Diffusion in glasbildenden Metallschmelzen vom Gleichgewichtszustand bis zum kalorischen Glasübergang

• Applicant: Professor Dr. Klaus Rätzke
• Subject Area: Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2003 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5408145

In den letzten Jahren besteht in der Physik und der Materialwissenschaft ein großes Interesse an der Dynamik und der Diffusion in Gläsern und unterkühlten Schmelzen. Während für die Diffusion in metallischen Systemen im Glaszustand kollektive, thermisch aktivierte Prozesse weitgehend akzeptiert sind, bleibt offen, wann sich der Mechanismus bis zur Gleichgewichtsschmelze ändert und welche der Komponenten die Viskosität und die Dynamik bestimmt. Die Modenkopplungstheorie, die zur Zeit modernste Theorie zur Dynamik in unterkühlten Systemen, sagt deutlich oberhalb der kalorischen Glasübergangstemperatur Tg bei einer kritischen Temperatur Tc das Einfrieren kontinuierlicher flüssigkeitsartiger Diffusion voraus. Unterhalb Tc, das für Pd-Cu-Ni-P Legierungen aus Neutronenstreudaten bestimmt wurde, soll nur kollektives Hopping vorherrschen. Den Antragstellern ist es unlängst erstmals gelungen, Co-Diffusion und Isotopieeffekt vom Glaszustand bis in die Gleichgewichtsschmelze in diesen Legierungen zu untersuchen. Dabei zeigt sich, dass tatsächlich bei Tc die Arrheniusgerade abbiegt und Barrieren durch mikroskopische Fließprozesse zerfallen. Allerdings bleibt zum einen offen, ob dieses Verhalten für alle Komponenten einer Legierung gleich ist. Auch ist nicht klar, welche der Komponenten im Pd-Cu-Ni-P die Viskosität bestimmt und ob die Komponenten mit steigender Größe entsprechend langsamer diffundieren oder chemische Effekte ein Rolle spielen. Für Zr-Cu-Ni-Ti-Be Legierungen legen Neutronenstreu- und Viskositätsmessungen ferner die Existenz eines zweiten Tc für die langsame Komponente nahe. Zur Klärung dieser Fragen sollen im vorliegenden Projekt die Diffusion der jeweiligen Komponenten der Legierungen Zr-Cu-Ni-Ti-Be und Pd-Cu-Ni-P untersucht werden, um durch Vergleich mit aus Viskositätsdaten berechneten Diffusionskoeffizienten Aufschluss über das unterschiedliche Verhalten in den beiden Legierungen und der Diffusion der Komponenten zu bekommen. Diese Schlüsselexperimente sollen die Aussagen der Modenkopplungstheorie für metallische Glasbildner überprüfen.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr. Franz Faupel