Grenzflächen in einem intermetallischen
Werkstoff auf TiAl-Basis, Verwendung in
Flugzeugturbinen für Turbinenschaufeln bei
hohen Temperaturen
Grenzschichten in einer multilagigen Elektro-
keramik für den Einsatz in Schaltelementen
MCL – MATERIALS CENTER LEOBEN FORSCHUNG GMBH
FORSCHUNGSSCHWERPUNKT
COMET K2 MPPE
Strategisches
Forschungsprojekt
32
A 2.3
Ziel des Projekts war der Aufbau einer Methodik zur Ausbildung und Charakteri-
sierung von Grenzflächen in mehrphasigen Materialien. Über diese Grenzflächen
werden vielfach Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, aber auch elektrische
Leitfähigkeit von modernen Struktur- und Funktionswerkstoffen eingestellt. Im
Projekt sollen die Grundlagen für die gezielte Einstellung grenzflächenbestimmter
mechanischer und physikalischer Eigenschaften erarbeitet werden – das Spektrum
reicht von Härte und Zähigkeit von Hochtemperaturwerkstoffen bis hin zu elektri-
schen Transporteigenschaften von Elektrokeramiken.
Experimentelle Methoden zur Herstellung und hochauflösenden Charakterisierung
von Grenzflächen in Kombination mit Simulationsmethoden, die den Grenzflächen-
aufbau vom atomaren Maßstab bis hin zu makroskopischen Bauteilen überspannen,
ermöglichen die Entwicklung von maßgeschneiderten Grenzflächendesigns für un-
terschiedlichste Anwendungsfelder.
Für die Methodenentwicklung wurden die Modellsysteme intermetallische Leicht-
bauwerkstoffe (
γ
-
TiAl), Elektrokeramik (BaTiO
3
)
und Hartstoffschichten (TiO
2
,
Al
2
O
3
)
herangezogen. Mit Hilfe dieser Werkstoffe wurden die experimentellen und theoreti-
schen Methoden entwickelt und der Zusammenhang zwischen der Grenzflächenbil-
dung, der entstandenen Grenzflächenstruktur und den damit verbundenen mechani-
schen und elektrischen Eigenschaften untersucht.
Ab-initio-Methoden bilden die numerische Basis für die Voraussage stabiler Grenz-
flächenstrukturen und ihrer Eigenschaften. Durch Wärmebehandlung oder durch
Synthesemethoden, wie z.B. die Pulvermetallurgie von Elektrokeramik oder die plas-
maunterstützte Abscheidung von epitaktisch aufwachsenden Hartstoffschichten,
wurden gezielt Werkstoffe mit gut definierten Grenzflächen hergestellt. Zur Charak-
terisierung dieser Grenzflächen und der angrenzenden Kristalle wurde die hochauf-
lösende Transmissionselektronenmikroskopie verwendet, die in Kombination mit der
Simulation der erhaltenen Bilder eine atomare Auflösung erlaubt.
Dies ermöglicht einerseits die Validierung der Ergebnisse der numerischen Simulation
von Grenzflächen, andererseits wird damit die Basis für das Verständnis der Bildung
Methodik der Grenzflächenoptimierung für
modernes Werkstoffdesign
Grenzflächen in einem hartstoffbeschichteten
Werkzeug für die Hochleistungszerspanung
(
FIB-Schnitt)