FWF - Kontinuumsmod. der Keimb - Von atomistischer zu Konstinuumsmodellierung der Keimbildung

Im vorliegenden Projekt wird das Ziel verfolgt, den Keimbildungsprozess von nanometer-großen Ausscheidungen in technisch relevanten Werkstoffen mithilfe eines kombinierten theoretischen und experimentellen Programms zu verstehen. Die Kontinuumsmechanik wurde diesbezüglich sehr erfolgreich eingesetzt und erst kürzlich wurden Entwicklungsgleichungen formuliert, die den Ausscheidungsprozess in multi-komponenten Werkstoffen mit einer großen Anzahl von Teilchen beschreiben können. Die Kontinuumsmechanik stößt aber an ihre Grenzen, wenn die Teilchen kleiner als ca. 10 nm werden und die Keime nur mehr wenige einzelne Atome enthalten. Hier ist dann klar, dass für kleine Teilchen ein atomistischer Ansatz gewählt werden muss, der einerseits exakte Bindungsenergien etc. liefern kann, welche ausschließlich auf quantenmechanischen Betrachtungen basieren und ohne empirische Parameter bestimmt sind. Innerhalb der Dichtefunktional-Theorie sind solche Berechnungen mit hoher Präzision für Teilchen mit bis zu 100 Atomen möglich. Andererseits wird eine Methodik entwickelt, welche dieses Limit unter Beibehaltung der Genauigkeit überwinden kann. Hier bietet sich die kürzlich erweiterte Methode der Cluster Entwicklung an, die das Atomgitter in kleine grundlegende Bausteine zerlegt, die von Bindungsenergien geprägt sind, welche durch Fit der Cluster Entwicklung an ein geeignetes Set von Dichtefunktional Werten angenähert werden kann. Mit dieser Strategie wurde der Zustandsraum von binären Legierungen ermittelt und sogar die Form und die Größe von Ausscheidungen mittels Monte Carlo Methoden vorhergesagt. In diesem Projekt wollen wir Cu und Al-Ni Ausscheidungen in Eisen studieren, wobei die Cluster Entwicklung und die Kinetik Monte Carlo Methode auf ternäre Systeme erweitert werden muss. Dieser Teil ist wissenschaftlich äußerst anspruchsvoll. Wir sind aber davon überzeugt, dass wir mit Hilfe der international anerkannten und führenden Persönlichkeiten dieses Ziel erreichen werden können. Die Ergebnisse der atomistischen Modellierung bilden gemeinsam mit den Ergebnissen eines umfangreichen experimentellen Programms (EF-TEM, HR-TEM, APFIM, SANS) die solide Basis, um eine Modell zu entwickeln, welches eine Brücke schlägt zwischen der Welt des atomistischen Modellierens zur Welt der Kontinuumsmechanik. Die begleitenden Experimente für definierte Probenzustände bieten hierzu eine solide Grundlage, auf der die theoretischen Ansätze geprüft werden können. Der Ansatz - von der Schrödinger Gleichung über die Kontinuumsmechanik zur angewandten Werkstoffwissenschaft - ist einzigartig in Österreich und wird hoffentlich mehr und intensivere Kooperation zwischen Grundlagenforschung und Anwendung stimulieren.