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Skalenübergreifende Modellierung von Verformung und Bruch von Grenzflächen-dominierten Materialien

Date: 05.03.2009
Place: Forschungszentrum Jülich, Germany

Alexander Hartmaier

Das mechanische Verhalten von Grenzflächen bestimmt die Verformungs- und Bruchmechanismen von nanostrukturierten Materialien. In Schichtsystemen oder allgemein in mehrphasigen Werkstoffen dienen Grenzflächen als bevorzugte Rissausbreitungsflächen. In nanokristallinen oder ultra-feinkörnigen Gefügen kann Korngrenzgleiten als zusätzlicher Verformungsmechanismus zur konventionellen Versetzungsplastizität verstanden werden. Mit Hilfe von ab-initio Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie können die mechanischen Eigenschaften von Grenzflächen in Bezug auf Abscherung oder Rissöffnung auf atomarer Ebene charakterisiert werden. Am Beispiel einer Diamant-Schicht auf einem Chrom-Substrat wird verdeutlicht, dass aus dem Verständnis der atomaren Bindungsverhältnisse als Funktion der Phasenzusammensetzung heraus die Schichthaftung zumindest qualitativ erklärt werden kann. In weiterführenden Arbeiten wird gezeigt, wie die auf der atomaren Ebene berechneten Daten zum Grenzschichtverhalten verwendet werden können, um Kontinuumsmodelle zu parametrisieren, die das Verformungs- und Bruchverhalten von ultrafeinkörnigen Metallen beschreiben.

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