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fest/flüssig
Phasenumwandlungen
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Kinetik von Phasenumwandlungen unterscheidet sich wesentlich je nachdem
in welche Richtung sich
die Grenzfläche bewegt, d.h., ob Schmelzen oder
Erstarren erfolgt. Die Gleichgewichtseinstellung an einer sich
bewegenden Grenzfläche wird von den Prozessen innerhalb der
Grenzfläche, der sogenannten "trans-interface diffusion" mitbestimmt.
Werden diese Prozesse bedeutend, so wird das Fortschreiten der
Umwandlungsfront verlangsamt. Ziel des aktuellen Forschungsvorhabens
ist es,
die Asymmetrie von Schmelzen und Erstarren genauer zu untersuchen
und die Thermodynamik und Kinetik des Schmelzens besser zu
verstehen. Die Situation an der
flüssig-/fest-Grenzflächen wird
modelliert, um einen quantitative Beschreibung zu erhalten. |
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Fragmentation
von
Dendriten
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Metallische
Schmelzen erstarren fast ausschließlich dendritisch mit komplexen,
verzweigten Morphologien. Einer
Schätzung
zufolge entstehen jede Sekunde in der weltweiten Metallproduktion
1012 Dendriten. Verantwortlich
für diese
Erstarrungsmorphologie ist das komplexe Zusammenspiel aus
Temperaturverteilung und Konzentrationsverteilung der
flüssigen und
festen Phase.
Im Forschungsprojekt wird dendritisches Wachstum mit neuen
rechnerischen Methoden simuliert. Durch einen schnellen Algorithmus
soll das komplexe
Zusammenspiel von Temperatur- und Konzentrationsfeldern untersucht
werden. Ziel ist es, genaue Prozessparamter
zu bestimmen, welche in technologischen Gießereisimulationen
für
eine gezielte Gefügeeinstellung verwendet werden
können. |
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Bestimmung
von fest/flüssig-Grenzflächenenergien
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Die
Grenzflächenenergie eines von Schmelze umgebenen Festkörpers spielt bei
der Strukturbildung eine wichtige Rolle. Je niedriger die
Grenzflächenenergie, desto mehr innere Grenzflächen werden bei der
Erstarrung entstehen und alle Eigenschaften (die physikalischen wie die
mechanischen) beeinflussen.
Fest/flüssig-Grenzflächenenergien können bislang nur mit sehr hohem
experimentellem Aufwand bestimmt werden, zudem sind die Messwerte mit
einer besonders hohen experimentellen Ungenauigkeit behaftet. Es werden
bei uns neue Möglichkeiten gesucht, wie die Grenzflächenenergie rasch
und genau gemessen werden kann.
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Keimbildungskontrollierte
Strukturen in Sn-Cu-Legierungen
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| Legierungen
aus dem System Cu-Sn werden mit hohem Cu-Gehalt als Bronzen
und mit hohem Sn-Gehalt als Lötwerkstoff eingesetzt. Das
Legierungssystem ist
aber nicht nur wegen seiner technischen Möglichkeiten
interessant,
es kann auch zur Klärung grundlegender wissenschaftlicher
Fragestellungen herangezogen werden.
In mittleren Konzentration befindet sich im Phasendiagramm ein
Metatektikum.
Ein Metatektikum ist ein Dreiphasengleichgewicht, bei dem sich eine
feste Phase
beim Abkühlen in eine zweite feste Phase und Schmelze
umwandelt.
Die Gefügeausbildung im mittleren Konzentrationsbereich ist
weitgehend
keimbildungskontrolliert und wird mit Hilfe von Versuchen mit
präziser
Temperaturführung und anschließender besonders
rascher Abschreckung untersucht. |
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