Fracture behavior of a tough bulk metallic glass at micrometer dimensions

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Organisationseinheiten

Abstract

Metallische Gläser stellen, verglichen mit konventionellen Metallen wie Stahl oder Aluminium, eine relativ neue Klasse von Werkstoffen dar. Seit deren Entdeckung vor ungefähr 50 Jahren ermöglichten neue Erkenntnisse beim Produktionsprozess von metallischen Gläsern die Herstellungen von Bauteilen mit größerer Dicke und dadurch, gemeinsam mit einem besseren Verständnis der Verformungsmechanismen in Gläsern, eine Verwendung als Strukturmaterialien. Obwohl der Einsatz von massiven metallischen Gläsern noch immer mit Einschränkungen bezüglich Bauteilgröße verbunden ist, weisen diese spezielle Kombinationen von nutzbringenden Eigenschaften auf und könnten dadurch in Zukunft eine breitere Anwendung finden. Gerade hohe Härte, ein hohes elastisches Limit gemeinsam mit hohem E-Modul, Korrosionsbeständigkeit und besondere glasspezifische Eigenschaften qualifizieren diese Werkstoffgruppe für einen Einsatz in Mikro- und Nano-elektro-mechanischen-Systemen. Trotz intensiver Forschungstätigkeit sind allerdings kaum Daten zum mechanischen Verhalten in kleinen Dimensionen verfügbar. Obwohl alle metallischen Gläser stark lokalisierte Dehnungsprozesse aufweisen, was zu makroskopisch sprödem Verhalten führt, existieren duktile Gläser, welche einen außerordentlichen Widerstand gegen Risswachstum zeigen. Ob konventionelle Normen zur Bestimmung der Bruchzähigkeit, mit deren zugrundeliegenden Annahmen, realistische Ergebnisse für miniaturizierte Proben liefern können ist Teil der wissenschaftlichen Diskussion. Des weiteren ist das Verständnis von Plastizität in amorphen metallischen Gläsern nicht vollständig geklärt und aktuell Thema von vielen Forschungsarbeiten. Die vorliegende Arbeit soll zum Verständnis bezüglich des Deformationsverhaltens von hoch festen und duktilen metallischen Gläsern beitragen, wozu besonders Pd77.5Cu6Si16.5 zählt. Dazu wurden mehrere gekerbte mikromechanische Biege-Proben in der Form von Bruchbiegebalken mittels fokussiertem Ionenstrahl hergestellt und in-situ in einem Rasterelektronenmikroskop getestet, um den Bruchprozess direkt zu verfolgen. Da alle Proben eine starke Tendenz zum Abstumpfen der Rissspitze aufwiesen, wurden elasto-plastische Bruchkonzepte zur Beschreibung des Bruchprozesses angewandt. Standardisierte Konzepte konnten jedoch mangels eindeutigem Rissfortschritts keine vergleichbaren Werte für die Bruchzähigkeit liefern. Daher wurde ein Modell zur Erklärung der experimentellen Beobachtungen entwickelt, welches auf dem Deformationsverhalten von metallischen Gläsern unter Biegung aufbaut. Diese Arbeit konnte zeigen, dass manche massive metallische Gläser auch in kleinen Dimensionen ein extrem bruchzähes Verhalten zeigen, was ihre Eignung für künftige Anwendungen in Sensoren oder Aktuatoren unterstützt.

Details

Titel in ÜbersetzungBruchverhalten eines zähen massiven metallischen Glases im Mikrometerbereich
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung23 Okt. 2020
StatusVeröffentlicht - 2020