Die ternären Systeme AI-M-Si (M=Co, Fe, Ti)

Die ternären Systeme der 3d-Metalle mit Aluminium und Silizium sind für eine Vielzahl technischer Anwendungen von Bedeutung und können daher als technologische Schlüsselsysteme angesehen werden. Die bisher bekannten Informationen über Strukturen, Eigenschaften und Phasengleichgewichte in den Systemen Al-M-Si (M = Co, Fe, Ti) sind allerdings bei weitem nicht vollständig. Das vorrangige Ziel des vorgeschlagenen Forschungsprojekts ist es daher, die ternären Phasengleichgewichte experimentell zu untersuchen. Dabei soll eine komplette Beschriebung der ternären Phasendiagramme durch eine Kombination von isothermen und vertikalen Schnitten, einer Liste aller invarianten Reaktionen (Scheil Diagramm) sowie einer Liquidus-Projektion, erreicht werden. Um zukünftige Phasendiagrammberechnungen zu unterstützen, sollen einzelne Phasen auch thermodynamisch charakterisiert werden. Weiters sollen die Kristallstrukturen bisher unzureichend charakterisierter Verbindungen aufgeklärt, sowie neue ternäre Verbindungen in den Systemen Al-M-Si (M = Co, Fe, Ti) synthetisiert und deren Strukturen untersucht werden. Dies beinhaltet auch die Aufklärung von ternären Homogenitätsgebieten und die Untersuchung der damit verbundenen Defektmechanismen mit kristallographischen Methoden sowie eine grundlegende physikalische Charakterisierung neuer Verbindungen. Schließlich soll mit Hilfe von quantenchemischen Modellrechnungen ein besseres Verständnis der chemischen Bindung für die Klasse der strukturell komplexen ternären Aluminide in Al-Co-Si und Al-Fe-Si erreicht werden.

Stoffsysteme die Übergangsmetalle in Kombination mit Aluminium und Silizium enthalten sind für viele technische Anwendungen von Interesse; so etwa für Aluminium-Basislegierungen und für verschiedene Hochtemperatur-Werkstoffe. Eine wichtige Basis für die Entwicklung und Optimierung neuer Werkstoffe sind dabei die Phasendiagramme, die eine vollständige Beschreibung der Gleichgewichtssituation in Mehrstoffsystemen als Funktion der Zusammensetzung und der Temperatur darstellen. Im Rahmen dieses Projekts wurden die Phasendiagramme der ternären Systeme Al-Co-Si, Al-Fe-Si, Al-V-Si, Al-Mo-Si, Al-Cu-Si sowie des quaternären Systems Al-Fe-Ti-Si untersucht. Dies umfasste die Synthese und Charakterisierung neuer Verbindungen, die Vermessung von Homogenitätsgebieten und struktureller Parameter verschiedener intermetallischer Phasen, die systematische experimentelle Untersuchung des Schmelzverhaltens und der Phasenreaktionen, die Untersuchung von Diffusionsprofilen, sowie die Messung mechanischer Eigenschaften und die thermodynamische Modellbildung in ausgewählten Stoffsystemen. Darüber hinaus konnten im Rahmen von Kooperationen wertvolle neue Erkenntnisse zu den Systemen Al-Fe-Ni-Ti, Al-Ge-Ni und Al-Ge-Ti gewonnen werden, die für die Weiterentwicklung von Hochtemperatur-Materialien sowie für Entwicklung neuer Fügeverfahren von Interesse sind. Die im Rahmen dieses Projekts durchgeführten grundlagenwissenschaftlichen Arbeiten ergaben eine Fülle von neuen Erkenntnissen und eine detaillierte Beschreibung der Phasengleichgewichte in den genannten Stoffsystemen. Die so gewonnenen Phasendiagramme bilden eine wichtige Basis für zukünftige anwendungsorientierte Forschungsarbeiten im Bereich der Aluminide.