Das nanoskalige Spannungsfeld von Grenzflächen-Rissen

Grenzflächen zwischen verschiedenartigen Materialien sind ein grundlegender Baustein für die Performance und die strukturelle Integrität moderner Funktionswerkstoffe. Solche Grenzflächen treten in mannigfaltiger Form in der Größe von einzelnen Nanometern (etaw in Mikroelektronik- Bauelementen) bis zu einer Ausdehnung in der Kilometerskala (wie bei geologischen Verwerfungslinien) auf. Allerdings basiert das mechanistische Verständnis von Grenzflächen und Grenzflächenrissen auf stark vereinfachten Annahmen und phänomenologischen Untersuchungen. Dies gilt im Besonderen für Grenzflächen zwischen Materialien auf der Mikro- und Nanoskala. Ziel des Projekts unter der Leitung von Dr. Michael Meindlhumer ist es, erstmalig das nanoskalige Spannungs- und Dehnungsfeld entlang von Grenzflächenrissen in einem spröd-duktilen Materialverbund während des Bruchvorgangs zu untersuchen. Die Spannungsfelder entlang dieser Grenzflächenrisse werden anschließend mit elasto- plastischen Eigenschaften der einzelnen Komponenten des Verbundes korreliert, um den Rissfortschritt entlang von Grenzflächen besser zu verstehen. Damit soll ein tieferes Verständnis des Rissfortschritts entlang von omnipräsenten Grenzflächen des täglichen Lebens ermöglicht werden. Um das Projektziel zu erreichen, wird eine Kombination aus verschiedenen mikromechanischen Untersuchungsmethoden eingesetzt. Einerseits wird in situ Rasterelektronenmikroskopie benutzt, um den dynamischen Bruchvorgang entlang von Grenzflächen zu untersuchen. Andererseits untersucht in situ Synchrotron-Röntgennanobeugung die Spannungs- und Dehnungsfelder während der Verformung. Abschließend werden diese experimentellen Daten dann mit einer Finite Elemente Modellrechnung komplementiert. Die Kombination dieser Techniken soll zu einem vertieften Verständnis von Grenzflächenrissen führen und bestehende Modelle erstmalig mittels quantitativ nanoskalig aufgelöster Spannungs- und Dehnungsdaten validieren. Die dabei generierten mechanischen Daten sollen anschließend helfen, neue Designkriterien für moderne Struktur- und Funktionswerkstoffe zu erstellen.