Foto: Computerdarstellung Werkstoff
Eine stabförmige Struktur aus flüssi-
gem Material in einer binären Alumini-
umlegierung. Blau und Schwarz stehen
für starke Krümmung - das System will
diese Bereiche loswerden;©Johnson/Voorhees
(Northwestern University)

In vielen Werkstoffen findet man mehrere Phasen – Bereiche, die sich in ihrer Struktur oder in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden. Wird der Werkstoff erwärmt, können Atome von der einen Phase zur anderen wandern, sodass sich die Verteilung der Phasen ändert – und damit oft die Eigenschaften des Werkstoffs.

Seit Jahren beschäftigt Forscher die Frage, wie sich ein Werkstoff verändert, der aus mehreren Phasen besteht, wenn man ihn soweit erhitzt, dass die Atome beginnen, sich zu bewegen. In Werkstoffen bildet oftmals eine Phase stabförmige Strukturen, die von einer anderen Phase umgeben sind, wobei diese stabförmigen Strukturen in kleinere Stücke zerfallen können, was oft zu Änderungen der Materialeigenschaften führt. Man kann sich den Vorgang an Hand eines kontinuierlichen Wasserstroms aus einem Wasserhahn vorstellen, der in einzelne Tropfen zerfällt, wenn der Wasserdruck abfällt. Doch wie funktioniert dieser Vorgang des Auseinanderbrechens und wie lange er dauert er?

Die Forschenden konnten zeigen, dass es sich um einen universellen Mechanismus. Die Forschungsgruppe unter der Leitung von Peter Voorhees hat fünf Tage Messungen durchgeführt. Für die Messungen wurden tomografische Mikroskopieen mit Synchrotronlicht verwendet – und zwar mit einem Setup, der es erlaubt sehr schnell eine Folge von dreidimensionalen Bildern des Inneren eines Materials aufzunehmen und so die zeitlichen Veränderungen der Struktur zu verfolgen. Mit diesem Verfahren konnte das Auseinanderbrechen der stabförmigen Phasen beobachtet werden.

Dabei fanden die Wissenschaftler heraus, dass die Form der Grenzflächen während des Auseinanderbrechens für alle Materialien gleich ist. Eine solche Universalität erlaubt es, entsprechende Vorgänge in einer großen Vielfalt von Materialien vorherzusagen – etwa in Aluminium-Legierungen oder in nichtkristallinen Materialien wie Polymeren.

Für die theoretische Beschreibung wurden Gleichungen entwickelt, mit deren Hilfe sich die Zeit berechnen lässt, die es dauert, bis sich zwei Teile einer stabförmigen Phase getrennt haben. Die Kinetik dieses Vorgangs ist frühzeitig festlegt und unabhängig vom Material immer gleich ist.


COMPAMED.de; Quelle: Paul Scherrer Institut (PSI)