Strukturelle Charakterisierung von Nanohärteeindrücken

Die Entwicklung von neuen Hochleistungswerkstoffen, sowie die verstärkte Nutzung von miniaturisierten mechanischen Systemen erfordert Kenntnis des Materialverhaltens im Mirko- und Nanometerbereich. Es sind verschiedene Mechanismen bekannt, die das Verformungsverhalten und die mechanischen Eigenschaften von Kleinstproben beeinflussen. Miniaturisierte mechanische Systeme gewinnen im medizinischen Bereich, in der Robotik und in elektro-mechanischen Geräten immer größere Bedeutung. Für den erfolgreichen Einsatz solcher Systeme ist deren Verhalten gegenüber äußeren Kräften auf diesem Längenmaßstab wichtig. Neue Hochleistungswerkstoffe bestehen meistens aus mehreren Phasen, wobei die Größe dieser Phasen häufig (zumindest in einer Richtung) im Mikro- und Nanometerbereich liegen (Nanokomposite, lamellares TiA1). Diese Materialien besitzen verbesserte Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit und Duktilität als herkömmliche Materialien und sind für die Transport- und Luftfahrtindustrie von Interesse. Die mikroskopischen Verformungsprozesse haben einen wesentlichen Einfluss auf das makroskopische Verhalten von Werkstoffen. Um das makroskopische Verformungsverhalten zu verstehen und zu verbessern, müssen die lokalen Verformungsprozesse (z.B. plastische Verformungen um harte Partikeln) bekannt sein. Härtemessungen sind ein einfaches Verfahren, um die elastischen und plastischen Eigenschaften von Materialien auf verschiedenen Längenskalen zu messen (Makro-, Mikro- und Nanohärte). Bei kleinen Eindrucktiefen von einigen 100 nm ist ein Größeneffekt beobachtbar, d.h. die Härte steigt mit abnehmender Eindrucktiefe. Dieser Effekt wird mit einer Änderung der lokalen Verformungsstruktur bei kleinen Härteeindrücken in Zusammenhang gebracht. Das gleichzeitige Studium von den mechanischen Eigenschaften (Härte) und der resultierenden Mikrostruktur kann einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis des Zusammenhangs zwischen Härte und Mirkostruktur liefern. Verschiedene Versuchsanordnungen sollen benutzt werden (z.B. Härteeindrücke verschiedener Tiefen, Härteeindrücke in der Nähe von Korngrenzen oder harten Teilchen), um das Verformungsverhalten bei verschiedenen "Constriants" zu untersuchen. Zusätzlich sollen Modelle entwickelt werden, die helfen das mechanische Verhalten auf kleinen Längenskalen zu beschreiben. Weiters werden die experimentellen Ergebnisse mit Simulationsrechnungen eines vorangegangenen Projekts und Literaturwerten verglichen. Ziel des Projekts ist es, ein besseres Verständnis für den Zusammenhang zwischen mechanischen Eigenschaften und der Mikrostruktur bei plastischer Verformung unter bestimmten räumlichen Einschränkungen (z.B. kleine verformte Volumenbereiche, Korn- und Phasengrenzen) zu gewinnen.