Detailseite
Projekt
Knowledge based design of crack and erosion damage healing nanolaminates
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Christoph Leyens; Professor Jochen M. Schneider, Ph.D.; Dr. Wim G. Sloof
Fachliche Zuordnung
Beschichtungs- und Oberflächentechnik
Förderung
Förderung von 2011 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 202588157
Wie bereits in der ersten Phase ist es das Ziel des Fortsetzungsantrags, die grundlegenden physikalischen und chemischen Materialeigenschaften zu identifizieren und zu verstehen, die erforderlich sind, um wissensbasiert Werkstoffsysteme zu entwickeln, die Selbstheilung von Rissen und Erosionsschäden zeigen. Die Forschungsaktivitäten konzentrieren sich auf die Herstellung geeigneter MAX-Phasen und deren Selbstheilungsmechanismen, sowie die Kontrolle der Kinetik der Selbstheilung, der Mikrostruktur und der Eigenschaften. Die erste Phase des Projektes war dem grundsätzlichen Nachweis der Selbstheilungseigenschaften von MAX-Phasen gewidmet. Die Antragsteller haben dazu das gut bekannte Cr2AlC-System herangezogen, das Aluminiumoxid als risschließende Phase durch selektive Oxidation bildet. Während sich diese MAX-Phase sehr gut für den generellen Machbarkeitsnachweis eignet, führt die selektive Oxidation zu einem Zerfall der MAX-Phase und zur Bildung von Porosität und von Chromkarbiden, wodurch die Langzeit-Selbstheilungswirkung des Werkstoffsystems infrage gestellt wird. Der Schwerpunkt des Fortsetzungsantrags liegt daher auf der Erweiterung der grundsätzlichen Selbstheilungseigenschaften von MAX-Phasen in zwei Richtungen. 1) Im ersten Teil des Fortsetzungsantrags sollen durch ab initio Berechnungen MAX-Phasen identifiziert werden, die ternäre M-A-Oxide anstelle von binären A- oder M-Oxiden bilden. 2) Im späteren Verlauf des Verlängerungsantrags sollen theoretische und experimentelle Arbeiten auf die Erforschung von MAX-Phasen gerichtet werden, die bereits bei niedrigeren Temperaturen (bevorzugt unter 700°C) Selbstheilungseigenschaften aufweisen. Dieser Ansatz wird quantitative Untersuchungen der Heilungskinetik sowie qualitative Abschätzungen der Heilungseigenschaften ausgewählter MAX-Phasensysteme bei niedrigen Temperaturen umfassen. Aufgrund des hochrisikoreichen Ansatzes wird dieser exploratorische Teil der Forschungsarbeiten nur einen begrenzten Umfang haben. Am Ende des Projektes werden die Antragssteller ein umfassendes Verständnis zu den Selbstheilungseigenschaften verschiedener Arten von MAX-Phasen (Bulk-Material und Schichten) entwickelt haben, wobei folgende generische Strategien verfolgt werden: 1. Selbstheilung durch selektive Oxidation (Phase 1) 2. Selbstheilung durch Bildung ternärer Oxide der Elemente M und A (Phase 2) Darüber hinaus werden Ansatzpunkte für die Entwicklung von MAX-Phasen mit Selbstheilungsvermögen bei niedrigen Temperaturen erwartet (späte Phase 2, hochrisikoreich). Das Gesamtvorhaben wird damit wesentliche Beiträge zu den generellen Zielen des Schwerpunktprogramms leisten. Die Antragsteller werden wichtige Erkenntnisse zum Selbstheilungsvermögen von keramischen Werkstoffen durch theoretische Betrachtungen und experimentelle Verifikation liefern, indem ab initio Berechnungen mit Schichtherstellung und anwendungsnaher Erosionsprüfung der Schichtsysteme gekoppelt werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Niederlande
