Fachausschuss
Thermodynamik, Kinetik und Konstitution der Werkstoffe

Die physikalisch-chemischen und mechanischen Eigenschaften eines Werkstoffes werden durch sein Gefüge („die Mikrostruktur“) ganz wesentlich bestimmt. Es bildet sich im Verlauf der Herstellungs- und Produktionskette aus und um es bezüglich definierter Eigenschaften optimal einzustellen, muss die zugrundeliegende Werkstoff-Thermodynamik und -Kinetik sowie die Konstitution verstanden werden. Dies gilt insbesondere für multiphasige Werkstoffe und Schichtsysteme, wie sie heutzutage in einer Vielzahl technischer Anwendungen zum Einsatz kommen. Hierunter fallen komplexe metallische Legierungen, technische Keramiken oder Verbundwerkstoffe. Der Fachausschuss nimmt Methoden und Theorien zur Aufklärung stabiler und metastabiler Phasendiagramme und Gefüge in den Fokus der wissenschaftlichen Diskussion. Experimentell-analytische Methoden, Modellierungen und Simulations-Ergebnisse werden für die Behandlung grundlagen- und anwendungsorientierter Fragestellungen des Fachgebietes herangezogen.  

Zur effizienten Aufklärung der Werkstoff-Konstitution (Heterogene Gleichgewichte, Phasendiagramme) werden idealerweise experimentell-analytische Methoden mit thermodynamisch-kinetischen Berechnungen verknüpft. Aus den Ergebnissen lassen sich die stabilen und häufig auch metastabilen Gleichgewichtsgefüge von modernen Konstruktions- und Funktionswerkstoffen ableiten. Experimentelle Kernmethoden wie Thermische Analyse, Elektronenmikroskopie mit chemischer Mikrobereichsanalyse und die Röntgenographie kommen zum Einsatz, um die Phasendiagramme aufzuklären. Die thermodynamischen Eigenschaften von Einzelphasen und Werkstoffen können z.B. durch Kalorimetrie und die Knudsen-Effusions-Massenspektrometrie bestimmt werden. Diffusionspaar-Untersuchungen und Tracer-Experimente dienen der Aufklärung der Werkstoff-Kinetik.

Die Ergebnisse dieser analytischen Methoden sind Eingangsgrößen für die Erstellung thermodynamischer Modelle und von Computer-Datenbanken, die Berechnungen mit der CALPHAD-Methode ermöglichen (computer coupling of phase diagrams and thermochemistry). In Kombination mit z.B. „sharp interface“ Berechnungen und Phasenfeld-Simulationen wird die zeitsparende und anwendungsrelevante Gefüge- und Eigenschaftsoptimierung moderner Werkstoffe unterstützt. Damit wird auch die Erreichung der Ziele des „Integrated Computational Materials Engineering“ (ICME) beschleunigt. Der DGM-Fachausschuss diskutiert die aufgeführten Themenstellungen und kooperiert zudem eng mit der „Alloy Phase Diagramm International Commission“ (APDIC), der „Scientific Group Thermodata Europe“ (SGTE) sowie dem „Materials Science International Team“ (MSIT). Es werden regelmäßig Symposien bei internationalen Konferenzen sowie Sommerschulen und Workshops zur Weiterbildung organisiert.

Ziele

  • Bestimmung und Aufgreifen von industriellen und wissenschaftlichen Fragestellungen auf dem Gebiet der Werkstoff-Thermodynamik und-Kinetik sowie der Heterogenen Gleichgewichte (Konstitution)
  • Erarbeiten von wissenschaftlich fundierten thermodynamisch-kinetischen Modellen zur Beschreibung der Phasenbildungen, Gefüge und Eigenschaften von Werkstoffen
  • Weiterentwicklung der experimentellen Methoden zur Bestimmung von thermodynamischen und kinetischen Daten sowie Software-Entwicklung (z.B. Calphad, Phasenfeld-Methode)
  • Initiieren von Forschungs- und Entwicklungsvorhaben: gemeinsame Projekte von Universitäten, Forschungsinstituten und der Industrie
  • Erfahrungsaustausch zwischen Arbeitsgruppen, die auf dem Fachgebiet des Fachausschusses tätig sind und nationale und internationale Netzwerkbildung

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