Neue schwefelhaltige Metallische Massivgläser: Thermophysikalische und mechanische Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Busch
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412991161

Kürzlich wurde eine gänzlich neue Legierungsfamilie von schwefelhaltigen Metallischen Massivgläsern (MMGs) entdeckt. Zusätzlich wurde ein positiver Effekt von Schwefel auf die thermische Stabilität von bestehenden MMGs beim Aufheizen aus dem Glaszustand beobachtet, was wiederum in einer verbesserten Prozesssierbarkeit durch thermoplastisches Formen oder additive Herstellungsmethoden resultiert. In den vergangenen Jahrzehnten wurde Schwefel bei der Entwicklung von neuen glasbildenden Legierungen nicht berücksichtigt und die Rolle dieses Elementes bei der Glasbildung ist bislang nicht untersucht. Aus diesem Grund ist es wichtig ein Verständnis für den Glasbildungsprozess in diesen Legierungen, welcher durch unterschiedliche thermophysikalische Eigenschaften beeinflusst wird, zu erlangen.Um ein eingehendes Verständnis der Glasbildung und der höheren thermischen Stabilität in diesen neuartigen Systemen zu erhalten, ist eine intensive Untersuchung der thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften erforderlich. In dem beantragen Projekt werden die thermophysikalischen Eigenschaften (wie z.B. die niedrig Temperatur Viskosität, die Wärmekapazität, die thermodynamischen Funktionen und die Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramme) von unterschiedlichen schwefelhaltigen Legierungen bestimmt. Insbesondere, der Effekt des Mirkolegierens von Schwefel zu kommerziell verwendeten Legierungen (wie z.B. Vitreloy™105 (Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5), Vitreloy™101(Cu47Ti34Zr11Ni8)) im Vergleich zu den Ausgangslegierungen wird untersucht. Das weitere Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung des Einflusses von Schwefel auf die mechanischen Eigenschaften. Im Allgemeinen werden Elemente wie Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel als Verunreinigungen in Metallischen Gläsern angesehen mit denen eine Verschlechterung der Glasbildungsfähigkeit sowie der mechanischen Eigenschaften einhergeht. Aus diesem Grund werden wir in dieser Studie den Einfluss von Schwefel auf die mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu schwefelfreien Legierungen untersuchen. Durch die Kombination mit Beugungsexperimenten mithilfe von hochenergetischer Röntgenstrahlung werden weitere Erkenntnisse über die Beziehung zwischen der atomaren Struktur und den makroskopischen Eigenschaften gewonnen werden. Schließlich, können die Ergebnisse der thermophysikalischen und mechanischen Analysen in einer Korrelation zwischen der kinetischen Fragilität und der mechanischen Duktilität zusammengefasst werden. Damit führt diese Studie zu einem umfassenderen Verständnis der neuartigen, schwefelhaltigen Metallischen Massivgläser und ihrer möglichen Anwendungsfelder.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen