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Projekt
SPP 1296: Heterogene Keim- und Mikrostrukturbildung: Schritte zu einem system- und skalenübergreifenden Verständnis
Fachliche Zuordnung
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Förderung
Förderung von 2007 bis 2014
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 28442692
Ziel dieses Schwerpunktprogramms ist die grundlegende Erforschung der Mechanismen, die der heterogenen Keimbildung zugrunde liegen, sowie der anschließenden Entwicklung des Keimes zu einer konkreten heterogenen Mikrostruktur. Insbesondere soll durch ein system- und methodenübergreifendes wissenschaftliches Vorgehen ein Beitrag geleistet werden, um zu einem detaillierten skalenübergreifenden Verständnis dieser Mechanismen zu gelangen, das sukzessive systemunabhängig auf unterschiedliche Stoffklassen anwendbar sein soll.
Zunächst soll dies an den einfachsten denkbaren Modellsystemen für heterogene kristalline Ordnung, an reinen Metallen, binären Metalllegierungen und an Kolloiden geschehen. Deren flüssige Phase als Ausgangspunkt der Kristallkeimbildung soll durch Untersuchungen der physikalischen Eigenschaften und von Ordnungsphänomenen charakterisiert werden. Konkret soll innerhalb des Schwerpunktprogramms insbesondere folgenden Fragestellungen nachgegangen werden:
(1) Heterogene Nukleation: Wie sieht ein kritischer Nukleationskeim aus? Hat das klassische Konzept des Kontaktwinkels bei der heterogenen Nukleation Sinn? Stehen Aussagen zu dominierenden Beiträgen zur Keimbildungsbarriere für die heterogene Nukleation, wie sie durch Molekularsimulationen gewonnen werden können, im Einklang mit Aussagen, die durch die Phasenfeldmethode möglich sind? Wie ist der Zusammenhang zwischen Wechselwirkungspotenzialen und relevanten Grenzflächenenergien?
(2) Übergang Keim - Mikrostruktur: Wie entwickelt sich - im Wechselspiel zwischen Kristallisation und Entmischung - je nach Bezugspunkt im Phasendiagramm eine konkrete Mikrostruktur aus dem Nukleationskeim? Wie stabil sind diese Szenarien gegenüber Verschiebungen des Bezugspunktes im Phasendiagramm? Wie gut lassen sich diese Szenarien durch binäre kolloidale Modellsysteme reproduzieren?
(3) Mikrostrukturentwicklung: Welche Konsequenzen ergeben sich aus dem neuen Verständnis der Nukleation für die anfängliche Entwicklung der Mikrostruktur? Welchen kinetischen Gesetzmäßigkeiten folgt das anfängliche Wachstum der erstarrenden Mikrostruktur? Lassen sich allgemeingültige Bedingungen identifizieren, unter denen mehrere mikroskopische Morphologien gleicher Legierungszusammensetzung kinetisch stabil sind?
Die Präparation sowie die Chemie der kolloidalen Modellsysteme sollen dabei nicht im Vordergrund stehen.
Zunächst soll dies an den einfachsten denkbaren Modellsystemen für heterogene kristalline Ordnung, an reinen Metallen, binären Metalllegierungen und an Kolloiden geschehen. Deren flüssige Phase als Ausgangspunkt der Kristallkeimbildung soll durch Untersuchungen der physikalischen Eigenschaften und von Ordnungsphänomenen charakterisiert werden. Konkret soll innerhalb des Schwerpunktprogramms insbesondere folgenden Fragestellungen nachgegangen werden:
(1) Heterogene Nukleation: Wie sieht ein kritischer Nukleationskeim aus? Hat das klassische Konzept des Kontaktwinkels bei der heterogenen Nukleation Sinn? Stehen Aussagen zu dominierenden Beiträgen zur Keimbildungsbarriere für die heterogene Nukleation, wie sie durch Molekularsimulationen gewonnen werden können, im Einklang mit Aussagen, die durch die Phasenfeldmethode möglich sind? Wie ist der Zusammenhang zwischen Wechselwirkungspotenzialen und relevanten Grenzflächenenergien?
(2) Übergang Keim - Mikrostruktur: Wie entwickelt sich - im Wechselspiel zwischen Kristallisation und Entmischung - je nach Bezugspunkt im Phasendiagramm eine konkrete Mikrostruktur aus dem Nukleationskeim? Wie stabil sind diese Szenarien gegenüber Verschiebungen des Bezugspunktes im Phasendiagramm? Wie gut lassen sich diese Szenarien durch binäre kolloidale Modellsysteme reproduzieren?
(3) Mikrostrukturentwicklung: Welche Konsequenzen ergeben sich aus dem neuen Verständnis der Nukleation für die anfängliche Entwicklung der Mikrostruktur? Welchen kinetischen Gesetzmäßigkeiten folgt das anfängliche Wachstum der erstarrenden Mikrostruktur? Lassen sich allgemeingültige Bedingungen identifizieren, unter denen mehrere mikroskopische Morphologien gleicher Legierungszusammensetzung kinetisch stabil sind?
Die Präparation sowie die Chemie der kolloidalen Modellsysteme sollen dabei nicht im Vordergrund stehen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Luxemburg, Schweiz
Projekte
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Sprecherin
Professorin Dr.-Ing. Heike Emmerich
