Mechanische Eigenschaften von ikosaedrischen Al-Pd-Mn-Quasikristallen

Feuerbacher, Michael

Book/Report

FZJ-2019-01687

Mechanische Eigenschaften von ikosaedrischen Al-Pd-Mn-Quasikristallen

Feuerbacher, M. (Corresponding author)FZJ*

1996
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 3300, II, 208 p. (1996)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/21743

Report No.: Juel-3300

Abstract: Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit den mechanischen Eigenschaften ikosaedrischer Quasikristalle. Die Experimente wurden an Material der ikosaedrischen Phase des Systems Al-Pd-Mn durchgeführt. In diesem Legierungssystem können Einquasikristalle mit Hilfe der Czochralski-Methode hergestellt werden. Im Rahmen dieser Arbeit gelang es, phasenreine, ausscheidungsfreie Einquasikristalle zu züchten, deren Qualität durch verschiedene Methoden geprüft wurde. Mit diesem Ausgangsmaterial ist es möglich, die intrinsischen mechanischen Eigenschaften, ohne den Einfluß von Verunreinigungen, Korngrenzen oder Fremdphasen, zu bestimmen. Die elastischen und anelastischen Eigenschaften wurden durch mechanische Spektroskopie ermittelt. Diese Methode wurde hier erstmals zur Untersuchung einquasikristalliner Probeneingesetzt. Die elastischen Konstanten wurden in einem weiten Temperaturbereich von ca. 30K bis kurz unterhalb des Schmelzpunkts bestimmt. Damit stehen erstmals Meßdaten des Schubmoduls und dessen Temperaturabhängigkeit in diesem Temperaturbereich zur Verfügung. Das Temperaturspektrum der inneren Reibung zeigt zwei Verlustmaxima, denen unterschiedliche Relaxationsmechanismen zugrunde liegen. Beide Maxima zeigen eine außergewöhnliche unsymmetrische Verbreiterung. Die Relaxationsparameter der Verlustprozesse konnten bestimmt werden, und zeigen, daß der Tieftemperaturprozeß aus Einzelatomsprungen besteht, während dem Hochtemperaturprozeß eine korrelierte Bewegung mehrerer Atome zugrunde liegt. Die Untersuchung der Plastizität ikosaedrischer Quasikristalle bildet den Hauptteil der Arbeit. Spannungs-Dehnungs-Diagramme wurden bei verschiedenen Temperaturen im duktilen Temperaturbereich untersucht. Als herausragendste Eigenschaft zeigen diese keine Verfestigung sondern einen kontinuierlichen Abfall der Fließspannung mit steigender Dehnung. Außerdem wurden erstmals Kriechexperimente an Einquasikristallen durchgeführt. Die thermodynamischen Aktivierungsparameter des Verformungsprozesses wurden mit Hilfe inkrementaler Wechselversuche erstmals in Einquasikristallen bestimmt. Es wurde ein Aktivierungsvolumen von der Größenordnung Inm$^{3}$ gefunden, das eine starke Spannungsabhängigkeit zeigt. DieAktivierungsenthalpie ist im untersuchten Temperaturbereich proportional zur absoluten Temperatur und besitzt einen Wert um 7eV. Damit ist sie deutlich höher als die Werte, die bei den meisten kristallinen Materialien gefunden werden. Aus den Aktivierungsparametern kann geschlossen werden, daß die Rate der plastischen Verformung durch intrinsische lokalisierte Hindernisse bestimmt wird, und nicht durch Diffusionsprozesse, wie bisher angenommen wurde. Die makroskopischen Untersuchungen wurden ergänzt durch eine intensive Studie der Mikrostruktur verformter Proben. Die Versetzungsdichte wurde in Abhängigkeit der plastischenDehnung und der Verformungstemperatur bestimmt. Eine starke Zunahme der Versetzungsdichte beim Einsetzen der plastischen Verformung zeigt, daß der Verformungsprozeß durch einen Versetzungsmechanismus getragen wird. Ungewöhnlich ist die Entwicklung der Versetzungsdichte bei hohen Dehnungen: Hier nimmt diese signifikant ab, ein Verhalten, das sich stark von dem bei kristallinen Materialien beobachteten unterscheidet. Dort steigt die Versetzungsdichte mit der Dehnung, was zu Verfestigung und schließlich zum Bruch führt. Die Methode der konvergenten Elektronenbeugung wurde erstmals zur Analyse von verformungsinduziertenVersetzungen eingesetzt. Hier zeigt sich, daß die Verformung hauptsächlich von Versetzungen mit einem zweizähligen Burgersvektor im physikalischen Raum getragenwird. Es wird eine geringe Dichte von Versetzungen mit dreizähligen bzw. fünfzähligen Burgersvektorrichtungen beobachtet, die mit Partialversetzungen im sechsdimensionalen Hyperraum korrespondieren. Das Verhältnis der Phason- und Phononkomponente des [...]

Contributing Institute(s):