Röntgen-Mikrotomographie und FE-Simulation der 3D-Verformungs- und Schädigungsprozesse von Metall/Diamant-Verbundwerkstoffen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Horst-Artur Crostack
• Subject Area: Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2005 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5448777

Die Lebensdauer von partikelverstärkten Metallmatrixverbundwerkstoffen wird durch vor dem Bruch ablaufende (Mikro-)Schädigungsprozesse, wie der Ablösung der Partikel von der Matrix und der Rissbildung und dem Risswachstum in den Verbundpartnern, bestimmt. Das Verständnis der Abhängigkeit dieser Prozesse von den eigenschaften der Partikel, der Matrix und der Grenzschicht sowie vom Gefügeaufbau ermöglicht es, durch geeignete Wahl der Ausgangsstoffe und der Herstellungsbedingungen ein im Hinblick auf das Einsatzverhalten und die Lebensdauer optimales Verbundverhalten einzustellen. Zur Bereitstellung derartiger Informationen ist im Rahmen dieses Antrags eine 3-dimensionale Analyse der Verformungs- und Schädigungsprozesse in partikelverstärkten Verbundwerkstoffen vorgesehen. Sie soll am Beispiel des technisch bedeutsamen Systems Kobalt/Diamant und in enger Vebindung von Experiment und Simulation durchgeführt werden. Für die experimentellen Analysen werden mittels hochenergetischer Synchrotronstrahlung hoch aufgelöste 3D-Tomogramme von Proben vor und nach einer Zugbelastung erzeugt, die das Gefüge im Ausgangszustand und den Schädigungsverlauf während der Belastung abbilden. Für die 3-dimensionale Simulation der Verformungs- und Schädigunsprozesse werden die experimentell analysierten Gefügeausschnitte realistisch in ein FE-Modell abgebildet. Aus den experimentellen Daten werden die für die Simulationsrechnung erforderlichen Randbedingungen gewonnen. Hierdurch wird die Möglichkeit eröffnet, die FE-Simulationsergebnisse mit den experimentellen Befunden zu vergleichen und die Sicherheit geschaffen, im Rahmen von FEM-Parameterstudien experimentell nicht realisierte Gefügekonstellationen zu analysieren.

• DFG Programme: Research Grants