CD-Labor für Nanoskalige Phasenumwandlungen

Veränderungen im Nanomaßstab unter Belastungen wie Druck und Temperatur bestimmen Eigenschaften moderner Materialien während ihres Einsatzes. Dieses CD-Labor untersucht diese physikalisch-chemischen Änderungen in Halbleiter- und Stahlsystemen.

Hochbeanspruchte Stahlbauteile, sicherheitsrelevant für Fahrzeugkarosserien oder den extremen Bedingungen im Motoreinspritzsystem ausgesetzt, werden mit verschiedensten Materialsystemen beschichtet, um sie vor Korrosion oder Verschleiß zu schützen. Die Beschichtungen und das Grundmaterial sind durch ihre Legierungszusammensetzung und Struktur perfekt auf die notwendigen Anforderungen eingestellt.

Aber an den Verbindungsbereichen, den dortigen Grenzflächen und Korngrenzen der Systeme können neue Phasen entstehen, die ungewollte Effekte verursachen. Im Fall von ultrahochfesten Stählen und Zn-Beschichtungen, kann das z.B. Flüssigmetallversprödung beim Schweißen oder Umformen sein. Ein weiteres Problem tritt z.B. im Halbleiter Germanium-Zinn auf, ein vielversprechendes Material für optische Anwendungen und kompatibel zur Silizium-Technologie. Diese Legierung ist nicht besonders temperaturstabil und entmischt sich bei relativ tiefen Temperaturen.

Dieses CD-Labor untersucht diese und verwandte Prozesse, um Möglichkeiten zu finden, sie zu beeinflussen und idealerweise ganz zu verhindern. Entmischungs-, Diffusions- und Formationsprozesse werden unter kontrollierten thermischen Bedingungen live (in-situ) und als Momentaufnahmen (ex-situ) mit verschiedenen Verfahren, wie Elektronenbeugung, Elektronenmikroskopie und –spektroskopie, untersucht, bis zu atomarer Ebene aufgelöst und genau beschrieben.

Auf diese Weise strebt das CD-Labor an, die physikalisch-chemischen Prozesse an Halbleiterschichten und Phasengrenzen in verschiedenen Beschichtung-Stahlsystemen besser zu verstehen. Das systematische Vorgehen wird zu signifikanten Beiträgen in den Feldern der Elektronenmikroskopie, Halbleiter- und Metallphysik führen und den Industriepartnern helfen, ihre Produkte in der Folge weiter zu optimieren.