Struktur und Nano-/ Mikromechanik von Materialien

Für gewöhnlich werden Plastizität, Ermüdung und Bruch von Werkstoffen durch lokale Verformungsprozesse hervorgerufen. Die zugrunde liegenden Mechanismen aufzuklären und skalenübergreifend zu verstehen, ist der Schlüssel zur Verbesserung der mechanischen Stabilität und Lebensdauer von miniaturisierten und massiven Materialien. Viele Hightech-Strukturwerkstoffe besitzen komplexe mehrphasige Gefüge, wobei das mechanische Zusammenspiel der unterschiedlichen Phasen und Grenzflächen nur teilweise verstanden ist. Ebenso sind funktionelle Werkstoffe, welche in modernen Mikro- und Nanotechnologien Anwendung finden, Hochleistungswerkstoffe, die aus mehreren Materialkomponenten bzw. verschiedenen Phasen bestehen. Aufgrund der Anwendung in Form von z. B. Schichten oder Säulen, liegen Einschränkungen in der Geometrie vor, die zu einer signifikanten Änderung des mechanischen Verhaltens im Vergleich zu den entsprechenden Massivwerkstoffen führen.

Die Mission der Abteilung für Struktur und Nano-/Mikromechanik liegt in

• der Weiterentwicklung neuer, quantitativer nano-/mikromechanischer und tribologischer Methoden zur ortsaufgelösten Messung der mechanischen Eigenschaften in komplexen und miniaturisierten Materialien,
• der Aufklärung der lokalen Verformungsmechanismen von der Mikrometerskala bis hin zu atomaren Dimensionen durch moderne mikrostrukturelle Charakterisierungsverfahren,
• der Formulierung von Materialgesetzen für das lokale und globale mechanische Verhalten,
• der Entwicklung von nanostrukturierten Werkstoffen und intermetallischen Hochtemperaturwerkstoffen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften.

Die umfassenden Mikrostrukturuntersuchungen beinhalten atomar hochauflösende (Raster-) Transmissionselektronenmikroskopie (STEM/TEM), analytische und konventionelle TEM, Rasterelektronenmikroskopie mit Elektronenrückstreubeugung (SEM/EBSD), Rasterionenmikroskopie (FIB), Röntgenbeugung und Synchrotronmethoden. Ein Grundstein ist die Kombination aus moderner Mikrostrukturanalyse und mechanischer Prüfung in Form von in situ nano-/mikromechanischen Experimenten, die es erlauben gleichzeitig die mikrostrukturellen Veränderungen (Mechanismen) zu beobachten und die mechanische Reaktion zu messen.

Die gewonnenen Erkenntnisse sollen eine quantitative Beschreibung und Vorhersage des lokalen und globalen Werkstoffverhaltens ermöglichen und durch die Ausnutzung von lokalen Einengungseffekten die Entwicklung verbesserter nanostrukturierter Materialien und intermetallischer Hochtemperaturwerkstoffe stimulieren. Die Synthese der miniaturisierten nanostrukturierten Werkstoffe geschieht mittels physikalischer Gasphasenabscheidung.