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Projekt
SPP 1120: Phasenumwandlungen in mehrkomponentigen Schmelzen
Fachliche Zuordnung
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Förderung
Förderung von 2001 bis 2008
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5471218
Die wichtigste Phasenumwandlung von Metallschmelzen ist die Erstarrung.
Es ist das Ziel, den Phasenübergang flüssig-fest in mehrkomponentigen Systemen im Detail zu verstehen. Die Thematik gliedert sich in sich gegenseitig ergänzende Arbeitskomplexe:
* Thermodynamik und Transporteigenschaften
Die Erstarrung wird kontrolliert durch Wärme- und Massentransport vor der Erstarrungsfront. Daher müssen die relevanten Materialparameter in der fluiden Phase bestimmt werden.
* Dynamik der Schmelze
Die Temperaturabhängigkeit wichtiger Parameter wird kontrolliert durch die atomare Dynamik und das Relaxationsverhalten in der Schmelze. Von wesentlicher Bedeutung ist der durch konvektive Vorgänge verursachte Wärme- und Massentransport. Es werden daher das Relaxationsverhalten, die Nahordnung, sowie Entmischung und Segregation untersucht.
* Erstarrungskinetik
Der Erstarrungsprozess wird In-situ beobachtet, um die Kinetik der Wachstumsfront in Abhängigkeit der Versuchsparameter quantitativ zu bestimmen. Auf diese Weise ist es möglich, die experimentell gewonnenen Daten direkt mit den Voraussagen theoretischer Modellansätze zur Beschreibung der Wachstumskinetik in multikomponentigen Legierungen zu vergleichen und zu verifizieren.
* Modellierung der Phasenumwandlung
Die numerische Behandlung von Modellen (z.B. Phasenfeldmethode) ist von großer Bedeutung. Alle gängigen Simulationstechniken wie Molecular Dynamics, Monte Carlo, Finite Elemente etc. werden zur Behandlung von diskreten und kontinuierlichen Systemen angewendet.
Forschungen zu diesen Themenkomplexen führen zu einem detaillierten Verständnis der Erstarrung, begonnen vom Zustand der ungeordneten Schmelze über mögliche Entmischungsvorgänge, über die Bildung von Clustern und deren Ausbildung zu Kristallkeimen, deren Wachstum bis zur Entstehung der Kristall-Phasen und Mikrostrukturen mit ihren charakteristischen Werkstoffeigenschaften im Erstarrungsprodukt. Die systematische Untersuchung dieser physikalischen Vorgänge liefert die Voraussetzung, die Erstarrung technisch relevanter Legierungen unter Nutzung neuer theoretischer Ansätze und der heute zur Verfügung stehenden Möglichkeiten der Computer-Simulationen zu beschreiben und damit den Werkstoff bereits vor der Erstarrung im Rechner für den Anwendungszweck maßzuschneidern (Virtual Materials Design).
Es ist das Ziel, den Phasenübergang flüssig-fest in mehrkomponentigen Systemen im Detail zu verstehen. Die Thematik gliedert sich in sich gegenseitig ergänzende Arbeitskomplexe:
* Thermodynamik und Transporteigenschaften
Die Erstarrung wird kontrolliert durch Wärme- und Massentransport vor der Erstarrungsfront. Daher müssen die relevanten Materialparameter in der fluiden Phase bestimmt werden.
* Dynamik der Schmelze
Die Temperaturabhängigkeit wichtiger Parameter wird kontrolliert durch die atomare Dynamik und das Relaxationsverhalten in der Schmelze. Von wesentlicher Bedeutung ist der durch konvektive Vorgänge verursachte Wärme- und Massentransport. Es werden daher das Relaxationsverhalten, die Nahordnung, sowie Entmischung und Segregation untersucht.
* Erstarrungskinetik
Der Erstarrungsprozess wird In-situ beobachtet, um die Kinetik der Wachstumsfront in Abhängigkeit der Versuchsparameter quantitativ zu bestimmen. Auf diese Weise ist es möglich, die experimentell gewonnenen Daten direkt mit den Voraussagen theoretischer Modellansätze zur Beschreibung der Wachstumskinetik in multikomponentigen Legierungen zu vergleichen und zu verifizieren.
* Modellierung der Phasenumwandlung
Die numerische Behandlung von Modellen (z.B. Phasenfeldmethode) ist von großer Bedeutung. Alle gängigen Simulationstechniken wie Molecular Dynamics, Monte Carlo, Finite Elemente etc. werden zur Behandlung von diskreten und kontinuierlichen Systemen angewendet.
Forschungen zu diesen Themenkomplexen führen zu einem detaillierten Verständnis der Erstarrung, begonnen vom Zustand der ungeordneten Schmelze über mögliche Entmischungsvorgänge, über die Bildung von Clustern und deren Ausbildung zu Kristallkeimen, deren Wachstum bis zur Entstehung der Kristall-Phasen und Mikrostrukturen mit ihren charakteristischen Werkstoffeigenschaften im Erstarrungsprodukt. Die systematische Untersuchung dieser physikalischen Vorgänge liefert die Voraussetzung, die Erstarrung technisch relevanter Legierungen unter Nutzung neuer theoretischer Ansätze und der heute zur Verfügung stehenden Möglichkeiten der Computer-Simulationen zu beschreiben und damit den Werkstoff bereits vor der Erstarrung im Rechner für den Anwendungszweck maßzuschneidern (Virtual Materials Design).
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Österreich
Projekte
- Bestimmung von Schlüsselparametern der Phasenumwandlungskinetik mittels Untersuchungen an mesoskopischen Modellsystemen (Antragsteller Herlach, Dieter M. ; Palberg, Thomas )
- Computersimulation zum Phasenverhalten und Transportphänomen für mehrkomponentige Mischungen (Antragsteller Binder, Kurt )
- Dendritische Kompositstrukturen bei der Erstarrung mehrkomponentiger Schmelzen (Antragstellerin Schneider, Susanne )
- Elastizität und Strukturbildung in erstarrenden Legierungen (Antragsteller Kassner, Klaus )
- Gefügeentwicklung monotektischer Legierungen (Antragsteller Ratke, Lorenz )
- Gekoppeltes Wachstum dreier Phasen bei der invarianten eutektischen Reaktion in ternären Legierungen (Antragsteller Rex, Stephan )
- Grenzflächenspannung und Benetzungserscheinungen in flüssigen metallischen Mischungslückensystemen (Antragsteller Hoyer, Walter )
- Koordination des Schwerpunktprogrammes (Antragsteller Herlach, Dieter M. )
- Magnetisch gesteuerte Texturentwicklung in hexagonalen Metallen und Legierungen (Antragsteller Molodov, Dmitri A. )
- Messung der fest/flüssig Grenzflächenenergien in ternären Systemen (Antragsteller Ludwig, Andreas )
- Messung der fest/flüssig-Grenzflächenenergien in ternären Systemen (Antragsteller Bührig-Polaczek, Andreas )
- Messung thermophysikalischer Parameter unterkühlter Metallschmelzen in einer modifizierten und erweiterten elektrostatischen Levitations- und Heizanlage. (Antragsteller Ryder, Peter )
- Mikrokonvektion bei gerichtet dendritischer Erstarrung II (Antragsteller Steinbach, Ingo )
- Modellierung dendritischen Wachstums und Fragmentierung dendritischer Strukturen in mehrkomponentigen Schmelzen (Antragsteller Herlach, Dieter M. )
- Molekulardynamik Modellierung atomarer Prozesse der Kristallisation metallener Legierungsschmelzen (Antragsteller Teichler, Helmar )
- Phasenfeldmodellierung der Erstarrung in mehrkomponentigen und mehrphasigen Legierungssystemen (Antragstellerin Nestler, Britta )
- Phasenfeldmodellierung der Erstarrung in mehrkomponentigen und mehrphasigen Legierungssystemen (Antragsteller Garcke, Harald )
- Phasenfeldmodellierung der Erstarrung in mehrkomponentigen und mehrphasigen Legierungssystemen (Antragstellerin Nestler, Britta )
- Rechner- und experimentgestützte Bestimmung der Oberflächenspannung flüssiger multikomponentiger Stähle (REXOS) (Antragsteller Egry, Iván )
- Schmelzen und Erstarren feinskaliger Legierungspartikel (Antragsteller Wilde, Gerhard )
- Schmelzen und Erstarren unter elastischem und hydrodynamischem Einfluß (Antragsteller Müller-Krumbhaar, Heiner )
- Struktur- und Phasenbildung unter Berücksichtigung der Hydrodynamik bei der Erstarrung von Nd-Fe-B-Schmelzen (Antragstellerin Hermann, Regina )
- Strukturbildung in mehrkomponentigen Nd-Basis-Legierungen (Antragsteller Eckert, Jürgen ; Schultz, Ludwig )
- Strukturbildung in mehrkomponentigen Nd-Basis-Legierungen (Antragsteller Hermann, Helmut )
- Strukturbildung in mehrkomponentigen Nd-Basis-Legierungen (Antragsteller Wiedenmann, Albrecht )
- Thermische Ausdehnung und Oberflächenspannung mehrkomponentiger metallischer Schmelzen (Antragsteller Egry, Iván )
- Thermodynamik der Phasenbildung in quaternären monotektischen Aluminiumlegierungen (Antragsteller Schmid-Fetzer, Rainer )
- Untersuchung der Diffusion in mehrkomponentigen Metallschmelzen nahe des Schmelzpunktes (Antragsteller Banhart, John )
- Untersuchung der Phasenbildung in Nd-Fe-B-Schmelzen mit Synchrotron-Strahlung (Antragsteller Herlach, Dieter M. )
- Untersuchung der Viskosität und Diffusion von ternären Ni- und Zr-Schmelzen im eutektischen Bereich (Antragsteller Neumann, Hartmut )
- Untersuchung des Einflusses der atomaren Dynamik auf Materietransport, Segregation und Erstarrung mehrkomponentiger Schmelzen (Antragsteller Holland-Moritz, Dirk ; Meyer, Andreas )
- Verbesserung der Mehrskalensimulation für Phasen- und Mikrostrukturbildung in Nd-Fe-B Schmelzen (Antragstellerin Emmerich, Heike )
Sprecher
Professor Dr. Dieter M. Herlach (†)
