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Rasche
Erstarrung
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Die
Erstarrung läuft bei konventionellen Prozessen in der Gießerei in der
Regel gleichgewichtsnah ab, d.h., dass sich an
fest/flüssig-Phasengrenzen innerhalb von ca. 1µs thermodynamisches
Gleichgewicht einstellt und die Konzentrationen an der Grenzfläche im
Phasendiagramm definiert sind.
Das Eigenschaftsspektrum von Legierungen lässt sich aber wesentlich
erweitern, wenn durch raschen Wärmeentzug Zustände fern vom
Gleichgewicht
entstehen.
In der Arbeitsgruppe werden extreme Bedingungen bei der Erstarrung
dadurch erzeugt, dass Tropfen einer Schmelze in Levitation um mehrere
100K unterkühlt werden. Bei Einsetzen der Erstarrung beobachtet man
Geschwindigkeiten der Erstarrungsfront in der Größenordnung von bis zu
>30m/s, verschiedene metastabile Zustände können dann im Gefüge
untersucht werden.
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Grundlagenforschung:
Erstarrung unter Schwerelosigkeit
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Eine Reihe
grundlegender Fragestellungen auf dem Gebiet der Erstarrung
bedarf
genau definierter Bedingungen. Insbesondere können experimentelle
Ergebnisse in Gegenwart von Konvektion nur schwer mit Theorien
verglichen werden. Unter Schwerelosigkeit verschwindet der Einfluss der
Konvektion, so dass sich besondere physikalische Effekte erforschen
lassen. Aktuelle Fragestellungen in der Arbeitsgruppe Metallische
Werkstoffe sind:
- bei welcher Abkühlgeschwindigkeit geht bei einer intermetallischen
Verbindung der kristalline geordnete in einen kristallinen ungeordneten
Zustand über?
- warum gibt es Legierungen, die mit zunehmender treibender Kraft nicht
immer schneller Erstarren?
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Übergang
von kristalliner in amorphe Struktur
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Bei
extrem rascher Erstarrung finden Atome in der Schmelze keine
ausreichende Zeit, um im Festkörper an eine definierte Position im
Kristallgitter zu kommen, es entsteht ein amorpher Zustand. Seit ca.
1960 werden amorphe Zustände in Legierungen erzeugt, seit 2015 weiß
man, dass auch reine Metalle amorph werden können. Die Mechanismen beim
Übergang von kristalliner zu amorpher Erstarrung werden in der
Arbeitsgruppe Metallische Werkstoffe theoretisch und experimentell mit
Kollegen der Udmurt State University in Izhevsk untersucht.
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