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Projekt
Einfluss von strukturellen Parametern und Relaxationsprozessen auf die Ermüdung und die mik-romechanische Eigenschaften von Oxidgläsern - die Bedeutung von volatilen Komponenten und Bindungszuständen
Fachliche Zuordnung
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Förderung
Förderung von 2012 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 224489083
Subkritisches Risswachstum (SCCG) kann die Zugfestigkeit von Glas um viele Größenordnungen erniedrigen. Deshalb birgt die Verbesserung des Ermüdungsverhaltens ein hohes Potential für das topologische Design hochfester Gläser. Ein diesbezüglicher Engpass ist das Verständnis der zahlreichen interagierenden druck-, temperatur- und wasserbeeinflussten Relaxationsphänomene an der Rissspitze und hieraus abgeleitete Verstärkungsstrategien. Ziel des Projekts ist es daher, das grundlegende Verständnis der Effekte, die infolge erhöhter Wasserkonzentrationen und Zugspannungen an der Rissspitze entstehen, zu vertiefen, da sie als ein Schlüssel für künftige strukturelle Designprinzipien zur Entwicklung schadenstoleranter Gläser und Glasoberflächen gelten.Unsere ersten Studien zeigen, dass die Struktur und Dynamik von Gläsern nach einer Hydration stark verändert sind. Diese Modifikationen sind mit der Art der Netzwerkbildner stark verknüpft, aber auch von ihren Gegenionen (Netzwerkwandler) abhängig. Die Ergebnisse des ersten Projektabschnitts legen nahe, dass strukturelle Relaxation unterhalb der Glasübergangstemperatur, d. h. ein Überlappen von kurz-reichweitigen (beta) und lang-reichweitigen (alpha) Wechselwirkungen, zum subkritisches Risswachstum in wasserfreien Umgebungen beitragen kann und, dass strukturell gelöstes Wasser in Gläsern sich entscheidend auf diese Effekt auswirken kann.Im zweiten Projektabschnitt werden daher spezielle Glaszusammensetzungen untersucht, die zu einem besseren Verständnis der Verbindung zwischen sub-Tg Relaxation und SCCG führen aber auch den Einfluss von gelöstem Wasser und dessen Speziation näher beleuchten. Diese Gläser weisen eine großen Breite an verschiedenen Topologien und Bindungspartnern auf, wobei die Kopplung von alpha und beta Relaxation durch Veränderungen in den Gehalten von Alkali-, Erdalkalionen und der Wasserspezies systematisch variiert wird. Die Präparation hydratisierter Gläser (bis zu 8 Ma.%) erfolgt mittels Hochdrucksynthesen. Die Glasstruktur wird durch NMR, Raman und IR Spektroskopie aufgeklärt während die Strukturrelaxation anhand dynamische mechanische Spektroskopie und Ultraschalldämpfung im Temperatur- und Frequenzraum erfasst wird. Im Fokus werden Messungen des inerten subkritischen Risswachstums (Region III) stehen, die Indenter-Experimente im Vakuum und trockenen Gasatmosphären sowie Verspannen von Glasproben in DCB Geometrie beinhalten.Experimentelle SCCG Daten werden Gruppen im Schwerpunktprogramm zur Verfügung gestellt, die sich mit Ermüdung in metallischen Gläsern beschäftigen und im Gegenzug werden wir theoretische Vorhersagen aus ab initio Simulationen der Partner im SPP 1594 testen, um den Einfluss von Wasser auf die mechanischen Eigenschaften an der Rissspitze und deren Einfluss auf SCCG zu quantifizieren. In summa werden topologische Faktoren bezüglich Wasser, die SCCG kontrollieren, identifiziert, um daraus Designprinzipien für hoch ermüdungsresistente Gläser abzuleiten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Teilprojekt zu
SPP 1594:
Topologisches Design hochfester Gläser
