Parallel Atomistic Simulations of Nanophase Ceramics and Ceramic Composites

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, mit Hilfe von Computer Simulationen an sehr großen Systemen (Molekulardynamik mit Millionen von Atomen) ein tieferes Verständnis für mechanisches Versagen an Zwischenschichten und in Nanophasen-Materialien zu erlangen. Dünne Beschichtungen, wie sie verwendet werden, um Haltbarkeit, Korrosion und thermische Widerstandskraft von Metallen zu verbessern, weisen oft Probleme in der Zwischenschicht auf. Dabei handelt es sich üblicherweise um Delaminationen, die von Restspannungen aufgrund von Gitterfehlanpassungen herrühren oder von unterschiedlichen thermischen Ausdehungskoeffizienten der beteiligten Materialien. Das mechanische Versagen kann sowohl während des Betriebes als auch während des Herstellungsprozesses auftreten. Umfassende Tests betreffend der Lebensdauer dieser Beschichtungen sind deshalb von großer Wichtigkeit. Das vorliegende Projekt wird zwei dieser Systeme untersuchen: Al/A12 O3 und Al/SiC. Von besonderem Interesse sind die Struktur der Zwischenschicht, die Spannungsverteilung und mechanisches "Versagen." Molekulardynamik Simulationen an Parallelrechnern werden durchgeführt, um diese Eigenschaften zu untersuchen. Keramische Materialien finden auf Grund ihrer hohen Festigkeit, geringen Dichte und Korrosions- und Verschleißfestigkeit vielfache technologische Anwendungen. `Der große Nachteil dieser Keramiken ist jedoch ihre Sprödigkeit. Seit einiger Zeit ist es nun möglich, durch Sintern von Nanometer großen Kerarnikclustern weniger spröde Materialien zu erzeugen. Diese besonderen mechanischen Eigenschaften solcher Keramiken in ihrer Mikrostruktur zu untersuchen, ist Gegenstand der in diesem Projekt durchzuführenden Molekulardynamik Simulationen an Millionen von Atomen.