörungsfreie 3D-Analyse relativ großer Probenbereiche mit überragender Ortsauflösung, ergänzt um weitere hochauflösende Analysetechniken (zum Beispiel auf analytischer Transmissionselektronenmikroskopie basierende Elementverteilungsabbildungen) wird zu beispiellosen Einsichten in die Mikrostrukturbildung während der Oberflächenkristallisation führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen