ÖAW Österreichische Akademie der Wissenschaften, Erich-Schmid-Institut für Materialwissenschaft
Das ESI betreibt angewandte Grundlagenforschung im Bereich der mechanischen Eigenschaften von Materialien mit dem Ziel längenskalenübergreifend die Verformungs- und Versagensmechanismen aufzuklären und mit material-physikalischen Konzepten zu beschreiben. Am Institut befassen sich die ca. 50 MitarbeiterInnen mit den Themen * Komplexe Materialien * Plastizität, Ermüdung und Bruch * Hochverformung * Mikro- und nanomechanische Messmethoden * Mikro- und Nanostrukturanalyse // In dem Themenfeld "Komplexe Materialien" widmet sich das ESI den Struktur- und Eigenschaftsuntersuchungen von modernen Materialien. Diese erstrecken sich von Dünnschichtsystemen, Stahl, Refraktärmetallen, zellulären Werkstoffen, Verbundwerkstoffen bis hin zu biologischen Materialien. // Die Themenbereiche "Plastizität, Ermüdung und Bruch", "Hochverformung" sowie "Mikro- und nanomechanische Messmethoden" bilden den Kern der me-chanischen Eigenschaftsuntersuchungen am ESI und erstrecken sich über meh-rere Größenordnungen in der Längenskala. Die Forschungsaktivitäten reichen von der Schadensanalyse am Bauteil bis hin zu Verformungs- und Bruchexperimenten an Nanomaterialien, von der Werkstoffoptimierung (Materials-Design) bis zur Synthese neuer nanokristalliner Werkstoffe durch "Hochverformung". Das Hauptziel des Bereiches "Plastizität, Ermüdung und Bruch" liegt in der Erforschung der Zusammenhänge zwischen dem lokalen Verformungs-, Schädigungs- und Bruchverhalten und dem lokalen Gefügeaufbau für Modellwerkstoffe und technisch wichtige Materialsysteme, wie z.B. Metallmatrixverbundwerkstoffe, Mehrphasenstähle und Schichtsysteme. In den vergangenen Jahren wurde ein geeignetes Instrumentarium zur experimentellen Charakterisierung des lokalen Verformungs- und Bruchverhaltens entwickelt, mit dem wir weltweit führend sind. // Die Thematik "Hochverformung", die am ESI in ein Christian Doppler-Labor eingebettet ist, stellt eine neue Methode dar bei relativ niedrigen Temperaturen mikro- oder nanokristalline Massivwerkstoffe in größeren Mengen aus Metallen, Legierungen, metallischen Verbundwerkstoffen und intermetallischen Werkstoffen zu erzeugen. Am Institut wurden drei Verfahren aufgebaut und weiter entwickelt. Das Ziel der Forschungsarbeiten ist es, die physikalischen Prozesse, die bei der Verformung und bei der Struktureinstellung ablaufen, besser zu verstehen, um so neuartige Werkstoffe mit besonderen mechanischen und physikalischen Eigenschaften erzeugen zu können. // In dem Forschungsfeld "Mikro- und nanomechanische Messmethoden" erfolgt die Bestimmung mechanischer Werkstoffeigenschaften im Mikro- und Nano-metermaßstab. Miniaturisierte Zug- Druck-, Biegeproben können mit einem Rasterionenmikroskop (FIB) oder durch Litographie aus Massivwerkstoffen, nanoskaligen Materialien oder Schichten gezielt herauspräpariert werden. Anschließend werden die (sub)mikrometergroßen Proben z.B. mit einer speziell im Rasterelektronenmikroskop (REM) integrierten Vorrichtung verformt, um den Einfluss der Probengeometrie, von inneren Grenzflächen, Fremdphasen, und Korngrenzen auf die Materialeigenschaften zu untersuchen. Das Thema "Mikro- und Nanomechanik" bietet neben Anknüpfungspunkten zur Mikroelektronik, Mikrosystemtechnik und Sensortechnik auch die Möglichkeit wohl definierte Grundlagenuntersuchungen an technologisch relevanten Massivwerkstoffen (z.B. Stahl, Legierungen, Keramiken) mit nano-dimensionierten Fremdphasen durchzuführen. // Im Bereich "Mikro- und Nanostrukturanalyse" liegen die Schwerpunkte im Aufklären des inneren Aufbaus von Werkstoffen und in der Analyse von Defekten und ihrer Dynamik unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften. Hierzu werden modernste Messmethoden eingesetzt, weiterentwickelt, und neue Analyseverfahren implementiert. Methodische Schwerpunkte stellen die mechanische Spannungsmessung (Dehnungsmessung) mit Hilfe von Röntgen- und Synchrotronstrahlung (z.B. ESRF; Bessy, Hasylab), die Röntgenkleinwinkelstreuung zur Analyse von nanodimensionierten Phasen und Poren, die Defektanalyse durch hochauflösende und analytische Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), die Rasterelektronenmikroskopie mit chemischer Analyse und Texturmessung (EBSD), sowie die Rasterkraftmikroskopie (AFM) dar. // In allen Forschungsfeldern arbeiten wir erfolgreich mit nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen zusammen. Die Anbindung unserer Grundlagenforschung an innovative und industrierelevante Fragestellungen verfolgen wir durch gemeinsame Forschungsprojekte mit Partnern aus der Industrie. Weitere Informationen über das ESI finden Sie unter: www.oeaw.ac.at/esi/
Ansprechpartner
Univ.Prof. Dr. Gerhard Dehm
Jahnstraße 12
A-8700 Leoben
Telephone: 03842 / 804 112
Fax: 03842 / 804 116
SiFo relevante Referenzen
Neueste numerische Analysen mit der Methode der finiten Elemente weisen darauf hin, dass für elastisch-plastische Materialien mit und ohne Verfestigung die risstreibende Kraft für einen kontinuierlich wachsenden Riss gleich Null ist, nicht aber für einen stationären Riss. Diese Ergebnisse erklären, warum Risswachstum im allgemeinen kein kontinuierlicher Prozess ist, sondern im mikroskopischem Maßstab Schritt für Schritt abläuft. Das ist so bei mikroduktilem Bruch, aber auch bei transkristallinem Spaltbruch in spröden Werkstoffen. Im Rahmen des Comet K2 Programms in Leoben haben wir die Arbeiten an einem umfangreichen strategischen Projekt mit dem Titel “Damage Evolution - Experiments and Simulation from Micro- to Macro-scale” begonnen. // Ein weiters interessantes Projekt, das gemeinsam mit einem österreichischen Stahl-konzern durchgeführt wird, betrifft die Optimierung des Verformungs- und Bruchverhaltens von hochfesten Multiphasenstählen, die in der Automobilindustrie verwendet werden. Weitere Information: Prof. Dr. Kolednik (otmar.kolednik@oeaw.ac.at )
Keywords
Materialermüdung, Gewaltbruch, Rißwachstum, Plastizität, Mikromechanik, Nanomechanik, Materialforschung, REM, Rasterelektronenmikroskop, Transmissionenselektronenmikroskop, Elektronenmikroskopie, TEM, EBSD, AFM, Rasterkraftmikroskop
