Numerische und experimentelle Untersuchung von diffusionsinduzierter Alterung in Bauteilen aus Mehrstoffmischungen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Kerstin Weinberg
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240913886

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Simulationsstrategien zur Untersuchung diffusionsgesteuer-ter Gefügeänderungen (Alterung) in Bauteilen aus mehrkomponentigen Materialien. Die Modellierung erfolgt mittels Phasenfeldmodellen, die auf den Cahn-Hilliard-Gleichungen basieren. Die zugrundeliegenden Differentialgleichungen werden mit Splines approximiert, speziell werden im Sinne der isoge-ometrischen FE-Methode NURBS als Basisfunktionen für finite Elemente eingesetzt. Die notwendigen Techniken und Programme zur numerischen Simulation sind bekannt und am Lehrstuhl vorhanden. Der wesentliche Unterschied zu herkömmlichen Simulationen besteht in der Berechnung des gesamten, mehrkomponentigen Bauteils mit realistischen Belastungen.Zusätzlich zur rein diffusionsbedingten Alterung wirken auf Bauteile äußere Einflüsse, welche wiederum die Diffusion beeinflussen. Konkret ist die numerische Simulation und experimentelle Verifikation am Beispiel von Hartloten geplant, die in mikroelektronischen Bauteilen Verwendung finden. Hier entsteht z.B. durch Erwärmung infolge Stromflusses ein Temperaturfeld, welches zusammen mit der anliegenden Spannung zu Ladungsträgerfluss und damit zu elektro-thermischer Diffusion führt. Zur numerischen Simulation solcher Probleme müssen Phasenfeldmodellen mit überlagerten Feldern gekoppelt werden. Das erfordert die Entwicklung leistungsfähiger räumlicher und zeitlicher Diskretisie-rungsverfahren, insbesondere stabilisierter FE-Methoden, sowie eine thermodynamische konsistente Modellierung der konstitutiven Gesetze.Neben der numerischen Simulation sind zur Verifikation der Ergebnisse entsprechende experimentelle Untersuchungen geplant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Christian Hesch