Erstarrung

Die Erstarrung erfordert eine Unterkühlung unter den Schmelzpunkt. In der Nähe des Gleichgewichts bilden sich stabile feste Phasen. Allerdings begrenzt die Nukleation an den Behälterwänden meist das mögliche Maß an Unterkühlung. Behälterlose Verarbeitungstechniken erweitern den Unterkühlungsbereich erheblich und erhalten eine metastabile Flüssigkeit mit hohem Überschuss an freier Enthalpie. Eine Vielzahl von Erstarrungswegen ist möglich. Es zeigt sich, dass die kristallographische Phase im Kristallisationsprozess ausgewählt wird. Das nachfolgende Kristallwachstum erfolgt mit einer großen Vielfalt an Morphologien, wie dendritisch oder facettiert. Bei vielen Legierungen ist die Erstarrung ein mehrphasiger Prozess mit gekoppeltem Wachstum von zwei oder mehr Phasen, wie eutektisch oder peritektisch. Die Levitation von Flüssigkeitstropfen wird mit Hochgeschwindigkeitsbildgebung kombiniert, um die Geschwindigkeit der fest-flüssig Grenzfläche und die verschiedenen Effekte der Nichtgleichgewichtserstarrung zu messen. Um den feldinduzierten Fluss zu steuern, werden Experimente mit elektromagnetischen Levitationsgeräten sowohl am Boden als auch in Schwerelosigkeit bei Parabelflügen, auf Forschungsraketen und an Bord der ISS durchgeführt. Allgemein bestimmt das Wachstum die Mikrostruktur und damit letztlich die makroskopischen Eigenschaften eines Materials. Ein wichtiger Wachstumsprozess bei Metallen ist das dendritische Wachstum: Die Kristalle, die sich während der Erstarrung bilden, folgen einem Muster, das aus einem Hauptstamm mit Seitenarmen besteht, die entlang bestimmter kristallographischer Richtungen wachsen.

Die Forschung des Instituts zur Erstarrung metallischer Legierungen konzentriert sich in erster Linie darauf, das Verständnis der Legierungsverarbeitung zu vertiefen, damit Struktur und Eigenschaften gesteuert werden können, während die Materialien ursprünglich aus der Schmelze entstehen. Zentrale Prozesse, die das Kristallwachstum beeinflussen, werden von Auftriebskräften und somit der Schwerkraft beeinflusst. Experimente unter Mikrogravitation ermöglichen es, die grundlegenden Mechanismen hinter der Strukturbildung unter idealen, rein diffusiven Bedingungen zu erforschen.

Die Schwerpunkte der Erstarrungsforschung des Instituts umfassen:

- Dynamik des Wachstums und Entwicklung der Mikrostruktur

- Bildung metastabiler Phasen und mehrphasiger Formationen