Nanoskalige Spannungsmessung in metallische Glas Komposite

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.