Atomistic and mesoscopic simulation of the strength and the dislocation motion in thin polycrystalline films

• Applicant: Professor Dr. Peter Gumbsch
• Subject Area: Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2001 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5352948

Dünne Metallschichten besitzen eine deutlich höhere Fließspannung als das entsprechende Massivmaterial. Experimente zeigen eine inverse Abhängigkeit der Fließspannung von der Schichtdicke, einen deutlichen Einfluss von Deckschichten, sowie eine klare Abhängigkeit von der Korngröße. Trotz der Vielzahl experimenteller Daten konnten die verschiedenen Beiträge zur Festigkeit sowie der Einfluss der Kaltverfestigung bislang nicht befriedigend erklärt werden. Zur Deutung der besonderen Eigenschaften muss die Bewegung von Versetzungen in der eingeschränkten Geometrie einer dünnen Schicht verstanden werden. Dieses ist nur möglich mit Hilfe von numerischen Simulationen, da analytische Berechnungen nur für sehr einfache Versetzungskonfigurationen durchführbar sind. Ziel der Arbeit ist es, die wichtigsten Härtungsmechanismen mit der Methode der dreidimensionalen diskreten Versetzungsdynamik zu untersuchen, um die Besonderheiten im Verfestigungsverhalten dünner Schichten besser zu verstehen. Hierfür soll ein Computercode erstellt werden, der Versetzungen auf realistischen Gleitsystemen und mit den notwendigen Randbedingungen behandeln kann. Zusätzlich soll die Möglichkeit der Feinkornhärtung implementiert werden, um auch polykristalline Materialien behandeln zu können. Die Wechselwirkung der Versetzungen mit den Grenzflächen soll atomistisch untersucht werden. Die Ergebnisse dieser atomistischen Simulationen sollen detailliert mit Versetzungssimulationen verglichen werden und somit zur Anpassung der Eingabegrößen für die Versetzungssimulation verwendet werden.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Dr. Daniel Weygand