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Nanoskalige Spannungsmessung in metallische Glas Komposite

Nanoscale strain mapping of metallic glass composites

Christoph Gammer (ORCID: 0000-0003-1917-4978)
  • Grant-DOI 10.55776/Y1236
  • Förderprogramm FWF-START-Preis
  • Status laufend
  • Projektbeginn 01.06.2020
  • Projektende 31.05.2026
  • Bewilligungssumme 1.132.860 €
  • Projekt-Website

Wissenschaftsdisziplinen

Maschinenbau (20%); Physik, Astronomie (80%)

Keywords

    Transmission Electron Microscopy, In Situ Deformation, Strain Mapping, Metallic Glass

Abstract

Metallische Gläser (MGs) sind eine spannende Materialklasse. Im Gegensatz zu gängigen kristallinen Metallen, haben MGs eine ungeordnete Struktur. MGs zeigen attraktive Eigenschaften, die sie zu idealen Hochleistungswerkstoffen machen. Ein großer Makel von MGs ist aber ihre geringe Duktilität aufgrund lokalisierter Verformung in Form von Scherbändern. Dies kann zu einem plötzlichen katastrophalen Bruch führen, wie er bei Fensterglas beobachtet wird. In neuen Arbeiten wurde gezeigt, dass MGs, die geordnete Kristalle enthalten, verbesserte Eigenschaften aufweisen. Mit dieser Erkenntnis konnten verschiedene MG-Komposite (MGCs) mit verbesserter plastischer Verformbarkeit entwickelt werden. Experimentelle Untersuchungen von Proben nach Bruch zeigen eine größere Anzahl kürzerer Scherbänder im Vergleich zu den BMGs ohne Kristalle. Mögliche Gründe dafür wurden in Computersimulationen gefunden, die einen starken Einfluss der Kristalle auf die Verformungslokalisierung zeigen. Es ist das Ziel des vorliegenden Projekts, direkt die grundlegenden Verformungsmechanismen in MGCs auf der Nanoskala zu beobachten. Um dieses herausfordernde Ziel zu erreichen, werden maßgeschneiderte MGCs mit Kristallen unterschiedlicher Größe mittels spezialisierter Gießanlage synthetisiert. Dazu gehören MGCs mit Kristallen, die eine strukturelle Umwandlung bei Verformung zeigen können, wodurch ihre Eigenschaften weiter verbessert werden. Mithilfe modernster Geräte ist es möglich, nanoskalige Proben in einem Transmissionselektronenmikroskop zu verformen, und gleichzeitig die Verformungsmechanismen mit Nanometerauflösung direkt zu beobachtet. Darüber hinaus werden neue Techniken entwickelt, die auf der Beugung mit einem feinen Elektronenstrahl basieren, um Informationen über die lokale Spannung in den MGCs mit einer bisher unerreichten räumlichen Auflösung zu erhalten. Es wird erwartet, dass die Kristalle eine große Wirkung auf die lokale Spannungsverteilung und damit auf die Verformungslokalisierung in den MGCs haben. Die Kenntnis der quantitativen Spannungsfelder mit Nanometer Auflösung ermöglicht den Vergleich mit Computersimulationen und ermöglicht so das Verständnis und die Gestaltung neuer Komposite mit verbesserten Eigenschaften. Schließlich werden MGs mit maßgeschneiderten strukturellen Heterogenitäten kontrolliert ausgeheizt um MG-Nanokomposite zu erzeugen. Die Vision ist, basierend auf einem grundlegenden Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse und strukturellen Modifikationen, eine Kombination von Behandlungen zu finden die neue Nano-Verbundwerkstoffe mit bisher unerreichten Eigenschaften ergeben kann.

Forschungsstätte(n)
  • Österreichische Akademie der Wissenschaften - 100%
Internationale Projektbeteiligte
  • Andrew M. Minor, Lawrence Berkely National Laboratory - Vereinigte Staaten von Amerika

Research Output

  • 44 Zitationen
  • 11 Publikationen
Publikationen
  • 2023
    Titel Hydrogen Evolution Reaction on Ultra-Smooth Sputtered Nanocrystalline Ni Thin Films in Alkaline Media—From Intrinsic Activity to the Effects of Surface Oxidation
    DOI 10.3390/nano13142085
    Typ Journal Article
    Autor Neumüller D
    Journal Nanomaterials
    Seiten 2085
    Link Publikation
  • 2023
    Titel Rejuvenation engineering in metallic glasses by complementary stress and structure modulation
    DOI 10.1038/s41427-023-00509-5
    Typ Journal Article
    Autor Sopu D
    Journal NPG Asia Materials
    Seiten 61
    Link Publikation
  • 2021
    Titel In situ TEM observation of phase transformation in bulk metallic glass composites
    DOI 10.1080/21663831.2020.1867919
    Typ Journal Article
    Autor Sheng H
    Journal Materials Research Letters
    Seiten 189-194
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Rejuvenation engineering in metallic glasses by complementary stress and structure modulation
    DOI 10.48550/arxiv.2209.08032
    Typ Preprint
    Autor Sopu D
  • 2025
    Titel Enhanced ductility by stress confinement in multilayered glassy thin films
    DOI 10.1016/j.matdes.2025.114891
    Typ Journal Article
    Autor Schretter L
    Journal Materials & Design
    Seiten 114891
    Link Publikation
  • 2025
    Titel Workflow for a reproducible and accurate determination of free volume in metallic glasses by differential scanning calorimetry
    DOI 10.1016/j.jmrt.2025.10.038
    Typ Journal Article
    Autor Fellner S
    Journal Journal of Materials Research and Technology
    Seiten 3258-3269
    Link Publikation
  • 2025
    Titel Structural evolution of nanocrystalline Inconel 718 metal matrix composites reinforced with solid lubricants: An in-situ high-temperature XRD study
    DOI 10.1016/j.jmrt.2025.11.155
    Typ Journal Article
    Autor Kasalo M
    Journal Journal of Materials Research and Technology
    Seiten 9159-9173
    Link Publikation
  • 2025
    Titel Microstructural and temperature-dependent deformation mechanisms governing the cyclic creep of freestanding, submicrometer gold thin films
    DOI 10.1016/j.msea.2025.148686
    Typ Journal Article
    Autor Krapf A
    Journal Materials Science and Engineering: A
    Seiten 148686
    Link Publikation
  • 2023
    Titel Precise determination of Young’s modulus of amorphous CuZr/nanocrystalline Cu multilayer via nanoindentation
    DOI 10.1557/s43578-023-01057-y
    Typ Journal Article
    Autor Lassnig A
    Journal Journal of Materials Research
    Seiten 3324-3335
    Link Publikation
  • 2023
    Titel Rejuvenation engineering in metallic glasses by complementary stress and structure modulation
    DOI 10.21203/rs.3.rs-2923802/v1
    Typ Preprint
    Autor Sopu D
    Link Publikation
  • 2025
    Titel Achieving Complex Nanostructures: The Role of Hydrogen in Controlling Mechanical Alloying and Microstructure Evolution in the TiVZrNbHf-Cu System
    DOI 10.1002/advs.202507168
    Typ Journal Article
    Autor Schweiger L
    Journal Advanced Science
    Link Publikation

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