CD-Labor für Early Stages of Precipitation

Untersucht wird ein als Ausscheidungsreaktion benannter physikalischer Prozess in Hochleistungswerkstoffen. Bei diesen Reaktionen handelt es sich um Auskristallisation von gelösten Stoffen im festen Werkstoffzustand, die wesentliche Materialeigenschaften entscheidend mitprägen.

Sollen Hochleistungswerkstoffe – wie Legierungen auf Nickelbasis, Werkzeugstähle oder sogenannte Refraktärmetalle (Metalle mit sehr hohem Schmelzpunkt) – weiter optimiert werden, müssen ihre Gefüge besser verstanden werden. Gefüge sind die Anordnungen der festen Materiebestandteile, die nicht chemisch miteinander reagieren. Neben der Größe von Kristallkörnern und der Gesamtheit ihrer Grenzflächen beeinflussen insbesondere Ausscheidungen dieses Gefüges die Eigenschaften des Materials.

Die Forschung befasst sich insbesondere mit der Entwicklung und Verbesserung von Untersuchungsmethoden zur Analyse dieser winzigen Gefügebestandteile. Da der zeitliche Ablauf der Ausscheidungsbildung während der Werkstoffverarbeitung nicht direkt im Material untersucht werden kann, muss die kontinuierliche Beschreibung durch detaillierte Analyse einzelner, punktueller Ausscheidungszustände ersetzt werden. Dazu werden Methoden entwickelt, die eine räumliche Auflösung im Nanometerbereich und die Analyse der chemischen Zusammensetzung von winzigen Ausscheidungen erlauben. Speziell geeignet sind dazu die Transmissionselektronenmikroskopie und die sogenannte Atomsonde, beides sind direkte Methoden zur Analyse von Materialstrukturen. Indirekt hingegen arbeiten die Kleinwinkelstreuung und die Differenzialthermoanalyse, die durch die Wechselwirkung von Neutronen- oder Röntgenstrahlung Rückschlüsse auf die Charakteristika der Ausscheidungen zulassen.

Alle erwähnten Methoden werden weiterentwickelt, optimiert und ergänzend angewendet. So werden Fluktuationen in der Materialzusammensetzung, Größe und Form der Ausscheidungen sowie deren Teilchendichte detailliert charakterisiert. Aufbauend darauf werden die Zusammenhänge zwischen der Mikrostruktur, also dem Gefüge, den Ausscheidungen und den mechanischen Eigenschaften eines Werkstoffes erforscht. Gleichzeitig dienen die gewonnenen Erkenntnisse zur Weiterentwicklung eines zunehmend wichtigeren Tools der Materialwissenschaft: der Computer-Simulation von Prozessen bei der Materialherstellung und -verarbeitung. Daher ist ein wesentliches Ziel der Forschung auch die Entwicklung von Software-Programmen, die eine Simulation der Ausscheidungsvorgänge ermöglichen.