Mikroskopische Untersuchungen zur Defektagglomeration und deren Auswirkungen auf die Beweglichkeit von Domänenwänden

Prof. Dr. W. Becker (FB Maschinenbau)
Prof. Dr. R. Müller (FB Bauingenieurwesen und Geodäsie)
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Das Phänomen der elektrischen Ermüdung wird u. a. auf die Bildung von Defektagglomeraten zurückgeführt. Diese Agglomerate bewirken eine Herabsetzung der Beweglichkeit von Domänenwänden. Zur Erfassung dieser Vorgänge ist eine Modellierung mit kontinuumsmechanischen Methoden entwickelt worden.

Zur Beschreibung der Defektbewegung und der Bewegung der Domänenwände wird das Konzept der Konfigurationskräfte angewendet. Für die Simulation müssen die Feldverteilungen, die von Defekten ausgehen, berechnet werden. Hierzu sind effiziente numerische Verfahren entwickelt worden. Diese beinhalten Finite-Elemente-Methoden, Fast-Fourier-Transformationen und analytische Lösungen basierend auf der Radon- Transformation. Die Simulationen lassen eine Studie der Wechselwirkung von Punktdefekten und Domänenwänden und der relevanten Parameter zu. Zu den wichtigen Einflussparametern gehören neben den Materialeigenschaften die Punktdefekteigenschaften.

Der Einfluss von mechanischer Fehlpassung, Ladungszustand und Beweglichkeit wurde untersucht. Der Vergleich von experimentellen Untersuchungen mit numerischer Simulation hat insbesondere bei der Bewegung von Domänenwänden eine gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation gezeigt.

Die Fortführung des Projektes sieht eine Weiterentwicklung der Methodik, die es erlaubt, komplexere Mikrostrukturen zu analysieren, vor. Für die Modellierung der Domänenstrukturen soll auf eine Phasenfeldformulierung zurückgegriffen werden, die mit der Modellierung der Punktdefekte kombiniert wird. Dies stellt eine Fortführung der vorhandenen Modellierung hin zu realistischeren Mikrostrukturen dar.

Da sich Phasenfeldmodelle in die Theorie der Konfigurationskräfte einbeziehen lassen, ist es auch aus theoretischer Sicht eine konsequente Fortführung der Methoden der ersten Förderperiode. Mit der Modellierung durch Phasenfeldmodelle können aber nicht nur Mikrostrukturentwicklungen vorhergesagt werden, sondern auch mesoskopische bzw. makroskopische Materialeigenschaften berechnet werden. Die Veränderung der Mikrostruktur in Anwesenheit von Defekten ist aus technischer Sicht insbesondere bezüglich der Auswirkungen auf globale Materialeigenschaften wichtig. Diesen Fragestellungen soll in der neuen Förderperiode verstärkt nachgegangen werden.